王建坤，贾嘉琪

（天津交控科技有限公司，天津 300000）

我国社会经济的高速发展，为人们的衣食住行带来了良好的物质条件，交通是人们日常生活与工作中不可缺少的一部分，如今城市轨道交通系统的大力建设，不仅为人们的交通出行带来了极大便捷，也在很大程度上促进了国家能源的节省，加快城市化进程。在我国城市轨道交通发展过程中，提升轨道交通系统的安全性是主要目标，因为一旦列车运行控制系统发生故障，则会极大地威胁到城市轨道交通的顺畅有序运营，更有甚者会危及到乘客的生命安全。因此，对城市轨道交通列车运行控制系统的关键技术进行深入研究，对我国轨道交通的进一步稳定发展具有重要的实践意义。

1 城市轨道交通列车运行控制系统的发展需求

（1）列车控制系统对列车追踪间隔和线路运能有较大的影响。对于城市轨道交通，列车折返间隔是影响其运行的重要因素，路线运行最小间隔一般合理控制在2 min左右。如果列车控制系统的折返效率提升，此时运能就也相应得到提升。列车控制系统对效能的需求比较迫切，需要进一步提升。

（2）目前，城市轨道交通基本实施CBTC 信号系统和CBTC 互联互通系统2 种规范，但是其覆盖面积方面还无法满足需求，需要一系列的改造项目才能解决列车控制系统的兼容需求。此外，部分城市轨道交通列车运行在采用公交化运营的CBTC 控制系统时，必须要考虑公交化运营、高铁、列车等城市轨道交通制式间的兼容需求。

（3）随着现代自动无人驾驶技术在现代轨道交通运行系统中的应用，我国智能化列控技术已经取得重大发展。智能化将成为现代城市轨道交通列车控制系统的重要发展方向，进一步实现智能化列控技术、智能化运维技术与现代城市轨道交通列车控制箱系统的耦合发展，是当前列车控制系统的重要发展需求。

2 城市轨道交通列车运行控制系统的组成及原理

基于通信的列车运行控制系统（CBTC 系统）现已基本实现移动闭塞，完全脱离地面轨道电路设备信息传输的制约性。在CBTC 系统中，通信传输技术的应用能够定时与地面及列车形成通信，用于向后面运行的列车精确提供前方列车的相关信息，以此再计算出最优化的制动曲线，从而提高列车轨道区间的通行能力，降低列车减速制动的概率，最大化改善乘客搭乘列车的安全舒适性。此外，地面也可及时了解列车运行的具体情况传输给车载控制系统，系统再根据线路状态指导列车运行，提高列车行进过程中的安全稳定性。CBTC 系统是一个复杂分布式控制系统，主要由控制中心设备、车站设备、轨旁设备、车载设备及网络通信设备组成。

在CBTC 系统中，控制中心设备主要由自动列车监督（Automatic Train Supervision，简称ATS）子系统的设备构成，是CBTC 系统的重要组成部分，可通过监督轨道线路的障碍信息、前列车的通行记录为后面的列车给予运行授权，简单说就是限制列车速度值，即为确保列车之间的安全控制距离，为后面的列车行经下一站停靠站点所需要的时间进行授权。通过列车行经线路的信息、最大车速及目前停靠的地理位置，准确计算得出列车之间的安全间隔距离，而这个距离也并非是固定不变的，它是一个循环性的动态刷新信息。CBTC 系统的车载设备一般称为VOBC（Vehicle On-board Controller）或CC（Carbone Controller），车载控制器将列车实际行驶速度与限制速度值进行对比，当列车实际行驶速度高于限制速度时，系统会自动紧急制动，以此确保列车可以安全停靠。作为一个分布式控制系统，CBTC 系统的各个设备间、车载设备与地面设备间设置了可靠的骨干通信网络，实现双向大容量无线通信。网络通信系统中的有线网络一般由商业级骨干网（SDH、RPR 等）或工业以太网交换机组成，采用环形网络结构。地面骨干网络为信号系统提供专用有线信息传输，为控制中心设备及车站设备、轨旁设备间提供信息的透明传输通道。车地通信网络由冗余的红、蓝双网共同构成，技术方案主要有WLAN 和LTE 方案。

3 城市轨道交通列车运行控制系统的关键技术及具体应用

3.1 列车空间分隔技术

列车间隔控制是信号系统防止列车相撞等危险事故的有效方法，分为时间分隔技术和空间分隔技术。目前广泛使用的是空间分隔技术，即把铁路划分为若干个区段，根据列车位置进行列车分隔，在同一时间每个区段内只允许一辆列车运行。这种严格控制前车与追踪列车之间的距离，从而有效防止列车追尾和正面冲突的空间分隔技术叫做闭塞行车法，简称闭塞。

与传统的信号控制系统相比，CBTC 系统采用列车自主测速定位技术来获取列车的实时位置和速度信息，列车定位不再局限于固定划分的轨道区段，而是可以随着列车运行实时监测。通过对全线列车进行排序，实时监督轨道区段和基础设备状态，通过移动授权的方式将其使用权合理分配给各列车。通过一次连续式速度-距离曲线形式的列车安全制动模型实时计算列车紧急制动触发（Emergency Brake Intervention，简称EBI）速度，确保高效、安全的列车追踪。

3.2 列车定位技术

列车自主测速定位技术在CBTC 系统中的作用主要体现在以下方面：

（1）区域控制器（Zone Controller，简称ZC）。根据列车位置信息进行全线列车排序，并根据相邻列车的位置信息和已排列的进路信息为列车分配移动授权，保证列车运行安全。

（2）列车自动防护系统（Automatic Train Protection，简称ATP）。车载设备根据收到的移动授权和EBI 速度曲线，通过与当前列车实时速度比较，对列车提供超速防护功能，避免列车超过最大允许的运行速度以及列车位置超出允许的运行范围。

（3）自动驾驶系统（Automatic Train Operation，简称ATO）。根据列车位置和速度信息、运行目标和自动驾驶模型计算最优驾驶曲线，并依据其对列车控制命令进行调整。

3.3 地车信息传输技术

数据通信系统（DCS）是地车信息传输技术的载体，以WLAN 技术和LTE 技术的应用最为常见。

（1）WLAN 技术，是一种短距离无线通信技术，以无线访问接入点信号为传输媒介构成的计算机局域网络。目前的CBTC 系统中主要采用IEEE802.11g 标准的WLAN 技术，通常选择的无线传输媒介为自由波、裂缝波导管、泄露电缆等3 种方式。（2）LTE 技术，是一种专门为移动高宽带应用而设计的无线通信标准，包括FDD 和TDD 2 种模式，用于成对频谱和非成对频谱。

4 列车控制系统类型

按照列车闭塞方式的不同，列车控制系统可以分为3 种：固定闭塞式列车控制系统；准移动闭塞式控制系统；移动闭塞式控制系统。

4.1 固定闭塞式控制系统

固定闭塞式控制系统也可以称为速度码系统，在这一控制系统应用中，前后列车定位方式都已固定定位为主。列车的信息传输主要是通过轨道电路来实现的，传输信息则是模拟信息。这种控制模式是单向的，一般是地对车信息传递，这样无法保证车对地的信息传输效果，就不能构成闭环控制系统。这一系统应用固定定位，所以无法掌握列车在分区内的实际位置，所以要想确保安全，需要架设一个防护区，这样能够将两车安全间隔开来，保证安全性。

4.2 准移动闭塞式控制系统

在这一控制系统中，前后车定位方式不一样，一般前车采取固定定位，后车采用移动定位，车地之间的信息传输可以借助轨道电路来实现，也可以借助无线网络来传输。这种闭塞式控制系统中，应用了2 种定位方式，因此在速度控制模式上，满足无极连续的特征，还具备分级阶梯的特点。在这样的准移动闭塞式控制系统应用中，如果前车保持不动，但是后车持续前进，其最大允许速度是处于动态变化之中的。而在前车前进，并且车尾越过固定区段分界点的情况下，后车的最大允许速度也是阶梯状变化的。

这一控制系统中，列车安全间隔要比上述控制模式前进一些，系统能够通过数据信息传输来让后车把握好前进的距离和速度，后车可以结合收到的数据信息来进行减速和制动，保证行车安全，同时也能提升运行效率。

4.3 移动闭塞式控制系统

这种控制模式中，列车位置和速度会被持续监测，这样后车可以进行列车调控。这种控制模式中，前后列车都采用移动定位方式，通过无线传输来完成信息传输。在该系统中，后续列车的速度曲线会根据前车目标点移动来进行实时计算。这种控制模式是一种新模式，因为传输以无线通信方式为主，所以能够实现车和地之间的大量信息传输，实现高效的信息交互目标，并且构成了一个列车闭环控制系统。在这种控制模式中，能够结合列车实时速度来对前后车距离进行调控，有效缩小列车之间的运行距离，提升车密度，这对于提升轨道运输效率具有积极作用。目前，在城市轨道交通系统中，国铁青藏线ITCS 系统就是使用这种闭环控制系统的。

5 列车运行控制系统的特点及未来发展情况

5.1 列车运行控制系统的主要特点

列车运行控制系统根据列车在铁路线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整的技术装备。以往，最传统化的列车运行控制系统主要是依赖于轨道电力获取列车定位信息，但是先进的CBTC 系统则完全颠覆了传统技术，它主要通过列车传输的自我位置报告实现列车与地面的双向通信，通过地面无线闭塞控制中心实现信息的传输交互作用，精确控制好列车的运营速度、保障安全行驶距离。总的来说，CBTC 系统具备以下6 个特点：大容量的地面及列车通信技术；通过车载设备实现列车间隔控制、速度控制、进路控制等；列车的位置定位精确度高；基本实现移动闭塞，可灵活高度地控制列车行驶过程；整体设备都具备很高的集成性、系统结构简单稳定，地面设备的可维修性、可靠性得到大幅改善；在现有信号系统基础之上可达到线路改善，促进轨道之间互通。

5.2 列车运行控制系统的未来发展情况

（1）系统化。系统设备已形成系统化、集成化的发展趋势，未来轨道交通系统会更加科学先进。

（2）网络化。列车及地面无线通信网络、地面局域网、广域网的有机配合应用，促使列车、控制中心、车站之间可形成一个闭环体，信息全面传输给调度指导中心，保障其对列车信息的全面了解，以便灵活配置资源，为整体系统的运作提供安全稳定的有利环境。

（3）信息化。信息化的快速发展以确保系统可高效安全运行，以提高列车出行服务质量和水平。

（4）智能化。不断优化整个轨道交通系统，大幅度降低轨道交通人员的工作量及劳动强度。

（5）通信信号一体化。在CBTC 系统中通信技术的广泛应用可基本达到列车控制系统的一体化功能。

6 结束语

伴随科学技术的快速发展，列车运行控制系统作为轨道交通运营的核心技术，已然成为当前交通体系中重要的发展目标。为进一步提升轨道交通运营的安全可靠性，加大对CBTC 系统的深入研究，融入COTS 技术开发系统的研究理论，加快赶超交通系统更加发达的国家技术水平，进一步完善符合国情需求的交通安全标准，以促使CBTC 系统可更高效地投入到我国轨道交通运作管理之中去。