摘要：本文聚焦基于通信的列车控制系统（CBTC）在地铁中的应用与优化。首先阐述 CBTC 系统“ATS-ATP-ATO-CI”的分层分布式架构及各子系统功能；其次从 提升运输效率、保障运营安全、优化乘客体验三方面，分析其在地铁中的具体应用，如缩短列车追踪间隔、构建全场景安全防护体系等；最后提出多链路通信融合、 智能调度算法优化等四项优化措施。研究表明，CBTC 系统能有效提升地铁运营效能，优化措施可进一步解决其应用中的痛点，为地铁高质量运营提供技术支撑。关键词：列车通信；控制系统；应用；优化措施

引言

随着城市化进程加快，地铁作为大运量公共交通方式，对运营效率与安全的需求日益提升。传统信号系统因依赖轨道电路，存在追踪间隔长、定位精度低等局限，难以适配高密度运营场景。基于通信的列车控制系统（CBTC）凭借车地双向连续通信、实时精准定位等优势，成为解决上述问题的核心技术。本文围绕 CBTC 系统的架构组成展开分析，深入探讨其在提升运输效率、保障运营安全等方面的应用实践，并提出针对性优化措施，为地铁 CBTC 系统的完善与推广提供参考。

1 CBTC 系统的架构与组成

基于通信的列车控制系统（CBTC）采用分层分布式架构，核心由列车自动监控系统（ATS）、列车自动防护系统（ATP）、列车自动运行系统（ATO）及计算机联锁系统（CI）四大子系统组成，各子系统通过工业级通信网络实现数据交互与协同控制。其中，ATS 作为上层管理系统，负责列车运行计划编制、实时监控与调度指挥，可动态调整列车停站时间、运行交路以匹配客流变化；ATP是安全核心，通过车地双向连续通信获取列车位置、速度及轨道占用状态，生成动态速度曲线，实现超速防护、车门与屏蔽门联动控制，保障列车安全间隔；ATO 接收 ATS 指令与 ATP 允许速度，自动完成列车启停、加速减速及精准停车，提升运行效率与舒适性；CI 则作为底层控制单元，实现道岔、信号机等轨旁设备的联锁逻辑控制，确保列车进路安全。

2 在地铁中通信列车控制系统（CBTC）的应用

2.1 提升地铁线路运输效率

CBTC 系统通过车地双向连续通信技术，打破传统信号系统依赖轨道电路的局限，实现列车位置的实时精准定位，进而大幅缩短列车安全追踪间隔。在高峰时段客流密集的线路中，传统信号系统下列车最小追踪间隔通常为 2.5-3分钟，而 CBTC 系统可将其压缩至 90-120 秒，单线路高峰小时运输能力提升30% 以上。同时，系统搭载的动态运行调整功能，能根据 ATS 实时采集的客流数据，自动优化列车停站时长与运行交路，避免因固定调度模式导致的运力浪费或不足，显著提升线路整体运输效率。

2.2 保障地铁安全运营

作为地铁安全运营的“核心防线”，CBTC 系统通过 ATP 与 CI 的协同联动，构建全场景安全防护体系。在列车运行层面，ATP 基于车地无线通信实时获取列车速度、位置及前方轨道状态，动态生成个性化速度防护曲线，当列车接近限速值或存在安全隐患时，自动触发紧急制动，杜绝超速、追尾等事故；在轨旁设备控制层面，CI 通过联锁逻辑严格管控道岔、信号机等设备的操作权限，确保只有在列车进路完全锁闭且安全条件满足时，才允许信号开放，避免因设备误操作引发的进路冲突。此外，系统具备故障自诊断与冗余备份功能，当某一通信链路或设备模块故障时，能快速切换至备用通道，保障控制指令的连续传输，最大限度降低故障对运营安全的影响。

2.3 优化地铁乘客出行体验

CBTC 系统通过技术优化直接改善乘客出行的舒适性与便捷性。在乘车舒适性方面，ATO 系统基于精准的列车位置与速度控制，实现“平稳启停”与“精准停车”。列车启动时采用渐进式加速曲线，避免瞬间加速度过大导致的乘客前倾；停车时能将车门与站台屏蔽门的对齐误差控制在 ±5 厘米内，消除因对齐偏差导致的乘客上下车不便，尤其提升老年人、残疾人等特殊群体的乘车体验。在出行便捷性方面，ATS 系统通过实时计算列车运行时间，将列车到站信息同步至站台显示屏与乘客手机 APP，让乘客精准掌握候车时间，减少盲目等待；同时，系统对列车运行的精准控制，能大幅降低列车晚点概率，避免因列车延误导致的乘客行程受阻，进一步提升乘客出行的确定性与满意度。

3 在地铁中通信列车控制系统（CBTC）优化措施

3.1 基于多链路融合的车地通信稳定性优化

针对 CBTC 系统依赖单一无线局域网（WLAN）易受隧道环境干扰、切换延迟等问题，可采用“WLAN+5G + 北斗短报文”多链路融合通信架构。通过在隧道内间隔部署 5G 微基站与 WLAN 接入点，构建双层主备通信链路，利用动态链路切换算法，当 WLAN 信号因金属反射、粉尘遮挡衰减时，0.3 秒内自动切换至 5G 链路，保障车地数据传输速率稳定在 100Mbps 以上。同时，引入北斗短报文作为应急通信补充，在极端故障时，实现列车位置、故障状态等关键数据的最小化传输，避免通信中断导致的运营瘫痪。此外，对通信频段进行抗干扰优化，采用 2.4GHz 与 5.8GHz 双频段并发传输，通过跳频技术规避工业设备、其他无线信号的频段冲突，将通信丢包率控制在 0.1% 以下。

3.2 结合客流预测的智能调度算法优化

当前 CBTC 系统动态调度多依赖实时客流数据，存在调整滞后性，可引入“历史数据建模 + 实时数据修正”的双层客流预测模型优化调度算法。首先，基于过去 3 年同期客流数据，采用长短期记忆网络构建基础客流预测模型，提前 4 小时输出区段客流分布预测结果；再结合实时采集的站台闸机数据、车厢拥挤度传感器数据，对预测结果进行动态修正。基于优化后的客流预测结果，ATS 系统可提前生成“弹性交路 + 动态停站”调度方案：在客流高峰区段增开区间列车，在客流稀疏区段缩短列车停站时间，通过车地通信将调度指令提前推送至列车 ATO 系统，实现列车运行计划的平滑调整，避免临时调度导致的列车晚点，进一步提升线路运输效率 15%-20%。

3.3 适配老旧线路的设备兼容性优化

部分地铁老旧线路存在 CBTC 新设备与既有轨道电路、道岔等老旧设备兼容性差的问题，可通过“模块化改造 + 协议转换”实现设备适配优化。对CBTC 系统的 ATP、CI 子系统进行模块化设计，将与老旧设备对接的功能模块独立出来，针对不同型号的老旧轨道电路，开发对应的适配子模块，通过模块插拔更换实现快速兼容，无需整体更换 CBTC 系统硬件，降低改造成本 30% 以上。在 CBTC 系统与老旧设备之间增设协议转换网关，将 CBTC 系统的标准化通信协议转换为老旧设备支持的传统协议，同时对数据格式进行实时转换与校验，确保新老设备数据交互的准确性。在改造过程中引入“分步测试”机制，先在非高峰时段对单个区间的设备兼容性进行测试，验证通过后再逐步扩展至全线路，避免改造期间对运营造成影响。

结束语

综上，CBTC 系统是地铁实现高效、安全运营的关键技术支撑，其应用成效已在实践中充分体现，而针对性优化措施进一步完善了系统性能。未来可结合人工智能等技术，持续推进 CBTC 系统升级，助力地铁运营向更智能、更高效的方向发展，为城市公共交通建设贡献更大价值。

参考文献

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