由來
無線電技術飛速發展後,人類開始孜孜不倦地開始研發一種基於無線通信的列車自動控制系統。實現移動閉塞,減少列車運行間隔,進而在不增加硬體投資的前提下,提高系統運能。研究人員期望這種系統能夠減少鐵路軌旁信號線纜的鋪設,並同時期望減少線纜的日常維護工作(實際引入軌旁通信設備,帶來相應的軌旁維護工作量)以降低列車實行自動控制的成本。
原理
移動閉塞技術是通過車載設備和軌旁設備不間斷的雙向通信來實現。列車不間斷向控制中心傳輸其標識、位置、方向和速度等信息,控制中心可以根據列車實時的速度和位置動態計算列車的最大制動距離。列車的長度加上這一最大制動距離並在列車後方加上一定的防護距離,便組成了一個與列車同步移動的虛擬分區。由於保證了列車前後的安全距離,兩個相鄰的移動閉塞分區就能以很小的間隔同時前進,這使列車能以較高的速度和較小的間隔運行,從而提高運營效率。
信號系統分類
基於基於交叉感應環線技術
以敷設在鋼軌間的交叉感應環線作為傳輸媒介的CBTC系統,在城市軌道交通中已經套用了較長時間。交叉感應環線的缺點在於,安裝在鋼軌中間,安裝困難且不方便工務部門對鋼軌的日常維修,車-地通信的速率低。但由於環線具有成熟的使用經驗,使用壽命長以及投資少等優點,仍繼續得到套用。
基於無線電台通信技術
隨著無線通信技術的發展,基於自由空間傳輸的無線傳輸技術的在CBTC系統中得到了套用。無線的頻點一般採用共用的2.4GHz或5.8GHz頻段,採用接入點(AP)天線作為和列車進行通信的手段。AP的設定保證區間的無線重疊復蓋。自由空間傳輸的無線具有自由空間轉播,對於車載通信設備的安裝位置限制少;傳輸速率高;實現空間的重疊復蓋,單個接入設備故障不影響系統的正常工作;軌旁設備少,安裝與鋼軌無關,方便安裝及維護的特點。
基於無線電台通信傳輸方式CBTC系統,已經在北京捷運10號線成功套用。
基於漏泄電纜無線傳輸技術
Alstom的CBTC系統在需要的時候也可採用漏泄電纜傳輸方式,而新研發的系統採用的不多。漏泄電纜方式特點是場強復蓋較好、可控,抗干擾能力強。單點AP的控制距離通常達800m(每側漏泄電纜長度400m)。缺點是漏泄同軸電纜價格較高。
基於裂縫波導管無線傳輸技術
採用波導系統作為車地雙向傳輸地媒介。即採用沿線鋪設的裂縫波導及與波導連線的無線接入點作為軌旁與列車的雙向傳輸通道。該系統的波導系統具有通信容量大,可在隧道及彎曲通道中傳輸、干擾及衰耗小、無其他車輛引起的傳輸反射、可在密集城區傳輸等特點。波導的另一個優點是傳輸速率大,可以滿足列車控制系統的需要。波導的缺點在於安裝困難,需全線沿線路安裝波導管,安裝維護複雜,並且造價高。
北京捷運2號線、機場線均採用裂縫波導管傳輸技術。
基本信息
簡介
它的特點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。
CBTC的突出優點是可以實現車—地之間的雙向通信,並且傳輸信息量大,傳輸速度快,很容易實現移動自動閉塞系統,大量減少區間敷設電纜,減少一次性投資及減少日常維護工作,可以大幅度提高區間通過能力,靈活組織雙向運行和單向連續發車,容易適應不同車速、不同運量、不同類型牽引的列車運行控制等等。在CBTC中不僅可以實現列車運行控制,而且可以綜合成為運行管理,因為雙向無線通信系統,既可以有安全類信息雙向傳輸,也可以雙向傳輸非安全類信息,例如車次號、乘務員班組號、車輛號、運轉時分、機車狀態、油耗參數等等大量機車、工務、電務等有關信息。利用CBTC既可以實現固定自動閉塞系統(CBTC-FAS),也可以實現移動自動閉塞系統(CBTC-MAS)。在CBTC套用中的關鍵技術是雙向無線通信系統、列車定位技術、列車完整性檢測等。在雙向無線通信系統中,在歐洲是套用GSM-R系統,但在美洲則用擴頻通信等其他種類無線通信技術。列車定位技術則有多種方式,例如車載設備的測速-測距系統、全球衛星定位、感應回線等。
特性
CBTC相比傳統的鐵路信號系統有著諸多特性,比如:
不須繁雜的電纜,轉而以無線通信系統代替,減少電纜鋪設及維護成本。
可以實現車輛與控制中心的雙向通信,大幅度提高了列車區間通過能力。
信息傳輸流量大、效率高、速度快,容易實現移動自動閉塞系統。
容易適應各種車型、不同車速、不同運量、不同牽引方式的列車,兼容性強。
可以將信息分類傳輸,集中傳送和集中處理,提高調度中心工作效率。
套用
CBTC可以使用的雙向無線通信系統種類很多,例如歐洲使用的是GSM-R系統,美國使用擴頻通信等其他多種無線通信系統,中國使用無線自由波、波導管、漏波電纜或三種互相組合的地車信息傳輸方式。目前套用CBTC系統的有美國的紐約捷運、台灣的台北捷運文湖線等,中國大陸也有部分城市軌道交通使用了CBTC系統,如武漢捷運1號線,上海軌道交通的8號線,北京捷運(除1號線、5號線、13號線、八通線),廣州捷運(除1、2、8號線),昆明捷運等。其中,北京捷運亦莊線的順利開通標誌中國成為繼德國西門子、法國阿爾斯通、加拿大龐巴迪後第四個成功掌握CBTC核心技術並順利開通套用實際工程的國家,實現了全生命周期性價比最高的目標,比引進系統低20%左右。在建項目包括:北京捷運9號線、北京捷運10號線(二期)、廣州6號線等。
功能
通訊式行車控制可以含有不同層次的軌道自動化技術,包含以下幾種主要功能:
列車自動保護(ATP,Automatic Train Protection)
列車自動運行(ATO,Automatic Train Operation)
列車自動監控(ATS,Automatic Train Supervision)
另外,個別廠商也將數據通信系統(DCS,Data Communication System)獨立作為子系統。
國產化進程
由於核心技術一直掌握在外國公司手裡,從2002年開始,北京市科委支持北京交通大學、北京和利時系統工程有限公司、北京市軌道交通建設管理有限公司、北京市捷運運營公司等單位以產學研用相結合的方式,開始籌劃自主的CBTC關鍵核心技術研發、工程化開發和示範套用等問題,並於2004年正式啟動。
2004年至2010年,市科委持續七年滾動支持了三期重大科技計畫項目,支持CBTC關鍵核心技術研發、工程化開發和示範運營。
2010年的年末,由北京交通大學研發的具有完全自主智慧財產權的CBTC系統在北京捷運亦莊線、昌平線順利開通運營,使得中國成為繼德國、法國、加拿大之後,第四個成功掌握該項核心技術、並成功開通運營的國家。
相關事件
2012年11月1日8時15分至9時30分,深圳捷運蛇口線和環中線多趟列車暫停運行。捷運方面已基本查明事故原因,初步判定是乘客手持攜帶型WIFI發出的信號,導致列車啟動自動防護功能,自動防護會導致列車無法高速行駛。該兩條線路用的是CBTC系統。並且,用於這兩條線路上的CBTC信號系統是由卡斯柯公司生產的。