1．概述
      在城市轨道交通中，列车自动控制系统是必不可少的设备。轨道交通设置列车自动控制系统的目的：一是确保运行安全；二是提高运输效率。从目前国内情况看，所采用的列车自动控制系统的制式是五花八门，相互之间不能兼容。造成这种情况的主要原因在于我国没有自己的列车自动控制系统产品，多渠道进口而又缺乏统一的技术规范。这种情况不仅浪费资金，而且留下了安全隐患。因此，从国家政府到地方政府，目前都高度重视列车自动控制系统的国产化，为此已进行了大量的工作。
      在上海市科委的支持下，上海新华控制技术（集团）有限公司在该技术领域已进行了数年研究，完成了“轨道交通列车自动控制系统（ATC）国产化可行性研究”项目研究，并于2005年2月通过鉴定。在此项目研究的过程中，上海新华控制技术（集团）有限公司通过大量调查研究，与国外主导ATC厂家进行深入沟通与合作，积累了丰富的技术与应用经验，并就该领域内的国际合作方面迈出了实质的步伐。
      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制系统中，由于ATP子系统的制式不同而造成了整个列车自动控制系统相互之间不能兼容。我们对此展开重点研究，并提出与现实结合紧密并符合该领域技术发展趋势的综合解决方案。
2. 技术制式
      目前，ATC具有代表性的有两类技术制式：基于数字轨道电路的准移动闭塞和基于无线通信的移动闭塞（CBTC）
      近二十年来，国际上很多城市轨道交通采用“基于数字轨道电路的准移动闭塞”作为列车自动控制系统的主要制式，在我国，北京，上海，广州，深圳，南京等城市也都选择这种制式。由于这种制式具有较高的可靠性，合理的性价比，已经具有充分的运行经验，其列车运行间隔（100-150秒）已能满足绝大多数轨道交通运营部门的要求，因此，这类制式的列车自动控制系统至今仍是轨道交通建设的首选制式。
      然而，随着轨道交通的发展，这类制式的弊病也已日益凸显：
      弊病之一：由于目前世界上各种准移动闭塞的信息传输频率，调制方式，通信协议等均不一致，导致了在一个城市或一个地区的轨道交通网中各条线路的列车不能实现联通联运。此外，由于系统的组成及所用的器材都不统一，所以给维修和备品备件带来很大的困难；
      弊病之二：大多数基于数字轨道电路的准移动闭塞，为了实现轨道电路的调谐和电平调整，不得不在钢轨旁侧设置“轨旁设备”，而这对于轨道交通的日常维护工作是非常不利的；
      弊病之三：由于以钢轨作为信息传输通道，因此传输频率受到很大的限制（限制在音频范围内），导致车-地之间数据传输的数码率及信息量较低。此外，其传输性能受钢轨中的牵引回流，钢轨之间的道床漏泄以及钢轨下面的防迷流网的影响很大，从而导致传输性能不够稳定；
      弊病之四：“准移动闭塞”距真正意义上的“移动闭塞”还有差距，因此，列车运行间隔的进一步缩短和列车运行速度的提高都将受到限制。
      正因为如此，目前国际上的一些生产ATC系统的大公司正把目光瞄准“基于无线的移动闭塞”（RF CBTC）。经过近十年的努力，无论在可靠性，安全性方面，还是在兼容性，抗干扰性方面，都已取得了实质的进步。
    
1）技术方案之一：基于数字轨道电路的准移动闭塞（图1）

 图1  基于数字轨道电路的列车自动控制系统框图
      轨旁ATP计算机将计算列车运行允许速度的有关参数，形成报文, 通过数字轨道电路发送给在轨道上运行的列车。ATP报文主要有目标距离、目标速度、最大限速、紧急停车、轨道电路编号等安全性数据。列车通过车载ATP天线接收这些数据, 并形成相应的速度保护曲线, 保证列车在安全状态下行驶。
      车载ATP设备主要由车载ATP计算机及必要的外围设备（如里程仪、ATP天线等）组成。车载ATP计算机根据测速传感器给出的列车实际运行速度,根据接收到的ATP报文信息实施对列车距离和速度的监督、紧急停车的监督、停车点的监督等安全性功能, 并把相应的距离、速度等参数送给驾驶室里的辅助显示单元, 作为驾驶员操作控制列车的依据。
      这里，轨道电路起着双重作用：当轨道电路区段上无车时，轨道电路发送轨道电路检测信号和检测码；当列车一驶入轨道电路区段，立即转发信息码。各轨道电路在无车的时候发送互不干扰的频率信号作为检测信号；一旦有车进入轨道电路，轨道电路在给出占用信息的同时，开始以移频键控（FSK）或最小相移键控（MSK）方式发送包含诸如列车运行方向、目标位置、区间最大速度、目标距离、下一段轨道电路区段的坡度、限速区间的允许速度、列车所在轨道电路的编号确认、列车所在轨道电路的长度等信息的信息码。信息由车载天线接收，并传送到车上，供ATP设备使用。
      用数字轨道电路作为车－地通信的通道，是目前使用最为广泛的方式，其性能价格比比较合理，列车运行间隔可达100秒，目前应为我国大多数城市轨道交通的首选方案。
 2）技术方案之二：基于无线数据通信（DCS）的移动闭塞
      随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）的飞跃发展，综合利用3C技术代替轨道电路构成新型系统已成为列车控制系统的发展方向，其核心是通信技术的应用，出现了“基于通信的列车控制系统”（Communication based Train control，简称CBTC）。上世纪80-90年代以来，陆续出现了很多CBTC现场试验项目，例如法国的ASTREE系统、日本的CARAT系统等。目前，一些大城市开始对原有的地铁系统进行CBTC改造，具有代表性的项目是美国纽约地铁的列车自动控制系统改造，其它还有巴黎地铁13号线，美国旧金山海湾地区的捷运运输系统（BART）等。
      基于通信的列车控制系统（CBTC）具有两种制式：采用轨间电缆作为传输通道的CBTC（称为IL CBTC）及采用无线数据传输通信的CBTC（称为RF CBTC），鉴于IL CBTC的电缆易于被盗，且不利于线路养护，故下面的讨论仅针对RF CBTC（以下简称CBTC）。
      CBTC系统是一个连续数据传输的自动控制系统，利用高精度的列车定位（不依赖于轨道电路），实现双向连续、大容量的车-地数据通信，能够执行列车自动防护（ATP），列车自动运行（ATO）以及列车自动监控（ATS）。CBTC系统主要由移动设备（车载设备）、轨旁设备、通信网络、控制中心组成。系统框图如图2所示。

图3  基于无线数据传输的 CBTC系统框图
      基于无线数据传输的移动闭塞，由于其具有其他制式无法达到的优越性而深受青睐，毫无疑问，随着市场的扩大以及价格的下降，它将取代基于数字轨道电路的准移动闭塞的“主角”地位。