移动闭塞系统在轨道交通控制中的优势

何成才

(武汉铁路职业技术学院，湖北 武汉 430205)

1 概述

基于通信的列车自动控制系统(Communicationsbased Train Control，CBTC)是全球铁路及轨道交通信号控制领域里公认的最先进的控制系统，CBTC突破以往固定闭塞用地面轨道电路设备判别列车占用线路闭塞分区的局限性，使轨道交通实现移动闭塞方式成为可能。

在CBTC系统中充分利用现有的先进设备与先进通信技术手段，实时或定时地进行列车与地面间的双向通信数据联络，使后续列车可以及时了解前方线路情况及与前方列车运行实际间隔距离，通过车载设备进行列车牵引计算，得出与后续列车的间隔距离就能给出本列车的最佳制动曲线，既提高了轨道线路的列车通行能力，又减少了列车司机频繁减速制动操作，一定程度上改善了旅客乘车舒适度。

由于列车与地面间通信数据的加大，地面可以实时地向列车上的车载信号设备传递列车运行前方及后方的线路情况，指示列车按照线路限速条件运行，提高了轨道交通的运行效率和安全性。

2 基于CBTC移动闭塞系统的实现

基于CBTC的移动闭塞系统和以往固定闭塞方式的根本区别，在于前后追踪的两列列车之间的最小安全追踪距离不是事先在车载设备里设定好的，而是随着前后两列列车移动距离和速度变化而变化的。CBTC的移动闭塞系统中，根据列车实时运行速度、最佳制动曲线和两列列车运行的位置信息，车载设备经过列车牵引计算，得出后车与前车车尾间的最小安全间隔，实时验证与前车车尾位置，确保与前方列车保持最小安全制动距离前提下，安全向前方运行。

移动闭塞是从固定闭塞原理发展起来的高科技的闭塞技术。传统的固定闭塞方式下，系统是无法知道列车在闭塞分区内的具体里程位置的，因此列车安全制动的起点和终点总是某一闭塞分区的边界。为了保证列车运行安全，必须在两列列车间增加安全防护区段，这使得两列列车间的安全防护间隔比较大，极大影响了轨道交通线路的通过率。

不同于传统的列车运行控制系统，CBTC可以不用再依赖轨道电路来确定列车的所在区间的位置，而是通过列车车载设备、地面应答器等设备来实现轨道交通列车速度的测定与定位，列车的定位精度有了很大程度的提高。两列列车安全间隔距离控制可不再以固定闭塞的分区为单位，后续列车不断计算，以前方列车尾部为追踪目标点安全运行，也就是可以实现移动闭塞方式，使得两列列车追踪间隔距离大大减少。在CBTC移动闭塞系统中，后续列车的最佳制动曲线都是以前方列车为目标点，通过实时计算前方列车的移动而得到的。

3 基于CBTC移动闭塞原则

移动闭塞系统是一种不分割区间闭塞分区、根据实时检测前方列车运行位置和运行速度进行列车最小安全间隔距离控制的列车安全控制系统。移动闭塞系统把前方运行列车的尾部看作是闭塞分区起点。由于这个假想的闭塞分区是随着两列列车的实时移动而不断移动的，所以叫作移动闭塞。移动闭塞系统中，列车的速度运行曲线随着前方目标点的移动而实时不断计算，后续列车与前方列车的保护段后部之间的安全距离等于本列列车的安全制动距离加上列车制动在反应时间内行驶的距离。

在CBTC移动闭塞系统中，车载设备根据系统提供的列车实时位置和不确定误差来计算在最不利情况下的前方列车位置。然后，车载设备根据前方列车视为本列车的最近制动点，为尽可能靠近该车的后续列车计算MAL。

移动闭塞原则是：前一列车后的安全间隔距离是根据列车最高运行时速，安全制动曲线和列车在线路上的实时位置通过列车牵引计算动态计算的。因为列车位置信号的高分辨率，根据列车在该段线路的最高运行速度，后续列车能安全地靠近前一列车的尾部，与最新验证的车尾位置保持安全制动距离，见图1。

图1 移动闭塞原则

在理想情况下，列车应该完全按照列车速度曲线来运行，此种情况下，列车只需根据速度运行曲线计算追踪运行列车在线路区间任意位置上的间隔时间，并将最大间隔时间作为列车在整个线路区间内进行追踪运行的间隔时间，这既能保证轨道交通列车安全运行，又提高了区间通过能力。列车间隔距离是以列车在当前速度下所需要的制动距离，加上一段安全距离来进行计算和控制的，确保安全追踪的起点和终点是动态的，线路轨旁设备的数量多少与列车运行间隔关系不是很大。

4 CBTC移动闭塞系统技术的优势

由于轨道交通以安全第一，必须采用高可靠、高安全的列车运行控制系统，CBTC系统实现的移动闭塞系统可以在客流量快速增长的情况下有效、快速满足升级要求并且这种系统易于实现扩展，从而提升了轨道交通运营的安全性与灵活性。轨道交通的高效率和短间隔将会带来极大的社会效益和极高的经济效益。

4．1 经济性—节约整体投资成本(生命周期成本)

4．1．1 降低土建工程建设成本

CBTC技术实现的移动闭塞系统可以很大程度上缩短行车安全间隔，提高轨道交通运营效率，通过采用小编组高密度的运营方案来提高列车的通过能力，从而可以减少车站的站台距离和折返线的长度(轨道上车辆调转的区段)，大幅度降低建设成本。

4．1．2 降低列车运行的能源消耗

CBTC系统可以实现列车与地面间的大容量数据信息传输，从而保证列车可以以最节省能源的操作模式行车，将有助于节约能源。

4．1．3 降低系统长期的维护成本

自主开发的CBTC系统由于大大减少了轨道交通硬件设施尤其是轨旁设备，维护成本大为降低，从而进一步降低长期的运营成本。

4．2 更短的项目实施周期

(1)在轨旁更少地安装测试设备;

(2)基于CBTC实现的移动闭塞系统无须大量的安装后测试和调试;

(3)基于CBTC实现的移动闭塞系统的主要组成部分是软件，一些重大的测试都可以在设备出厂前在仿真器上实现，从而减少了现场调试的时间。

4．3 CBTC是列车控制技术的发展趋势

轨道电路具有诸多技术瓶颈：运行间隔受限;单向通信，无法知道列车精确位置;无法实现冗余;硬件设备多，维护成本高;旧线改造复杂，无法实现互联互通。CBTC的通信部分，采用国际公认的标准和开放标准、公开接口，在保持通信“透明度”的前提下，确保实现“统一制式、保持竞争”的目标，有助于通过公平竞争，使造价进一步降低。CBTC系统在国际上被公认是列车控制技术的发展趋势。

5 总结

基于CBTC的移动闭塞系统下，可减少列车发车间隔时分，缩短追踪列车间隔时间，增加行车密度，提高线路通过能力。借助于无线通信技术的广泛应用，轨道交通运行控制摆脱了轨道电路的束缚，突破了轨道电路行车运行间隔的瓶颈，行车间隔大大缩短，适应现代化的大规模运输。随着信息技术的发展，基于通信的列车运行控制系统(CBTC)是列车控制系统技术的发展方向，国内应将移动闭塞技术作为轨道交通技术发展的重点。因此，全面开展CBTC移动闭塞系统的研究，已经成为国内列车控制技术发展的一个契机。

［1］黄秀玲，王长林．基于移动闭塞的列车自动运行仿真［J］．铁路计算机应用，2009，(10)：5 －7．

［2］何林娜，应子雯．城轨CBTC系统中数据通信子系统的研究［J］．通信技术，2009，(10)：139 －141．

［3］陈磊，宁滨，张勇，等．基于有色Petri网的CBTC系统列车追踪过程建模与仿真［J］．系统仿真学报，2009，(03)：637 －641．

［4］彭晋明．成都地铁1号线CBTC系统［J］．电力机车与城轨车辆，2009，(02)：50 －52．