凤凰网：（2011年1月25日）ENe北京交通大学新闻网

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http://edu.ifeng.com/news/detail_2011_01/25/4443483_0.shtmlENe北京交通大学新闻网

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一、项目背景ENe北京交通大学新闻网

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近年来北京市乃至全国下大力气加快进行轨道交通路网建设，到2015年北京总长561公里的轨道交通网络将正式形成，2020年将达到1000公里的建设规模，到那时北京市民出行，四环以内平均步行一公里，即可到达地铁站。而2009年底北京运营的里程仅为198公里，十年内还有近800公里的线路需要建设，全国每年以400公里的建设速度增长，近十年将有近6000公里的建设，其中作为保证行车安全、提高运输效率的信号控制系统一直依靠引进，核心技术掌握在外国人手里，给我们建设的成本、按期开通、运营管理与维护带来了巨大影响。ENe北京交通大学新闻网

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2004年开始，北京市积极响应国家自主创新战略："紧紧抓住新一轮世界科技革命带来的战略机遇，坚定不移走自主创新道路，努力突破核心关键技术，获得自主知识产权"，立项首次开展"基于通信的城轨CBTC系统研究"。2007年为落实刘淇书记"狠抓科技创新和自主创新，努力攻克地铁高端和核心技术"的指示，解决目前引进设备中的问题，集中北京市乃至全国优势资源开展先进的、基于通信的列车自动控制系统（Communication Based Train Control，简称CBTC系统）示范工程研究与实施，到目前为止，自主创新CBTC系统历经核心技术攻关、自主研发、室内测试、中试、示范工程等阶段，近10年的时间内得到国家各级政府部门的支持与支撑。ENe北京交通大学新闻网

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2010年12月30日，历经十几年的核心技术研发、中试，特别是近三年的示范工程期间，在政府的政策支持下，在业主单位的组织与协调下，采用核心技术研发与实际工程并进的方式，发挥所有参建单位的积极性与责任心，艰苦奋斗，夜以继日，连续作战，在绝对保证安全的基础上，研发并工程实施了一套符合国际CENELEC最高安全等级SIL4的系统装备，解决了一直困扰国内长期引进这项技术与装备的瓶颈问题，迎来了亦庄线全功能开通CBTC的奇迹，实现了几代信号人的梦想，使我们自己的轨道交通系统用上了我们自己的"大脑与神经系统"，完全听从我们自己的"指挥官"安全而高效的运营，使中国成为继德国西门子、法国阿尔斯通、加拿大阿尔卡特后第四个成功掌握该项核心技术并顺利开通应用实际工程的国家。ENe北京交通大学新闻网

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本项目的成功实施与应用，为国家带来了巨大的经济与社会效益，初步计算国家投入研究经费不到3亿元，通过该项目的研究与应用，使得引进系统的价格降低20%以上，按照每年600公里建设投资60亿元计算，每年节约了12亿元的外汇，同时该项目在亦庄和昌平线应用也将比引进系统节约10%以上的资金，面临以后国内6000公里的市场，将会带来近300亿元的市场份额，并且是可持续发展的市场与产业。ENe北京交通大学新闻网

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二、CBTC系统的核心技术与管理创新点ENe北京交通大学新闻网

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1核心技术的创新点ENe北京交通大学新闻网

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1.1建立了全生命周期高安全性、高可靠性移动闭塞的系统设计理论及技术体系，自主研发了成套列车运行控制系统装备。ENe北京交通大学新闻网

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1.1.1移动闭塞的系统设计理论ENe北京交通大学新闻网

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建立了移动闭塞下的列车运行控制系统设计理论及体系，移动闭塞是基于前方障碍物（前方列车、道岔、限速点等）信息搜索与预警来实时计算后行列车移动授权的一种速度与间隔控制方式，实现列车群"鱼贯"式、90秒最小间隔的安全追踪。包括单列车多质点的牵引与制动特性模型，单列车复杂线路与气候条件下的多传感器融合精确定位模型，两列车复杂线路条件下的追踪间隔控制和速度控制模型，两列车小间隔巡航控制模型，多列车的时刻表自动调整模型，列车群的自动协同节能控制模型，大规模列车群与地面基站群间的安全控制信息双向传输策略与方法等。ENe北京交通大学新闻网

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1.1.2全生命周期的安全苛求系统设计方法ENe北京交通大学新闻网

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基于IEC61508、EN50126、EN50128、EN50129等国际标准，建立了全生命周期的、基于风险分析的、可以全程追溯的系统设计和开发过程与流程，完成CBTC系统不同安全等级模块的风险源识别与辨识，开展涉及安全等级SIL4的所有安全功能评估与关闭策略，建立间隔控制与速度控制等几十个安全模块的可靠性与安全性分析模型，并在综合测试平台进行近10万条测试案例验证，另外，研发的CBTC产品与亦庄线示范工程获得了国际独立第三方的安全认证与评估。ENe北京交通大学新闻网

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1.1.3自主研发的安全计算机平台ENe北京交通大学新闻网

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基于通用的容错计算机理论，按照安全苛求系统设计方法，提出了能够防止已知或未知的软件、硬件故障的安全计算机平台容错及安全管理（FTSM）机制，研发了适用于安全控制领域的通用安全计算机平台，并通过了国际独立第三方的SIL4级安全评估。ENe北京交通大学新闻网

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FTSM机制通过空间分集（松散耦合任务同步的"3取2"或"2乘2取2"结构）与时间分集（时间触发软件调度机制）设计原则来满足确定性故障安全特性，即安全计算机平台必须在正确的时间执行正确的动作，否则判错而导向安全。ENe北京交通大学新闻网

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1.1.4基于一体化设计、二级调度模式、三种控制等级无扰转换与协同控制的装备研制ENe北京交通大学新闻网

在移动闭塞的系统设计理论与安全苛求系统设计方法的基础上，提出包括ATS、ATP、ATO、CI等在内的一体化设计，解决多种干扰因素下的系统综合能力评价问题；实现了控制中心与车站互为备用的二级调度模式；构建了移动闭塞、点式固定闭塞与站间联锁的三级异步、无扰、多列车混合运营的复杂协同，研制了包括控制中心ATS系统、车站ATS系统、计算机联锁系统、区域控制器、地车无线系统和车载ATP/ATO的全套系统与装备，并在最小系统平台上得到验证测试，最终在亦庄线、昌平线和重庆线得到推广应用。ENe北京交通大学新闻网

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1.2高密度列车追踪防护技术与最佳化列车自动驾驶技术。ENe北京交通大学新闻网

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首创车地协同的高密度列车安全防护技术，应用突破固定闭塞模式的防护间隔约束，解决了高速度、高密度、复杂线路和天气条件下列车的安全追踪与无人折返运行，全天候地保证列车在危险点前停车或降速，实现列车追踪最小间隔达到90秒，追踪列车停车间隔距离在30米左右。ENe北京交通大学新闻网

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首创最佳化列车自动驾驶技术，应用多目标优化理论、模糊控制理论，解决了轨道交通系统所有列车在复杂环境下运行时刻表的自动调整，根据线路坡度情况的节能优化控制，以及列车在车站站台的精确停车问题，实现列车自动调整误差5秒以内，优化控制节约能源达到10%，列车精确停车精度在0.3米以内。ENe北京交通大学新闻网

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以上技术在高速、高密度环境中列车避撞防护领域达到国际先进水平，已得到近50万公里实际运行考核验证。ENe北京交通大学新闻网

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1.3多种通信媒介的高可信、大容量车地双向传输技术。ENe北京交通大学新闻网

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国内、外首次采用无线自由波、漏泄波导管和漏泄电缆三种传输方式实现列车运行控制信息的车-地双向传输，极大地提高了CBTC系统的工程适应性与灵活性。并重点基于有限元理论和导行波天线理论，分析缝隙形状、尺寸与间隔对漏泄波导传输性能的影响，自主研发了基于国标BJ22型矩形波导的漏泄波导管，分析漏泄波导的电场分布，分析漏泄波导传输的链路预算，研制了国内首套基于漏泄波导的轨旁和车载传输设备，性能优于国外同类产品。ENe北京交通大学新闻网

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采用高可信的信息传输技术，国内首次提出了信息传输同步纠正算法，基于线性反馈移位的时间标识生成原理，运用网络资源安全分配方法，实时完成通信对象的时序同步，检测通信状态并在失步情况下完成时序纠正。首次基于形式化建模、分析与验证方法，制订了CBTC系统安全传输协议，自主研发了CBTC信息冗余传输网络，包括骨干网和无线接入网，为CBTC各子系统之间提供可靠、安全的数据通道。ENe北京交通大学新闻网

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2管理模式的创新点ENe北京交通大学新闻网

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亦庄线CBTC系统示范工程是一个特殊的工程，是一个涵盖核心技术研究与工程结合的工程，是一个没有先例的高标准系统集成工程，是一个招标体系与首台套政策创造性融合的工程，等等，太多的第一次与没有先例，结合本示范工程的要求及特点，在整个过程中，除正常的项目工程管理方法与手段外，提出来的创造性管理方式有：ENe北京交通大学新闻网

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2.1探索了一条"政、产、学、研、用"核心技术工程化的途径ENe北京交通大学新闻网

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在北京市科研一期、二期研究成果基础上，北京市与国家科技部、财政部、建设部等牵头进行中试与示范工程的实施，科研由市科委负责，工程项目由市交通委负责，整个亦庄线示范工程由用户北京市轨道交通建设管理有限公司牵头，核心技术支撑单位北京交通大学、直接用户北京市地铁运营公司、投资主体北京市基础设施投资公司、产品化与供应商北京交控科技有限公司等参加，联合组成一个目标一致、职责分明、任务明确的集体，共同实现了核心技术落户亦庄线并成功开通的目标。ENe北京交通大学新闻网

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2.2打通了"首台套"政策与国家招标法结合的通道ENe北京交通大学新闻网

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北京市轨道交通建设管理有限公司作为示范工程重大专项的承担单位，同时又是受北京市政府委托的轨道交通工程建设管理单位，一方面要按照国家招投标法进行所有工程机电设备的国际采购，另一方又需要将这个没有任何应用业绩、受首台套政策支持的核心技术嫁接在实际工程中，目前国家在如何实施首台套政策还没有成熟的办法，本项目是北京市轨道交通第一个享受该政策的，在这样的情况下，亦庄线CBTC示范工程创造性采取一系列方式与方法，打通了法律与政策互相融合的通道，具体里程碑节点有：ENe北京交通大学新闻网

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2008年8-12月期间，组织多次专家论证，确保该项技术具备进行示范工程的技术基础；ENe北京交通大学新闻网

2008年12月8日，北京市轨道交通建设指挥部办公室邀请了国内信号和经济专家，对北京轨道交通信号系统示范工程核心技术ATP/ATO系统设备定价方案进行了专家评审；ENe北京交通大学新闻网

2009年1月5日，北京市轨道交通建设管理有限公司向北京市轨道交通建设指挥部办公室报备了"北京轨道交通信号系统示范工程核心技术ATP/ATO系统设备定价"；ENe北京交通大学新闻网

2009年2月28日，北京市政府组织了定向采购仪式，北京市轨道交通建设管理有限公司与北京交通大学签订了北京轨道交通信号系统示范工程核心技术ATP/ATO系统设备的定向采购协议；ENe北京交通大学新闻网

2009年3月，采用公开招标集成商，将成熟的ATS、CI子系统与指定ATP/ATO核心技术结合，形成完整的列车自动控制系统；ENe北京交通大学新闻网

2009年5月，采用公开招标独立第三方，对整个工程项目进行独立第三方的安全评估与认证，确保示范工程按期安全、优质开通运营；ENe北京交通大学新闻网

2009年6月10日，确定了上海卡斯柯为信号系统集成商，英国劳氏铁路公司为工程的独立第三方，轨道交通亦庄线国产CBTC示范工程信号系统采购合同签约仪式在北京举行,这标志着该创新模式的成功运用。ENe北京交通大学新闻网

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2.3实现了独立安全认证推进核心技术工程化的项目管理方式ENe北京交通大学新闻网

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为保证项目在规定的时间内按照示范工程的要求顺利完成，以及为后期CBTC系统的产业化打下基础，项目管理工作极其重要，首席专家丁树奎副总经理当时给所有项目参加人员上了第一堂课"项目管理"，要求专项完全按照实际工程的项目管理体制从机构组织、人员组织、技术措施、开发策略、工程试验等方面全面部署，专门成立了亦庄线示范工程项目部，重点集中办公，开展三线的联合系统设计与安全评估工作，并且坚持每周的例会制度。ENe北京交通大学新闻网

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在项目管理总体上贯彻CENELEC的安全系统设计和开发的思想，为CBTC系统整个生命周期内的各个阶段制订了相关的研究、设计、生产、安装、调试等规范和要求，公开招标引入英国劳氏公司全过程的安全认证与评估，保证了CBTC产品与工程的安全与质量，即依托安全认证作为项目的源动力。ENe北京交通大学新闻网

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从2007年底开始，由英国劳氏公司对应用于亦庄示范工程的LCF-300列车控制系统产品进行"一般产品"安全认证，到2010年4月为止，已经提交所有要求的文档，经过了劳氏公司4次现场ISA审核，2010年5月底劳氏英国总部批准颁发一般产品安全证书，证书上写明LCF-300列车控制系统研发过程满足EN50128、50129要求，主要安全功能满足最高安全等级SIL4要求。ENe北京交通大学新闻网

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从2009年8月开始，通过招投标方式，选择了英国劳氏公司作为亦庄线、昌平线、房山线三线的信号工程安全评估独立第三方，一年多的时间，劳氏公司组织多次的国内外安全培训与专题会议，对上千份设计、测试、变更文档及流程进行审计与抽测，并对设计单位、集成商、核心技术供应商等单位进行安全管理的审计工作，提出了许多有建设性和针对性的问题与建议，并紧紧跟踪保证最后的关闭。ENe北京交通大学新闻网

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2.4搭建最小系统平台减少现场调试时间ENe北京交通大学新闻网

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针对列车运行控制系统是一个复杂协同的事件驱动系统，需要基于列控系统分布式仿真的时间管理、事件调度、数据交换机制等关键技术，以及基于中间件技术实现真实子系统与仿真模型的互联，构建了"硬件最小化、功能最大化"的最小系统，实现灵活的虚实互换和虚实互控，完成设计、研发、工程实施、系统升级等不同阶段的系统特定功能及全功能验证，大大降低了每个阶段的风险，对于一个工程项目来说，大大减少了在现场调试与测试的时间。ENe北京交通大学新闻网

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2.5建立首席专家与实施专家的全程咨询与决策机制ENe北京交通大学新闻网

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亦庄线CBTC系统示范工程是一个典型的政、产、学、研、用结合的典型案例。为了有效保证示范工程的顺利实施，成立专门的核心技术与示范工程实施课题组，老中青结合，主要成员均主持或参加过相关领域课题的研究，对国内外信号系统核心技术与标准的现状和发展趋势全面了解，具有丰富的科研、设计、建设、运营和实践经验、具有扎实的理论基础和丰富的现场知识。为了保证该项目的顺利实施，在如此紧张的工期与高标准要求下，也采取了特殊的管理措施与方式。在项目主持单位北京市交通委的组织协调下，建立一个固定的联络与例会制度，设立项目技术首席专家和示范工程首席专家制度。ENe北京交通大学新闻网

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核心技术首席专家：由北京交通大学唐涛教授担任，承担核心技术的研发与工程化；ENe北京交通大学新闻网

示范工程首席专家：由北京市轨道交通建设管理有限公司时任副总经理（现在总经理）丁树奎担任，承担示范工程的组织、协调与实施；ENe北京交通大学新闻网

行业内专家组：成立以施仲衡院士、杨家齐教授为组长的行业内专家组，全程咨询与技术决策。ENe北京交通大学新闻网

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凤凰网：城轨CBTC系统研究与示范自主创新模式探索（二）ENe北京交通大学新闻网

凤凰网：城轨CBTC系统研究与示范自主创新模式探索（三）ENe北京交通大学新闻网

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