无线CBTC移动闭塞系统在城市轨道交通信号系统中的优势
关键字：CBTC； 移动闭塞； 准移动闭塞； 信号系统
摘要：对目前城市轨道交通信号系统中，主要采用传统的基于轨道电路的信号系统及无线CBTC移动闭塞系统的技术，在行车运行间隔、施工维修、传输方式等方面进行分析比较。提出无线CBTC移动闭塞系统代表了城市轨道交通信号系统的发展方向。
在城市轨道交通系统中，信号控制系统可分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞几种模式。其中移动闭塞模式代表了信号控制系统的发展方向，其追踪列车间的安全间隔距离相比之下最小，能最大限度地提高线路运输能力，以及其自身诸多优势。许多国内城市轨道交通项目都相继采用了移动闭塞系统。
1 传统信号系统
传统的信号系统中采用的“车—地通信”，是一种通过轨道电路实现地面控制系统向列车传输信息的的单向传输系统，所构成的信号系统是固定闭塞或准移动闭塞的信号系统。
传统的固定闭塞信号控制，采用阶梯式速度控制方式，对应每个闭塞分区只能传送一个该分区所规定的最大速度命令码，称为固定闭塞系统。其特点是线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区、一个分区只能被一列车占用；闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速度、最不利制动率等不利条件设计；列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关；制动的起点和终点总是某一分区的边界；要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多，列车最小运行间隔≥120s；采用模拟轨道电路、轮轴传感器、加点式或环线传输，信息量少。该方式不易实现列车的舒适、节能控制限制了行车效率的提高。
随着通信技术、计算机技术的发展，为使城市轨道交通系统在技术水平上有所提高，更好地适应小编组、高密度的发展趋势，对于运量较大的城市轨道交通线路的信号系统设计时一般考虑采用准移动闭塞信号系统或移动闭塞信号系统方案。
与固定闭塞不同的是，准移动闭塞信号系统采用一次模式曲线控制方式，并且可以根据地面信号设备提供的目标速度、目标距离、线路状态(曲线半径、坡道等数据)等信息，车载设备计算出适合于本列车运行的模式速度曲线。制动的起点可以延伸，但终点总是某一分区的边界(根据每个区段的坡道、曲线半径等参数，包含在报文中)；要求运行间隔越短，闭塞分区(
设备)数也越多，列车最小运行间隔≥100s；采用报文式数字轨道电路，辅之环线或应答器，信息量较大。该模式在城轨信号系统中有一定的运用，例如上海地铁2号线和3号线，广州地铁1号线和2号线等。
2 无线CBTC移动闭塞系统
基于通信技术的列车控制系统(CBTC)不是通过轨道电路来确定列车的位置，向车载设备传递信息，而是利用通信技术，通过车载设备、现场的通信设备与车站或列车控制中心实现信息交换完成速度控制。随着技术的发展和需求的牵引，人们开始采用基于无线通信的列车控制系统，也就是采用在列车和轨旁设置无线电台实现列车与地面控制系统之间连续的双向通信，做到真正的双向“车—地通信”，从而实现基于通信的列车控制系统(CBTC)，其技术体制属于移动闭塞系统。移动闭塞的原理见图1-1。
CBTC的基本原理是：ATP地面设备周期性地接受本控制范围内所有列车传来的列车识别号、位置、方向和速度信息。相应地，ATP地面设备根据接收到的列车信息，确定各列车的移动授权，并向本控制范围内的每列列车周期性地传送移动授权（ATP防护点）的信息。移动授权由前行列车的位置来确定，移动授权将随着前行列车的移动而逐渐前移。ATP车载设
备根据接收到的移动授权信息以及列车速度、线路参数、司机反应时间等，计算出列车的紧急制动触发曲线和紧急制动曲线，以确保列车不超越现有的移动授权。因此在移动闭塞系统中，ATP防护点不是在轨道区段的分界点，而是在前行列车车尾后方加上安全距离的位置，它随着列车的移动而移动。武汉轨道交通1号线一期，广州地铁3号线，上海地铁6号线等项目相继采用了移动闭塞系统。
3无线CBTC移动闭塞系统对于传统信号的优势
（1）运行间隔缩短
运行间隔是指在线路上某一点前后运行的两列车之间的间隔。在无线CBTC移动闭塞系统中，一个列车车载设备探测轨道上的应答器决定列车的位置，在服务器的数据库中查他们的位置，并测量自前一个探测到的应答器起，已走的距离。列车车载设备通过双向无线通信向轨旁CBTC设备报告本列车的位置。
传统的基于轨道电路的信号系统，移动授权权限是以轨道电路区段的分辨率来给出的，其分辨率是一个闭塞分区，分辨率越小列车运行间隔时间越短。无线CBTC移动闭塞系统能够以更精细的分辨率来连续地监测列车位置。其分辨率是厘米级，并且系统运行间隔≤90秒。
（2）硬件数量相对减少，施工维修也更为简单
传统的基于轨道电路的信号系统由于需在轨道沿线安装很多探测及传输设备，同时大部分设备与钢轨均有直接实体联系，从而导致直接施工成本相对提高，施工阶段互相干扰之情形相当多，所需工期难以压缩，而且在以后维修保养作业上也会互有影响。
而无线CBTC移动闭塞系统中轨旁的设备只有轨旁无线单元、应答器、接近盘。同时，列车占用检测系统（计轴）也可以集成到系统中，以保护工程车和非通信列车。更少的轨旁设备就意味更简单的维护过程和更低的生命周期成本。系统扩展性能好，无线通信网络具有扩展和改造灵活的特点，这使得在系统最初配置后的维护和更改工作中省去很多麻烦。
（3）传输方式更为优越
传统的信号系统中采用的“车—地通信”是一种通过轨道电路实现地面控制系统向列车传输信息的单向传输系统。而无线CBTC移动闭塞系统不依靠轨道电路检测列车位置和向车载设备传递信息，它是利用无线通信技术，通过轨旁与车载ATP/ATO之间的直接信急交换，完成对列车的控制。无线CBTC移动闭塞系统可提供双向高速大容量实时数据通信，信息传输独立
于轨道电路，受外界各种物理因素干扰小，运行可靠。CBTC确立“信号通过通信”的新理念，使列车与地面(轨旁)紧密结合、整体处理，改变以往车-地相互隔离、以车为主的状态。这意味着只要“车—地通信”采用统一标准协议后，就易于实现不同线路间不同类型列车的联通联运。
（4）系统的灵活性和安全性
无线CBTC移动闭塞系统克服了传统的基于轨道电路的信号系统的不足，能够有效的处理不同速度和不同制动性能以及不同长度的列车。无线CBTC移动闭塞系统能够实时检测出列车不能完成预期性能的故障，从而使系统或者调度员及时做出反应，调整系统运营状况。
4 结论
相对于传统的信号系统，无线CBTC移动闭塞系统以更短的行车间隔，更少的硬件数量，更为简单的施工维修，更为优越的传输方式，更高的灵活性和安全性等优势将在城市轨道交通中可以发挥更大的作用，代表了城市轨道交通信号系统的发展方向。
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