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一．地铁信号系统的构成
地铁信号系统是保证列车安全、准点、高密度运行的重要技术装备。世界各大城市的地铁信号设备大多采用列车自动控制系统（简称ATC，Automatic Train Control）。通常ATC系统由三个子系统组成：
(1)列车自动监控子系统（简称ATS，Automatic Train Supervision）；
(2)列车自动防护子系统（简称ATP，Automatic Train Protection）；
(3)列车自动运行子系统（简称ATO，Automatic Train Operation）。
二、ATC各子系统的功能
1.列车自动监控子系统(ATS)
(1)列车自动识别、列车运行自动跟踪和显示。
(2)运行时刻表或运行图的编制及管理。
(3)自动和人工排列进路。
(4)列车运行自动调整。
(5)列车运行和信号设备状态自动监视。
(6)列车运行数据统计、列车运行实绩记录。
(7)操作与数据记录、输出及统计处理。
(8)列车运行、监控模拟及培训。
(9)系统故障和故障恢复处理。
2.列车自动防护子系统(ATP)
(1)检测列车位置，实现列车间隔控制和进路的正确排列。
(2)监督列车运行速度，实现列车超速防护控制。
(3)防止列车误退行等非预期的移动。
(4)为列车车门、站台屏蔽门或安全门的开闭提供安全监控信息。
(5)实现车载信号设备的日检。
(6)记录司机操作和设备运行状况。
3．列车自动运行子系统（ATO）
(1)启动列车并实现站间自动运行。
(2)控制列车实现车站定点停车、车站通过和折返作业。
(3)与行车指挥监控系统相结合，实现列车运行自动调整。
(4)车门、站台屏蔽门或安全门的开、闭监控。
(5)列车运行节能控制。
三、ATC系统制式
ATC系统分为固定闭塞式ATC系统，准移动闭塞式ATC系统，移动闭塞式ATC系统。
（1）固定闭塞式ATC系统（fixed block）
国内早期建设的地铁信号系统采用固定闭塞式ATC系统，如北京地铁1号线和上海地铁1号线。
控制列车的信息，由轨道电路传输，列车以固定闭塞分区轨道电路长度为最小行车间隔，以闭塞分区为保护区段，轨道电路一般采用音频无绝缘轨道电路，传输信息量少，对应每个闭塞分区同时只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度命令码。对列车运行速度采用阶梯式速度曲线控制控制方式。
（2）准移动闭塞式ATC系统（quasi-moving block）
国内上世纪90年代建设的地铁和本世纪建设的部分地铁采用了准移动闭塞式ATC系统。如上海地铁2、3、4号线，广州地铁1、2号线，深圳地铁1、4号线，天津地铁1、9号线等。
准移动闭塞式ATC系统一般是采用音频无绝缘数字轨道电路，具有较大的信息传输量。列车车载设备根据数字轨道电路传来的信息，对列车追踪运行以及折返作业进行连续的速度监督，实现超速防护。音频数字轨道电路可向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态（坡道、弯道数据等）、轨道电路标号及长度等信息，可使ATP车载设备结合车辆性能数据计算出适合于本列车运行速度曲线，保证列车在速度曲线下运行。采用一段速度曲线的列控方式，地铁里称为目标距离（distance to go）控制模式。此模式减少了司机频繁的制动、牵引，既可以达到较好的节能效果，又降低了司机的劳动强度，增强了列车运行的舒适度。
（3）移动闭塞式ATC系统（moving block）
国内的武汉轻轨、广州地铁3、4、5号线采用了移动闭塞式ATC系统。
移动闭塞式ATC系统是采用地面交叉感应环线、无线通信、波导等介质，向列控车载设备传递信息。移动闭塞不需将线路划分成为固定长度的闭塞分区，列车间的间隔是动态的，列车和列控中心进行实时的双向通信，不间断的对列车的速度进行监控。可方便实现完全防护列车的双向运行模式，与固定闭塞相比，相对较少的轨旁及车载子系统设备。
CBTC的显著特性是系统可决定列车的位置，高準确度以及不受轨道电路支配。CBTC系统以它在地理方面的连续式列车到轨道边与轨道边到列车的数据通讯网路為特色，准许转换比传统式系拥有更多的控制与状况资讯。
CBTC系统的数据传输将通过无线局域网WLAN实现，非信号相关的数据(如CCTV)的传输也将通过同一网络实现。这一技术将减少硬件的数量，减少接口，并为用户降低了成本。
Trainguard MT在中国的应用还包括广州地铁4、5号线以及最近获得的北京地铁10号线和奥运支线项目
在无线通讯世界里，面对数据通讯市场的庞大发展潜力，两种类型的数据网络技术正在展开激烈的竞争。尽管两种网络技术之间的结构和运行方式完全不同，但是，其竞争的领域却完全一致，从小容量数据的处理，到大容量文件数据、声音数据乃至流文件影像数据的传输等。如何更好地掌握上述网络技术的运作特点，进而确定究竟哪一类网络技术更加适合“基于通讯的列车控制（CBTC, communication-based train control）”数据通讯网络，可以说是非常关键。
  1  两种无线通讯技术
 第一种网络通讯类型主要是基于全球移动通讯标准（GSM）的蜂窝式无线移动通讯网络，移动通讯全球标准从最初的模拟移动电话系统发展到第一代网络技术，再发展到全数字式的第二代和第三代通讯技术系统，期间性能明显优化，容量大幅度增加。
另外一种网络通讯系统是一种基于数据传输技术的系统。其发展来源于当今十分普遍的已经沿用了几十年的局域网（LAN），即在两台办公电脑之间进行数据传输。在以太网（Ethernet）的支撑之下，通过互联网协议进行数据的打包传输。
蜂窝式无线移动通讯网络专门用于传输那些相对连续的流数据。如果两个用户之间已经建立了电路联系，那么，声音、音频和影像数据就会连续不断地在两者之间传输。即使双方之间没有数据传输，也会占用通讯资源，十分浪费。于是，技术提供商开始考虑充分利用空余的安静时间和闲置通道时间来留做它用。这种做法适应了目前数据传输市场日益庞大的实际需要。当前，数据传输行业的一个通行做法是对数据进行打包，即将连续的数据流分割成一系列不连续的数据包。简而言之，蜂窝式网络必须学会如何传输IP数据包。
尽管基于LAN的无线网络技术（WLANs）本身就是专门为处理IP数据而设计的，但是并不能保证数据包能够按照正确的顺序及时传输给对方。
两种网络通讯类型之间还有一个不同点。蜂窝式无线移动通讯技术主要基于陆地电话网络，依据各个回路对容量进行分配。每个电话使用者通过铜线连接到本地交换机，然后通过计算机转换开关利用电话号码来建立回路。不过，在两个电话局之间进行通话时，需要共享有限的长途电路。当然只要用户愿意付钱，愿意打多长时间就打多长时间的电话。然而，由于回路数量有限，这种通讯技术一般用于列车与基站之间，或者从基站到列车控制中心的通讯联系。
无线网络技术（WLANs）不存在类似问题，一般来说，以太网比蜂窝式通讯回路有更高的容量，但是许多用户在使用同一回路时，也会出现线路“争用”现象。线路争用主要发生在数据包传输过程中。如果数据包之间发生冲突，那么，在经过一段短暂停顿之后，通话双方就会向对方再发送一遍数据包。这样，每位通话者就会得到自己的数据，只不过时间相对滞后一些。事实上，这种滞后，即所谓的等待时间，相当短暂，只有几毫秒（ms），几乎觉察不到。
总之，两种通讯方式各有千秋。一种有回路转换系统，不会出现等待时间，但服务不一定跟得上；另一种服务跟得上，但可能会有一定的等待时间。
移动的用户适合使用无线通讯技术。在回路转换系统中，需要针对服务对象数量的多少和服务范围的大小设置基站。只要通话者的活动范围没有超越基站的服务范围，就可以不必切换回路。反之，如果进入到另一个基站的覆盖范围，那么通话回路就会通过新的基站进行。所有这一切都会在计算机控制下进行，计算机系统会根据通话信号的强弱确定回路的移交与否，在回路转换过程中，通话质量也不会受到明显的影响。
是否决定将通话回路移交给另外一个基站的原理非常复杂。例如，移动电话使用者若只是处于短暂的无效通话状态（即听不到对方讲话），但并不意味着走出所在基站的服务范围。因此，系统在决定之前必须等待。如果等待时间过长，通话就会断线，数据服务的质量就会受到影响。
在WLAN系统中，需要建立相应的联络点（access points，即无线电接收装置），来服务于覆盖范围内的通话者，不过与基站相比，联络点的覆盖范围要小许多。如果相邻的服务区有另外一个联络点，通话就会移交至新的WLAN无线电接收装置，而不需要对回路进行切换。网络中的通话回路将会自动更新IP地址，并且向新地址发送数据包。这样，由于不需要网络控制，回路移交的速度非常快。
那么，究竟哪一种网络通讯技术适合“基于通讯的列车控制（CBTC, communication-based train control）”呢？阿尔卡特公司CBTC数据通讯系统（DCS）是基于开放标准和兼容性基础之上的。其中，DCS非移动模块的选择是基于IEEE 802.3标准。移动模块则有几个选择，例如，对于蜂窝式系统或者回路转换网络来说，可以选择GSM、Tetra和UMTS。另外，IEEE802.16e标准也是基于回路转换系统，适合移动状态下使用。而IEEE 802.20标准则专门为高速移动状态设计。此外，WLAN网络的标准还有IEEE 802.11系列标准，具体包括之前的802.11标准、802.11a标准、802.11 b和g标准（俗称WiFi）。
2  网络结构
为了确保机车可以在任何地点进行通讯，数据通讯系统必须沿着线路铺设，在隧道也不例外。诸如GSM-R这样的蜂窝通讯网络，需要设置基站或者联络点，来为覆盖范围内若干平方公里内成千上万的电话使用者提供通讯服务。因此，需要一个强大的中枢站点来为信号较弱的移动用户服务。
在机车数据通讯系统中，需要沿线路设置若干联络点，特别是在隧道内部，因为只有这样才能保证获得足够的信号覆盖范围。一条地铁线路可能会设置100多个联络点，但可服务的列车却屈指可数。
不过，蜂窝式通讯技术在设计上并不是专门考虑沿着线路布局。并且，所需要的配件不是标准的，回路的移交非常困难，速度也慢，这与数据通讯系统开放标准的目标相悖。
与之相比， WLAN系统更加适合为线性分布的设施提供通讯服务。在联络点和移动发射台的配合下，可以很容易实现回路的快速、频繁转换。
目前，由GSM-R系统控制的列车数量还十分有限，主要受制于系统的回路数量。一旦交通流量超过回路数量，就难以处理。而使用WLAN系统，面临过多的交通流量，等待时间困难会稍微长一些，但是总比没有通讯服务要强许多！
3  机动性和回路切换
地铁列车的时速一般为100km/h左右，因此，数据通讯系统的设计至少要能够满足120km/h时速的需要。在轨道沿线，特别是隧道，信号传播条件相对较差，在一定程度上限制了天线之间的距离。例如，如果天线间隔500m，列车时速120km/h，那么移动发射台每隔15秒就要与联络点之间进行转换。如果一次转换（包括重新连接时间）需要花费2秒或者更长的时间，那么列车就有13%的时间处于通讯中断状态。事实上，蜂窝通讯系统网络之间的切换时间超过10秒。
802.11WLAN标准要求回路切换的时间要少于50ms。这个时间难以保证，但是只要联络点设置合理，实现这一目标的可能性有90%，并且最大时间不会超过1秒。50ms的切换时间意味着仅仅0.4%的时间处于通讯中断状态，这几乎可以忽略不计。
802.20标准的目标是实现时速250km/h以上的无缝切换，当前，这个目标需要许多年才能实现。总之，WLAN对于网络机动性和切换来说是一种很好的选择。
4  网络有效性
任何网络都必须有足够的冗余，以备在设备失灵时仍然能够为任何一位通话者提供高质量的通讯服务。传统的蜂窝电话的覆盖范围由于建筑物或其它障碍物的阻挡而缩小，对于数据传输，特别是列车控制来说，绝对不允许出现上述情况。
因此，为了尽可能避免出现上述问题，需要对基站进行专门布局。即使这样，也难以完全消除上述问题，这是回路系统的一个缺点。
前向纠错（forward error correction）技术非常强大，但是也有局限性。一方面占用传输容量，另一方面，当信噪比很低时，前向纠错技术会失灵，不仅不会纠错，反而会引发更多的错误。
在移动通讯环境下，信噪比偏低的情况十分普遍。因此在使用蜂窝通讯网络技术时，必须引入重发协议（retransmission protocol）进行额外的错误检查。对于“基于通讯的列车控制（CBTC, communication-based train control）”来说，LANs是一个首选。
5 透明度
数据通讯系统（DCS）设计的一个关键就是应用的透明性。透明意味着网络不需要知道应用系统的状况，DCS不需要跟踪列车所在的地点和所处的状态，反之亦然。应用系统不需要知道DCS的状态，系统所要做的就是遵守802.3接口连接标准（interfacing requirements）、分配IP地址、处理等待时间和数据包错误等等。
当然，蜂窝通讯系统并不完全透明。在回路切换过程中，在移动发射台和基站之间会分配一个新回路，上述过程不可能是无缝的。由于切换时间太短，有必要依据设定重新分配回路。沿线的无线发射装置必须能够适应无线回路的分配。
6  ComTrac
阿尔卡特公司的ComTrac数据通讯系统具有开放标准、透明性和兼容性等特点，其设计主要是用于“基于通讯的列车控制（CBTC）”系统各个组成部分（例如中央控制系统、沿线设备和车载设备等等）之间的相互联系。每一个组成部分通过安全网关装置（SD，security gateway device）与数据通讯系统连接，以确保数据的可靠性和机密性。在应用数据通讯系统时，蜂窝技术和WLAN网络技术均按照各自的行业标准，提供现货供应设备，并且从各个供应商获取机会。对于蜂窝技术来说，如果要克服导轨配置（guide way deployment）、吞吐量（throughput capacity）、切换滞后（handover delays）以及回路有效性（circuit availability）等问题，就需要相当数量的额外的非标准部件以及相应的运行软件来支撑。另一方面，所有上述问题都可以在WLAN网络中得到解决。对于ComTrac来说，将WLAN802.11标准内置于802.3标准的以太网，将会是一个明智的选择。

在《都市快轨交通》杂志社2005年理事会年会暨“节约型都市快轨交通与技术创新”学术会议上，北京交通大学唐涛教授作了“基于通信列控系统国产化战略”的主题报告。
    首先感谢都市快轨交通杂志社给我这次机会，跟大家交流城市轨道交通运营国产化的理解。我想从这样几个方面，一是从CBTC系统技术特点谈一下体会，从CBTC系统的角度，引申到运行控制系统国产化的考虑，第三方面，介绍一下CBTC从这个角度来讲考虑国产化的发展。
我们国家几年的情况来讲，整个的城市轨道交通是非常好的发展时期，刚才这三个城市的领导都介绍了，发展规模非常大。从国家的角度来讲，国家明确提出来，对于城市轨道交通国产化的要求，尤其是作为国产化的重点之一，运行控制系统给出明确的要求，要求国产化率达到70％。
从技术角度来讲，随着计算机和通信技术在运行控制的应用，也呈现明显的特点，从系统化、网络化、信息化、智能化、通信信号一体化的特点。
从运行控制系统来讲，本身是保证行车安全和提高运行效率的安全控制系统，安全防护、速度控制。
基于通信列车控制系统基于大容量车载设备技术，安全计算机的技术，尽管它本身CBTC采用计算机，但是又不同一般的工业控制和一般的采用计算机，它首先为了安全控制，采用对计算机系统有非常高的要求。
第三个方面，对CBTC系统来讲跟传统的信号系统重要的区别，它是基于车载的定位完成列车在轨道占用，所以说它是要求需要提供高清的列车定位信息，而且是独立于传统所熟悉的轨道电路。
CBTC系统从技术角度来讲，有这样几个方面的特点，可以实现灵活高精度的列车控制系统，因为本身现在基于计算机，同时我们现在的列车定位本身是采用以车载的精确定位来实现的，所以说它有这样一个特点。
第二个方面，提高了系统的集成度，简化了系统的结构，减少了地面设备，这样的话，就可以改善系统整个的可靠性和可用性，减少整个系统全寿命周期的成本，可以实现移动闭塞，但我认为，从系统的角度来讲，可以实现移动闭塞，但是CBTC本身并不等于移动闭塞。本身可以很方便能够为互联互通提供一些基础的技术基础，可以叠加在既有信号系统上，便于既有线改造。
总之，从现在的技术特点来讲，CBTC提供出来的是基于软件、信息安全的控制，这样的话，就使得整个系统调度指挥安全控制像我刚才介绍的，从自动化、智能化、系统化、网络化和信息化方向上发展，使得轨道交通发生一些革命性的变革，这里我想举一个例子，也是想解释一下，为什么CBTC不等于移动闭塞。因为我们知道，从移动闭塞到固定闭塞主要的区别就是，移动闭塞本身不在线路上有线路的划分，以前车的尾部为追踪间隔，在线路上有固定的划分，线路上在这一区间只要有车占用，意味着整个线路是占用的。这是从固定闭塞和移动闭塞的区别。我们看，实际上固定闭塞和移动闭塞最大的区别就是，固定闭塞和移动闭塞从线路划分上来讲，可以说从数学描述的角度对线路的划分是一个量的区别，它到底以什么样的精度对线路进行划分，我们原来的固定闭塞，比如城市轨道交通可能是两百到三百，移动闭塞实现以后，现在用计算机实现以米为单位，基于环线，对于线路的描述是6.25米，这样的精度对线路进行划分。对轨道占用来讲，以6.25米为单位划分的。从这个角度来讲，我认为移动闭塞和固定闭塞还是有相类似的地方。随着技术的发展以后，我们现在讲，所谓CBTC系统是基于通信和基于计算机的系统，计算机以后就可以把线路的固定闭塞控制从我们传统的用继电器来实现就可以完全把这样一个逻辑处理，完全与计算机实现，采用车载定位描述轨道占用，而以计算机软件形式实现闭塞的逻辑。在线路上就不再以物体分区的形式描述，这样一种方式，现在欧洲国家或者国外又称为虚拟闭塞。本身没有物理的划分，本身是用计算机把闭塞的追踪逻辑实现了，从虚拟闭塞的角度来讲，应该将固定闭塞和移动闭塞实现来讲应该有相同的技术基础。这样一个虚拟闭塞的例子，比如说巴黎14号线和香港迪士尼线都是采用这样的方式来实现的。
CBTC与运行控制系统国产化。CBTC是基于通信和计算机的控制系统，整个的系统构成，从这几个厂家提出来结构来讲，趋于遵从标准化，大家从结构来讲，也在趋于标准化的角度。整个系统包括这几个方面，一是控制中心层，另外一个是轨旁设备层和车载设备层，从通信来讲是基于地面的骨干网，现在也在趋于用标准的802.3骨干网，从车内通信来讲，越来越明显的趋势基于通信以后，越来越趋同于采用标准无线通信系统，比如说802.11，尤其是今年几个厂家投标来看，大家都在认同用这样的标准实现车地之间的通讯。这是从系统的结构角度讲的。
从整个技术的发展来讲，刚才朱总也介绍了，国外从九十年代开始对CBTC标准，从纽约地铁开始也做了大量的工作，包括在欧洲，把干线地铁ETCS研究成果希望把它研究进来。这几年也提出了从1497到2004年提出来1497.1的标准，欧洲刚才也介绍了，它在欧盟第五框架有一个UGTMS框架，在第六框架在接着，出发点就是想把大铁路干线铁路ETCS规范标准研究成果用于干线铁路，实现互联互通，也希望能够通过这些标准研究，不光能够形成出来用于欧洲互联互通，它现在的标准是希望能够上升到IEC的标准，这是一个国际标准，希望能够制定出来这样完整标准的体系，这样一个标准的成果，我就认为，对于我们国内的国产化研究是可以提供很多直接借鉴系统的规范、系统功能的描述，这是对我们研究提供可借鉴的程度。
从技术的角度来讲，CBTC本身现在更多是趋于采用先进成熟的通信和计算机技术，包括802.3、802.11，从车上设备、地面设备来讲，另外一个趋势采用先进成熟的商用计算机构成软硬件系统。因此我认为，从这样一个发展趋势来讲，采用CBTC技术在先进平台的技术基础上，以高起点实现城市轨道交通的国产化，这个时机反而越来越成熟，是我们国产化研究很好的时机，也是很好的技术发展的契机。
第四，我想从国内的发展特点来讲，谈一下对国产化研究的考虑。第一，从CBTC来讲，由于它本身是从标准化，另外系统的发展来讲，从调度、指挥、运行、控制开始向系统化的发展，我们应该对于标准的研究给予非常多的重视，这些方面从大的方面来讲，整个技术发展来讲，应该讲谁制定了标准，谁就拿到了技术发展的契机，谁就占有了市场。从我们现在城市轨道交通、干线铁路这几年的发展情况来讲，实际上我们国家在这方面也是投入了大量的金钱买他们的标准，我们自己运行过程当中，由于自己没有标准，跟设备厂家购买设备的时候，往往它就不会依从你，你在这方面有时候提出一些新的要求，他让你付出了大量的投资。从我们国家来讲，现在也是非常强调从整个的技术角度，把人才专利和标准作为国家科技发展的三大战略之一。所以说，从我们国内的研究来讲，我认为CBTC的研究首先应该强调标准。这是从我们现在国内的研究角度谈的。
从这两年的情况来讲，国内对这方面的研究也给予一定的重视，上海地铁结合上海的互联互通的角度，研究它的互联互通的技术规范，但是我认为，国内在这方面的资金投入还是非常不够的，还需要有更大的人力和资金的投入。
研发的途径。从CBTC技术角度来讲，现在技术发展有一个非常重要的趋势，采用商用成熟的技术平台开发专用安全控制系统，这样的趋势非常明显，在以往来讲，作为轨道交通安全控制习惯于由厂家从自身开始完全研究，尤其是我们国内，原来一贯习惯于拿到一个合同，拿到一个项目以后，白手起家，从部件开始，甚至一个板子、一个板子做整个系统自己的研究，这方面应该说在当时情况下是有利的，但是在现在这种情况下，一是从技术发展本身向技术成熟发展，另外我们介绍从CBTC来讲，是在向系统化的方向发展，不再是闭塞和车载控制、连锁分开独立的系统，这样的话，我们国内原来的研究队伍和研究单位的规模，如果是按照原有的研究方式，显然是不能够满足要求的，所以应该采用全新的思路。从技术发展角度来说采用COTS的技术。这几年随着商用计算机和通用技术成熟提出来一种方式，简单来讲COTS要采用商用成熟的软硬件组件开发专用的系统，这是从IT技术发展来讲大的趋势，这方面不光是城市轨道交通，我们看到国外很多的例子，包括国外的航空航天、汽车都在采用这样的技术，而且现在的时机越来越成熟，因为IT的厂家为我们实施控制提供很多这样的平台，甚至有些操作系统进行安全的评估。
从优势来讲采用，COTS的技术可以使得采用商用的产品，使价格大大降低，有一些性能优势，采用商用平台随着技术的发展，性能更新，速度会提高，比专用产品更新速度快得多，从我们国家的角度，我们就可以用最新的技术在更高的起点上开发适于轨道交通满足国内轨道交通新的技术产品，使得在产品来讲，在全寿命周期的角度是性能最好的。
第三，从运营建设方面，公司对安全非常重视，应该说，对于国产化研究来讲，安全标准和安全评估体系也是制约我们国家轨道交通运行控制系统发展的因素。因为CBTC系统本身采用先进大规模集成电路的技术，另外又是安全控制系统。现在采用本身不再是传统机械、分立元件，而是采用计算机，需要有适应于计算机安全设计的方法，安全评估分析的方法以及标准，这些方面来讲，从国际上的角度，从九十年代也开始IEC61508以及适应轨道交通，NEE安全标准。对于我们国家来讲这些方面发展是比较慢的，也制约我们的发展。从这几年研究角度来讲，我深刻有一点感觉，我们从国家研发体系到产品的评价体系，是迫切需要有一个能够适应于计算机安全评估和分析设计的方法。首先，从计算机的角度来讲，现在用计算机做一个安全控制系统，它强调不再是像我们国家适应的，产品最后通过鉴定达到安全标准，对于适应计算机角度来讲，它强调在系统的设计、开发、生产、设备维护全过程中贯彻安全理念，这样才能使整体的系统对城市轨道交通运行系统，车上、地面要求标准达到SIL4级，怎么才能达到呢，要按照安全生命周期开发。有了安全生命周期以后，再需要建立我们国内的安全评估体系，只有这样才能使得我们自己的产品开发出来以后，能够通过国际的安全标准，也就是说你开发出来的产品，是能够给国际上其它大的公司研究出来的系统能够媲美，这样运营公司才能采用。
到从这几年研究的角度来讲，我们国内现在的情况实际上是需要对于国内的研究，国家有一些政策，需要轨道交通业内的运营建设方面给予更多的支持，给更多的实验的机会。
总结起来，从技术的发展来讲，CBTC是今后轨道交通发展方向，它也是适合于国产化的一个非常好的时机，从我们国内的战略研究来讲，我刚才介绍了，从我个人的体会来讲，应该是强调这三个方面，一方面强调系统规范的研究，采用成熟商用的技术和产品，还要对于安全标准和安全评估体系给予更高的重视。从研究来讲，因为是系统的，而且是多学科的，希望能够进行多学科、多专业的交叉结合，进行产学研结合。最后一方面是的确需要国家有力的支持，包括资金、政策，关键在试验运用的机会，使得国家掌握系统的核心技术。

摘要：移动闭塞是城市轨道交通信号系统的发展方向。本文讨论了基于通信的移动闭塞信号系统的原理、典型结构和实现方式。在此基础上，对我国大城市轨道交通信号系统的选择进行了探讨，指出了轨道交通直线电机运载系统采用移动闭塞技术的必要性和可行性。
关键字：轨道交通 通信 移动闭塞 ATC
1、前言
移动闭塞是一种区间不分割，根据连续检测先行列车位置和速度，进行列车间隔控制，确保后续列车不会与先行列车发生冲突，能够安全停车的列车安全系统。移动闭塞的想法产生于60年代，由于当时技术条件的限制，难以变成现实。到了80年代，计算机技术和通信技术的飞速发展，为移动闭塞系统的实现创造了条件。近年来，各国相继投入力量研制基于通信的列车控制系统CBTC，具有代表性的主要有法国国铁的ASTREE,日本铁道综合技术研究所的CARAT系统、欧洲铁道联盟研究所的ETCS系统和美国加拿大铁路协会的ATCS系统等。这些系统的共同点是列车和地面间有各种类型的双向通信手段，可以在确保列车运行安全的前提下，最大限度地缩短列车运行间隔，提高线路通过能力。
2、移动闭塞原理及系统结构
2.1、移动闭塞原理
移动闭塞是相对于固定闭塞而言的。固定闭塞是在区间设置固定的闭塞分区和相应的防护信号，而移动闭塞虽然也有防护列车运行安全的闭塞分区，但其闭塞区间是移动的，是随着后续列车和前方列车的实际行车速度、位置、载重量、制动能力、区间的坡度、弯道等列车参数和线路参数的变化而改变，随着列车运行而移动。根据是否考虑先行列车的速度，移动闭塞的构成分为两种：一是考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB-V方式)；二是不考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB-V0方式)。

图1 移动闭塞条件下列车追踪控制原理
2.2、移动闭塞的系统结构
移动闭塞系统的具体结构有多种，但从基本组成上来说，移动闭塞ATC系统通常分为三个层次：管理层、操作层和执行层，其典型结构如下图2所示。系统管理中心SMC位于管理层，其任务是统一指挥整个全段内列车运行。SMC通过先进的计算机和网络技术监督着整条线路的自动操作，实现ATS的功能及其它中央调度功能。车辆控制中心VCC位于操作层，它根据SMC的命令，按移动闭塞原理对列车运行间隔进行控制，并和车站联锁设备相联系，为列车进出站安排接发车进路。VCC和SMC之间通过现代通信传输系统(如SDH, OTN等)进行大数据量的双向传输。车载控制器VOBC位于执行层，它通过和VCC之间不间断的通讯来实现ATP/ATO功能，控制列车安全高速运行。通讯方法可采用有线通信(如交叉感应电缆)或无线的方式(如扩频通信) 具备冗余校验的车载计算机使列车控制在VCC限定的速度和距离之内，并以数据报文形式向VCC传回有关车辆位置、速度、运行方向以及子系统情况。每列车都配置了冗余的车载控制系统，一旦某一个出了问题，另一个会自动启动。
图2 移动闭塞系统的三层结构
3、移动闭塞的实现方式
按照列车定位和信息传输方式的不同，实现移动闭塞的CBTC系统主要有以下几种:
（1）利用交叉感应电缆的实现方式；
（2）基于泄漏同轴电缆的实现方式；
（3）利用全球定位系统(GPS )；
（4）惯性定位系统(IPS )；
（5）车载多普勒雷达定位系统；
（6）无线扩频通信定位。
4、我国轨道交通信号系统的方案探讨
4.1、轨道交通直线电机运载系统简介
城市轨道交通直线电机运载系统的机理是固定在车辆转向架上的初级线圈(定子)通过交流电流，产生移动磁场(行波磁场)，通过相互作用，使固定在整体道床上的次级感应板(展开的转子)产生磁场，通过磁力，实现车辆的运行和控制。我国早在上世纪80年代已开始研究直线电机驱动的运载系统，但一直处于可行性研究和系统选择阶段，直至上世纪90年代，随着磁悬浮铁路系统试验线及试验车的研制，直线电机及其控制系统设备的研制才进入实质性发展阶段。
4.2、信号系统的设计原则及轨道交通的具体要求
信号系统的选择必须遵循以下几个基本原则:
1、信号系统必须满足安全、成熟、技术先进的基本原则；
2、信号系统必须满足实际的运营要求，符合相应的功能和技术标准，并充分考虑到未来发展的需要；
3、信号系统应具有较高的安全性和可靠性，凡涉及行车安全的设备必须满足故障-安全原则；
4、信号系统及设备选型，应根据具体的运营要求，进行综合性能价格比分析。方案应能满足功能要求，经济合理。
为了实现行车自动化，减少运营成本，与直线感应电机车辆相结合的行车控制系统需要实现列车运行自动化与列车指挥自动化，这就需要采用列车自动控制系统ATC。目前，我国己建和在建轨道交通的ATC系统主要采用的是基于数字轨道电路的准移动闭塞和有人值守的自动驾驶系统， 高峰期列车运行间隔为120s。为了实现系统小型化，降低工程造价及运营费用，实现高效、节能、低成本运营，筹建中的轨道交通准备采用小编组、高密度的运营模式，提出了90s的列车运行间隔要求。这就为当今前沿的城轨交通信号技术在我国的应用提出了现实要求。
4.3、采用移动闭塞是实现系统通过能力的必然要求
城市轨道交通的通过能力是指在采用一定的车辆类型、信号设备和行车组织方法条件下，轨道交通线路的各项固定设备在单位时间内(高峰小时)所能通过的列车数。轨道交通的通过能力主要按照线路、列车折返设备、车辆段设备、牵引供电设备等固定设备进行计算。根据各项固定设备计算出来的通过能力，一般是各不相同的，其中通过能力最小的设备限制了整个线路的通过能力，因此，该项设备的通过能力即为线路的最终通过能力。
实践表明，对轨道交通系统来说，线路运能的主要损失发生在列车停站和终点车站的折返作业上。由于采用线性电机的车辆能为高密度运营需要的优良的加减速性能提供保证，结合移动闭塞技术，可以很容易的实现“小编组、高密度”的运营模式。一方面，通过减小列车编组、提高行车密度，使车站上下车人数得到分散，从而可以减小列车停站时间；另一方面，移动闭塞技术的精确控制和灵活运行的特性也有利于提高折返效率，从而可以从总体上减少线路运能的损失，达到每小时40对列车的系统通过能力。总之，从满足系统运营要求及系统的先进性考虑，轨道交通信号系统应采用移动闭塞技术。
4.4、采用移动闭塞信号系统的可行性及相关问题
移动闭塞系统采用先进的通信、计算机技术对列车连续控制，是经过实际检验的安全系统。移动闭塞技术已经在北美、欧洲、亚洲许多国家的轨道交通建设中得到应用。最早使用移动闭塞技术的温哥华无人驾驶轻轨系统至今已安全运行近20年，这充分验证了移动闭塞的安全性以及技术的成熟度。在中国，香港西线铁路工程于1998年采纳了伦敦铁路工程师协会的建议，使用先进的移动闭塞技术代替原来的固定闭塞设计方案，不仅使香港西线铁路实现了更短更好的运营目标-达到每小时每方向10万人次的运量，高峰期运行间隔90s，而且使工程总成本由原来的超过644亿美元降至517亿美元，节省造价约20%.可见，根据实际运营要求和当前信号技术的发展水平，轨道交通采用移动闭塞技术是必要且可行的。
轨道交通采用移动闭塞的优点如下:
1) 能轻松达到90S的行车间隔要求，且当需求增长而需要调整运营间隔时，无需改变或增加硬件；
2) 可取消区间的信号机、轨道电路等地面设备，降低系统的安装维护费用；利用其精确的控制能力，可以有效地通过在折返区域调整速度曲线来减少在尽端折返线的过走防护距离，从而减少折返站的土建费用；
3) 车上-地面可靠传输的信息量大，便于实现全程无人自动驾驶。全程无人自动驾驶方式是列车上没有任何驾驶员或工作人员的全自动方式。站停，发车、运行、折返、入库等过程由操作控制中心直接管理。主控中心可以更精确地控制列车按运行图运行，减少了列车在区间不必要地加速、制动，可节省能源，增加旅客舒适度；同时这种方式具备非常高的灵活性，对突然增长的能力需求和不可预见的事件具备敏捷的反应能力；
4) 易于实现列车双向运行。当轨道交通系统因线路、车辆等故障造成运行中断时，可通过组织临时反向载客运行来保持轨道交通系统不间断运作。
从目前的技术成熟度来看，对于轨道交通来说，选用基于交叉感应电缆或泄漏同轴电缆的方案是比较合适的，相关的系统已在国外有多年成功的应用经验。例如，新加坡轨道交通东北线设计能力单向达到75,000人次/小时，采用了ALSTOM 公司的基于泄漏波导的移动闭塞信号系统，实现了最小列车运行间隔90S的营运目标。ALCATEL公司基于感应环线或泄漏同轴电缆的SelTrac移动闭塞系统己在伦敦道克兰轻轨、吉隆坡LRT2、旧金山MUNI等城轨交通得到多年应用，被证明是安全、高效、灵活的列车控制系统。移动闭塞系统的列控方式均采用速度-距离模式，对轨道交通来说，在运营初期可采用相对位置方式(MB-V0方式)，在远期运营要求提高后，可采用相对速度方式(MB-V方式)， 以进一步缩短行车间隔。在具体选择移动闭塞系统时，还必须考虑该系统的故障恢复能力和可靠性，并注意解决方案中是否有进行断轨检测和列车完整性检测的方法。此外，由于采用直线电机的系统一般将次级感应板铺设于轨道中间的地面上，因此联锁车站的配线不能采用交叉渡线，这会对联锁车站的道岔布置和折返车站的折返线布置产生一定影响，这也是需要考虑的问题。
5、小结
本文简要介绍了移动闭塞的原理，讨论了其典型结构和实现方式。对基于通信的移动闭塞来说，其常见的实现方式有基于交叉感应电缆或泄漏同轴电缆的实现方式，有利用全球定位系统GPS、惯性定位系统IPS、车载多普勒雷达定位系统及无线扩频定位的实现方式等。作为应用，本文分析讨论了城市轨道交通采用移动闭塞技术的必要性和可行性，指出移动闭塞技术是实现“小编组、高密度”运营模式的最佳选择，对于提高系统通过能力、减少运营维护成本、节能降耗等具有现实意义。

城市轨道交通列车自动控制系统（简称ATC系统）包括：列车自动保护子系统（简称ATP子系统），列车自动运行子系统（简称ATO子系统），列车自动监控子系统（简称ATS子系统），以及联锁设备。在这些子系统中，ATS子系统的主要功能是将整条线路的列车运行状况及设备状况，通过信息检测，传输及处理，在控制中心一目了然地显示出来。ATS子系统的关键技术与系统架构，与电力监控SCADA系统基本一致，我们已有能力实现国产化。ATO子系统与ATP子系统紧密关联，其国产化完全取决于ATP子系统。联锁设备国内已有非常成熟的产品。因此，城市轨道交通列车自动控制系统的国产化的关键在于ATP子系统的国产化。从国外引进的列车自动控