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CBTC

CBTC

CBTC是基于通信的列车自动控制系统，用通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，代替轨道电路来实现列车运行控制。CBTC可以实现列车与地面的双向通信，且传输信息量大，传输速度快，减少电缆铺设和维护工作，被广泛应用到新建的地铁列车系统中。

典型的CBTC系统结构：整个CBTC系统由CBTC地面设备和CBTC车载设备组成。地面设备和车载设备通过数据通信网络连接，共同构成系统的核心。值得关注的是其中的数据通信网络。

从技术上讲，CBTC系统是城市轨道交通列车自动控制系统（ATC）中所使用的一种闭塞系统技术，与速度码控制的固定闭塞系统和基于目标距离控制的准移动闭塞系统并立，后两种闭塞系统在国内部分城市地铁线路中亦有所应用。目前应用CBTC系统的有美国的纽约地铁、台湾的台北捷运文湖线等，中国大陆也有部分城市轨道交通使用了CBTC系统，如武汉地铁1号线，上海轨道交通的8号线，北京地铁（除5号线、13号线、八通线），广州地铁（除1、2、8号线），昆明地铁等。

特点结构

组成

CBTC系统在应用中可以分成车载子系统和轨旁子系统两个部分。

第一，车载子系统。在车载子系统中可以将该系统分成车载控制器和外围车载设备两部分，车载控制器主要是实现对列车运行中的保护，并推进列车的自动化运行，通过移动授权将接收到的信号和障碍物信号进行分析，实现对列车运行的保护。外围车载设备在应用过程中以各类传感器为主，主要是实现对车辆运行速度的测量，同时还包含有电台、显示器、天线等设备，利用这些设备实现通讯系统的稳定运行，保持车辆运行中的最佳状态。

第二，轨旁子系统。轨旁子系统在应用过程中可以分成ZC和OC两部分。ZC主要是车辆运行的许可，在列车运行过程中实现对列车运行安全的保障，在列车行驶过程中通过障碍物时，针对障碍物信息的分析，保证车辆运行的相关装置。OC则是指对车辆运行状况的控制，主要包含车辆行驶中的各类信号以及运行信息等，比如说查看屏蔽门是否正常工作，转辙机能否保持正常运行状态等等。除此之外，在CBTC系统中还包含计轴系统，属于车辆运行中的备用系统，如果出现了CBTC系统不能保持正常工作，通过计轴系统可以实现对车辆运行状况的检测。还包含一些控制系统以及检测系统，都是CBTC系统中非常关键的组成部分。

特性

CBTC系统突破了轨道电路的局限性和固定/准移动闭塞的梏，基本特性有：

1、不依赖轨道电路的高精度列车定位。

2、连续的车-地和地-车数据通信网，比传统系统可传输更多的控制和状态信息。

3、轨旁和车载核心处理器处理列车的状态和控制数据，并可提供列车自动保护（ATP）、列车自动驾驶（ATO）和列车自动监控(ATS)功能。

结构

典型的CBTC系统结构：整个CBTC系统由CBTC地面设备和CBTC车载设备组成。地面设备和车载设备通过数据通信网络连接，共同构成系统的核心。值得关注的是其中的数据通信网络。CBTC地面设备（含联锁）通过数据通信网络向CBTC车载设备传输控制信息来控制列车运行；同时，CBTC车载设备也通过数据通信网络向CBTC地面设备（含联锁）传送列车信息，以此形成闭环信息传输及控制。

而数据通信网络可由多种通信方式组成，诸如无线电台、裂缝波导管、漏泄同轴电缆、微波和GSM-R等方式。

系统需求

CBTC系统的主要应用场景为轨旁、车载和车站。其中轨旁和车载环境复杂，需要更完善的设备满足复杂环境；在车地通讯中，要使用到无线通信漫游，无线设备的响应要迅速，在车地之间实现持续的通讯连接。

•跨网络应用、传输性能好、灵活性高的无线网络设备

•系统网络满足高冗余时间

•漫游时间短，安全控制机器的设备

子系统

ATP、ATO和ATS是保证城市轨道交通安全、高效运行的重要系统——列车自动控制系统（ATC）的三个子系统。

自动保护（Automatic Train Protection，ATP）子系统

严格遵守故障导向安全原则，对列车运行进行监控和超速防护，通过对与行车安全有关的设备进行实时监测，保证列车在安全间隔下行驶，必要时给出各种信号的提醒，包括自动启动紧急制动；同时还可进行安全性停车点防护和列车车门控制，在列车不能停稳时不允许列车继续运动等。

列车自动驾驶（Automatic Train Operation，ATO）子系统

完成列车站间自动运行，进行列车速度调节和进站定点停车，对车门和屏蔽门的控制，接受OCC（运行控制中心）的运行调度命令，实现列车自动折返、站台扣车、站台调停等，根据控制中心的命令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动。

列车自动监控（Automatic Train Supervision，ATS）子系统

城市轨道交通系统的运营核心，可集中监视调车区段内列车的运行情况，监测进路控制、列车间隔控制设备的工作，按行车计划自动控制轨旁信号设备；具有接发列车、列车运行轨迹的自动记录功能，可以自动生成、显示、修改和优化时刻表；另外还能够监测设备运行状态和记录调度员操作等。

优点

优势

自进入21世纪以来，我国经济高速发展，让城市化建设进程得以推进，促进了我国城市轨道交通系统的发展。CBTC系统是城市轨道交通运行中的重要模式，是实现列车自动控制以及无线通讯的重要方式。CBTC系统与以往传统型轨道交通系统的轨道电路模式相比，具备非常明显的优势，主要可体现在三方面。

第一，应用CBTC系统之后，不需要再进行大量的电缆和轨旁设备铺设，CBTC系统属于无线通讯系统，在应用过程中不需要进行线路铺设便可完成通讯任务，而且也不需要依赖过多的电缆以及通讯设备，也就是说在CBTC系统应用中不需要浪费人力资源便可实现对日常设备的维护与管理，大幅度降低了城市轨道交通系统中的人力资源以及物理资源投入。

第二，在应用CBTC系统之后，实现了通讯模式的双向，改善了以往的单一传输方式，让列车运行过程中可以通过对通讯系统的有效应用实现区间通过能力的增长，而且CBTC系统应用中，获取到的信息量更大，信息获取速度也更快，通过双向通讯解决了以往传统型通讯系统中的数据传输效率慢问题。

第三，在CBTC系统应用过程中，可以实现对数据和信息的集中处理，控制中心通过对该系统的应用，根据不同列车、不同承载量以及不同类型的牵引车进行相应控制，保持列车运行的安全与稳定，具备非常强的兼容性。

优越性

CBTC相比传统的铁路信号系统有着诸多优越性：

1、无线通信系统代替有线通信系统，减少电缆铺设、轨旁设备，降低维护成本。

2、可以实现车辆与控制中心的双向通信，大幅度提高了列车区间通过能力。

3、信息传输流量大、效率高、速度快，容易实现移动自动闭塞系统。

4、容易适应各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车，兼容性强。

5、可以将信息分类传输，集中发送和集中处理，提高调度中心工作效率。

6、于既有线改造升级。

MTC-I型CBTC系统

MTC-I型基于通信的列车控制系统（CBTC），代表了当今城市轨道交通信号数字技术主流信号系统，是一个功能架构完整、技术安全可靠、全生命周期成本优良、100%全自主化的国产列车自动控制系统。MTC-I型CBTC系统自2008年启动联合研发，历经十载，充分发挥“政、产、研、用”的合作开发模式优势，于2018年5月26日成功通过工程应用评审。

MTC-Ⅰ型CBTC系统集先进的控制技术、计算机技术、网络技术和通信技术为一体，具备数字化、网络化、智能化等特点；主要行车设备采用多重安全冗余技术，有效地提高了系统的RAMS指标；凡涉及行车安全的子系统和设备都通过独立第三方安全认证，安全完整性等级达到SIL4级，符合故障导向安全原则；具有灵活的控制模式和完善的降级使用模式，满足城市轨道交通的功能和运营要求。MTC-Ⅰ型CBTC系统为城市轨道交通新线建设和旧线改造提供冗余充分、功能完备、性能稳定的自主化信号系统整体技术解决方案。

应用

CBTC可以使用的双向通信系统种类很多，例如欧洲使用的是GSM-R系统，美国使用扩频通信等其他多种无线通信系统，中国使用无线自由波、波导管、漏波电缆或三种互相组合的地车信息传输方式。目前应用CBTC系统的有美国的纽约地铁、台湾的台北捷运文湖线等，中国大陆也有部分城市轨道交通使用了CBTC系统，如武汉地铁1号线，上海轨道交通的8号线，北京地铁（除5号线、13号线、八通线），广州地铁（除1、2、8号线），昆明地铁等。其中，北京地铁亦庄线的顺利开通标志中国成为继德国西门子股份公司、阿尔斯通公司、法国泰雷兹集团地面交通部，加拿大庞巴迪公司后第五个成功掌握CBTC核心技术并顺利开通应用实际工程的国家，实现了全生命周期性价比最高的目标，比引进系统低20%左右。在建项目包括：北京地铁9号线、北京地铁10号线（二期）、广州地铁6号线等。