摘要

通讯式列 车控制(CBTC)系统是一个连续、自动化的列车控制系统，是利用高解析技术侦测列车位置，是一不受道旁控制迴路支配的；是一个连续的、高容量且双向作用 （从列车到轨道边）的数据通讯系统，而列车运输及轨道旁处理程序有执行自动列车保护功能之能力，也可以有自动列车操作与自动列车监督等功能。臺北大眾捷运 系统於2003年6月，由臺北市政府捷运工程局机电系统承包商加拿大庞巴迪交通运输集团，引进此种先进技术取代旧有木栅线及新建内湖线的号誌通讯系统。
　　　　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组成。波音电车的被获得是当旧金山市政铁路将它的PCC有轨电车系统改為地下的城市地下铁。即使当旧的波音轻轨火车拥有现代化的推进系统，自动化操作是不可能的。而新的CBTC系统提供了自动化操作、更高的容量以及更好及更稳定的速度控制。在地铁裡，它的智慧型运输系统显示会告知乘客所有关於到达列车的讯息（目的地、车号以及所需之到达时间）。旧金山市政地铁达成了在一个小时内有超过38辆列车的生產量。
　　底特律都会大眾运输系统Detroit Downtown People Mover System，这个3英里无人驾驶系统在1991年开始啟用，它与温哥华的Sky Train是同一个系统。
　　温哥华Sky TrainVancouver Sky Train，温哥华的Sky Train是由不列颠哥伦比亚交通运输所经营的并在世界博览会及时啟用，它是一种使用即线型感应马达的无驾驶的轻铁运输系统。目前这个系统正在扩大中。
　　多伦多士嘉堡捷运Toronto Scarborough Rapid Transit，这个高架轻铁路线有6.4公里长并於1985年开始啟用
　　伦敦多克兰轻铁London Docklands Light Rail，这个长75公里、有34个车站的轻铁系统从1990年开始啟用无驾驶系统。
　　巴黎捷运Meteor线Paris Metro Meteor Line ，这个无人驾驶、胶轮式非常高容量（一小时60000乘客）的CBTC系统，是纽约市卡那西线的基础。
　　其它阿尔卡特系统Other Alcatel Systems，提供CBTC系统给吉隆坡Putra轻铁以及安卡拉捷运系统。
　　其它马特拉系统Other Matra Systems，大都会捷运局/纽约市交通运输计画的首要承包商，在法国的里尔开啟了第一个完整的自动化地铁线，也就是我们所知的无人驾驶捷运地铁系统。这个同样的系统也在芝加哥国际机场、图卢兹以及台北营运。里昂D线系统是Meteor系统的先驱，而Meteor系统是大都会捷运局/纽约市交通运输系统的先驱。
　　纽约/纽泽西甘乃迪机场捷运Port Authority NY/NJ JFK Airport AirTrain ，这个8.4英里的无驾驶系统是使用阿尔卡特系统。
　　旧金山市区BART捷运系统行政区San Francisco Bay Area Rapid Transit District ，将会提供CBTC（先进自动化列车控制）并且将会在所有驾驶室内安置以及100英里系统中安装约33英里。
　　旧金山国际机场大眾捷运San Francisco International Airport People Mover，替棘手的约渥克国际机场单轨铁路提供系统的Adtranz公司，就是提供旧金山这个会接到机场裡BART的捷运站系统。
　　费城都市地铁Surface线Philadelphia City Subway Surface Trolley Line ，这个现存的铁路系统是由115辆轻铁车营运在一个连接两个通勤者的五英里地道裡以及市中心繁忙的铁路车站所组成的。
　　伦敦地铁Jubilee线London Underground Jubilee Line ，当西屋与阿尔卡特都牵扯在裡面，它的未来仍然不明确。这个铁路系统是使用固定式闭塞区间技术在营运。
　　哥本哈根自动化大眾捷运系统Copenhagen Automated People Mover System ，Ansaldo正在為这个钢製车轮系统提供无人驾驶列车控制。
　　香港九广铁路公司，西铁Hong Kong Kowloon Canton Railway Corp. West Rail ，CBTC：阿尔卡特. 啟用：2003年. 长度：30公里. 完全自动化列车，运行於每小时130公里及96秒间隔的速度之下。
　　拉斯维加斯单轨铁路Las Vegas Monorail，2001年一月，阿尔卡特被授予一个合约来為一个无人驾驶、6.4公里单轨铁路服务八家饭店/赌场，以及拉斯维加斯会议中心提供CBTC系统。这个系统使用2.4千兆赫无线通讯就像大都会捷运局/纽约市交通运输系统一样。
　　大都会捷运局/长岛铁路(Babylon -- Speonk)MTA/LIRR Montauk Branch (Babylon -- Speonk)，大都会捷运局/长岛铁路是美国最大的通勤铁路。它正处於最好的维修状态，且大都会捷运局/长岛铁路的车内信号系统也是美国最老的系统。大都会捷运局/长岛铁路将会在未来的两年裡花费超过一亿八千万美元来安装一个光纤通讯系统并且安装一个CBTC系统作為整个策略的一部份来支持一个综合的信号策略。
　　安崔克铁路/密西根 (PTC/ITCS)AMTRAK/Michigan (PTC/ITCS)，当对於CBTC系统的需求不是必然时，有一个我们所知的精密列车控制(PTC)系统或是渐增列车控制系统(ITCS)是可以执行CBTC系统的自动列车保护功能，但是并不是天性地可以提供CBTC的先进功能(自动列车操作与自动列车监督)。这些系统实际上的本意是為货物铁路与城际铁路以及较低交通密度的通勤铁路。这些系统总是使用数位无线电（有些CBTC系统使用电磁感应环节线路）而有时使用全球定位系统而不是使用轨道旁转发器来侦测列车位置。联邦铁路管理局，安崔克铁路以及密西根州交通部门正计画在芝加哥到底特律的通勤/城际铁路路线上作一件重大的投资。这包含了高速铁路、改进通讯与平交道控制以及渐增列车控制系统。
　　四、其它的製造公司
　　虽然匹兹堡的Union Switch & Signal有限公司并不是主要的CBTC供应者，但因為它参与了大都会捷运局/纽约市交通运输的两个重要的列车控制计画，因此在CBTC工业裡佔有一个重要的角色。2000年的一月US&S与西门子/马特拉、RWKS Comstock以及Telephonics合作成為卡那西CBTC计画的主要承包商。2000年的九月US&S 与西门子交通运输系统有限公司以及RWKS Comstock合作一起去完成大都会捷运局/纽约市地铁部门”A”的自动列车监督控制中心。
　　戴姆勒-克莱斯勒铁路系统GmbH (Adtranz)公司位於匹兹堡，為匹兹堡电车与旧金山机场捷运供应它的Flexiblok CBTC系统。2000年的八月戴姆勒-克莱斯勒宣布一个协议将它在戴姆勒-克莱斯勒铁路系统GmbH (Adtranz)的百分之百股权卖给一个以加拿大為基地的的国际航空与铁路运输集团庞巴迪有限公司。
　　通用电气运输(Harris/Harmon)提供先进列车控制系统给旧金山市区BART捷运。
　　英维思自动系统，密尔瓦基市：英思维的CBTC系统供应使路易维耳市的Safetran系统公司成為美国的供应者。
　　英国西屋信号供应的TBS100系统将会被安置在伦敦地下铁的Jubilee扩大部分。
　　西班牙的Dimetronic信号公司正在马德里营运这个系统。
　　五、结论
　　检阅目前的状况至少有八个系统正在以CBTC系统营运。有至少八个有意义的CBTC计画正在建设中。有至少八个不同的CBTC系统卖主，而这其中包含参与大都会捷运局/纽约市交通运输的三个卖主。不仅USDOT、USFRA以及USFTA对CBTC有兴趣，安崔克铁路与大都会捷运局/长岛铁路也正在计画当中，CBTC正在向前迈进！
　　CBTC的显著特性是系统可决定列车的位置，高準确度以及不受轨道电路支配。CBTC系统以它在地理方面的连续式列车到轨道边与轨道边到列车的数据通讯网路為特色，准许转换比传统式系拥有更多的控制与状况资讯。轨道旁与列车运输之重要处理程序是在处理列车状态、控制数据以及提供连续自动化列车保护。CBTC也提供自动列车操作与自动列车监督之功能。
　　CBTC可以被应用在通勤铁路、重铁、轻铁、私人都市捷运系统以及大眾运输。因為CBTC不需要轨道塞区间，这个系统很适合橡胶轮胎以及其它非钢铁轮胎系统。CBTC提供了互相操作的特色因此它准许阶段性的执行而不会妨碍到运输操作，而且它也允许多数卖者来供应所需之设备给这个大系统。除了基本的列车自动保护功能，自动列车监督与自动列车操作也有供应。
　　臺北大眾捷运系统於2003年6月，由臺北市政府捷运工程局机电系统承包商加拿大庞巴迪交通运输集团，引进此种先进技术取代旧有木栅线及新建内湖线的号誌通讯系统。内湖线共12个车站，為全长14.8公里 (9.2英里)的双向车道。作為合约执行的一部份，庞巴迪公司也负责更新现有木栅线的列车控制系统，以及原有102辆电联车的车载控制装置，并升级目前的木栅行控中心，作為将来木栅─内湖全线的备用行控中心，这个系统的最大载运量将為2万8,400人次 (pphpd)。202辆胶轮电联车届时两辆一组，每一列车由二组亦即四辆车所组成。新电联车的性能规格会配合木栅线现有车辆，以确保在功能及实体界面都能完全一致。採用Bom-bardier CITYFLO 650自动列车控制技术，届时新车队的202辆与原有车队的102辆电联车都可以在木栅─内湖全线顺畅通行。
　　庞巴迪公司在系统工程与整合方面经验丰富，必然可让木栅线目前使用的固定式闭塞自动列车控制系统平顺地转换到以通讯為基础的CITYFLO 650移动式闭塞自动列车控制系统，CITYFLO 650自动列车控制系统技术并具弹性，能配合将来营运规模扩充之需求，让我们拭目以待吧！
　　六、参考资料
　　1.IEEE Std 1474.1-1990, "IEEE Standard for Communications-Based Train Control (CBTC) Performance and Functional Requirements," Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 1999.
　　2.Hubbs, Geoffrey, P., "NYCT's Communications Based Train Control Standard: A Look At the Leader's System," MTA/New York City Transit.
　　3.www.alcatel.ca -- Alcatel
　　4.www.transport.alstom.com -- ALSTOM Transport
　　5.standards.ieee.org -- IEEE
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　　9.www.invensys.com -- Invensys
　　10.www.matra-transport.fr -- Matra Transport
　　11.www.safetran.com -- Safetran Systems
　　12.www.siemens.com -- Siemens
　　13.www.sts.siemens.com -- Siemens Transportation Systems
　　14.www.tsd.org -- Transportation Systems Design