自加拿大Alcatel（后被Thales收购）开发的SelTrac系统上世纪80年代投入使用算起，CBTC系统已经走过了30余年的历程，其间，列车运行控制系统完成了从基于轨道电路的固定闭塞体制向基于无线通信的移动闭塞体制（即CBTC系统）的转变。

特别是近15年间，得益于中国城市轨道交通事业的飞速发展，CBTC系统在中国迅速的发展成熟，同时完成了从早期的引进消化吸收到全面自主研发再创新的转变(*^_^*)。至2020年，中国已有15家左右的集成商可提供CBTC系统。

经过10余年的发展，自主化CBTC系统基本形成了如图1所示的包括ATS子系统，CI子系统，ZC子系统，VOBC子系统和点式后备子系统（LEU+Balise）的经典架构，这套架构已被多数业主和设计院的认可，相关设计方法已趋于成熟，并形成了招标文件范本，在新建线路中被广泛采用。

图1 经典CBTC系统架构

经过长期的运营实践，经典架构的CBTC系统也暴露出一些问题，主要表现在下面几个方面。

（1）系统复杂，子系统间接口多，轨旁设备多。

（2）改造困难

（2.1）改造基于轨道电路的信号系统

采用经典的CBTC系统架构，改造既有的基于轨道电路的信号系统时，由于轨旁设备较多，在不停运改造的轨旁施工时间有限的情况下，工期较长。同时，在系统调试过程中，新旧车载系统互相倒换也会带来不小的安全风险。

因此，北京5号线和上海2号线采用了兼容型车载方案，即研制兼容轨道电路的车载控制器，实现无切换调试。但这种系统仍基于陈旧的轨道电路进行轨道占用检测，相应的轨道电路设备厂商如果不在提供系统支持，整套系统的运营将面临困难。

（2.2）改造其他CBTC系统

大量早期建设的CBTC系统，如北京2号线等，也逐渐进入改造周期，用经典的CBTC系统改造另一套CBTC系统时，如果原系统供应商不开放接口协议，则难以效仿基于轨道电路的系统进行兼容改造，不得不进行全套更换，同样面临施工时间紧张和新旧车载系统倒换带来的安全风险。

（3）点式后备系统投资大，使用较少，投入产出比低

设置点式后备系统的目的，是在CBTC系统故障（主要是ZC故障或车地无线通信系统故障）的情况下，提供一种间隔在3min左右的后备运营系统。

实际的工程实践表明，增加点式后备系统，将增加工程投资20%以上，运维投入亦有所增加。

同时，点式系统的可运营性较差，列车因CBTC故障降级后，需要以低速连续通过两个应答器，同时至少通过一个可变应答器接收移动授权后，才能建立点式运行模式，在区间应答器间距较大的位置通常需要耗时数分钟之久。

此外，目前的CBTC系统，针对DCS、ZC都进行了冗余加固，使得故障率大大降低，在这种情况下，本来使用机会就不多的点事后备系统更显得画蛇添足。

（4）线网化运营条件下的互联互通问题

随着我国各大城市轨道交通进入大规模线网化运营阶段，考虑到集约利用资源，各线路共用列车、车辆段、停车场等设备设施，信号设备可互换，列车连挂解编，以及列车跨线运行，减少换乘，提高乘客服务质量等需求，需要信号系统间实现不同程度的互联互通。

（5）与城际铁路、市域铁路等协同

随着城市群规模的扩大，城市群内部中心城区与边缘集团或卫星城之间的快速联系需求日益凸显，需要建设快速的城际铁路或市域铁路系统。但城际铁路与市域铁路究竟用哪种技术体制，就成了必须正视的问题，在我国，由于铁路和城市轨道交通在限界和信号体制上差别较大，城际铁路或市域铁路不得不在二者之间做出取舍。采用铁路技术体系，则可与国铁进行互通，但无法实现高密度运行。采用城市轨道交通技术体系，虽然可实现高密度运行，但与国铁无法互通。

针对上述问题，不同的设备厂商都进行了一些探索，主要包括下面的一些方向。

【列车自主运行系统（TACS）】

为了解决上述问题（1）和问题（2），有人提出采用如图2所示的列车自主运行系统（TACS），TACS系统通常基于车车通信架构（V2V-CBTC）。其工作原理为ATS直接向列车下达运行计划，列车根据目的地自主向对象控制器（OC）请求轨旁资源（道岔、轨道区段、屏蔽门等），通过与相邻列车和对象控制器直接通信为自身计算移动授权，实现自主运行。

V2V-CBTC相对于经典CBTC系统架构而言，进行了大幅简化，取消了点式后备系统，不再需要CI、ZC等复杂的轨旁设备，取而代之的是用于控制轨旁设备的对象控制器（OC）。系统的简化使得轨旁设备大幅减少，设备间的通信接口数量也相应减少，通信延迟降低，系统反应速度更快，控制更加灵活。同时，对于既有线改造项目，由于轨旁设备少，轨旁改造施工量亦较小，如果OC不含控制逻辑，一致性测试的工作量也会大幅度降低。

图2 TACS系统架构

V2V-CBTC也存在一些问题，主要表现在如下几个方面。

（1）VOBC过于复杂

V2V-CBTC中，VOBC承担了大量其他子系统的工作，从软件工程角度来看，复杂的软件存在BUG的概率大大增加。同时，原有的CI和ZC都从集中式演变为“分布式”（其功能被分配到大量的VOBC中），这样将面临分布式系统固有的数据一致性问题，如果处理不好，或将导致安全风险。复杂的VOBC对于运营维护也将是一个不小的挑战。

（2）VOBC的性能问题

由于VOBC承载了大量其他子系统的工作，对其算力需需求大大增加，但由于VOBC所处的工作环境较为苛刻，面临着功率、空间、散热、振动、高低温、电磁兼容等多重考验，使得车载控制器的算力受到限制，无法采用高性能硬件，或难以满足系统需求。

（3）难以解决大范围互联互通问题（上述问题（4））

TACS系统由于VOBC承载了大部分系统功能，运营必须是基于车载电子地图，每逢新线开通或者既有线延长，都无法避免对车载地图的更新工作。在装备大量列车的大范围互联互通线网中，将导致无法接受的工作量和可能的安全风险。

【精简的CBTC系统】

精简的CBTC系统具有如下设计特色。

（1）取消点式后备系统

由于点式后备系统的投入产出比较低，精简的CBTC系统取了点式后备系统，从而节省了大量可变应答器和LEU等设备，简化了系统方案，降低了建设和维护成本。

（2）加固ZC和DCS系统。

DCS有线网络采用三层交换机或路由器组成冗余双环形网络，降低了广播风暴的发生概率，同时实现链路保护。

DCS无线网络采用双套LTE-M或LTE-M与其他网络构成双套异构网络。

对ZC进行冗余加固，例如采用2x3oo2架构的ZC系统。相对于2x2oo2架构，2x3oo2平台可抵抗三次硬件计算单元故障，从而提高了系统可靠性。

（3）联锁与ZC一体化

将联锁与ZC部署在同一套安全计算机平台中，出于可靠性考虑，一体化的联锁与ZC应采用双套冗余的部署方式。从而使联锁与ZC间接口，相邻联锁间接口演化为一体化设备内部接口及相邻一体化设备间接口，从而进一步较少了系统设备，简化了子系统间接口。

（4）全电子驱动采集单元

采用全电子驱动采集单元，节省大量的继电器，同时可实现集中监控，故障板卡可直接更换，从而提高了系统的可维护性。

精简的CBTC系统架构如图3所示.

图3 精简的CBTC系统架构

其中MCU为联锁ZC一体化控制设备

ECU为电子驱动采集单元

精简的CBTC系统和V2V-CBTC对比如下表1所示，可以看出二者没有本质区别，均只有三类网元，仅仅是数据流向略有区别。

表1 V2V-CBTC和精简的CBTC比较表

（未完待续，下篇将介绍CTCS-2+CBTC系统及对未来CBTC系统的展望）