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摘要：本文对城市轨道交通信号系统的发展阶段和发展方向进行了回顾与分析。针对在轨道交通信号系统中采用的基于无线通信的列车控制系统（CBTC），从组成、关键技术、数据传输与信息交换的实现，以及CBTC的特点和发展方向进行阐述。
关键词：基于通信的列车控制系统；关键技术；发展方向；数据信息传输
为确保轨道交通列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。20世纪90年代以来，基于通信的列车控制系统（CBTC）应运而生，不但解决了原有信号系统的不足，而且改变了以往列车运行时信息只能由轨旁设备向车上传递、信息量少的缺点，实现了列车与轨旁设备实时双向通信，使CBTC系统不依靠轨道电路也能够判定列车位置，实现了列车速度、停站时间、区间运行时间的精确控制，进一步缩小了列车间隔，并能提高系统节能水平和运营服务质量。
1 轨道交通列控系统的发展
IEEE（电气与电子工程师协会）对CBTC系统的定义是，利用高精度的列车定位，双向连续、大容量的车地数据通信、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。轨道交通运行控制系统发生过几次革命性的变革。首先从无信号到手动闭塞信号的过渡，接着是向自动固定闭塞信号系统的演进，基本是基于轨道电路的自动闭塞系统，随着列车速度和密度不断加大，基于车载信号控制的轨道交通得到了很大发展，出现了机车信号、自动停车和列车自动防护（ATP）系统。ATP的出现和不断更新，使列车运行安全和高效得到了进一步的保障。
2 基于通信的列控系统（CBTC）
2.1 组成和原理
CBTC系统摆脱了用地面轨道电路设备判别列车占用和信息传输的束缚，实现了移动闭塞。在CBTC系统中充分利用通信传输手段，实时或定时地进行列车与地面间的双向通信，后续列车可以及时了解前方列车运行情况，通过实时计算，后续列车可给出最佳制动曲线，从而提高了列车运行安全性。
一般CBTC系统包括地面无线闭塞控制中心、列车的车载设备、地-车双向的信息传输系统和列车定位系统，地面和车载设备通过“数据通信网络”连接起来，构成系统的核心。
2.2 关键技术
CBTC系统引入了通信子系统，建立车-地之间连续、双向、高速的通信。列车的命令和状态可以在车辆和地面设备之间可靠交换。使系统的主体地面设备和受控对象列车紧密的连接在一起。所以，“车地通信”是CBTC系统的基础。CBTC系统的另外一个基础则是“列车定位”。只有确定了列车的准确位置，才能计算出列车问的相对距离，保证列车的安全问隔也只有确定了列车的准确位置，才能保证根据线路条件，对列车进行限速或者与地面设备发生联锁。所以说车地通信和列车定位共司构成CBTC系统的两大支柱。
2.2.1 车-地信息传输技术
在众多CBTC系统的车一地通信中，主要包括点式通信与连续式通信两种。（1）点式通信技术
在线路上的某些特定位置安装固定的应答器（信标），当列车通过时，经车载查询器（天线）的激励，应答器会根据互感原理，把数据发送给车载接收设备，这就是点式通信。
（2）连续式通信技术
CBTC系统中的连续式通信方式基本是无线通信方式。目前在CBTC系统中，完全采用无线传输的方式有两种：一种是采用移动通信GSM-R作为地- 车信息传输的媒介；另一种是采用基于IEEE802.11系列标准的WLAN无线网络作为地- 车信息传输的媒介。
2.2.2 列车定位技术
在CBTC 系统中，要求列车的定位技术更为安全、可靠。目前典型应用的列车定位技术采用列车车载自身定位与地面绝对位置校正设备有效结合的方式，其中地面绝对位置校正设备包括：应答器、交叉轨道环线、裂缝波导等。当然还有其他一些定位方式，如GPS、无线定位等。
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2.3 数据信息传输
基于通信的列车控制（CBTC）系统目前已成为城市轨道交通的重要应用制式。CBTC 系统中各类数据信息的传输与交换是通过数据通信子系统（DCS）实现的。数据通信子系统（DCS）通过其在列车上以及轨道旁的无线设备，完成车-地间信息双向传输，实现了列车的实时速度、位置动态计算和列车的最大制动距离调整，保障2个相邻列车能以最小安全间隔运行，从而提高运营效率，满足地铁未来运输高速化、网络化的发展。
DCS是一个宽带通信系统，由轨旁骨干网、轨旁数据接人网和车载数据通信网组成，可实现中央控制室、轨旁子系统（区域控制器、联锁控制器）、车载子系统及其他地面设备之间的连续、双向、可靠、安全的大容量数据交换。
2.4 主要特点和发展方向
2.4.1 特点
与传统的列车运行控制系统不同，CBTC 系统可以不再依赖轨道电路进行列车定位，而是通过列车自身产生位置报告，通过车-地双向通信系统实时与地面无线闭塞控制中心进行信息交互传送，从而实现列车的安全间隔和速度控制。它具有如下特点。
（1）大容量连续双向车- 地通信。
（2）地面设备及车载设备均采用安全计算机实时处理列车状态、控制命令，实现连续的间隔控制、进路控制、速度防护、自动驾驶等。
（3）高精度列车定位。
（4）列车运行控制灵活、高精度，可实现移动闭塞。
（5）设备集成度高，可减少地面设备，系统结构简单，并改善可靠性和可维修性，减少全寿命周期成本。
2.4.2 发展方向
（1）系统化。现代轨道交通的控制系统已从调度、联锁、闭塞、信号机等设备的简单组合，向集调度指挥、运行控制及自动驾驶为一体的综合自动化方向发展。
（2）网络化。地面局域网、广域网及车- 地间的无线通信网将轨道交通的控制中心、车站及列车连成一个有机整体，使指挥中心能够全面了解辖区内的各种情况，灵活配置系统资源，保证系统的安全、高效运行。
（3）信息化。能迅速、准确获得轨道交通运营管理的实时信息，在保证系统安全、高效运营的同时，可大大提高旅客服务水平。
（4）智能化。使调度指挥系统根据实际情况，借助先进的计算机控制技术，及时自动调整列车运行，使整个轨道交通系统运转达到最优化，并大大减低劳动强度。
（5）通信信号一体化。通信技术在轨道交通信号系统中大量运用，使通信信号趋于一体，基于通信的列车控制系统（CBTC）正体现了这种一体化特征。
而CBTC系统互联互通是城市轨道交通网络化建设和运营的要求，信号系统实现了互联互通，轨道交通网络就可实现联通、联运，轨道交通的建设、运营、管理就可实现资源共享，减少轨道交通的建设和运营成本。
CBTC系统互联互通的主要目标，是支持城市轨道交通网络运营的联通联运，可使不同线路上的列车混跑运营，甚至满足混合交路的运营要求。
3 结束语
随着计算机和通信技术的发展，基于通信的列车运行控制系统（CBTC）是城市轨道交通信号技术的发展方向。CBTC技术集成先进的卫星定位系统、计算机技术、数据通信、传感、自动控制等高新技术，并将其有效地运用于铁路运输管理、列车控制管理等各个方面，从而有利地促进了铁路运输向着信息化、智能化的方向迈进。因此，尽快开展基于无线通信的系统的研究，已经成为国内列车控制技术发展的一个契机。
参考文献：
[1]曾小清.基于通信的轨道交通运行控制[M].上海：同济大学出版社，2007.
[2]唐涛.郜春海.李开成.燕飞.基于通信的列车运行控制技术发展战略探讨[期刊论文]-都市快轨交通2005（6）
[3]江文芳.范静丰.列控（CBTC）系统中的数据通信子系统[期刊论文]-铁道通信信号，2009，（8）
论文作者:高兵德
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/9
标签：列车论文; 系统论文; 通信论文; 轨道交通论文; 设备论文; 地面论文; 信号论文; 《基层建设》2016年7期论文;