城市轨道交通c BT c系统解析

基于通信的列车控制系统（Communication Based Train Control System）简称CBTC系统，是通信技术飞速发展背景下的产物，为一种目前在铁路系统和城市轨道系统都具有广泛应用趋势的列控系统，是当前列车运营中移动闭塞技术的核心，属于轨道交通信号系统中的一部分。

1999年，美国电气及电子工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，简称IEEE）为CBTC系统制定了世界上首份标准：IEEE Std 1474.1-1999。其后，IEEE又多次制定、修改并发布了相应的诸多标准。按IEEE在1999年发布的首份标准，CBTC被定义为：利用（独立于轨道电路的）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。上图是基于无线电台通信技术的CBTC移动闭塞系统在世界各国城市轨道交通线路的应用状况。不同颜色代表不同提供商的产品，加横线的是已经实际运用的线路。图自wiki，有时限性，不代表当前各城市城轨建设的情况。

（二）CBTC系统的特点与结构

从技术上讲，CBTC系统是城市轨道交通列车自动控制系统（ATC）中所使用的一种闭塞系统技术，与速度码控制的固定闭塞系统和基于目标距离控制的准移动闭塞系统并立，后两种闭塞系统在国内部分城市地铁线路中亦有所应用。如图

(勘误：北京地铁一号线已在15年由卡斯柯公司对其信号系统进行了改造，现在采用的也是CBTC)

CBTC系统突破了轨道电路的局限性和固定/准移动闭塞的桎梏，基本特性可罗列如下：

不依赖轨道电路的高精度列车定位。

连续的车-地和地-车数据通信网，比传统系统可传输更多的控制和状态信息。

轨旁和车载核心处理器处理列车的状态和控制数据，并可提供列车自动保护（ATP）、列车自动驾驶（ATO）和列车自动监控(ATS)功能。

其中ATP、ATO和ATS是保证城市轨道交通安全、高效运行的重要系统——列车自动控制系统（ATC）的三个子系统。以下详细介绍。

列车自动保护（Automatic Train Protection，ATP）子系统：

严格遵守故障导向安全原则，对列车运行进行监控和超速防护，通过对与行车安全有关的设备进行实时监测，保证列车在安全间隔下行驶，必要时给出各种信号的提醒，包括自动启动紧急制动；同时还可进行安全性停车点防护和列车车门控制，在列车不能停稳时不允许列车继续运动等。

列车自动驾驶（Automatic Train Operation，ATO）子系统：

完成列车站间自动运行，进行列车速度调节和进站定点停车，对车门和屏蔽门的控制，接受OCC（运行控制中心）的运行调度命令，实现列车自动折返、站台扣车、站台调停等，根据控制中心的命令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动。

列车自动监控（Automatic Train Supervision，ATS）子系统：

城市轨道交通系统的运营核心，可集中监视调车区段内列车的运行情况，监测进路控制、列车间隔控制设备的工作，按行车计划自动控制轨旁信号设备；具有接发列车、列车运行轨迹的自动记录功能，可以自动生成、显示、修改和优化时刻表；另外还能够监测设备运行状态和记录调度员操作等。

整个城市轨道交通信号系统可以用下图示意

IEEE CBTC标准列举了典型的CBTC系统结构框图，如下图

由上图可见，整个CBTC系统由CBTC地面设备和CBTC车载设备组成。地面设备和车载设备通过数据通信网络连接，共同构成系统的核心。上图中单独列出的“联锁”模块，与CBTC地面设备相连接。

值得关注的是其中的数据通信网络。CBTC地面设备（含联锁）通过数据通信网络向CBTC车载设备传输控制信息来控制列车运行；同时，CBTC车载设备也通过数据通信网络向CBTC地面设备（含联锁）传送列车信息，以此形成闭环信息传输及控制。

而数据通信网络可由多种通信方式组成，诸如无线电台（CBTC系统简介部分中，所贴的图即是基于无线电台通信技术的CBTC移动闭塞系统在世界各国城市城轨中的应用）、裂缝波导管、漏泄同轴电缆、微波和GSM-R等方式。

上述的CBTC系统的典型结构，根据不同的设备提供商和实际工程需要，可能会有所差异。但所有的CBTC系统皆具有通过数据通信网络连接CBTC车载设备和地面设备以实现ATP子系统功能的特点。

（三）CBTC系统在我国的发展情况

如前所述，采用CBTC系统是列车运行控制系统发展的趋势。

我国自2003年后，新建及改造的城市轨道交通基本上都采用了基于IEEE802.11标准的CBTC系统，以WLAN通信为基础，以无线电台、漏泄波导管等为传输通道实现地-车信息的双向传输；而列车定位采用速度传感器进行测速及移动体位置测量，位置校正则由在轨旁所设置的应答器或信标实现；又基于移动闭塞原理，采用目标距离（Distance-to-Go）控制方式实现列车运行的连续闭环速度控制。

目前，CBTC系统在北京、广州、上海、武汉、成都、沈阳等国内城市广泛应用。其中，2010年北京地铁亦庄线LCF-300型列车的投入使用，标志了中国成为继德国西门子、法国阿尔斯通和加拿大庞巴迪后，第四个成功掌握CBTC核心技术并顺利应用于实际工程的国家，实现了全生命周期性价比最高的目标，比引进系统低20%左右。该国产CBTC系统兼容了无线电台、漏泄波导管、漏泄电缆三种传输方式，实现了移动闭塞、固定闭塞、站间闭塞三级控制，保证了列车高密度、安全平稳运行和精确停车。

（图：成都地铁OCC（Operating Control Center））

鉴于目前国内CBTC系统在实际工程中的应用还未完全成熟，很多线路仍采用海外设备提供商的产品，并且存在国外设备与国产设备间不能完全协调运行等诸多情况。要真正实现国内城市轨道交通CBTC系统的完全国产装备化，还有不短的路要走。

<参考>

1.唐涛《列车运行控制系统》，中国铁道出版社，2016年12月

2.董昱《区间信号与列车运行控制系统》，中国铁道出版社，2008年4月

3.张强锋陈林秀杨德友等《城市轨道交通系统概论》，科学出版社，2013年8月

编辑于 2018-07-04 · 著作权归作者所有

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