◆摘  要：随着我国社会经济的飞速发展，城镇化进程不断加快，城市轨道交通体系建设进入全新阶段，轨道交通控制环节质量标准更高。在此背景下，基于通信的列车控制（CBTC）正逐步取代基于轨道电路的列车控制系统，前者在控制精度与实时性层面的优势，更是极大拓展其应用范围。在本文中，笔者将会针对基于通信的列车控制（CBTC）在轨道交通中的应用进行初步分析与探讨，希望借此可对相关从业人员起到一定借鉴价值。

◆关键词：列车控制;轨道交通;基于通信的列车控制

一、引言

基于通信的列车控制模式在城市轨道交通发展过程中起到极为重要的保障作用，这种全新的技术模式无论是软件技术还是硬件设备层面，都拥有无可比拟的优势。在无线通信技术支持下，基于通信的列车控制已逐步实现城市轨道交通网络的互通互联，而大量国产化设备的使用，也让我国相关产业发展驶入高速车道。随着我国科学技术水平的不断发展，城市新型轨道交通ATC系统也在不断创新优化，涵盖感应环线与无线通信技术支持下的CBTC系统，可实现列车与地面间连续的双向通信，从而完成列车位置与速度信息的实时采集，最大限度减少列车运行间隔，最终摆脱固定闭塞对列车运行管理的限制。

二、CBTC系统概述

CBTC系统借助计算机信息技术与网络通信技术，可实现列车运行状态的实时监测与连续控制，是一种极为先进与高效的列车控制系统，其形成的移动闭塞模式与传统固定闭塞相比优势明显。CBTC系统的核心要点在于车载设备与轨道旁设备之间的双向通信过程，这一通信可完成列车位置与运行速度的实时监控。以无线通信为基础的CBTC在实际应用层面的价值尤为突出，与传统基于轨道电路信号的控制系统相比，系统内部硬件设备需求量大幅下降，因列车控制而产生的设备安装与维护成本大幅下滑，成本效益明显。此外，CBTC系统在安装、调试以及维护阶段工作十分简单，系统全寿命周期内的各项成本支出也很低，可有效降低轨道交通运营管理工作的整体成本。

列车行驶过程中，CBTC系统模式下，地面设备负责向车载设备传送相应的控制信息，完成列车速度与启停状态的控制，而车载设备则需要向地面设备传送当前列车的各项信息，为位置、速度等，从而形成控制与信息传输层面的闭环。

三、CBTC系统的主要特点

（一）移动闭塞

1.移动闭塞制式特性

与传统控制模式中的固定闭塞相比，移动闭塞是一种全面的闭塞制式，传统固定闭塞存在的诸多限制与缺点得到有效弥补与优化。移动闭塞具体特性可分为以下几点：

（1）移动闭塞制式下，线路内部不再存在固定的闭塞分区，列车与列车之间的间隔是一项动态数据，并伴随着列车的运行而不断变化。

（2）列车间隔控制环节，系统会将后车当前速度下制动所需距离加上规定的安全距离作为列车间隔计算的核心参数，保证后车与前车不会出现追尾事故。

（3）移动闭塞下，后车制动的起点与终点都是一个动态数据，并且，轨道旁设备的数量不受列车间隔的影响，这就让列车与列车之间的间隔进一步缩小，并可维持在安全范围。

（4）列车当前运行数据实时传送至地面设备，而地面设备可自动完成列车运行控制，在自动化系统帮助下，可实现列车的无人驾驶。

（5）移动闭塞没有提前预设的闭塞分区，列车追踪也不再受到固定闭塞分区的限制，而是通过对列车实际运行速度与位置信息的收集，实时计算不同列车之间的安全距离，这就让固定闭塞制式下经常存在的大间隔彻底消失，列车之间的距离缩短，运行效率提升，运行调整能力调整更为灵活。

2.移动闭塞制式的技术优势

移动闭塞制式的技术优势可分为以下几点：

（1）移动闭塞实现列车运行与控制流程的闭环，当列车与地面设备的通信建立完成后，轨道旁设备可精准获取到每一辆列车的实时数据，列车位置与运行状态实时掌握，这些数据信息在地面设备的整合下，可有效提供连续的列车安全间隔控制以及列车超速现象防护，从而让轨道列车的控制水平全面提升，更具灵活性。此外，移动闭塞的设备需求量很低，设备维护方便，维护成本较低，这对于轨道交通运营单位而言十分有利。

（2）由于列车与列车之间的间隔得到合理控制，在不影响安全的情况下，列车间隔可随意调整，这就让小编组、高密度的控制需求得以实现，充分发挥轨道交通的运载能力，减少乘客候车时间，减少单一列车的装载压力，从而减少城市轨道交通体系建设成本。

（3）移动闭塞的核心控制部分需要由软件实现，而软件自身也会配置相应的安全保障机制，冗余空间很大，因此，整个控制系统可靠性、安全性与实用性非常明显。

3.列车与地面设备之间的通信

CBTC系统可在列车与地面设备之间建立起连续双向的通信渠道，地面设备与车载设备之间实现指令及状态信息的实时交互，因此，想要确保CBTC系统的稳定实施，科学开展列车与地面设备之间的连续通信建设至关重要。地面设备想要对列车发出各项控制指令，就要对不同列车的当前状态与位置进行获取。如果通信条件较差，那么控制机制将难以奏效，列车运行将面临巨大风险。因此，安全可靠的通信技术与设备对于CBTC系统而言更为关键。

通常情况下，列车与地面设备之间的数据交换采用无线通信模式，工作人员可采用感应环线，依照数据传输媒介的通信方式亦可分为：无线电台、裂缝波导管与漏缆等。

CBTC系统之中，无线电台所需空间很小，且此类技术应用十分成熟，设备的安装与维护工作都十分简单。为确保数据交互环节的质量与效率，如果是地下轨道交通，则每间隔200米就要设置一台无线电台装置，如果是地面或高架线路，则每间隔300米配备一套无线电台装置，同一位置应采用双网覆盖的方式，从而避免因无线接入点出现故障而造成通信工作中断。

以裂缝波导管为核心的无线信号传输系统是一种较为新颖的通信模式，其中，波导管是一种可传送电磁波信号的金属管，其材质通常为铝合金，并在表面设置长2毫米，宽3毫米的裂缝，不同裂缝之间的间隔应保持在6厘米左右，这种情况下，无线电波会从这些缝隙中流出来。实验数据表面，裂缝波导管的物理特性与衰减性能十分良好，信号传输抗干扰能力很强，且数据传输距离很远。因此，采用裂缝波导管进行无线传输，可减少无线接入点（AP）的数量，单一列车在不同无线接入点之间的切换也同步减少，在此影响下，列车与地面设备之间数据交互的连续性与可靠性将会大幅提升。

四、工程应用案例分析

我国某城市在实施地铁轨道交通建设过程中，为提高轨道交通运载能力，并降低运营管理工作的成本投入，在经过严密论证与实验后采用CBTC系统作为列车控制的核心模式。工程团队在搭建信号系统时，将其分为三个子系统进行，分别为：列车状态自动监督系统、计算机联锁系统、ATP/ATO系统。

（1）列车自动监督系统

列车自动监督系统简称ATS，工程技术人员为提高列车运行状态与位置监测的准确性与实时性，采用面向对象的设计模式，整体配置更为灵活，且系统整体可根据具体需求场景与功能变化进行调整，可有效满足CBTC系统运行模式下的各类调整。

（2）计算机联锁系统

该轨道工程所采用的连锁子系统为国外某企业提供的SICAS，这一系统经过大量工程实践论证，其可对各类信号系统拥有良好的兼容能力，是一个经过广泛验证的连锁系统装置。基于SIMIS原理，计算机联锁系统内部所采用的良好设计以及安全数字中心通信，让连锁系统数量需求被削减到极低程度，系统整体调试时间更短，后续使用与维护压力更低。此外，SICAS系统拥有良好的模拟能力，可在工厂测试环节实现对室外设备情况的全面模拟，从而减少CBTC系统搭建时间。

（3）ATP/ATO系统

该轨道工程规划者为保证CBTC系统的稳定性与可靠性，在列车连续通信环节采用ATP/ATO系统，ATP/ATO系统在连续式通信或点式通讯条件下，可对汽车行驶状态进行自动监督，依照移动闭塞原理，保证列车运行的安全性，基于自动驾驶的功能需求，全面提高列车运行的安全等级。ATP/ATO系统拥有诸多应用优势，可使用多种不同的运行调度模式，从而为城市轨道交通调度策略变化提供有力支持，让城市轨道交通运营工作实现最佳性价比。

此外，CBTC系统建设过程中，工程技术人员在无线系统环节采用Airlink TC，并在干扰性较强的区域使用工业以太交换机，从而形成通信控制闭环。无线通信服务器可将各类动态指令与动态数据发送给相应的车载设备，通信网络采用环网拓扑结构，尽可能保证通信交互环节的可用性，而无线接入点之间的距离被限制在350米左右。如果区间内存在多条轨道，抑或是列车行驶至高空区域，一个无线接入点可同时完成这些轨道上列车的数据通信。无线接入点采用定向天线，从而保证通信信号的覆盖强度，并预留足够的冗余空间。而这种设计可避免间隔AP点发生故障后影响到列车运行。

车载无线通信设备被设置在车尾位置，并同时安装两个单元，两者互为冗余，车载单位可快速完成轨道旁通信装置的数据交互，从而实现列车与地面设备之间的实时沟通以及自动控制。

五、结束语

综上所述，CBTC系统与传统控制系统相比优势明显，安全可靠性很高，控制精度可达到厘米级别，并可实现列车与地面设备之间的实时双向通信，列车之间的运行间隔可减至最低，大幅提高轨道交通的运载能力与运行效率。

参考文献

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作者简介

唐美玲（1986—），女，汉族，本科，助教，教师，山东省淄博市， 城市轨道交通方向。