浅谈城市轨道交通CBTC系统关键技术

张帆

【摘 要】本文主要围绕城市轨道交通CBTC系统展开研究，通过分析其应用的关键技术，包括列车定位技术和车地通信技术等，探究推动其各类工作更好开展的方法，提高系统运行的有效性，推动城市轨道交通建设更好地开展。

【关键词】城市轨道交通；CBTC系统；关键技术

列车的运行控制中枢在城市轨道交通运行中发挥了重要作用，传统的列车控制系统TBTC也逐渐转变为CBTC系统，实现了从以轨道电路为主要出发点到以通信为主要出发点的转变，其对列车的控制能力明显增加，通过对CBTC应用的关键技术展开研究，可以有效提高其整体竞争力[1]。

一、移动闭塞技术

移动闭塞是基于区间自动闭塞原理发展起来的一种新型闭塞技术，是实现CBTC的关键技术之一。移动闭塞与固定闭塞相比，具有诸多技术优点，最显著的特点是取消了以地面信号机分隔的固定闭塞区间。列车间的最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定，闭塞区间随着列车的行驶，不断地移动和调整，故称为移动闭塞。城市轨道交通列车运行控制系统未来的发展方向是CBTC ，而移动闭塞技术代表了未来闭塞制式的发展方向[2]。

闭塞就是用信号或凭证，保证列车按照空间间隔制运行的技术方法。空间间隔制就是前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离的行车方法。列车运行自动控制系统就是依靠控制列车运行速度的方式来保证列车按照空间间隔制运行的。运行列车间必须保持的空间间隔首先是满足制动距离的需要，同时还要考虑适当的安全余量和确认信号时间内的运行距离。列车间的追踪运行间隔越小，运输能力就越大[3]。

目前用于城市轨道交通系统的闭塞方式有三种固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。固定闭塞由于以固定的闭塞分区为单位作为追踪列车间的安全间隔及正常追踪间隔，限制了线路通过能力的提高，现已不适合城市轨道交通发展的要求[4]。

准移动闭塞方式的列车控制系统采取速度一目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制）。速度一目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端（当然会留有一定的安全距离），而后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。一般情况下，闭塞分区是用数字编码轨道电路或计轴装置来划分的，它具有列车定位和占用轨道的检查功能。

移动闭塞方式的列车控制系统也采用速度一目标距离控制模式。根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，采用一次制动方式。移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部（当然会留有一定的安全距离）。后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，是随时变化的，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。

二、列车定位技术

列车定位技术是城市轨道交通CBTC系统运行过程中的主要技术之一，可以实现合理确定列车间的间隔，提供列车自动防护子系统的位置信息等多种运行目标，对及时显示列车的运行状态，在此基础上合理调控列车运行等具有重要意义。根据其定位方式的不同，可以分为离散信息方式、连续信息方式和分段信息方式等多种方式，其使用过程中都必须满足其连续性、覆盖性和精确性等多方面要求。日常应用的定位系统有GPS定位和车载开普勒雷达定位等，本片主要介紹无限扩频列车定位。在列车运行过程中，可以将原来应用于军事通信的扩频技术应用到列车运行过程中，借助其理论公式，包括香农公式、哈尔凯维奇抗多径衰落理论和香农最佳信号理论和无限扩频系统的数学模型等，明确无限扩频列车定位的优势，即排除其他因素，如白噪音等对轨道交通产生的影响，在此基础上开展后续各项操作。当前主要由无线分站和无线总站以及车载无线设备构成无限扩频列车定位系统，CBTC的核心即无线总站，可以提供各类信息接口，实现对无限分区的信息协调和指挥等工作，根据其传递的信息不同，无线分站和无线总站的连接方式也会存在差异。其中，数据传输网是安全信息的主要传播通道，而基础通信网是一般信息的信息传播通道。通过数据传输网络将定位信息和相关命令信息等传递到各分站中，可以满足其定位等要求。车载接收机可以及时收集信息并利用扩频和调制等手段，利用无线设备向地面发送各项数据，其接受控制命令和做出反应的速度等都会明显加快。无限扩频定位接收机是无限扩频技术应用的另一主要方面，在明确其工作原理的基础上开展各项工作，可以有效提高其工作质量。

三、车地通信技术

CBTC系统运行过程中的另一主要技术即车地通信技术，要求实现城市轨道车辆和地面控制系统之间的稳定联系，方便后续指挥和命令以及信息汇报等工作合理开展。当前主要围绕无线局域网的各项应用展开研究。城市轨道交通系统运行过程中，主要采用标准公开和频点开放的无线局域网，这就对无线局域网的设备选择和后续的安装布局以及传输等都提出了定向要求，其标准也相对比较固定。就当前来说，首先应当确定无线局域网设备应用的无线协议，主要应用符合802.11g的设备开展CBTC系统建设工作，接入方式也主要以DCS为主，通过在列车上安装无线局域设备SA和ZC以及CC、AP，其信息传递的有效性会明显增加。无线网卡组成部分，不同单元的工作内容和会有所差别，主要分为分布对等式、集中控制方式以及二者的要求构复杂化程度，可以对应选择不同类型的BSS单元组。无线局域网在CBTC系统中的应用具有一定的可实现性，因为其具有高移动性，受线缆的影响相对较小，可以满足随时随地通信的需求。同时，由于其不需要开展线缆铺设等工作，只需要接入一定数量的接入点设备即可，因而其安装相对比较便捷。同时，有线网络受到外界物理冲击的影响，其运行过程中极容易断网等现象，无线网络有效规避了这类问题，其故障定位和解决都相对比较便捷，可以减少设备维修耗费的时间。最后，无线局域网应用的信号频率相对比较高，因而其受到其他信息影响的几率比较小，抗干扰性比较强，这些都为无线局域网应用到城市轨道系统CBTC中提供了可能。

四、结束语

综上所述，城市轨道交通CBTC系统运行过程中具有一定的特殊性，其各项工作开展过程中会受到不同因素的影响，必须加强对其应用的核心技术的重视，明确各项工作开展过程中的关注重点，充分利用无线局域网和相关技术，推动CBTC系统建设实现更好地发展。

【参考文献】

[1] 李中浩.城市轨道交通 CBTC 互联互通发展趋势及建议[J].城市轨道交通研究，2018，21（5）：12-15+33.

[2] 陈智.城市轨道交通 CBTC 系统无线通信抗干扰技术探析[J].大科技，2018（12）：115-116.

[3] 戴克平，张艳兵，朱力，等.基于 LTE 的城市轨道交通车地通信综合承载系统[J].都市快轨交通，2016，29（1）：69-74.