2020 年9月18 日，重庆地铁环线与4 号线间，首次开行直快列车，实现装备基于统一标准车载设备的城轨列车，在装备基于统一标准，不同制造商地面信号设备的线路间跨线运行，标志着重庆轨道交通互联互通 CBTC系统研发和产业化项目取得了重大突破。与此同时，中国城市轨道交通协会，重庆轨道交通集团联合国内众多研究机构、设计院和信号厂商，编制了 CBTC 系统互联互通技术规范。

重庆轨道交通集团通过调研和总结对比不同城市轨道交通系统的互联互通方式，最终选择了基于统一标准的互联互通 CBTC 系统方案。通过制定技术规范实现 CBTC 系统各子系统间接口标准化，采用具有良好互通互换性的LTE-M车地无线通信系统解决路线列车数据漫游问题^[1]，实现了装备不同制造商车载设备的列车，在装备不同制造商地面信号设备的线路间以CBTC 模式不停车，不降级跨线运行。

但是，由于CBTC 系统方案本身的限制，当前 I-CBTC 系统存在一些难以解决的问题，限制了其在大规模城市轨道交通线网中的应用。作者认为，这些问题是由早期的 CBTC 系统，限于当时的技术条件所做的设计取舍导致的。早期 CBTC 系统，采用的车地无线通信系统容量有限，例如采用基于802.11 跳频（FHSS)技术的车地无线通信系统容量仅为 1Mbit/s，考虑到覆盖区域边缘速率，一个接入点覆盖区域内可能存在多列列车以及车地通信的实时性要求，必须限制对车地通信带宽的使用，不能通过车地通信系统传输大量控车信息。同时，早期CBTC多采用美式信标，数据存储容量不及欧标应答器。基于上述技术条件，CBTC系统不得不将线路电子地图数据存储在车载控制器中，使得车载控制器和轨旁控制器只需交换列车位置和移动授权终点位置，其他信息可从车载控制器装载的线路电子地图数据中查询，从而极大的降低了对车地通信带宽的需求。当前主流制造商的 CBTC 系统，也基本上沿用了这种将线路电子地因数据存储在车载控制器中的设计方察。

这种将线路电子地图数据存储在车载控制器中的设计方案给 CBTC 系统的互联互通制造了极大的障碍。这种障碍主要包括：

（一）不同制造商的系统车载电子地图存在差异

虽然I-CBTC 系统通过定义公有电子地图，解决了不同制造商信号系统间线路电子地图数据存在差异的问题^[2]。但却为问题（二）和问题（三）埋下了伏笔。

（二）车载控制器存储容量和性能制约互联互通线网规模

车载控制器为工业级嵌入式系统，存储容量和算力有限，随着线网内互联互通线路数量的增加，线路电子地图数据的容量不断增大，可能导致下列问题：

（1）车载控制器FLASH 存储容量不足

（2）加载电子地图占用的内存空间超过车载控制器的内存数据区容量

（3）电子地图数据加载时间过长

（4）电子地图数据查询时间超过车载控制器的周期限制。

为此，方兴等提出了一种线路电子地图动态加载方案^[3]，在车载控制器FLASH 内存储多条线路的电子地图数据，根据列车当前所在的线路号和车型加载对应的电子地图数据，该方案可解决上述问题中的 （2）（3）（4）。

针对问题（1），通号城市轨道交通技术有限公司设计了一种适用于 CBTC系统的电子地图实时下载方法^[4]，该方法基于 CBTC 系统安全网建立车载控制器与电子地图数据管理系统之间的通信，车载控制器在判断列车运行区域即将发生变化时，向电子地图数据管理系统发送电子地图数据加载请求，电子地图数据管理系统根据列车数据加载请求发送列车请求的电子地图效据。该方法实现了线路电子地图数据的动态加载，车载控制器无需事先存储大量的线路电子地图数据，从而解决了车载控制器 FALSH 不足的问题，但受制于车地无线通信网络的可靠性，车载控制器系统的算力限制等因素，易造成电子地图数据加载失败，从而影响列车运行。因此，实时下载线路电子地图数据并不是一种完美的解决方案。

（三）数据更新工作量和管理成本制约线网规模

每次新线接入既有 I-CBTC 系统线网，相关列车必须进行车载电子地图数据更新，当线网规模较大时，无论只对跨线列车进行更新，还是对全部列车进行更新，都将导致高昂的，无法接受的成本。

只对需要跨线运行的部分列车进行数据更新，虽然可降低电子地因数据更新的工作量，但电子地图数据必须分段设计，每列车需要根据运行交路装载（或实时下载）所需线路电子地图数据，这将造成线路电子地图数据的种类增加，线路电子地图数据的组合增加且需要随运营交路的变化重新组织，每列车装载的电子地因数量不尽相同，在大规模线网条件下，将导致较高的数据管理成本，如果管理不当，将直接影响列车的运行安全。

对所有列车线路电子地图数据统一进行更新，虽然可降低数据管理成本，但对大规模线网中的数百列车进行集中更新，将导致无法接受的工作量。综上所述，车载控制器存储线路电子地图的 I-CBTC 系统只能用于少量线路的互联互通场景，无法适应大规模城市轨道交通线网的互联互通应用。

因此，作者认为，实现大规模线网的互联互通运行，必须另辟蹊径，移除车载线路电子地图数据，规避上述车载控制器存储容量和性能限制以及数据管理和更新相关的问题。

CTCS-2/3级列车运行控制系统使用应答器组为车载控制器提供线路数据^[5]，应答器报文包含应答器链接、线路限速、坡度、轨道区段、临时限速等信息，区间无源应答器组对于正向数据范围为冗余覆盖，丢失一个应答器组列车运行不受影响。

使用应答器组为车载控制器提供线路电子地图数据的列控系统车载控制器无需再装载线路电子地图数据，成功解决了上述车载控制器存储容量和性能限制以及线路电子地图数据管理及更新相关问题。但 CBTC 系统的控制对象较 CTCS-2/3 级系统多，控制精度也较高，线路电子地图数据除与铁路类似的线路基础信息外，通常还包括逻辑区段，站台，屏蔽门，紧急停车按钮，接近区段，触发区段等，数据容量通常比 CTCS-2/3大，而一台欧标应答器的数据存储容量只有 830bit（约104字节），1000个应答器也只能装载 100KB 左右的数据，线路电子地图数据全部使用冗余应答器组发送，造价较高。

近年来，随着5G 一类的高带宽低延迟通信技术的发展，上文所述通信网络容量对于 CBTC 系统设计的约束已经不复存在，车载控制器和轨旁控制器之间可以通过高带宽低延迟网络交互大量信息。因此，基于高带宽轨低延迟无线网络，可以构建一种适应大规模城市轨道交通线网应用的互联互通 CBTC 系统 (LSI-CBTC 系统），该系统可由当前主流的 CBTC系统在不改变架构的前提下，通过软件更新改造而来。

在LSI-CBTC 系统中，旁控制器通过移动授权信息包同步向车载控制器发送移动授权范围内的线路电子地图信息，移动授权信息包以通过车地无线网络传输，应答器不再需要装载线路电子地图数据。在列车即将驶出上次收到的线路电子地图范围时，可以通过移动授权信息包，再次向车载控制器发送和更新线路电子地图数据。

相比 I-CBTC 系统，LSI-CBTC 系统具备如下优势。

（1）车载控制器无需装载车载电子地图系统，在大规模城市轨道交通网络中运用时，无需担心车载控制器的存储容量和性能不足问题。

（2）由于车载控制器无需装载车载电子地图系统，新线开通或既有线延长时，无需对既有列车进行车载电子地因更新，从而极大的简化电子地图数据的管理工作，降低了由于电子地因更新过程中人为工作疏失导致事故的风险。

（3）LSI-CBTC 系统可由主流 CBTC系统在不改变架构的前提下，通过软件更新改造实现，既可以扩大互联互通规模，又可以最大限度的保护用户投资。

（4）采用类似铁路 CTCS-2/3级系统的不装载线路电子地图数据的车载控制器，具备与铁路系统实现互联互通的潜力。

【总结】

本文对阻碍 CBTC 系统大规模互联互通的关键因素，车载线路电子地图数据所造成的问题进行了研究，作者认为，实现 CBTC 系统大规模互联互通的关键是移除车载线路电子地图数据。基于当前高带宽低时延车地无线通信网络，可以实现一种适应大规模线网应用的互联互通 CBTC 系统，该系统通过车地无线网络实时向车载控制器发送和更新线路电子地图数据，解决了大规模互联互通 CBTC 系统中，车载控制器存储容量和性能限制以及线路电子地图数据管理和更新代价过高等问题。该系统可支持大规模（城域、城市群甚至全国范围内）城市轨道交通系统的互联互通，同时具备与铁路系统的互联互通潜力，并可由主流 CBTC 系统在不改交系统架构的情况下，通过软件更新改造实现，最大限度的保护用户投资，对于既有线路具有良好的改造适应性。

【参考文献】

[1]^乐梅，王宁宁，杨婧，城市轨道交通 CBTC 互联互通网络化运营研究[J]．现代城市轨道交通 2022.5: 80

[2]^乐梅，王伟，刘桂宏，面向互联互通 CBTC系统的公有电子地图设计方法[J]，城市轨道交通研究 2020.9：195

[3]^方兴，常鸣，吕新军，基于灵活编组的互联互通车载电子地图设计及动态加载[J]，铁道通信信号 2020.6: 75

[4]^ 通号城市轨道交通技术有限公司，一种 CBTC 系统电子地图实时传输方法 CN 111866739 A [P]. 2020. 06. 30

[5]^中华人民共和国铁道行业标准，CTCS-2级列控系统总体技术要求 TB/T 3516-2018 [S] 北京，国家铁路局，2018：4