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【摘要】随着城市轨道交通的发展，基于无线通信的列车控制（Communications Based Train Control，简称CBTC）在轨道交通行业广泛应用。结合南京地铁二号线的具体应用，深入分析了CBTC的主要特点。
【关键词】城市轨道交通基于通信的列车控制车地通信
一、轨道交通中无线通信技术应用
无线通信系统在轨道交通有着多项重要的应用。为列车调度、防灾消防调度、维修调度警用等子系统用户提供无线集群通信手段；运营商提供的商用无线通信；基于无线通信的乘客信息系统，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统；基于无线通信的列车控制系统CBTC，结合无线电通信技术和自动化控制技术的应用，用无线通信来实现列车和地面设备的双向通信，用以代替轨道电路来实现列车运行控制。
二、基于无线通信的列控系统发展迅速
CBTC系统是新型的城市轨道交通ATC系统，它通过列车与地面间连续的双向通信，实时提供列车的位置以及速度信息，更新列车的移动授权，最大程度的减小了列车的运行间隔，突破了固定闭塞的局限，实现了移动闭塞，在技术以及成本上都较传统的信号系统有明显的优势，CBTC系统是当今世界上最有发展潜力的列车运行控制系统。
近年来城市轨道交通信号系统的建设和改造都首选CBTC系统，广州地铁3、4、5、6号线，北京地铁4、10号线和首都机场线、亦庄线、房山线、昌平线，上海地铁6、7、8、9、10、11、12号线，南京地铁2号线，苏州地铁1号线等。
三、CBTC系统概述
CBTC系统是一种采用先进的通信和计算机技术、连续控制、监测列车运行的列车控制系统，是实现移动闭塞制式的主要技术。它的关键特点是车载设备与轨旁设备间的实时双向通信。基于无线通信的CBTC系统与传统的基于轨道电路的信号系统相比，减少了硬件设备量，降低了设备安装和维护成本，而且系统的安装、调试和维护也很简单，这就实现了更低的全寿命周期成本。
通用的CBTC系统结构如图1所示：
从图中可以看出：整个CBTC系统包含轨旁子系统（轨旁设备以及联锁系统）、CBTC车载子系统、ATS子系统和数据传输子系统。
四、车地之间的无线通信是CBTC的关键技术
CBTC系统通过建立车地之间连续双向、高速的通信，使指令以及状态实时交换；同时根据线路的条件，对列车进行限速或者与地面设备发生联锁关系。由于对列车的指令以及列车状态、位置都需要通过车地通信来实现，所以通信的好坏直接影响行车安全，这就要求有可靠和安全的通信技术与设备。各类型CBTC系统在系统结构和功能日趋一致或接近的情况下，车地双向连续通信方式是系统的关键技术之一。
车地通信就双向信息传输方式而言，分为基于感应电缆环线和基于无线通信方式。无线通信是最广泛应用的一种方式，它按照数据传输媒介的方式可分为：无线电台、裂缝波导管、漏缆等。无线电台的体积较小，安装和维护容易。为了通信的质量。为了保证在一个无线接入点（AP）故障时通信不中断，往往需要在同一个地点设置双网覆盖，进一步缩短了AP布置间距。利用裂缝波导管进行无线传输的信号系统有法国的ALSTOM公司，已经在新加坡东北线以及北京机场线中应用。波导管是能传输电磁波的金属管，简称波导。它采用的是一种长方形铝合金材料，在其表面每隔一段距离（约6cm）刻有一条2mm宽3cm长的裂缝，能够让无线电波从缝中漏泄出来。波导管的物理特性和衰减性能很好，传输距离远（最大可以1600米），且抗干扰能力强。它减少了列车在各个AP间的漫游和切换，大大提高了无线传输的连续性和可靠性。在实际工程中，可采用混合组网的方式，在岔区以及安装难度较大的地方采用无线电台或漏缆等方式，该方式已在北京2号线、机场线等取得良好的使用效果，具有一定的工程应用价值。
五、南京地铁2号线的具体应用
南京地铁二号线采用了西门子的CBTC系统。该信号系统由三个主要子系统组成：列车自动监控（ATS）系统、计算机联锁系统Sicas（西门子计算机辅助信号系统，Siemens Computer Aided Signalling）、Trainguard MT ATP/ATO系统。各子系统相互协调，实现地面控制与车上控制相结合、中央控制与现地控制相结合的一体化自动控制系统。该系统与传统的列控系统相比，减少了安装维护工作量和备品备件的需求量。
为了保证连续可靠运行，SICAS联锁、Trainguard MT、MOCS和通信等子系统都是冗余的。与运行安全有关的计算机都采用符合故障-安全原理的“三取二”或“二取二”配置。ATS子系统由西门子提供的VICOS OC501中央设备及中电十四所提供的MOCS—LATS本地设备组成（Metro Operation Control System）。ATS和车站设备之间通过冗余的以太局域网通信。该系统基于西门子故障-安全的SIMIS原理，其现代化设计和安全数字总线通信的使用极大降低了联锁系统数量。该产品在连续式通信或者点式通信条件下，由Trainguard MT的列车自动防护和列车自动驾驶功能保证列车的安全监督和连续运行，列车安全功能主要基于移动闭塞原理。
无线系统是采用了Airlink TC，采用广泛应用的IEEE802.11b标准，以冗余方式占用两个没有重叠的频段（2.4GHz ISM频段中1、11信道），通过2.4GHz WLAN技术，在分布式轨旁设备、中心设备和车载设备之间进行通信，供Traingard MT系统使用。对Trainguard数据来讲，所有环网是冗余的，每个环网同轨旁一系列接入点（AP）接口。环网拓扑结构同简单星型结构相比具有易于管理和节约光纤的特点，同时提供高可用度。接入点分布在轨旁，提供到车的无线链路。如果在某些区域隧道中有多股轨道，或在高架开放空间环境下，一个AP可覆盖双轨。AP使用定向天线，实际为TC提供的AP场强覆盖轨道的范围大约是两个AP之间距离的两倍，这样就提供了冗余“双覆盖”无线区域。这样设计的好处是如果轨旁间隔的AP出现故障并不会影响列车运行。
六、结束语
随着我国城市轨道交通进入快速发展期，国内厂家也积极研制开发CBTC系统，如北京交通大学研制成功并用于北京的亦庄线，另外通号公司、卡斯柯公司、铁道部科学研究院等单位都在开发国产的、具有完全自主知识产权的CBTC系统。因而基于无线通信的CBTC系统必然是今后城市轨道交通信号系统的发展方向。
参考文献
[1]朱丹.城市轨道交通工程概论.版本[M].北京：人民交通出版社，2012：7-1.
[2]曾小清，王长林，张树京.基于通信的轨道交通运行控制.版本[M].上海：同济大学出版社，2007：81-95.
【关键词】城市轨道交通基于通信的列车控制车地通信
一、轨道交通中无线通信技术应用
无线通信系统在轨道交通有着多项重要的应用。为列车调度、防灾消防调度、维修调度警用等子系统用户提供无线集群通信手段；运营商提供的商用无线通信；基于无线通信的乘客信息系统，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统；基于无线通信的列车控制系统CBTC，结合无线电通信技术和自动化控制技术的应用，用无线通信来实现列车和地面设备的双向通信，用以代替轨道电路来实现列车运行控制。
二、基于无线通信的列控系统发展迅速
CBTC系统是新型的城市轨道交通ATC系统，它通过列车与地面间连续的双向通信，实时提供列车的位置以及速度信息，更新列车的移动授权，最大程度的减小了列车的运行间隔，突破了固定闭塞的局限，实现了移动闭塞，在技术以及成本上都较传统的信号系统有明显的优势，CBTC系统是当今世界上最有发展潜力的列车运行控制系统。
近年来城市轨道交通信号系统的建设和改造都首选CBTC系统，广州地铁3、4、5、6号线，北京地铁4、10号线和首都机场线、亦庄线、房山线、昌平线，上海地铁6、7、8、9、10、11、12号线，南京地铁2号线，苏州地铁1号线等。
三、CBTC系统概述
CBTC系统是一种采用先进的通信和计算机技术、连续控制、监测列车运行的列车控制系统，是实现移动闭塞制式的主要技术。它的关键特点是车载设备与轨旁设备间的实时双向通信。基于无线通信的CBTC系统与传统的基于轨道电路的信号系统相比，减少了硬件设备量，降低了设备安装和维护成本，而且系统的安装、调试和维护也很简单，这就实现了更低的全寿命周期成本。
通用的CBTC系统结构如图1所示：
从图中可以看出：整个CBTC系统包含轨旁子系统（轨旁设备以及联锁系统）、CBTC车载子系统、ATS子系统和数据传输子系统。
四、车地之间的无线通信是CBTC的关键技术
CBTC系统通过建立车地之间连续双向、高速的通信，使指令以及状态实时交换；同时根据线路的条件，对列车进行限速或者与地面设备发生联锁关系。由于对列车的指令以及列车状态、位置都需要通过车地通信来实现，所以通信的好坏直接影响行车安全，这就要求有可靠和安全的通信技术与设备。各类型CBTC系统在系统结构和功能日趋一致或接近的情况下，车地双向连续通信方式是系统的关键技术之一。
车地通信就双向信息传输方式而言，分为基于感应电缆环线和基于无线通信方式。无线通信是最广泛应用的一种方式，它按照数据传输媒介的方式可分为：无线电台、裂缝波导管、漏缆等。无线电台的体积较小，安装和维护容易。为了通信的质量。为了保证在一个无线接入点（AP）故障时通信不中断，往往需要在同一个地点设置双网覆盖，进一步缩短了AP布置间距。利用裂缝波导管进行无线传输的信号系统有法国的ALSTOM公司，已经在新加坡东北线以及北京机场线中应用。波导管是能传输电磁波的金属管，简称波导。它采用的是一种长方形铝合金材料，在其表面每隔一段距离（约6cm）刻有一条2mm宽3cm长的裂缝，能够让无线电波从缝中漏泄出来。波导管的物理特性和衰减性能很好，传输距离远（最大可以1600米），且抗干扰能力强。它减少了列车在各个AP间的漫游和切换，大大提高了无线传输的连续性和可靠性。在实际工程中，可采用混合组网的方式，在岔区以及安装难度较大的地方采用无线电台或漏缆等方式，该方式已在北京2号线、机场线等取得良好的使用效果，具有一定的工程应用价值。
五、南京地铁2号线的具体应用
南京地铁二号线采用了西门子的CBTC系统。该信号系统由三个主要子系统组成：列车自动监控（ATS）系统、计算机联锁系统Sicas（西门子计算机辅助信号系统，Siemens Computer Aided Signalling）、Trainguard MT ATP/ATO系统。各子系统相互协调，实现地面控制与车上控制相结合、中央控制与现地控制相结合的一体化自动控制系统。该系统与传统的列控系统相比，减少了安装维护工作量和备品备件的需求量。
为了保证连续可靠运行，SICAS联锁、Trainguard MT、MOCS和通信等子系统都是冗余的。与运行安全有关的计算机都采用符合故障-安全原理的“三取二”或“二取二”配置。ATS子系统由西门子提供的VICOS OC501中央设备及中电十四所提供的MOCS—LATS本地设备组成（Metro Operation Control System）。ATS和车站设备之间通过冗余的以太局域网通信。该系统基于西门子故障-安全的SIMIS原理，其现代化设计和安全数字总线通信的使用极大降低了联锁系统数量。该产品在连续式通信或者点式通信条件下，由Trainguard MT的列车自动防护和列车自动驾驶功能保证列车的安全监督和连续运行，列车安全功能主要基于移动闭塞原理。
无线系统是采用了Airlink TC，采用广泛应用的IEEE802.11b标准，以冗余方式占用两个没有重叠的频段（2.4GHz ISM频段中1、11信道），通过2.4GHz WLAN技术，在分布式轨旁设备、中心设备和车载设备之间进行通信，供Traingard MT系统使用。对Trainguard数据来讲，所有环网是冗余的，每个环网同轨旁一系列接入点（AP）接口。环网拓扑结构同简单星型结构相比具有易于管理和节约光纤的特点，同时提供高可用度。接入点分布在轨旁，提供到车的无线链路。如果在某些区域隧道中有多股轨道，或在高架开放空间环境下，一个AP可覆盖双轨。AP使用定向天线，实际为TC提供的AP场强覆盖轨道的范围大约是两个AP之间距离的两倍，这样就提供了冗余“双覆盖”无线区域。这样设计的好处是如果轨旁间隔的AP出现故障并不会影响列车运行。
六、结束语
随着我国城市轨道交通进入快速发展期，国内厂家也积极研制开发CBTC系统，如北京交通大学研制成功并用于北京的亦庄线，另外通号公司、卡斯柯公司、铁道部科学研究院等单位都在开发国产的、具有完全自主知识产权的CBTC系统。因而基于无线通信的CBTC系统必然是今后城市轨道交通信号系统的发展方向。
参考文献
[1]朱丹.城市轨道交通工程概论.版本[M].北京：人民交通出版社，2012：7-1.
[2]曾小清，王长林，张树京.基于通信的轨道交通运行控制.版本[M].上海：同济大学出版社，2007：81-95.