02-城轨基本概念和CBTC系统架构
城市轨道交通-CBTC组成、分类和原理
CBTC简介
（5）可以实现节能控制、优化列车运行统计处理、缩短 运行时分等多目标控制。
（6）移动闭塞系统，尤其是采用高速数据传输方式的系 统，将带来信息利用的增值和功能的扩展，有利于现代化水 平的提高。
（7）由于移动闭塞系统具有很高的实时性和响应性要求， 因此，其对系统的完整性要求高于其他制式的闭塞方式，系 统的可靠性也具有更高要求。
城市轨道交通 通信与信号
工作任务
任务名称 认识基于通信的列车控制系统 工 单 号
姓名
专业
日期
班级
任务描述： 参观学习，搜集资料，学习基于通信的列车控制系统。
任务要求： 1．认识轨道交通信号系统CBTC系统的构成。 2．了解CBTC信号系统的功能与作用。 3．掌握CBTC系统的特点与分类。 4．掌握CBTC系统在轨道交通信号系统中的主要作用。
图5-31 CBTC移动闭塞列车控制原理
THANKS
图5-30 基于无线扩频通信的移动闭塞ATC系统框图
拓展视野
欧洲电工委员会将安全的信息传输系统分为封闭式和开 放式两大类。封闭式安全的信息传输系统一般又分为两类： 第一类为用电缆、光缆或数据总线组成的信息传输通道；第 二类为轨道电路、轨道电缆或应答器作为信息传输通道。
二、 CBTC系统原理
如图5-31所示，ATP地面设备周期性地接收本控制范围内所有列车传 来的列车识别号、位置、方向和速度信息。相应地，ATP地面设备根据接收 到的列车信息，确定各列车的移动授权，并向本控制范围内的每列列车周期 性地传送移动授权信息。移动授权由前行列车的位置来确定，移动授权将随 着前行列车的移动而逐渐前移。ATP车载设备根据接收到的移动授权信息以 及列车速度、线路参数、司机反应时间等，计算出列车的紧急制动触发曲线 和紧急制动曲线，以确保列车不超越现有的移动授权。因此，在移动闭塞系 统中，ATP防护点不是在轨道区段的分界点，而是在前行列车车尾后方加上 安全距离的位置，它随着列车的移动而移动。后续列车可最大限度地接近前 行列车尾部，与之保持一个安全距离。在保证安全的前提下，CBTC系统能 最大限度地提高区间通过能力。
城市轨道交通信号CBTC系统控制探讨
城市轨道交通信号CBTC系统控制探讨CBTC（连续列车控制）是一种城市轨道交通系统，它可以实现更高的列车数量和更高的安全性。
在CBTC系统中，列车和信号系统之间的通信是通过无线信号进行的，从而实现列车位置和速度的精确定位和控制。
它比传统的信号系统要高效和准确得多，因此，它已经成为许多城市轨道交通的首选系统。
CBTC系统通常包括多个主要部分，其中包括车辆单元、信号控制器、旁路系统等。
车辆单元包括列车上的组成部分，例如轮轴计数器、列车位置和速度传感器、以及控制器和信号接口。
信号控制器是CBTC系统的核心部分，它是一个高度可编程的控制器，用于控制列车的位置和速度。
在CBTC系统中，车辆和信号系统之间的通信是通过无线信号实现的。
列车上的轮轴计数器使用雷达测距技术，将车辆位置和速度信息传送给信号控制器。
信号控制器通过计算车辆的位置和速度，同时考虑列车的大小和形状等因素，以确定最佳速度和路径，从而提高列车的安全和运行效率。
随着CBTC系统越来越普及，在CBTC系统控制方面面临的挑战也越来越多。
其中一些挑战包括信号干扰、环境条件和数据传输错误等。
此外，CBTC系统也需要提高可靠性和安全性，以确保顺畅的运营和行驶。
为了克服这些CBTC系统控制中的挑战，需要采用一系列创新技术和措施。
例如，可以使用先进的信号控制器，并且采取多种信息技术和通信协议来保证数据传输的准确性和稳定性。
此外，也可以采取预测控制或强化学习等方法，以预测车辆行驶的情况，从而实现更为精准和高效的控制。
总的来说，CBTC系统是城市轨道交通的一个重要发展方向。
通过不断地研究和探索，可以不断提高CBTC系统的性能和效率，为城市轨道交通带来更高的安全性和可靠性。
列车运行自动控制系统—CBTC系统
2. 区域控制器 ZC
ZC接收其控制范围内列车车载设备无线传输的所有列车位置 信息；根据联锁系统报告的信号设备状态信息及所辖区域内轨道 障碍物的位置，为向所辖区域内后续的所有列车计算各自的移动 授权。 ZC同时对线路的临时限速进行管理控制。 ZC还负责对相邻ZC的移动授权请求做出响应，完成列车从一 个区域到另一个区域的交接。
列车定位过程分为两个：列车位置初始化和列车位置信息更新。
➢列车根据检测到第一个无源定位信标作为列车初始位置， 其中检测是通过信标检测列车上的天线位置实现。然后根据 第二个检测的无源定位信标确定列车的行进方向。即列车根 据检测到的两个连续无源定位信标建立列车位置和方向。 ➢列车根据测速测距功能计算出的列车位移，在列车先前建 立的位置基础上持续更新位置。 ➢列车会根据后续检测到的无源定位信标更新校准列车位置。
2. ZC切换原理
当列车正常运行到达当前 受控ZC管辖边界时，如确 认列车满足切换条件，开始 与相邻管辖区的ZC进行信 息交互，当列车越过边界后 将尝试与相邻ZC建立控制 关系，并与运行出清的ZC 解除控制关系。
ZC只能授予列车在其辖 区内活动的权限。当列车 MA延伸到地面ATP边界时， ZC会请求相邻的ZC为该列 车计算MA。
城市轨道交通信号CBTC系统控制系统分析
城市轨道交通信号 CBTC系统控制系统分析摘要：过去几十年，我国人数的增量是十分庞大的，现如今，我国人口已经超过了十四亿，成为了世界上第一人口大国。
在此之外，近年来，我国经济的快速发展，为城市带来了更多的工作机会和发展机遇。
由此导致的很多农村人口开始向城市转移，城市人口与日剧增，城市化成为了国家发展的必然趋势。
城市人口的剧烈增加导致了交通拥堵，城市轨道交通由此产生。
关键词：城市；轨道交通信号；CBTC系统；控制系统；分析引言：近年来，在城市人口高速增长以及人民群众出行需求的要求之下，城市轨道交通成为了现阶段以及未来城市人口短距离出行的主要交通工具。
轨道交通信号系统对城市轨道交通有着十分重要的意义。
如何建设一个安全可靠经济的城市轨道交通信号系统一直是政府和相关单位探索的问题。
本文将围绕上述背景，简要的谈谈城市轨道交通信号CBTC系统控制系统分析。
一.设置自动驾驶功能技术自改革开放开始，我国的经济就进入了全新的发展阶段。
至今年为止，我国的经济已经呈现出了飞跃性的成就。
全面建成小康社会的实现，使得我国进入了新的历史节点，这对于我国的人民、社会还是国家，甚至于社会而言，都是一项具有历史意义的大事件。
在改革开放的初期，我国经济的发展主要集中在重工业的领域，这也为轨道交通的发展打下了坚实的物质基础。
而近些年，我国的经济水平已经有了初步的稳定，在世界之中的地位也初步得到了稳固，因此，我国现阶段已经从高速发展阶段向着高质量发展阶段的转化。
加之近年来，我国的环境资源的破坏，使我国不得不重视环境对于发展和人民的生活的重要性。
在这种背景下，我国由主要发展重工业的环境转化成了重点发展第三产业，而由科技的迅速发展所带来的信息技术的革新就是第三产业中的重点项目，这为轨道交通的发展奠定了控制系统的基础。
所谓的CBTC系统，也是众多的轨道交通控制系统中的一种，其是指以无线通信为基础的列车自动控制系统。
综合概念可以看出，其一，CBTC系统是以无线通信为基础，也就是说，其对列车进行控制是依靠无线通信来进行的，这样势必会增加列车和控制室之间的便捷性和准确性；其二，CBTC 系统是列车自动控制系统。
城轨基本概念和CBTC系统架构
GB/T 12758-2004 城市轨道交通信号系统通用 技术条件
【GB/T 12758-2004 城市轨道交通信号系统 通用技术条件】
4．1．7 封闭线路的城市轨道交通系统必须 配备列车自动防护系统。非封闭线路的轻轨 ，根据行车间隔、列车运行速度采取相应技 术手段进行列车运行安全防护。
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GB 50490-2009 城市轨道交通技术规范
✓ ATP – 列车自动防护（Automatic Train Protection） 通过对列车运行方向、间隔、并与联锁相配合，以“故障-安全”的原则防止列车冲突、 超速以及其他的任何危险情况。
✓ ATO – 列车自动运行（Automatic Train Operation） 执行列车的速度调整、程序停车、车门控制、运行等级调整等非必要司机执行的功能。
城市轨道交通信号系统 基本概念及CBTC系统架构
2013.7
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课程安排 第一章 概念定义 第二章 适用的标准规范 第三章 系统基本架构
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第一章 概念定义
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地铁与轻轨的定义-1
【GB 50157-2003 地铁设计规范】： 2.0.1 地铁 metro 或 underground railway 或subway 在城市中修建的快速、大运量用电力牵引 的轨道交通。线路通常设在地下隧道内， 也有的在城市中心以外地区从地下转到地 面或高架桥上。
3.1.19 heavy rail transit:
A mode of rail rapid transit generally characterized by fully grade-separated construction, operating on exclusive rights-of-way and station platforms at the floor level of the vehicles.
城市轨道交通信号CBTC系统控制探讨
城市轨道交通信号CBTC系统控制探讨一、 CBTC系统的基本原理CBTC系统是一种通过无线通信技术实现列车与控制中心之间实时通信和数据交换的轨道交通信号控制系统。
相比传统的固定区间信号系统，CBTC系统具有更高的列车运行密度、更快的调度响应速度和更精确的列车位置控制能力。
其基本原理是通过在列车上安装车载设备和轨道设备，实现两者之间的实时通信和信息交换。
控制中心通过对列车位置、速度和运行状态的监控，动态调整列车运行方式，实现更加智能化的列车调度和运行控制。
二、 CBTC系统的关键技术与挑战CBTC系统是一个包含多种技术和设备的复杂系统，其设计与实现需要克服诸多技术挑战。
CBTC系统需要实现列车和控制中心之间的高效无线通信，确保数据传输的实时性和可靠性。
CBTC系统需要配备高精度的列车位置检测与控制装置，确保对列车位置和速度的准确监测和控制。
CBTC系统还需要具备自动列车控制、故障自愈和安全保护等技术功能，以应对各种突发情况和安全风险。
这些技术问题的解决对于CBTC系统的设计和应用具有重要意义，也是当前CBTC系统研究与发展的重点方向。
三、 CBTC系统的控制策略和应用效果CBTC系统的控制策略是保证其安全性和效率的关键。
其控制策略包括列车调度算法、故障自动恢复机制、安全保护策略等内容。
列车调度算法是CBTC系统的核心，其目的是通过动态调整列车运行速度和间距，最大限度地提高轨道交通系统的运行效率。
故障自动恢复机制则是CBTC系统的安全保障之一，通过对列车设备和通信设备的实时监测和故障诊断，及时发现和处置设备故障，确保轨道交通系统的安全运行。
目前，CBTC系统在许多国家和地区都得到了广泛应用，取得了显著的效果，为城市轨道交通的安全和运营效率提供了重要保障。
通过CBTC系统的应用，大大提高了列车运行的安全性和精确度，同时也提升了城市轨道交通系统的整体运行效率和服务水平。
随着智能化技术的发展和应用，CBTC系统在未来将有更广阔的空间和更深远的影响。
城轨通信信号设备之列控系统模块 CBTC城轨列控系统组成
CBTC的组成
（4）轨旁设备
轨旁设备主要用于列车控制信息的输出和行车信息的采集。
Hale Waihona Puke CBTC的组成（5）车载设备
接收地面控制列车行车信息和对列车实现安全监督和自动运行控制。
CBTC系统的组成与工作原理
CBCT系统
CBTC（Communication Based Train Control，CBTC）系统是基于通信的 列车控制系统，它采用无线通信技术，实现了车地之间的实时双向、大容量的信息 传输，构成新型列车控制系统，是目前最佳的列车运行控制技术。
CBTC系统体系结构
DCS骨干数据通信有线系统 计轴器
CBTC的组成
CBTC的组成
（1）控制中心设备
控制中心设备主要是ATS设备， 完成列车的监督控制功能。
CBTC的组成
（2）DCS骨干数据通信系统
分为有线和无线部分，主要完 成系统内设备之间的通信和控制 中心或设备集中站与列车的通信。
CBTC的组成
（3）ZC子系统 ZC子系统主要负责根据通信列车的位置信
CBTC的工作原理
（1）地面设备工作原理 控制中心统一调度全线 列车运行，对全线列车实 施监督控制。
CBTC的工作原理
（2）车载设备工作原理
CBTC系统ppt课件
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4、CBTC子系统的介绍
(1) ATS子系统 在控制中心显示控制范围内列车运行状态及设备状态信 息是ATS子系统的主要功能。基于这些状态信息和运行时刻表， ATS能够实现自动排列进路，自动调整列车运行，可以通过改 变停站时间和站间运行时间来完成。ATS子系统包含时刻表工 作站、操作员工作站、其他的网络和设备等。
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6、国外CBTC的发展
基于无线局域网的CBTC系统，在定位精度，车地数据通信 方面有明显的优势，成为国内外城市轨道交通发展的趋势， 国外对基于WLAN的CBTC系统研究的较早，也取得了一定的成 就，形成了美国、日本、欧洲三大体系。 ①美国AATC 基于无线通信的“先进的自动化控制系统(AATC )”是美 国在1992年提出的，系统最大的特点就是列车定位采用扩频 通信方式来实现，实现的方式是沿着铁路线路按规定距离布 设很多个无线电台，这些无线电台作为车一地之间传输信息 的中转站，控制中心从无线电台接收到信号后，处理这些信 号，通过无线电在传输信号时传输的时间来计算出列车的位 置，并根据位置信息计算速度，从而“告诉”列车以多大速 度行驶，何时加速，从而控制列车运行。
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②日本ATACS 基于双向无线通信的先进列车管理与通信系统(ATACS )是 日立公司在1995年开发研制的。与AATC系统不一样，ATACS 系统是采用将铁路线路划分成很多个控制区，每个控制区作为 一个独立的单元，由一个地面控制器和一个无线电基站组成。 地面控制器通过与无线电基站相连，从无线电基站接收列车的 位置信息，为列车计算前方安全的运行间隔，实现列车安全的 以最小追踪间隔追踪运行。
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(2)LCF-300型CBTC系统
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1. 概念定义-移动闭塞
紧急制动包络曲线 紧急制动触发曲线
列车2安全停车点 ATO曲线
列车2
列车 1
区域控制器向列车2发 送安全动作授权
列车2功能停车点 列车1发送定位信息 区域控制器
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1. 概念定义-移动闭塞
区域控制器
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概念定义-闭塞制式比较
固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞
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第二章 适用的标准规范
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标准和规范
国家标准 GB 50157-2003 地铁设计规范 【建设部】 GB 50490-2009 城市轨道交通技术规范 【住房和城乡建设部】 GB/T 12758-2004 城市轨道交通信号系统通用技术条件【建设部】 GB 50299-1999 地下铁道工程施工及验收规范 【北京市城建委员会】 GB 50578-2010 城市轨道交通信号工程施工质量验收规范【住房和城乡建设部】 GBT 21562-2008 (IEC62278-2002)轨道交通 可靠性 可用性 可维护性和安全性规范 及示例
全管理组织体系符合规范要求；系统实施了危险鉴别、分类、危险处理和评
估；系统的安全功能分析和确认；故障模式及故障影响范围确认；完成了外
界干扰的系统运行试验；具有安全功能检测报告和安全性试验证明。
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概念定义-缩写
缩写：
– – – ACS AP AS Axle Counter System Access Point Access Switch 计轴系统 接入点 接入交换机
自动折返
列车自动控制 列车自动运行 列车自动防护 列车自动监督 骨干交换机 基于通信的列车控制系统
车载控制器 数据通信系统
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概念定义-缩写
缩写：
– – – – – – DSU EB ESB iATP LRU NRM Database Storage Unit Emergency Brake Emergency Stop Button Intermittent ATP Line Replaceable Unit Non-Restricted Manual 数据储存储单元 紧急制动 紧急停车按钮 点式ATP 在线可替换单元 非限制人工模式
车载无线电台
查询应答器天线 列车司机显示屏 临时限速 安全停车点 区域控制器
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概念和定义
概念定义
– – – CBTC的概念 ATC的概念 什么是移动闭塞
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1. 概念定义-CBTC
什么是CBTC
CBTC的定义：IEEE 标准1474
– – 基于通信的列车控制系统（ Communications-Based Train Control ）。 一个连续的列车自动控制系统，它具有高分辨率的、不依赖于轨道电路的列车位置确 定方式，高容量的车一地双向数据通信，以及能够实施故障--安全功能的车载和轨旁处 理器。 车地通信媒介：主要有自由空间无线，波导管，环线，漏缆等。
城市轨道交通信号系统 基本概念及CBTC系统架构
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课程安排
第一章 概念定义
第二章
第三章
ห้องสมุดไป่ตู้适用的标准规范
系统基本架构
2
第一章 概念定义
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地铁与轻轨的定义-1
【GB 50157-2003 地铁设计规范】： 2.0.1 地铁 metro 或 underground railway 或subway 在城市中修建的快速、大运量用电力牵引的轨道交通。线路通常设在地下隧 道内，也有的在城市中心以外地区从地下转到地面或高架桥上。
ATP – 列车自动防护（Automatic Train Protection）
通过对列车运行方向、间隔、并与联锁相配合，以“故障-安全”的原则防止列车冲突、 超速以及其他的任何危险情况。 ATO – 列车自动运行（Automatic Train Operation） 执行列车的速度调整、程序停车、车门控制、运行等级调整等非必要司机执行的功能。 ATS – 列车自动监督（Automatic Train Supervision） 监督列车，根据时刻表调整列车运行，并提供数据和调整服务以减小由于非规律的运行 给运营服务带来的不便。
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– – – – – – – –
ATB
ATC ATO ATP ATS BS CBTC CC DCS
Automatic Turn-Back
Automatic Train Control Automatic Train Operation Automatic Train Protection Automatic Train Supervision Backbone Switch Communications-Based Train Control Carborne Controller Data Communication System
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地铁与轻轨的定义-4
按照国际标准，划分两者区别的依据是所选用列车的规格。 城市轨道交通列车可分为A、B、C三种 型号，分别对应3米、2.8米、2.6米的列 车宽度。 凡是选用A型或B型列车的轨道交通线路称为地铁，采用5～8节编组列车； 选用C型列车的轨道交通线路称为轻轨（上海轨道交通8号线除外），采用2～4节 编组列车。 列车的车型和编组决定了车轴重量和站台长度。 在我国的规范中是指，轴重相对较轻，单方向输送能力在1万～3万人次的轨道交 通系统，称为轻轨；每小时客运量3万～8万人次的轨道交通系统，称为地铁。
线路的轻轨，根据行车间隔、列车运行速度采取相应技术手段进行列车运行 安全防护。
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GB 50490-2009 城市轨道交通技术规范
【GB 50490-2009 城市轨道交通技术规范】
8．3．11信号系统设备应具有独立安全认证机构出具的、符合“故障——安
全”原则的证明及相关说明。 【条文说明】 8．3．11 城市轨道交通信号系统的安全认证体系在我国尚不完 善，本条是从规范我国城市轨道交通信号系统发展出发，提出的原则性规定 。涉及行车安全的系统设备，应通过独立的安全认证机构（如常设的安全认 证机构或政府组织的、由有关专家组成的技术鉴定委员会）的认证或认可， 并经过安全检测、运用试验。 涉及行车安全的系统设备投入运用前，应证实安全系统设备的研发程序及安
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地铁与轻轨的定义-3
【 IEEE1474.1-2004 CBTC Perfromance and Functional Spec 】： 3.1.19 heavy rail transit: A mode of rail rapid transit generally characterized by fully grade-separated construction, operating on exclusive rights-of-way and station platforms at the floor level of the vehicles.
2.0.2 城市轨道交通 urban rail transit 或mass transit
在不同型式轨道上运行的大、中运量城市公共交通工具，是当代城市中地铁 、轻轨、单轨、自动导向、磁浮等轨道交通的总称。
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地铁与轻轨的定义-2
【GB 50490-2009 城市轨道交通技术规范】： 2．0．1 城市轨道交通 urban rail transit 采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统 、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统 。
【条文说明】 8．3．2 线路完全封闭的城市轨道交通列车旅行速度较高、行
车密度较大，应配置并运用列车自动防护系统，防止将信号系统的后备运行
模式作为正常的列车运行模式利用，并且从载客运营起，就应遵守本条的规
定。
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GB/T 12758-2004 城市轨道交通信号系统通用 技术条件
【GB/T 12758-2004 城市轨道交通信号系统通用技术条件】 4．1．7 封闭线路的城市轨道交通系统必须配备列车自动防护系统。非封闭
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标准和规范
铁标----技术标准 铁路技术管理规程【铁道部令第29号】 TBT 10007-2006 铁路信号设计规范 TBT 10071-2000 铁路信号站内联锁设计规范 TBT 3027-2002 计算机联锁技术条件 TBT 1774_1986 继电式电气集中联锁技术条件 TBT 2615_1994 铁路信号故障-安全原则 TBT_2667 1995 列车超速防护技术条件 运基信号[2010]709《铁路信号集中监测系统技术条件》
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GB 50490-2009 城市轨道交通技术规范
【GB 50490-2009 城市轨道交通技术规范】
8．3．2 线路全封闭的城市轨道交通应配备和运用列车自动防护系统；线路
部分封闭的城市轨道交通系统，应根据行车间隔、列车运行速度、线路封闭 状态等运营条件，采取相应的技术手段进行列车运行的安全防护。
地铁能适应的单向最大高峰小时客流量为3-6万人次，轻轨能适应的单向最大高 峰小时客流量为1-3万人次。由此设计的地铁和轻轨，它们的区别首先表现在地 铁的轴重普遍大于13吨，而轻轨要小于13吨，其次，一般情况下，地铁的平面曲 线半径不小于300米，而轻轨一般在100米到200米之间，另外，地铁每列车的编 组数也要多于轻轨，车辆定员亦多。
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MR
TI TOD TSR VSP ZC
Mobile Radio
Transponder Interrogator Train Operator Display Temporary Speed Restriction Vital Stopping Point Zone Controller
根据是否考虑先行列车的速度，移动闭塞又分为两种：一是考虑先行列车速度的移动 闭塞系统(MB-V方式)；二是不考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB-V0方式)。