CBTC系统浅析

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摘 要：随着经济快速发展，城市人口急剧膨胀，城市交通压力增大。与此同时公共交通大量能源消耗为国家带来了沉重的经济负担，并导致城市污染严重，尤其是汽车尾气的排放，给城市居民的生活带来了严重的影响，寻找一种有利于城市发展的交通方式越来越重要，城市轨道交通就是在这种情况下产生的。城市轨道交通突出的优点就是速度快、运能大、安全准时、节约能源且乘坐舒适，很大程度缓解了地面交通拥挤问题且降低了对城市的污染，因此，采用城市轨道交通来解决我国日益严重的城市交通问题已经成为我国城市交通发展的趋势。城市轨道交通系统中的CBTC技术可以提高轨道交通运行的效率和保证列车运行中的安全。本文介绍了CBTC系统及其构成，并分析了CBTC技术的组成。
关键词：城市轨道交通；CBTC系统；无线通信
1 简介
城市交通通信信号系统是一种故障安全系统，能够保证行车安全，并且对提高运输效率有很大的帮助，因此被人们誉为轨道交通的神经系统。从铁路出现初期的烛光信号到现在的ATS系统指挥列车的运行，城市轨道交通系统经过了一个漫长的过程。目前我国大多数城市轨道交通系统主要采用的是TBTC系统（Track Based Train Control），然而当轨道交通运输发展到高速、高密度和重载的情况时，TBTC系统的缺点就表现了出来，它需要大量的信息设备来传输信息码，而其最大的特点就是利用轨道电路的占用情况来确定列车的位置，轨道电路的工作稳定性易受环境影响、传输信息量小、难以实现车对地的信息传输，以及一个固定分区只能被一列列车占用等特点都制约着城市轨道交通的运输效率。近年来随着无线通信技术的飞速发展，基于通信的列车控制系统Communication Based Train Control，即CBTC）的移动闭塞系统克服了固定闭塞的种种缺点，并打破了固定闭塞对于追踪间隔的限制，大幅度的缩短了列车的追踪间隔，行车密度也得到了大大的提高，从而提高了运输效率。
2 CBTC系统及其构成
1999年9月，电气和电子工程师协会轨道交通运输车辆接口委员会制定并颁布了第一个CBTC标准（IEEE Std 1474.1.1999）[1]，该标准详细定义了CBTC系统的功能，将CBTC定义为：利用（不依赖于轨道电路的）高精度列车定位、双向大容量车—地数据通信和车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统。CBTC系统由ATS（Automatic Train Supervision）子系统、ATP（Automatic Train Protection）、ATO（Automatic Train Operation）子系统、联锁子系统、DCS（Data Communication System）子系统等构成[2]，各子系统均采用模块化设计。ATP子系统是保证行车安全、防止错误进路、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。ATP负责全部的列车运行保护，是列车安全运行的保障。ATO即列车自动驾驶，它代替司机操纵列车驱动、制动设备，自动实现列车的启动、加速、匀速惰性、制动等驾驶功能。在ATP系统的基础上安装了ATO系统，列车就可以采用手动方式或自动方式行驶。ATS在ATP和ATO系统的支持下，根据运行时刻表完成对列车运行的自动监控，可自动或由人工监督和控制正线（车辆段、试车线除外），及向调度员和外部系统提供信息。DCS数据通信系统的主要作用是在各个子系统之间传输ATC报文。
3 CBTC技术组成
CBTC 技术包括：⑴无线通信技术，⑵移动闭塞技术，⑶列车定位技术。由于CBTC 是基于无线通信的列车控制系统，自然离不开通信技术的支持。无线通信的种类很多，常见的有基于OFDM（正交频分复用技术）通信、扩展频谱通信、跳频技术、WLAN（无线局域网）技术。移动闭塞是实现CBTC的关键技术之一，CBTC是这种闭塞方式的应用系统。它与固定闭塞相比，其最显著的特点是取消了以信号机分隔的固定闭塞区间。列车在线路上运营的间隔距离由列车在线路上的实际位置和运行情况确定，闭塞区间随列车的形势，不断变化，故称为移动闭塞。列车定位技术有很多种：⑴轨道电路定位，⑵计轴定位，⑶信标定位（分有源、无源两种，往往两种会同时使用），4、多普勒雷达测速定位等定位方式。
4 特点
CBTC突出优点是，它可以实现车 - 双向地面和大量的信息传输，传输速度之间的通信，这是很容易实现的移动自动闭塞系统，显著减少布线的范围内，减少时间投资减少日常维护工作，可以大大提高能力，灵活的组织双向和单向连续运行启动的范围，便于适应不同的速度，不同容量，不同类型的列车牵引控制，等等。不仅可以在CBTC列车控制实现，并且可以集成到开始运行的管理，因为双向无线通信系统中，信息的安全等级的两个双向传输也可以是信息的非安全型的双向传输，如一些车次，船员队伍数量，车辆数量信息，运行时间，机车状态，燃料参数，所以很多摩托车，公共工程，电气工程等等。CBTC可以使用固定的自动闭塞系统（CBTC-FAS），也可以是移动自动闭塞系统（CBTC-MAS）。在关键技术CBTC应用是一个双向无线通信系统，列车定位技术，培养完整性测试。在双向无线通信系统，是在欧洲GSM-R系统应用，但在美洲和其他类型的扩频通信用的无线通信技术。列车定位技术，有多种方式，如速度的车辆设备-测距系统，全球定位卫星，诸如感应回路。
总之，CBTC较传统铁路信号系统有许多功能特殊，如下：
（1）以在无线通信系统代替复杂的电缆，从而减少布线和维护成本。
（2）车辆与控制中心可以实现双向沟通，通过训练间隔的能力大大提高。
（3）信息传输流量，效率高，速度快，易于实现移动自动闭塞系统。
（4）容易适应各种车型，不同速度，不同的交通，火车拉着以不同的方式，和兼容性。
（5）可以将信息分类，集中传送和集中处理，调度中心，以提高工作效率。
5 结束语
CBTC技术是基于通信技术，集计算机技术、卫星定位技术、自动控制等技术于一体的高新技术，将其运用于高速铁路的智能交通系统中，可以加强列车的运输、控制管理，同时促进铁路运行的安全。我国高速铁路智能交通系统的发展将会带动我国铁路事业的发展，提高铁路的运输效率。
[参考文献]
[1]IEEE Std 1474.1.IEEE Standard for Communications Based Train Control performance and Functional Requirements，1999.
[2]林俞筠.城市轨道交通信号设备[M].中国铁道出版，2006.
[3]桑勇，苏明辉.单轨交通工程轨道梁桥系统施工技术与创新[U].城市轨道交通，2014年02期.
[4]易云.里尔轻型地铁采用简化的CBTC技术[U].现代城市轨道交通，2013年06期.