浅谈CBTC系统的发展方向（下）互联互通CBTC、CTCS-2+CBTC与CBTC系统未来的展望
《浅谈CBTC系统的发展方向（上）经典的CBTC、TACS与精简的CBTC》一文，对经典的CBTC系统、TACS与精简的CBTC系统进行了介绍，本文将介绍互联互通CBTC系统和CTCS-2+CBTC系统，同时对CBTC系统未来的发展方向进行展望。
【互联互通CBTC系统】
为了解决上述问题4，线网化运行条件下的互联互通问题，在重庆市轨道交通集团和中国城市轨道交通协会的推动和信号系统厂商的共同努力下，历经数年的技术攻关，互联互通CBTC系统在重庆投入运营。
中国城市轨道交通协会同步发布了
《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统(CBTC)互联互通系统规范》
《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统(CBTC)互联互通接口规范》
《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统(CBTC)互联互通测试规范》
《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统(CBTC)互联互通工程规范》
四部规范性文件，详细描述了互联互通CBTC的特征。
互联互通CBTC系统，通过对规范系统功能分配（采用前述经典的CBTC系统架构）、车地间应答器（点式MA）和无线通信（CBTC MA）接口、测试场景和工程应用中的一些问题。实现了不同厂商车载ATP与地面ATP之间的互通，从而为列车跨线运行、不同线路间共享列车、车辆段与停车场创造了条件。
采用互联互通CBTC系统，对于地铁运营商来说，具备如下优势。
（1）实现车辆段、停车场、相关设备及建设用地、征地等随之减少，降低建设和后期维护成本
（2）实现不同线路车辆资源共享，由原有的单线备车变成路网内备车，降低了路网内车辆配置的需求数量，可有效降低车辆采购成本
（3）实现运营组织调度和司机人员的资源共享，通过运营人员操作界面和操作方式 的统一，有助于路网内人员整合调配，减少人力成本以及培训成本
（4）实现列车跨线运行，增加运营组织的灵活性，提高路网内车站间的直达性，提高乘客服务质量
（5）优化线网规划和建设方案
（6）降低信号系统大修改造对正常运营的干扰
因此，互联互通CBTC系统相关规范发布后，受到了部分地铁业主的欢迎，部分地铁公司已经在招标文件中明确要求采用支持互联互通的CBTC系统。
但在这里不得不指出的是，CBTC系统的互联互通，刚刚迈出了万里长征的第一步。
首先，目前的互联互通CBTC系统，与TACS系统一样，由于需要装载车载电子地图，新线开通或既有线延长时，所有涉及到的跨线列车均须进行车载电子地图系统更新，考虑到车载电子地图的管理工作量及更新电子地图所导致的安全风险，难以满足大范围线网互联互通的要求。
其次，目前的互联互通CBTC系统，只做到车载ATP和地面ATP之间的解耦，联锁与地面ATP（无线）、联锁与LEU之间接口等，ATS与各子系统间接口（线网级ATS尚不具备实现基础，限制了线网级调度能力），尚未完成标准化，其子系统间互换性与ETCS/CTCS一类的系统尚有较大差距。
第三，当前的互联互通CBTC系统，由多家厂商的既有CBTC系统经小幅修改而来，设计中互相妥协明显，系统功能和电子地图系统设计，不得不考虑不同厂商既有系统的现状，使得一些比较实用的功能在互联互通框架下难以实现。当然，这与我国早期CBTC系统多为引进消化吸收有关，同时制定标准就意味着妥协，厂商要需要放弃一些差异化的东西，并且标准的制定需要建立在当前技术状态之下，尽管如此，笔者依然认为，在完成引进消化吸收后，应该加大再创新的力度，加强系统的顶层设计，对目前的互联互通CBTC系统中存在的不足进行持续改进。
【CTCS-2 + CBTC系统】
为了解决上述问题（5），即城际铁路、市域铁路与地铁系统的协同问题，调和铁路CTCS/ETCS系统与城市轨道交通CBTC系统在互通性和运能之间的矛盾，CTCS与CBTC系统的协同，逐渐成为近期信号系统研究的热点。
为了同时满足城际铁路区域公交化（间隔<3min）和国铁列车跨线至城际区域的运营需求，可采用与香港东铁线（已换装了西门子Trainguard MT型CBTC系统，本线列车以CBTC模式运行，同时保留了原有的AWS系统供广州东站至红磡站的粤港直通车跨线运行使用）类似的CTCS-2与CBTC双套信号系统叠加方案，如图4所示。其中，城际区域同时装备CTCS-2级系统和CBTC系统轨旁设备。
图4 CTCS-2与CBTC系统叠加方案
采用CTCS-2叠加CBTC系统时，不同类型的列车车载信号装备情况如下：
（1）国铁本线列车：CTCS-2
（2）国铁跨线列车：CTCS-2
（3）城际本线列车：CBTC（后备CTCS-2）或CBTC+CTCS-2
（4）城际跨线列车：CTCS-2或CBTC（后备CTCS-2）或CBTC+CTCS-2
其中，CBTC（后备CTCS-2）指采用一套车载设备兼容CBTC与CTCS-2，通过软件方式实现不停车自动切换的车载控制器。
CBTC+CTCS-2指同时装备CBTC和CTCS-2级系统两套独立的处理单元，通过软件方式实现不停车切换或通过硬件方式实现停车切换的车载控制器。
采用CTCS-2叠加CBTC系统的优势在于，国铁跨线列车可以免于改造，同时，城际列车如需跨线运行，即可仅装备CTCS-2级系统，又可根据需求灵活配置。
但是，CTCS-2叠加CBTC系统的也存在一些难以解决的问题，主要表现在以下几个方面：
（1）CTCS-2跨线列车对城际区域运行的影响
仅装备CTCS-2级系统的国铁或者城际跨线列车，在城际区域运行时，由于CTCS-2级系统是基于准移动闭塞的，将对城际区域运行间隔造成较大影响。因此在城际列车需要高密度运行的高峰时段，不宜安排仅装备CTCS-2级系统的跨线列车，CTCS-2叠加CBTC系统方案仅适合跨线列车较少，且不在高峰时段的情况。
（2）CTCS-2级系统折返能力问题
CTCS-2（即使是CTCS-2 + ATO）系统暂时无法实现自动折返，通常只采用站前折返方式，且折返时间较长。
（3）兼容型车载控制器认证问题
CBTC（后备CTCS-2）型车载控制器，目前尚无产品，且其产品需要与CTCS进行互通测试，通过CRCC认证才能上国铁运行，研发周期较长。
CBTC+CTCS-2型车载控制与CBTC（后备CTCS-2）型车载控制器面临同样的国铁互通与认证问题。同时，如需满足不停车切换的要求，需要处理好CBTC系统与CTCS-2级系统互操作问题。
（4）CTCS系统对站台长度的要求
CTCS系统要求站台保护区段内置，200m列车需要400m左右的站台长度，不仅限制了CBTC系统的折返能力，还使得地下车站投资大幅增加。为了避免城际线路投资增加过多，城际铁路内只能设置少量国铁停靠站。
【CBTC系统未来的展望】
前面我们分析了经典的CBTC、TACS、精简的CBTC、互联互通CBTC和CTCS-2+CBTC等几种信号体制，每种信号体制，都是针对特定场景开发的，且都在满足特定场景需求的同时，存在一些问题。那么，是否存在一种信号系统，同时满足或者基本满足前述5种系统所对应的需求场景，同时避免他们存在的问题？
这种系统应该具有下列特点：
（1）系统高度简化，轨旁设备少
（2）接口标准化，模块高度可互换，减少改造成本。
（3）满足大范围互联互通的需求，包括城市轨道交通、普速铁路、高速铁路间无缝互通。
参考日本普速铁路与城市轨道交通基于数字式ATC系统的融合，以及近年来CBTC系统的发展，笔者认为，CTCS-4（或ETCS-3）或将成为CBTC系统未来一段时间内，主流的系统形式。
之所以把ETCS纳入考虑范围，主要考虑到中国铁路在向采用欧美技术体系出口时的适应性问题。
首先，CTCS-4（ETCS-3）一定是基于5G或更先进的无线通信体制的CBTC系统，可实现虚拟或移动闭塞，可减少对轨道电路甚至计轴系统的使用。
针对业内普遍关心的断轨检测问题，可采用基于5G通信和新型能源供电的低成本物联网装置代替。
其次，CTCS-4（ETCS-3）将承袭早期CTCS（ETCS）系统接口标准化，模块高度通用的特点，从而降低了信号系统大修改造造成的运营风险。
第三，CTCS（ETCS）从诞生之初，就是为了互联互通而生，对大范围（大到国家或洲际层面）的互联互通支持较好。例如采用不装载电子地图的车载控制器，极大的简化了电子地图数据的管理，降低了电子地图数据更新的工作量，规避了车载电子地图更新失误带来的潜在风险，为大范围互联互通创造了条件。在目前的技术条件下，高带宽、低时延和高可靠性的5G和固定网络使得车载存储电子地图数据变得不再必要，通过列车-轨旁协同，可以在单车智能和车路协同领域实现更好的平衡，从而在减轻车载控制器的计算负担的同时提升单车智能水平。
最后，笔者认为，不能再继续将铁路和城市轨道交通两种技术体系割裂开来，前面分析的各种系统，或多或少都受到两种技术体系割裂的影响。两种技术体系的割裂，已经使我们走了不少弯路，导致有限的研发力量被分散，耗费大量人力物力财力却无法开发出满足运营需求的系统。
也许开发这样一种“理想的”信号系统的目标过于完美，也涉及到方方面面的因素，如对既有厂商研发成果的保护，对用户现有投资的保护等等。但可以肯定的一点是，不应该继续割裂铁路与城轨两种技术体系，日本的的相关经验已经表明，二者融合，将极大的改善系统的技术品质与运营品质。笔者认为，用CBTC技术统一铁路与城轨信号体制，将是CBTC系统取代轨道电路之后，又一次质的飞跃。
（全文完）
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浅谈CBTC系统的发展方向（上）经典的CBTC、TACS与精简的CBTC
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