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1．概述

   在城市軌道交通中，列車自動控制系統是必不可少的設備。軌道交通設置列車自動控制系統的目的：一是確保運行安全；二是提高運輸效率。從目前國內情況看，所采用的列車自動控制系統的制式是五花八門，相互之間不能兼容。造成這種情況的主要原因在于我國沒有自己的列車自動控制系統產品，多渠道進口而又缺乏統一的技術規范。這種情況不僅浪費資金，而且留下了安全隱患。因此，從國家政府到地方政府，目前都高度重視列車自動控制系統的國產化，為此已進行了大量的工作。

    在上海市科委的支持下，上海新華控制技術（集團）有限公司在該技術領域已進行了數年研究，完成了“軌道交通列車自動控制系統（ATC）國產化可行性研究”項目研究，并于2005年2月通過鑒定。在此項目研究的過程中，上海新華控制技術（集團）有限公司通過大量調查研究，與國外主導ATC廠家進行深入溝通與合作，積累了豐富的技術與應用經驗，并就該領域內的國際合作方面邁出了實質的步伐。

     城市軌道交通列車自動控制系統（簡稱ATC系統）包括：列車自動保護子系統（簡稱ATP子系統），列車自動運行子系統（簡稱ATO子系統），列車自動監控子系統（簡稱ATS子系統），以及聯鎖設備。在這些子系統中，ATS子系統的主要功能是將整條線路的列車運行狀況及設備狀況，通過信息檢測，傳輸及處理，在控制中心一目了然地顯示出來。ATS子系統的關鍵技術與系統架構，與電力監控SCADA系統基本一致，我們已有能力實現國產化。ATO子系統與ATP子系統緊密關聯，其國產化完全取決于ATP子系統。聯鎖設備國內已有非常成熟的產品。因此，城市軌道交通列車自動控制系統的國產化的關鍵在于ATP子系統的國產化。從國外引進的列車自動控制系統中，由于ATP子系統的制式不同而造成了整個列車自動控制系統相互之間不能兼容。我們對此展開重點研究，并提出與現實結合緊密并符合該領域技術發展趨勢的綜合解決方案。

     2. 技術制式

    目前，ATC具有代表性的有兩類技術制式：基于數字軌道電路的準移動閉塞和基于無線通信的移動閉塞（CBTC)近二十年來，國際上很多城市軌道交通采用“基于數字軌道電路的準移動閉塞”作為列車自動控制系統的主要制式，在我國，北京，上海，廣州，深圳，南京等城市也都選擇這種制式。由于這種制式具有較高的可靠性，合理的性價比，已經具有充分的運行經驗，其列車運行間隔（100-150秒）已能滿足絕大多數軌道交通運營部門的要求，因此，這類制式的列車自動控制系統至今仍是軌道交通建設的首選制式。 

     然而，隨著軌道交通的發展，這類制式的弊病也已日益凸顯：

     弊病之一：由于目前世界上各種準移動閉塞的信息傳輸頻率，調制方式，通信協議等均不一致，導致了在一個城市或一個地區的軌道交通網中各條線路的列車不能實現聯通聯運。此外，由于系統的組成及所用的器材都不統一，所以給維修和備品備件帶來很大的困難；

    弊病之二：大多數基于數字軌道電路的準移動閉塞，為了實現軌道電路的調諧和電平調整，不得不在鋼軌旁側設置“軌旁設備”，而這對于軌道交通的日常維護工作是非常不利的；

    弊病之三：由于以鋼軌作為信息傳輸通道，因此傳輸頻率受到很大的限制（限制在音頻范圍內），導致車-地之間數據傳輸的數碼率及信息量較低。此外，其傳輸性能受鋼軌中的牽引回流，鋼軌之間的道床漏泄以及鋼軌下面的防迷流網的影響很大，從而導致傳輸性能不夠穩定；

    弊病之四：“準移動閉塞”距真正意義上的“移動閉塞”還有差距，因此，列車運行間隔的進一步縮短和列車運行速度的提高都將受到限制。

    正因為如此，目前國際上的一些生產ATC系統的大公司正把目光瞄準“基于無線的移動閉塞”（RF CBTC）。經過近十年的努力，無論在可靠性，安全性方面，還是在兼容性，抗干擾性方面，都已取得了實質的進步。

1）技術方案之一：基于數字軌道電路的準移動閉塞

軌旁ATP計算機將計算列車運行允許速度的有關參數，形成報文, 通過數字軌道電路發送給在軌道上運行的列車。ATP報文主要有目標距離、目標速度、最大限速、緊急停車、軌道電路編號等安全性數據。列車通過車載ATP天線接收這些數據, 并形成相應的速度保護曲線, 保證列車在安全狀態下行駛。

車載ATP設備主要由車載ATP計算機及必要的外圍設備（如里程儀、ATP天線等）組成。車載ATP計算機根據測速傳感器給出的列車實際運行速度,根據接收到的ATP報文信息實施對列車距離和速度的監督、緊急停車的監督、停車點的監督等安全性功能, 并把相應的距離、速度等參數送給駕駛室里的輔助顯示單元, 作為駕駛員操作控制列車的依據。

這里，軌道電路起著雙重作用：當軌道電路區段上無車時，軌道電路發送軌道電路檢測信號和檢測碼；當列車一駛入軌道電路區段，立即轉發信息碼。各軌道電路在無車的時候發送互不干擾的頻率信號作為檢測信號；一旦有車進入軌道電路，軌道電路在給出占用信息的同時，開始以移頻鍵控（FSK）或最小相移鍵控（MSK）方式發送包含諸如列車運行方向、目標位置、區間最大速度、目標距離、下一段軌道電路區段的坡度、限速區間的允許速度、列車所在軌道電路的編號確認、列車所在軌道電路的長度等信息的信息碼。信息由車載天線接收，并傳送到車上，供ATP設備使用。

用數字軌道電路作為車－地通信的通道，是目前使用最為廣泛的方式，其性能價格比比較合理，列車運行間隔可達100秒，目前應為我國大多數城市軌道交通的首選方案。

2）技術方案之二：基于無線數據通信（DCS）的移動閉塞

隨著計算機技術（Computer）、通信技術（Communication）和控制技術（Control）的飛躍發展，綜合利用3C技術代替軌道電路構成新型系統已成為列車控制系統的發展方向，其核心是通信技術的應用，出現了“基于通信的列車控制系統”（Communication Based Train control，簡稱CBTC）。上世紀80-90年代以來，陸續出現了很多CBTC現場試驗項目，例如法國的ASTREE系統、日本的CARAT系統等。目前，一些大城市開始對原有的地鐵系統進行CBTC改造，具有代表性的項目是美國紐約地鐵的列車自動控制系統改造，其它還有巴黎地鐵13號線，美國舊金山海灣地區的捷運運輸系統（BART）等。

基于通信的列車控制系統（CBTC）具有兩種制式：采用軌間電纜作為傳輸通道的CBTC（稱為IL CBTC）及采用無線數據傳輸通信的CBTC（稱為RF CBTC），鑒于IL CBTC的電纜易于被盜，且不利于線路養護，故下面的討論僅針對RF CBTC（以下簡稱CBTC）。
CBTC系統是一個連續數據傳輸的自動控制系統，利用高精度的列車定位（不依賴于軌道電路），實現雙向連續、大容量的車-地數據通信，能夠執行列車自動防護（ATP），列車自動運行（ATO）以及列車自動監控（ATS）。CBTC系統主要由移動設備（車載設備）、軌旁設備、通信網絡、控制中心組成。系統框圖如圖所示。

基于無線數據傳輸的移動閉塞，由于其具有其他制式無法達到的優越性而深受青睞，毫無疑問，隨著市場的擴大以及價格的下降，它將取代基于數字軌道電路的準移動閉塞的“主角”地位。