地铁CBTC信号系统

地铁CBTC 信号系统

北京地铁通号公司 赵炜

概述：

移动闭塞是基于通信技术的列车控制（简称CBTC ）ATC 系统是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换，并确定列车的准确位置及列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。

地铁CBTC 信号系统 技术交流

北京地铁通号公司

总工 赵 炜 2010年5月

地铁CBTC 信号系统

地铁信号系统是地铁运输系统中，保证行车安全、提高区间和车站通过能力的手动控制、自动控制及远程控制技术的总称，是地铁行车调度依据行车计划或运力需求组织行车，并按一定的闭塞方式指挥列车安全、正点运行的重要设备系统，具有下达行车指令、办理列车进路、开放信号并指挥行车的基本功能。北京地铁信号系统随着核心技术的不断进步，其设备构成、主要功能均不断得到了完善和提高，尤其是列车运行控制方式和信号系统闭塞方式发生了根本性的变革。

• 简介CBTC 信号系统构成及原理

• 目前面临的问题及对策

• CBTC 信号系统的优点

北京地铁2009年运营线路图

地铁CBTC 信号系统列车自动控制系统

城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC ）组成，ATC 系统包括三个子系统：

— 列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，简称ATS ）

— 列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，简称ATP ）

— 列车自动运行系统（Automatic Train Operation，简称ATO ）

三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统

1. 列车自动监控系统ATS

2. 列车自动防护子系统ATP

3. 列车自动运行系统ATO

列车自动控制系统构成图

地铁CBTC 信号系统介绍

移动闭塞是基于通信技术的列车控制（简称CBTC —Communication Based Train Control）ATC 系统，该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息，而是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换，完成速度控制。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换，并确定列车的准确位置及列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。

地铁CBTC 信号系统速度距离曲线

地铁CBTC 信号系统系统原理

移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现。列车不间断向控制中心传输其标识、位置、方向和速度等信息，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进, 这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。

CBTC 级移动授权下的移动闭塞列车分离

地铁CBTC 信号系统原理及分类

移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现。列车不间断向控制中心传输其标识、位置、方向和速度等信息，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进, 这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。

1. 基于基于交叉感应环线技术

2. 基于无线电台通信技术

3. 基于漏泄电缆无线传输技术

4. 基于裂缝波导管无线传输技术 1. 基于基于交叉感应环线技术

以敷设在钢轨间的交叉感应环线作为传输媒介的CBTC 系统，在城市轨道交通中已经应用了较长时间。交叉感应环线的缺点在于，安装在钢轨中间，安装困难且不方便工务部门对钢轨的日常维修，车－地通信的速率低。但由于环线具有成熟的使用经验，使用寿命长以及投资少等优点，目前仍继续得到应用。

CBTC 信号系统分类图

2. 基于无线电台通信技术

随着无线通信技术的发展，基于自由空间传输的无线传输技术的在CBTC 系统中得到了应用。 无线的频点一般采用共用的2.4GHz 或5.8GHz 频段，采用接入点（AP ）天线作为和列车进行通信的手段。AP 的设置保证区间的无线重叠覆盖。 自由空间传输的无线具有自由空间转播，对于车载通信设备的安装位置限制少；传输速率高；实现空间的重叠覆盖，单个接入设备故障不影响系统的正常工作；轨旁设备少，安装与钢轨无关，方便安装及维护的特点。

基于无线电台通信传输方式CBTC 系统，已经在北京地铁10号线成功应用。

CBTC 信号系统分类图

3. 基于漏泄电缆无线传输技术

Alstom 的CBTC 系统在需要的时候也可采用漏泄电缆传输方式，而新研发的系统采用的不多。漏泄电缆方式特点是场强覆盖较好、可控，抗干扰能力强。单点AP 的控制距离通常达800m （每侧漏泄电缆长度400m ）。缺点是漏泄同轴电缆价格较高。

CBTC 信号系统分类图

4. 基于裂缝波导管无线传输技术

采用波导系统作为车地双向传输地媒介。即采用沿线铺设的裂缝波导及与波导连接的无线接入点作为轨旁与列车的双向传输通道。该系统的波导系统具有通信容量大，可在隧道及弯曲通道中传输、干扰及衰耗小、无其他车辆引起的传输反射、可在密集城区传输等特点。 波导的另一个优点是传输速率大，可以满足列车控制系统的需要。波导的缺点在于安装困难，需全线沿线路安装波导管，安装维护复杂，并且造价高。

北京地铁2号线、机场线均采用裂缝波导管传输技术。

CBTC 系统在实际应用中存在的问题及对策

1. 设备匹配问题： 国外精密设备与国产设备间存在不能完全协调运行的情况。如XX 公司转辙机控制板卡与室外转辙机存在不协调情况，在正常运行情况下突然显示为转辙机表示信息丢失，造成转辙机不能动作，但是转辙机室外设备无硬件故障。经分析发现为：转辙机控制板卡内预制软件对表示电路信号瞬间丢失容错率较低，而国产转辙机表示电路有瞬间丢失的问题存在。此类问题需要设备提供商修改软件方可解决。

2. 无线系统室外设备的运行稳定问题：

室外设备经常损坏。在X 号线的实际运营过程中发现，处于室外的无线网卡经常由于环境因素的影响出现问题，不能正常发送无线信号，造成列车丢失无线信息影响运营。

室外波导管同样因为环境影响的原因，进水、进尘而造成故障。此类问题的根本解决办法是，定期对无线网卡、波导管接头部分进行检查、测试，并更换为性能优良、运行稳定的网卡设备。

3. 计轴系统容易被外界物体干扰。在10号线和2号线的实际运营过程中，经常出现夜间施工影响了计轴室外设备，造成了轨道占用，影响正常运营。此类问题需要协调设备提供商更改计轴复位方式，由计轴预复位改为直接复位，减少故障处理时间，减小对正常运营的影响。

4. 软件维护问题以及工程协调配合问题：

软件维护制约着系统的可用性，有些公司在合同谈判或者投标的时候，隐含词语，回避软件维护工作，造成后续设备维护单位工作被动。甚至需要大量投入，还要影响正常运营。

随着用户对系统的不断了解，需求可能要发生变化，修改或者对系统进行调整，各公司态度不尽相同。

需要我们的用户要从多方面进行权衡。

CBTC 信号系统的优点

移动闭塞又称为基于通信技术基础的闭塞系统即CBTC 系统，该系统代表着当前世界上轨道交通列车运行控制系统的发展趋势，是近年来国际国内推荐使用的一种闭塞制式。在国内各大城市已经广泛采用：如北京、广州、上海、武汉、沈阳等。 基于通信技术的列车控制（CBTC ）移动闭塞系统采用了先进的通信和计算机技术，可以连续控制、监测列车运行。它摆脱了使用轨道电路判别闭塞分区的占用，突破了固定（或准移动）闭塞需要固定的区间分区的局限性，较以往系统具有更大的技术优越性。

（1） 实现车载设备与轨旁设备间的实时双向通信，且信息量大。

（2） 便于缩短列车编组、加大列车运行密度，提高服务质量，并可以缩短站台长度和终端站尾轨长度，降低土建工程投资。

（3） 实现线路列车双向运行而不增加地面设备，有利于线路故障或特殊需要时的反向运行控制。

（4） 可减少轨旁设备，便于安装维修，有利于紧急状态下利用线路作为人员疏散的通道，有利于降低系统全生命周期内的运营成本。

（5）可以适应各种类型、各种车速的列车，由于移动闭塞系统基本克服了准移动闭塞和固定闭塞系统地对车信息跳变的缺点，提高了列车运行的平稳性，增加了乘客的舒适度。

（6） 可以实现节能控制、优化列车运行统计处理、缩短运行时分等多目标控制。

（7） 系统不依靠轨道电路检测列车位置、向车载设备传递信息，有利于旧线系统的升级改造的实施，即有利于在不影响既有线正常运营的前提下，能够对系统进行升级改造，将对运营的影响降低最低。

（8） 移动闭塞系统，尤其是采用高速数据传输方式的系统，将带来信息利用的增值和功能的扩展，有利于现代化水平的提高。

对CBTC 系统应用的一些建议

目前，基于无线通信技术CBTC 信号系统已经日趋完善，在世界各个城市的轨道交通项目中得到了实际应用。但是，国产CBTC 系统还不完善，国外CBTC 系统与国产其他信号设备的协调工作还存在一些问题，全面引进国外信号设备及后续日常维护人员培训、购进维护备件等需要大量资金。

由此建议：

1）根据运营需求确定是否要采用CBTC 系统？对于客流量不大，不需要极高运营效率的城市轨道交通项目，可以不采用CBTC 信号系统，而采用成熟稳定的国产信号系统。

2) 供货厂家的选择要慎重, 考虑服务意识比较好的供货商有利于系统的调试开通和运营维护。

3）根据工程建设周期确定采用的系统。有些项目建设周期长达数十年，定位的CBTC 系统功能特点还没有发挥的时候就要进行改造。