试析地铁卡斯柯信号系统发展趋势及功能

试析地铁卡斯柯信号系统发展趋势及功能

摘要：地铁由于自身运输量大、速度快以及安全性高等优点，已经成为人们日

常出行的主要方式。地铁信号系统，是保证列车高效、安全运行的核心部件。信

号系统的发展，经历了一系列的演变，现在已越来越趋于成熟。本文将对成都地

铁卡斯柯信号系统发展趋势及功能进行简要分析。

关键词：地铁信号系统；发展趋势；功能

1卡斯柯公司CBTC移动闭塞信号系统分析

移动闭塞就是基于通信技术的列车控制ATC系统（简称CBTC－Communication Based Train Control），该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传

递信息，而是利用通信技术实现“ 车地通信”并实时地传递“ 列车定位”信息。下面

通过探讨卡斯柯公司CBTC移动闭塞信号系统在某地铁二号线的应用，分析基于

通信的列车控制系统的车地通信、列车定位、间隔控制等有关方面的技术，为信

号设备维护人员及使用人员提供一定的理论基础。

1.1车地通信

无线通信系统传输技术目前国际上通常采用方式有交叉感应环线技术、无线

电台通信技术、漏泄电缆无线传输技术、裂缝波导管无线传输技术等等。地铁2

号线采用卡斯柯公司研发的波导管无线传输技术。卡斯柯公司研发的CBTC移动

闭塞信号系统采用由波导管构成的通信子系统（DCS）作为车地通讯的传输系统，沿线铺设的波导管作为车地双向传输的媒介。

卡斯柯公司CBTC信号系统既可以实现固定自动闭塞系统，即点式ATP，也可

以实现移动自动闭塞系统。为确保车地通信的双向高速、安全可靠，通信传输子

系统必须具备以下功能：

（1）端对端数据通信。端对端的数据通信包括两部分：有线部分与无线部分。应用数据的端对端传输选用基于以太网的IP传输方式。在SDH骨干网层面，以

太网数据包采用GFP协议封装，通过专用SDH虚容器（VC）传输。无线通信协议遵循IEEE802.11标准，物理层（PHY）运行于2，4GHz频段。（2）移动管理。移动性通过无线交接（Hand-Off）实现，无线交接使得车载无线设备随列车移动时

和沿线固定的无线接入点保持无线通信。（3）安全性管理。DCS（通信传输子系统）的设计遵循了IEC62280-2国际标准－“铁路应用-通信，信号和处理系统-第2

部分：在开放式传输系统中安全相关的通信”.对于轨旁无线接入点和车载modem

的无线链路，通信传输子系统（DCS）支持基于AES算法的WPA2-PSK无线加密，通过固定密钥进行用户验证。可接入DCS（通信传输子系统）无线网络的通信设

备是严格受限的，只有授权人员按预先定义的操作流程才能进入。（4）配置管理。配置管理涉及到三类设备：SDH节点、以太网交换机和IP路由器、无线接入

点和车载无线基站。（5）执行监控。监控涉及三个类别的DCS设备：SDH节点、以太网交换机和IP路由器、无线接入点和车载无线基站

1.2列车定位

目前信号系统中的列车定位技术存在多种方式，常用的有轨道电路定位技术、信标定位技术、电缆环线定位技术、GPS定位技术等。卡斯柯公司研发的CBTC

移动闭塞信号系统列车定位技术采用信标-编码里程计定位技术，实现列车的绝对

定位与相对定位。信标是安装在线路沿线反映线路绝对位置的物理标志。信标分

有源信标和无源信标两种，有源信标既可以实现列车定位，也可以实现车地的单

向通信，一般具备点式ATP模式的CBTC信号系统中起到ATP信息传递的作用。

无源信标实现列车定位作用，类似于非接触式IC卡，内置有唯一的线路标识，在列车经过信标所在位置时，车载信标天线发射的电磁波激活信标工作，并传递绝

对位置信息给列车。

城市轨道交通系统中所使用的信标大部分为无源信标，安装在轨道沿线。信

标的作用是为列车提供精确的绝对位置参考点。采用信标定位技术的信息传递是

间断的，即当列车从一个信息点获得地面信息后，要到下一个信息点才能更新信息，若其间地面情况发生变化，就无法立即将变化的信息实时传递给列车，因此，信标定位技术需要结合车载编码里程计的参数实现列车实时定位，并通过波导管

系统及时将列车定位信息传递给轨旁区域控制器，实现列车相对定位。当列车车

载ATC设备失去作用时，列车将无法采集信标信息，列车基准位置失去后，即使

编码里程计工作正常也无法实现列车定位。卡斯柯公司的CBTC移动闭塞信号系

统中采用一种辅助检测手段，就是计轴系统，在轨旁ATC设备与车载ATC设备无

法正常工作时，采用计轴器检测列车位置。

1.3间隔控制

卡斯柯公司的CBTC移动闭塞信号系统通过监控列车间距防止列车冲突。它是基于每辆列车发送的列车位置信息，而不是传统的轨道电路或计轴检测。移动闭

塞基于列车定位。列车车载设备中存有轨道的静态描述。其数据库包含所有有关

土建（包括坡度，曲线，车站，道岔等）和信号设备（包括信号机、区段、信标）的信息（包括公里标、类型等）。通过无线通信获得轨道动态情况；更新轨旁设

备变量的状态（区段占用，道岔位置）。使用2个连续的信标进行列车位置信息

初始化。当越过一个信标时，信标向列车发送一个唯一的标识号，它能使系统在

线路描述中搜索列车位置以确定当前的列车位置。在两个信标间的列车定位由编

码里程计测量。由于编码里程计存在的固有误差及车轮可能打滑，需要使用2个

相距21m的欧式信标进行车轮校准，定期重新进行初始化来消除这种计算误差。如果失去定位，系统能通过在线路上的任意位置读取2个连续的信标重定位。每

辆车会定期发送定位信息（位置报告）给轨旁区域控制器，通过区域控制器管理

在线列车，从而实现各列车间的安全间隔。为考虑测量车轮打滑造成的误差，对

定位将有最大值和最小值考虑。最大定位用于控制列车车头定位的限制，最小定

位用于确保能越过某位置。

2地铁信号的发展趋势

随着社会的发展，以及城市化发展给地铁发展带来了极大的发展空间，总结

地铁发展的发展趋势可以从以下几方面进行阐述，地铁发展主要朝着：依据信息

化技术来对地铁信号进行控制、多元化的方向发展以及溢通信为基础的ATC控制

模式。CBTC是地铁信号系统应用中最常用的模式，目前无论是我国还是国外的很多发达国家都是利用CBTC思路来解决信号闭塞的问题，主要是我国当前的信号

使用者中会出现信号的闭塞，而CBTC能够很好的解决这方面的问题。目前地铁

信号系统重视使用到的相关技术是来自于法国和德国，但是就我国地铁系统的发

展来看，由于拓扑结构的使用，地铁设计中每一个设计方案都是唯一的，对地铁

设计的设计观念不能照搬。以此使用CBTC技术也显得十分必要，就目前我国的

地铁信号系统发展来看，CBTC的标准化程度还不够高。

目前，在国外很多地方，地铁已经和其他的铁路系统相联系，但是设计人员

在设计的时候需要明白地铁中的信号系统设计和其他铁路系统中的信号系统设计

模是不相同的，因此设计人员需要制定一套完善的信号设计系统来对整个设计系

统来进行设计。