淺談城市軌道交通CBTC系統關鍵技術

張帆

【摘 要】本文主要圍繞城市軌道交通CBTC系統展開研究，通過分析其應用的關鍵技術，包括列車定位技術和車地通信技術等，探究推動其各類工作更好開展的方法，提高系統運行的有效性，推動城市軌道交通建設更好地開展。

【關鍵詞】城市軌道交通；CBTC系統；關鍵技術

列車的運行控制中樞在城市軌道交通運行中發揮了重要作用，傳統的列車控制系統TBTC也逐漸轉變為CBTC系統，實現了從以軌道電路為主要出發點到以通信為主要出發點的轉變，其對列車的控制能力明顯增加，通過對CBTC應用的關鍵技術展開研究，可以有效提高其整體競爭力[1]。

一、移動閉塞技術

移動閉塞是基于區間自動閉塞原理發展起來的一種新型閉塞技術，是實現CBTC的關鍵技術之一。移動閉塞與固定閉塞相比，具有諸多技術優點，最顯著的特點是取消了以地面信號機分隔的固定閉塞區間。列車間的最小運行間隔距離由列車在線路上的實際運行位置和運行狀態確定，閉塞區間隨著列車的行駛，不斷地移動和調整，故稱為移動閉塞。城市軌道交通列車運行控制系統未來的發展方向是CBTC ，而移動閉塞技術代表了未來閉塞制式的發展方向[2]。

閉塞就是用信號或憑證，保證列車按照空間間隔制運行的技術方法?？臻g間隔制就是前行列車和追蹤列車之間必須保持一定距離的行車方法。列車運行自動控制系統就是依靠控制列車運行速度的方式來保證列車按照空間間隔制運行的。運行列車間必須保持的空間間隔首先是滿足制動距離的需要，同時還要考慮適當的安全余量和確認信號時間內的運行距離。列車間的追蹤運行間隔越小，運輸能力就越大[3]。

目前用于城市軌道交通系統的閉塞方式有三種固定閉塞、準移動閉塞和移動閉塞。固定閉塞由于以固定的閉塞分區為單位作為追蹤列車間的安全間隔及正常追蹤間隔，限制了線路通過能力的提高，現已不適合城市軌道交通發展的要求[4]。

準移動閉塞方式的列車控制系統采取速度一目標距離控制模式（又稱連續式一次速度控制）。速度一目標距離控制模式根據目標距離、目標速度及列車本身的性能確定列車制動曲線，不設定每個閉塞分區速度等級，采用一次制動方式。準移動閉塞的追蹤目標點是前行列車所占用閉塞分區的始端（當然會留有一定的安全距離），而后行列車從最高速開始制動的計算點是根據目標距離、目標速度及列車本身的性能計算決定的。目標點相對固定，在同一閉塞分區內不依前行列車的走行而變化，而制動的起始點是隨線路參數和列車本身性能不同而變化的?？臻g間隔的長度是不固定的，由于要與移動閉塞相區別，所以稱為準移動閉塞。顯然其追蹤運行間隔要比固定閉塞小一些。一般情況下，閉塞分區是用數字編碼軌道電路或計軸裝置來劃分的，它具有列車定位和占用軌道的檢查功能。

移動閉塞方式的列車控制系統也采用速度一目標距離控制模式。根據目標距離、目標速度及列車本身的性能確定列車制動曲線，采用一次制動方式。移動閉塞的追蹤目標點是前行列車的尾部（當然會留有一定的安全距離）。后行列車從最高速開始制動的計算點是根據目標距離、目標速度及列車本身的性能計算決定的。目標點是前行列車的尾部，與前行列車的走行和速度有關，是隨時變化的，而制動的起始點是隨線路參數和列車本身性能不同而變化的?？臻g間隔的長度是不固定的，所以稱為移動閉塞。其追蹤運行間隔要比準移動閉塞更小一些。

二、列車定位技術

列車定位技術是城市軌道交通CBTC系統運行過程中的主要技術之一，可以實現合理確定列車間的間隔，提供列車自動防護子系統的位置信息等多種運行目標，對及時顯示列車的運行狀態，在此基礎上合理調控列車運行等具有重要意義。根據其定位方式的不同，可以分為離散信息方式、連續信息方式和分段信息方式等多種方式，其使用過程中都必須滿足其連續性、覆蓋性和精確性等多方面要求。日常應用的定位系統有GPS定位和車載開普勒雷達定位等，本片主要介紹無限擴頻列車定位。在列車運行過程中，可以將原來應用于軍事通信的擴頻技術應用到列車運行過程中，借助其理論公式，包括香農公式、哈爾凱維奇抗多徑衰落理論和香農最佳信號理論和無限擴頻系統的數學模型等，明確無限擴頻列車定位的優勢，即排除其他因素，如白噪音等對軌道交通產生的影響，在此基礎上開展后續各項操作。當前主要由無線分站和無線總站以及車載無線設備構成無限擴頻列車定位系統，CBTC的核心即無線總站，可以提供各類信息接口，實現對無限分區的信息協調和指揮等工作，根據其傳遞的信息不同，無線分站和無線總站的連接方式也會存在差異。其中，數據傳輸網是安全信息的主要傳播通道，而基礎通信網是一般信息的信息傳播通道。通過數據傳輸網絡將定位信息和相關命令信息等傳遞到各分站中，可以滿足其定位等要求。車載接收機可以及時收集信息并利用擴頻和調制等手段，利用無線設備向地面發送各項數據，其接受控制命令和做出反應的速度等都會明顯加快。無限擴頻定位接收機是無限擴頻技術應用的另一主要方面，在明確其工作原理的基礎上開展各項工作，可以有效提高其工作質量。

三、車地通信技術

CBTC系統運行過程中的另一主要技術即車地通信技術，要求實現城市軌道車輛和地面控制系統之間的穩定聯系，方便后續指揮和命令以及信息匯報等工作合理開展。當前主要圍繞無線局域網的各項應用展開研究。城市軌道交通系統運行過程中，主要采用標準公開和頻點開放的無線局域網，這就對無線局域網的設備選擇和后續的安裝布局以及傳輸等都提出了定向要求，其標準也相對比較固定。就當前來說，首先應當確定無線局域網設備應用的無線協議，主要應用符合802.11g的設備開展CBTC系統建設工作，接入方式也主要以DCS為主，通過在列車上安裝無線局域設備SA和ZC以及CC、AP，其信息傳遞的有效性會明顯增加。無線網卡組成部分，不同單元的工作內容和會有所差別，主要分為分布對等式、集中控制方式以及二者的要求構復雜化程度，可以對應選擇不同類型的BSS單元組。無線局域網在CBTC系統中的應用具有一定的可實現性，因為其具有高移動性，受線纜的影響相對較小，可以滿足隨時隨地通信的需求。同時，由于其不需要開展線纜鋪設等工作，只需要接入一定數量的接入點設備即可，因而其安裝相對比較便捷。同時，有線網絡受到外界物理沖擊的影響，其運行過程中極容易斷網等現象，無線網絡有效規避了這類問題，其故障定位和解決都相對比較便捷，可以減少設備維修耗費的時間。最后，無線局域網應用的信號頻率相對比較高，因而其受到其他信息影響的幾率比較小，抗干擾性比較強，這些都為無線局域網應用到城市軌道系統CBTC中提供了可能。

四、結束語

綜上所述，城市軌道交通CBTC系統運行過程中具有一定的特殊性，其各項工作開展過程中會受到不同因素的影響，必須加強對其應用的核心技術的重視，明確各項工作開展過程中的關注重點，充分利用無線局域網和相關技術，推動CBTC系統建設實現更好地發展。

【參考文獻】

[1] 李中浩.城市軌道交通 CBTC 互聯互通發展趨勢及建議[J].城市軌道交通研究，2018，21（5）：12-15+33.

[2] 陳智.城市軌道交通 CBTC 系統無線通信抗干擾技術探析[J].大科技，2018（12）：115-116.

[3] 戴克平，張艷兵，朱力，等.基于 LTE 的城市軌道交通車地通信綜合承載系統[J].都市快軌交通，2016，29（1）：69-74.