高速鐵路智能交通系統中的CBTC技術分析

趙汝強

摘 要：在智能交通系統中采用CBTC技術可以提高高鐵運行的效率和保證列車運行中的安全。本文分析研究國內外CBTC技術的研究應用現狀，探討我國高鐵災害CBTC技術的組成部分。

關鍵詞：CBTC技術；高鐵；列車控制

CBTC系統是用無線通信媒體來實現列車和地面設備的雙向通信，用以代替軌道電路作為媒體來實現列車運行控制。它的傳輸信息量大、速度快。既可以實現固定的自動閉塞系統，也可以實現移動的自動閉塞系統，大大減少區間敷設電纜，減少一次性投資的資金，同時可以實現運行管理。

1 國外CBTC技術的發展現狀

1.1 歐洲列車控制系統——ETCS

2001年歐盟確定了ETCS成為歐洲強制性技術規范。ETCS系統可以實現歐洲高速列車的互通互用，安全高效，同時實現互通互用還降低了各國鐵路運輸成本，擴展了市場。

到今天，歐洲列車控制系統分成ETCS0級——ETCS3級，逐步脫離地面設備，實現基于通信的列車控制。ETCS 0級指的是ETCS車載設備+傳統列控系統。ETCS1級是指地面信號+查詢應答器+軌道電路。ETCS2級是指軌道電路+查詢應答器+GSM-R。ETCS3級指的是查詢應答器+GSM-R。

1.2 日本新干線列車控制系統——ATC

日本使用的列車控制系統是自己開發的“自動列車控制系統”（ATC），它分為地面設備主體多段式ATC和車載主體數字一段式ATC。這個控制系統優點是當前方有列車的話，后續列車會自動地實施剎車和減速。即使前方列車遇到停電或列車故障，后續列車也會自動剎車，不會發生沖撞問題

1.3 北美先進列車控制系統——ATCS

先進列車控制系統是采用無線技術和計算機技術，通過人造衛星和雷達控制鐵路行車的。由列車本身檢測列車所在位置，通過無線通信將列車位置信息送到地面，地面中心根據來自各列車的位置和站內進路狀態等信息，決定列車可以安全運行的區間和速度，并通過無線通信報告列車，列車再根據來自地面的信息以及線路坡度、列車制動能力等數據計算出安全運行的速度。

2 國內列車控制系統——CTCS

國內CTCS技術借鑒了歐洲ETCS系統，并根據國內鐵路實情做了相應的修改。分成了6級，即CTCS4、CTCS3D、CTCS3、CTCS2、CTCS1、CTCS0。CTCS-2通過ZPW2000軌道電路檢測列車的位置，CTCS地面設備據列車占用情況和運營計劃通過軌道電路+應答器向列車連續發送行車命令，由列控車載設備實現列車運行的安全控制。CTCS-2級相比ETCS-1增加了軌道電路傳送列控數據，彌補了ETCS-1信息不連續的缺點。

3 高速鐵路CBTC技術分析

3.1 無線信息傳輸技術

CBTC技術是基于無線信息傳輸技術的，所以必然離不開無線信息傳輸技術，兩者是相輔相成的關系。無線信息傳輸技術主要有以下幾種：

①FDMA（頻分多址）技術。這是我國最早采用的無線通信技術，FDMA為每一個用戶指定了特定的信道，在呼叫的過程中，其他用戶不能共享這一頻段。②TDMA（時分多址）技術。TDMA是在一個寬帶的無線載波上，將時間分成周期性的幀，每一幀再分成若干時隙，每個時隙就是一個通信信道，分給一個用戶。③CDMA（碼分多址）技術。CDMA為每個用戶分配了各自特點的地址碼，利用公共信道來傳輸信息，地址碼相互具有準正交性，用來區別地址，在頻率、時間和空間上皆有可能重疊。

3.2 移動閉塞技術

為保證列車運行安全，須保證列車間以一定的安全間隔運行。傳統的固定閉塞技術，是列車間必須有一定數量的空閑分區作為列車安全間隔，目前的移動閉塞技術是采用應答器來判斷分區占用并傳輸信息，可以告知后續列車繼續前行的距離，列車根據距離采取相關的減速或制動。它可以縮小列車的安全間隔距離，充分的利用線路利用效率，提高運營效率。

移動閉塞技術將線路分成了若干個通過數據庫預先定義的線路單元，移動閉塞分區即由一定數量的單元組成，單元的數目可隨著列車的速度和位置而變化，分區的長度也是動態變化的，移動閉塞技術取消了物理層次上的劃分。列車不間斷向軌旁控制器傳輸其標識、位置、方向和速度，軌旁控制器根據來自列車的信息計算、確定列車的安全行車間隔，并將相關信息傳遞給列車，控制列車運行。

3.3 列車定位技術

①軌道電路定位。這是最基本的列車定位方法，它可以在不需對當前設備做較大改動就能實現列車定位，而且相對比較安全，適用的范圍也很廣。而定位的精確度則是取決于軌道電路的長度。②計軸定位。它是以計算機技術為核心，加上外部設備，利用統計車輛軸數來檢測相應軌道區段占用或空閑狀態的技術。計軸定位安全性較高，但是精確度不高，需要與其他的測速裝置配合使用。③測速定位。它是通過不斷測量列車的即時運行速度，對列車的即時速度進行積分的方法得到列車的運行距離。

4 結束語

CBTC技術是基于通信技術，集計算機技術、衛星定位技術、自動控制等技術于一體的高新技術，將其運用于高速鐵路的智能交通系統中，可以加強列車的運輸、控制管理，同時促進鐵路運行的安全。我國高速鐵路智能交通系統的發展將會帶動我國鐵路事業的發展，提高鐵路的運輸效率。

[參考文獻]

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