基于通讯的列车控制(CBTC)系统的发展
2007/10/8 10:09:00
一、缘起
传统列车的保护系统受到只能对已存在的轨道旁控制迴路作列车位置的确定、列车操作指令被限制在几个方向上的道旁设备的信号指示或是驾驶室内少数的速度指令等限制。因而有逐步朝一个连续自动化列车控制系统，利用高解析测定列车的位置，能不受轨道电路的支配、有连续的高容量、双向作用（从列车到道旁边）的数据通讯及具有执行列车运转及道旁处理能力之方向发展。
由各种研究与实际的操作经验显示，当将通讯式列车控制(CBTC)系统与其他较传统的号誌系统作比较时，应用通讯式列车控制(CBTC)系统提供了较低的开办以及营运成本、较高的容量及在没有牺牲操作速度之下缩短距离、更高的可靠性、更大的安全性而且增强了远距离列车操作的监视与控制之优点。
位於纽约市的公园大道上的电机电子工程师协会(IEEE)，拥有超过二十多种有关控制、设计、铁路电车之建造与铁路控制系统等规格标準。也对CBTC系统方面订定有两项标準：一个是一九九九年的IEEE1474.1标準，係关於CBTC性能与功能的规定；另一个是在2003年晚期发佈的IEEE1474.2标準，那是对於CBTC系统用户界面之规定。
在IEEE1474标準裡的CBTC定义：為列车的位置、速度及方位，是藉由一个连续的双向通讯环节，从车辆电脑到道旁电脑来传递的。同样地，也在IEEE1474裡有解释，CBTC系统不需要道旁电路来侦察列车。
然现今在使用的大部分CBTC系统，均是利用近场电磁感应的环形线路(IL)来传送。以无线电频率(RF)传送為基础的较新的CBTC系统正在浮现而且是这个工业的趋势。
几个RF-CBTC计画正在发展中，如旧金山机场捷运的庞巴迪Flexiblok自动列车控制技术（现以改名為CITYFLO 650自动列车控制技术）以及新加坡东北地铁线的阿尔斯通URBALIS 300（现在称為MASTRIA）两个，现在已完全营运了。费城的Surface Torlley地铁线预期在2004年起用，而拉斯维加斯单轨电车的RF-CBTC系统已在2004年的七月起用。西门子现在正在為纽约地铁卡那西线、巴塞隆纳及巴黎大眾运输网路（RATP）升级它的Meteor IL-CBTC技术（首先展开的是RATP的新14线）到RF。同样地，阿尔卡特也正在替RATP 13线、香港及南韩升级它的Seltrac技术从IL到RF。
CBTC系统在全世界至少有八个铁路系统在使用它（包含旧金山市政铁路以及底特律都会大眾运输）；至少有八个系统目前正在架构中（包括旧金山市区BART捷运、旧金山新的大眾运输以及纽约甘乃迪国际机场捷运）；一个CBTC系统正在纽约大都会捷运局/长岛铁路计画中；另目前至少有七家不同的卖主正在积极的提供CBTC系统，详如表一。
二、主要CBTC发展公司扮演的角色及演进
西门子运输系统，山克拉门都分公司（Siemens Transportation Systems, Inc., Sacramento）
法国马特拉国际运输是带头供应Meteor系统版本的，而这个系统是整个纽约市地铁运输系统重新替换的标準，因此马特拉可能為CBTC竖立一个好的国际标準。马特拉国际运输供应的系统，目前正在巴黎地铁系统的Meteor线营运中。
马特拉為三个CBTC卖主建立了榜样，而它们将有资格供应CBTC设备给纽约市交通运输系统。在接下来描述的其它两个卖主将会创造他们自己的版本是可以完全与马特拉系统互相操作的系统。
这是第三个主要的纽约市大眾运输计画有西门子公司的参与。西门子的合伙拍档也正在致力於A部门的ATS控制中心以及系统化、高科技的、光纤通讯网路。
加拿大阿尔卡特交通自动化有限公司，安大略省Alcatel Canada Inc. Transport Automation, Ontario
阿尔卡特交通自动化美国匹兹堡有限公司被选為纽约市交通运输系统CBTC设备的承包商。阿尔卡特是甘乃迪国际机场捷运的CBTC卖主也是世界其它八个主要CBTC交通运输系统的卖主。阿尔卡特加拿大的(前身是ITT SEL’s) 最大CBTC產品Seltrac#8482;是从LZB发展来的，也就是连续式列车控制。起初LZB轨道边设备是由德国的阿尔卡特在指定LZB 172之下发展与製造的。列车设备现在指定LZB 80一起由阿尔卡特与西门子共同发展。类似於西门子与阿尔卡特的LZB合作发展，阿尔斯通与英国西屋在英国铁路的设计指导之下发展了一种常见的三模块冗餘(TMR)连锁装置(SSI)结构。原本的SSI接受热插拔模组并且多年来一直是英国铁路的标準。较旧的轨道边机能模组(TFMs)以原始的1兆赫CPU clock為基準在供应者之间是可以交换的，对於希望不要被单独一家供应者拴住的买家的确是好消息。不幸地，较新的2兆赫单位是不相容也不能交换的。
Ansaldo Signal是一家為义大利热那亚Ansaldo Signalamento Ferroviario公司、瑞典Spanga AT自动区间号誌系统公司、法国Les Ulis CSEE运输公司、美国匹兹堡Union Switch & Signale(US&S)公司以及澳洲布利斯班市Union Switch & Signal Pty有限公司的荷兰控股公司。 在被Ansaldo购买之前，US&S已购买了Transcontrol。Ansaldo Signal是一家控股公司，它受命於义大利政府控制的芬梅卡尼卡集团，负责增加信号工业的利润。Ansaldo现在已不是公开招股公司。二零零四年四月，Ansaldo Transporti 买下大部分的美国股东将近四百万的股票价值公司八千万美元。
阿尔斯通 (GEC 阿尔斯通的前身) 在七零年代中期购买了法国信号公司Jeumont Schneider 。在1998年，阿尔斯通购买了义大利的SASIB 铁路（它拥有美国公司General Railway Signal纽约罗契斯特市总部）。1998年，原来的GEC（英国）与阿尔斯通（法国）合伙关係付诸实施分享了市场而减少GEC阿尔斯通的参与到达24%或是更少。阿尔斯通最新的CBTC技术系统称為URBALIS. URBALIS包括了MASTRIA、自动列车控制次要系统（轨道边与车内零件）以及防盗锁的连锁零件。美国罗契斯特市的阿尔斯通信号有限公司，是第二个纽约市交通运输系统CBTC设备的承包商
SACEM,一种固定式闭塞区间升级的列车控制系统，源自於1980年时期由巴黎大眾运输网路主导為了RER所发展的。有三家公司在发展SACEM:(1)CSEE(现在是Ansaldo的一部份)(2)马特拉交通公司(现在為西门子所拥有)，以及(3)Jeumont Schneider(后来被GEC阿尔斯通购买最后成為阿尔斯通)。在1998年，法国法院否定了马特拉的只有它可以使用SACEM名称的要求。SACEM的衍生性產品从此开始根据买主的要求展开具体化的改变。结果较新的SACEM版本都不能相容。原本為SACEM的Algol原始码仍是处於权利消失状态。TSD瞭解在1993年马特拉把它的SACEM原始码转成Ada而自从那时候开始形成了IL CBTC系统的基础，西门子现在称它為Meteor。西门子的计画是要去结合Meteor 与一个新的无线电频率数位通讯系统，然后让纽约市交通运输系统的卡那西线计画使用直接连续延伸电磁波。
庞巴迪:在1990的初期，戴姆勒-克莱斯勒购买ABB集团所拥有的Adtranz股票。在2000年，戴姆勒-克莱斯勒将它的Adtranz集团卖给庞巴迪，整个交易在2001年的四月完成。在2003 年，庞巴迪是否要继续销售Flexiblok这一种分离式列车控制系统的情况并不明朗。之前Adtranz是被ABB （瑞典）及戴姆勒宾士（德国）合併。而在这之前ABB购买了AEG 西屋 (德国)，也就是它先前购买的西屋电气公司运输工具部门(WELCO-US)，WELCO為旧金山市区BART捷运提供了列车控制，而為圣保罗提供了先进的故障自趋安全分时多工系统的METRO。CMW Equipmentos以巴西為根据地现在被阿尔斯通所拥有。 CMW中的”W”来自於与西屋电气公司的先前关係。在2004年的五月，庞巴迪的无人驾驶CBTC產品（过去被称為Flexiblok）被改名為CITYFLO* 650，而有操作者出席的系统则為CITYFLO* 450。
通用电气公司（GE）: 在1999年GE Harris (一个50-50的合作关係) 购买了David Rutherford的 Rail Safety Engineering (美国)以及瑟谢夫集团，但是在2002年GE将它的瑟谢夫集团卖给了ARINC 。2000年的九月，GE Harris 购买了Harmon之后重新命名為GE Harris Harmon。2001年年中，GE购买了它一半的Harris而创造了一个新的GE分部也就是通用电气运输系统(GETS)。这个集团底下的信号部分（也就是先前的Harmon实业）现在称為GETS全球信号。1990年末期，Harmon的增强型定位报告系统（EPLRS）是以休斯飞机公司（之后被卖给了Raytheon）為了美国陆军及海军首先发展的技术為基础。最初的EPLRS Hughes发展是為美国国防部在一个超过美金五亿的合约之下完成的。今天GE的EPLRS无线电网路是CBTC运输產品中不可缺少的，也就是我们知道的為旧金山市区BART捷运所设计的先进自动化列车控制系统。GE的先进EPLRS无线电网路也是分开贩售的。
Safetran系统公司(美国)与英国西屋信号公司的母公司就是从前的BTR铁路。在1999年的二月，BTR与希比公司合併而组成了英维思集团。 拥有十万员工的英维思集团有四个主要部门：智慧自动化部门、工业传动装置部门、电力系统部门以及控制部门。英维思集团也拥有Triconex公司，这家公司是三模块冗餘(TMR)安全电脑系统的製造商，而它也是使用IEEE-1473-L技术来控制以及监测核子反应器。
三、营运中、建造中及发展中的城市或国家
旧金山市政铁路(地下铁)San Francisco Municipal Railway (Metro)，先进列车控制系统计画牵涉到将粗造的固定式闭塞区间车内信号系统升级為有三方速度的现代化CBTC。旧的系统没有列车停止、最低的车内速度是每小时十英里以及有轨道旁信号在连结处。运输工具由旧金山市政铁路的原始波音轻铁路车辆加上从波士顿获得的以及新的义大利轻轨火车所
传统列车的保护系统受到只能对已存在的轨道旁控制迴路作列车位置的确定、列车操作指令被限制在几个方向上的道旁设备的信号指示或是驾驶室内少数的速度指令等限制。因而有逐步朝一个连续自动化列车控制系统，利用高解析测定列车的位置，能不受轨道电路的支配、有连续的高容量、双向作用（从列车到道旁边）的数据通讯及具有执行列车运转及道旁处理能力之方向发展。
由各种研究与实际的操作经验显示，当将通讯式列车控制(CBTC)系统与其他较传统的号誌系统作比较时，应用通讯式列车控制(CBTC)系统提供了较低的开办以及营运成本、较高的容量及在没有牺牲操作速度之下缩短距离、更高的可靠性、更大的安全性而且增强了远距离列车操作的监视与控制之优点。
位於纽约市的公园大道上的电机电子工程师协会(IEEE)，拥有超过二十多种有关控制、设计、铁路电车之建造与铁路控制系统等规格标準。也对CBTC系统方面订定有两项标準：一个是一九九九年的IEEE1474.1标準，係关於CBTC性能与功能的规定；另一个是在2003年晚期发佈的IEEE1474.2标準，那是对於CBTC系统用户界面之规定。
在IEEE1474标準裡的CBTC定义：為列车的位置、速度及方位，是藉由一个连续的双向通讯环节，从车辆电脑到道旁电脑来传递的。同样地，也在IEEE1474裡有解释，CBTC系统不需要道旁电路来侦察列车。
然现今在使用的大部分CBTC系统，均是利用近场电磁感应的环形线路(IL)来传送。以无线电频率(RF)传送為基础的较新的CBTC系统正在浮现而且是这个工业的趋势。
几个RF-CBTC计画正在发展中，如旧金山机场捷运的庞巴迪Flexiblok自动列车控制技术（现以改名為CITYFLO 650自动列车控制技术）以及新加坡东北地铁线的阿尔斯通URBALIS 300（现在称為MASTRIA）两个，现在已完全营运了。费城的Surface Torlley地铁线预期在2004年起用，而拉斯维加斯单轨电车的RF-CBTC系统已在2004年的七月起用。西门子现在正在為纽约地铁卡那西线、巴塞隆纳及巴黎大眾运输网路（RATP）升级它的Meteor IL-CBTC技术（首先展开的是RATP的新14线）到RF。同样地，阿尔卡特也正在替RATP 13线、香港及南韩升级它的Seltrac技术从IL到RF。
CBTC系统在全世界至少有八个铁路系统在使用它（包含旧金山市政铁路以及底特律都会大眾运输）；至少有八个系统目前正在架构中（包括旧金山市区BART捷运、旧金山新的大眾运输以及纽约甘乃迪国际机场捷运）；一个CBTC系统正在纽约大都会捷运局/长岛铁路计画中；另目前至少有七家不同的卖主正在积极的提供CBTC系统，详如表一。
二、主要CBTC发展公司扮演的角色及演进
西门子运输系统，山克拉门都分公司（Siemens Transportation Systems, Inc., Sacramento）
法国马特拉国际运输是带头供应Meteor系统版本的，而这个系统是整个纽约市地铁运输系统重新替换的标準，因此马特拉可能為CBTC竖立一个好的国际标準。马特拉国际运输供应的系统，目前正在巴黎地铁系统的Meteor线营运中。
马特拉為三个CBTC卖主建立了榜样，而它们将有资格供应CBTC设备给纽约市交通运输系统。在接下来描述的其它两个卖主将会创造他们自己的版本是可以完全与马特拉系统互相操作的系统。
这是第三个主要的纽约市大眾运输计画有西门子公司的参与。西门子的合伙拍档也正在致力於A部门的ATS控制中心以及系统化、高科技的、光纤通讯网路。
加拿大阿尔卡特交通自动化有限公司，安大略省Alcatel Canada Inc. Transport Automation, Ontario
阿尔卡特交通自动化美国匹兹堡有限公司被选為纽约市交通运输系统CBTC设备的承包商。阿尔卡特是甘乃迪国际机场捷运的CBTC卖主也是世界其它八个主要CBTC交通运输系统的卖主。阿尔卡特加拿大的(前身是ITT SEL’s) 最大CBTC產品Seltrac#8482;是从LZB发展来的，也就是连续式列车控制。起初LZB轨道边设备是由德国的阿尔卡特在指定LZB 172之下发展与製造的。列车设备现在指定LZB 80一起由阿尔卡特与西门子共同发展。类似於西门子与阿尔卡特的LZB合作发展，阿尔斯通与英国西屋在英国铁路的设计指导之下发展了一种常见的三模块冗餘(TMR)连锁装置(SSI)结构。原本的SSI接受热插拔模组并且多年来一直是英国铁路的标準。较旧的轨道边机能模组(TFMs)以原始的1兆赫CPU clock為基準在供应者之间是可以交换的，对於希望不要被单独一家供应者拴住的买家的确是好消息。不幸地，较新的2兆赫单位是不相容也不能交换的。
Ansaldo Signal是一家為义大利热那亚Ansaldo Signalamento Ferroviario公司、瑞典Spanga AT自动区间号誌系统公司、法国Les Ulis CSEE运输公司、美国匹兹堡Union Switch & Signale(US&S)公司以及澳洲布利斯班市Union Switch & Signal Pty有限公司的荷兰控股公司。 在被Ansaldo购买之前，US&S已购买了Transcontrol。Ansaldo Signal是一家控股公司，它受命於义大利政府控制的芬梅卡尼卡集团，负责增加信号工业的利润。Ansaldo现在已不是公开招股公司。二零零四年四月，Ansaldo Transporti 买下大部分的美国股东将近四百万的股票价值公司八千万美元。
阿尔斯通 (GEC 阿尔斯通的前身) 在七零年代中期购买了法国信号公司Jeumont Schneider 。在1998年，阿尔斯通购买了义大利的SASIB 铁路（它拥有美国公司General Railway Signal纽约罗契斯特市总部）。1998年，原来的GEC（英国）与阿尔斯通（法国）合伙关係付诸实施分享了市场而减少GEC阿尔斯通的参与到达24%或是更少。阿尔斯通最新的CBTC技术系统称為URBALIS. URBALIS包括了MASTRIA、自动列车控制次要系统（轨道边与车内零件）以及防盗锁的连锁零件。美国罗契斯特市的阿尔斯通信号有限公司，是第二个纽约市交通运输系统CBTC设备的承包商
SACEM,一种固定式闭塞区间升级的列车控制系统，源自於1980年时期由巴黎大眾运输网路主导為了RER所发展的。有三家公司在发展SACEM:(1)CSEE(现在是Ansaldo的一部份)(2)马特拉交通公司(现在為西门子所拥有)，以及(3)Jeumont Schneider(后来被GEC阿尔斯通购买最后成為阿尔斯通)。在1998年，法国法院否定了马特拉的只有它可以使用SACEM名称的要求。SACEM的衍生性產品从此开始根据买主的要求展开具体化的改变。结果较新的SACEM版本都不能相容。原本為SACEM的Algol原始码仍是处於权利消失状态。TSD瞭解在1993年马特拉把它的SACEM原始码转成Ada而自从那时候开始形成了IL CBTC系统的基础，西门子现在称它為Meteor。西门子的计画是要去结合Meteor 与一个新的无线电频率数位通讯系统，然后让纽约市交通运输系统的卡那西线计画使用直接连续延伸电磁波。
庞巴迪:在1990的初期，戴姆勒-克莱斯勒购买ABB集团所拥有的Adtranz股票。在2000年，戴姆勒-克莱斯勒将它的Adtranz集团卖给庞巴迪，整个交易在2001年的四月完成。在2003 年，庞巴迪是否要继续销售Flexiblok这一种分离式列车控制系统的情况并不明朗。之前Adtranz是被ABB （瑞典）及戴姆勒宾士（德国）合併。而在这之前ABB购买了AEG 西屋 (德国)，也就是它先前购买的西屋电气公司运输工具部门(WELCO-US)，WELCO為旧金山市区BART捷运提供了列车控制，而為圣保罗提供了先进的故障自趋安全分时多工系统的METRO。CMW Equipmentos以巴西為根据地现在被阿尔斯通所拥有。 CMW中的”W”来自於与西屋电气公司的先前关係。在2004年的五月，庞巴迪的无人驾驶CBTC產品（过去被称為Flexiblok）被改名為CITYFLO* 650，而有操作者出席的系统则為CITYFLO* 450。
通用电气公司（GE）: 在1999年GE Harris (一个50-50的合作关係) 购买了David Rutherford的 Rail Safety Engineering (美国)以及瑟谢夫集团，但是在2002年GE将它的瑟谢夫集团卖给了ARINC 。2000年的九月，GE Harris 购买了Harmon之后重新命名為GE Harris Harmon。2001年年中，GE购买了它一半的Harris而创造了一个新的GE分部也就是通用电气运输系统(GETS)。这个集团底下的信号部分（也就是先前的Harmon实业）现在称為GETS全球信号。1990年末期，Harmon的增强型定位报告系统（EPLRS）是以休斯飞机公司（之后被卖给了Raytheon）為了美国陆军及海军首先发展的技术為基础。最初的EPLRS Hughes发展是為美国国防部在一个超过美金五亿的合约之下完成的。今天GE的EPLRS无线电网路是CBTC运输產品中不可缺少的，也就是我们知道的為旧金山市区BART捷运所设计的先进自动化列车控制系统。GE的先进EPLRS无线电网路也是分开贩售的。
Safetran系统公司(美国)与英国西屋信号公司的母公司就是从前的BTR铁路。在1999年的二月，BTR与希比公司合併而组成了英维思集团。 拥有十万员工的英维思集团有四个主要部门：智慧自动化部门、工业传动装置部门、电力系统部门以及控制部门。英维思集团也拥有Triconex公司，这家公司是三模块冗餘(TMR)安全电脑系统的製造商，而它也是使用IEEE-1473-L技术来控制以及监测核子反应器。
三、营运中、建造中及发展中的城市或国家
旧金山市政铁路(地下铁)San Francisco Municipal Railway (Metro)，先进列车控制系统计画牵涉到将粗造的固定式闭塞区间车内信号系统升级為有三方速度的现代化CBTC。旧的系统没有列车停止、最低的车内速度是每小时十英里以及有轨道旁信号在连结处。运输工具由旧金山市政铁路的原始波音轻铁路车辆加上从波士顿获得的以及新的义大利轻轨火车所
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