高速鐵路智能交通系統(tǒng)中的CBTC技術(shù)分析

趙汝強

摘 要：在智能交通系統(tǒng)中采用CBTC技術(shù)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(nèi)外CBTC技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀，探討我國高鐵災(zāi)害CBTC技術(shù)的組成部分。

關(guān)鍵詞：CBTC技術(shù)；高鐵；列車控制

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

1 國外CBTC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 歐洲列車控制系統(tǒng)——ETCS

2001年歐盟確定了ETCS成為歐洲強制性技術(shù)規(guī)范。ETCS系統(tǒng)可以實現(xiàn)歐洲高速列車的互通互用，安全高效，同時實現(xiàn)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(tǒng)分成ETCS0級——ETCS3級，逐步脫離地面設(shè)備，實現(xiàn)基于通信的列車控制。ETCS 0級指的是ETCS車載設(shè)備+傳統(tǒng)列控系統(tǒng)。ETCS1級是指地面信號+查詢應(yīng)答器+軌道電路。ETCS2級是指軌道電路+查詢應(yīng)答器+GSM-R。ETCS3級指的是查詢應(yīng)答器+GSM-R。

1.2 日本新干線列車控制系統(tǒng)——ATC

日本使用的列車控制系統(tǒng)是自己開發(fā)的“自動列車控制系統(tǒng)”（ATC），它分為地面設(shè)備主體多段式ATC和車載主體數(shù)字一段式ATC。這個控制系統(tǒng)優(yōu)點是當前方有列車的話，后續(xù)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(xù)列車也會自動剎車，不會發(fā)生沖撞問題

1.3 北美先進列車控制系統(tǒng)——ATCS

先進列車控制系統(tǒng)是采用無線技術(shù)和計算機技術(shù)，通過人造衛(wèi)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(jù)來自各列車的位置和站內(nèi)進路狀態(tài)等信息，決定列車可以安全運行的區(qū)間和速度，并通過無線通信報告列車，列車再根據(jù)來自地面的信息以及線路坡度、列車制動能力等數(shù)據(jù)計算出安全運行的速度。

2 國內(nèi)列車控制系統(tǒng)——CTCS

國內(nèi)CTCS技術(shù)借鑒了歐洲ETCS系統(tǒng)，并根據(jù)國內(nèi)鐵路實情做了相應(yīng)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(shè)備據(jù)列車占用情況和運營計劃通過軌道電路+應(yīng)答器向列車連續(xù)發(fā)送行車命令，由列控車載設(shè)備實現(xiàn)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(shù)據(jù)，彌補了ETCS-1信息不連續(xù)的缺點。

3 高速鐵路CBTC技術(shù)分析

3.1 無線信息傳輸技術(shù)

CBTC技術(shù)是基于無線信息傳輸技術(shù)的，所以必然離不開無線信息傳輸技術(shù)，兩者是相輔相成的關(guān)系。無線信息傳輸技術(shù)主要有以下幾種：

①FDMA（頻分多址）技術(shù)。這是我國最早采用的無線通信技術(shù)，F(xiàn)DMA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(shù)。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(shù)。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(qū)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(shù)

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(tǒng)的固定閉塞技術(shù)，是列車間必須有一定數(shù)量的空閑分區(qū)作為列車安全間隔，目前的移動閉塞技術(shù)是采用應(yīng)答器來判斷分區(qū)占用并傳輸信息，可以告知后續(xù)列車繼續(xù)前行的距離，列車根據(jù)距離采取相關(guān)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(shù)將線路分成了若干個通過數(shù)據(jù)庫預(yù)先定義的線路單元，移動閉塞分區(qū)即由一定數(shù)量的單元組成，單元的數(shù)目可隨著列車的速度和位置而變化，分區(qū)的長度也是動態(tài)變化的，移動閉塞技術(shù)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(jù)來自列車的信息計算、確定列車的安全行車間隔，并將相關(guān)信息傳遞給列車，控制列車運行。

3.3 列車定位技術(shù)

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(shè)備做較大改動就能實現(xiàn)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(shù)為核心，加上外部設(shè)備，利用統(tǒng)計車輛軸數(shù)來檢測相應(yīng)軌道區(qū)段占用或空閑狀態(tài)的技術(shù)。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(jié)束語

CBTC技術(shù)是基于通信技術(shù)，集計算機技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、自動控制等技術(shù)于一體的高新技術(shù)，將其運用于高速鐵路的智能交通系統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展將會帶動我國鐵路事業(yè)的發(fā)展，提高鐵路的運輸效率。

[參考文獻]

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