6號線車載設(shè)備與軌旁及中央之間的無線通信

倪弘

【摘要】 CBTC作為一種連續(xù)且自動(dòng)化的列車控制系統(tǒng)已經(jīng)在世界各地的軌道交通系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。1999年電氣和電子工程師協(xié)會(huì)軌道交通運(yùn)輸車輛接口委員會(huì)將其定義為：利用高精度列車定位、雙向大容量車地?cái)?shù)據(jù)通信和車載、地面的安全功能處理器實(shí)現(xiàn)的一種連續(xù)自動(dòng)列車控制系統(tǒng)，也就是基于無線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。這次本人就以上海軌道交通6號線為例，從車載設(shè)備的角度談?wù)劻熊嚺c軌旁及中央之間的無線通信。

【關(guān)鍵詞】 CBTC 車載設(shè)備 無線通信

引言

上海軌道交通6號線于2007年12月29日開通，采用的是法國THALES的CBTC信號系統(tǒng)。剛開通時(shí)列車的運(yùn)行模式為WSP軌旁防護(hù)模式，并不是真正意義上的CBTC。直到2011年5月，6號線信號系統(tǒng)才實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)閉塞技術(shù)，CBTC技術(shù)真正得到了運(yùn)用，同時(shí)列車與中央建立通信也成為了列車建立運(yùn)行模式（ATPM/ATO）的必要條件之一。

一、列車通信的建立與原理

1.1從車載設(shè)備內(nèi)部的角度看

VOBC（車載控制器，包括外圍處理單元和中央處理器等）接收到列車的外圍信息，包括速度、位置、停準(zhǔn)信息等。這些信息進(jìn)行處理后，通過CAN通道傳送至OBRU（車載無線單元）。而OBRU收到信息會(huì)將其傳送至司機(jī)室顯示單元并通過內(nèi)部以太網(wǎng)傳送至加密解密裝置和無線電裝置，最后由無線電裝置通過電纜發(fā)送至無線天線后由軌旁AP接收。

1.2 從整套系統(tǒng)的角度來看

CBTC系統(tǒng)通過無線通信確定列車的位置并控制列車。列車車載設(shè)備通過探測軌道上的信標(biāo)，在數(shù)據(jù)庫中查找它們的位置，并通過測速系統(tǒng)計(jì)算出輪徑值，測量與最后一個(gè)探測到的信標(biāo)之間的行程距離來確定列車的位置，然后通過使用車地?zé)o線通信向軌旁設(shè)備報(bào)告列車的位置。

從框架圖中可以看出軌旁AP接收到VOBC的一系列信息（包括列車位置，速度，方向等）后通過以太網(wǎng)將信息傳送到ZC（區(qū)域控制器），ZC和VOBC再通過無線網(wǎng)絡(luò)與中央ATS通訊，這樣中央ATS便能遠(yuǎn)程觀察到列車的各種詳細(xì)信息。而ZC中MAU（移動(dòng)授權(quán)單元）則通過列車的這些信息來給列車提供相應(yīng)的LMA（移動(dòng)授權(quán)）。給定列車的LMA是在列車的當(dāng)前行車方向上，從列車車尾到列車前方首個(gè)障礙物的線路區(qū)域。障礙物可能是前方列車的LMA、軌道的關(guān)閉區(qū)域或道岔。而列車的LMA中道岔和信號機(jī)的狀態(tài)也將由ZC發(fā)送給列車，同時(shí)列車也通過ZC接收到前方列車或障礙物與自己的距離。由于前方列車不斷移動(dòng)，那么前方列車的LMA也不斷向前移動(dòng)，因而兩個(gè)相鄰的移動(dòng)閉塞分區(qū)就能以很小的間隔同時(shí)前進(jìn)，而不是像固定閉塞那樣只能通過前方障礙物所占用區(qū)段的邊界來決定自己的安全間隔，這就是移動(dòng)閉塞。所以說無線通信就是CBTC和移動(dòng)閉塞的基礎(chǔ)。

二、列車通信丟失后的影響與處理

工作人員在夜間調(diào)試時(shí)會(huì)做這樣一項(xiàng)測試：當(dāng)列車以ATO或ATPM模式正常運(yùn)行時(shí)，拔下車載無線電裝置的電纜。這時(shí)由于失去通信，列車模式丟失并觸發(fā)EB，司機(jī)顯示屏上的“ATP/ATO”顯示NO，即不可用。如果列車沒有恢復(fù)通信而是繼續(xù)尋找模式的話，建立的則是WSP模式。

以上所說的是通信丟失時(shí)列車上能看到的現(xiàn)象。而對于中央ATS，由于列車失去通信，中央無法獲知列車信息，中央ATS維護(hù)工作站上會(huì)顯示列車為“NCT非通訊列車”狀態(tài)。同樣的，ZC也無法獲取列車的信息，那么MAU也就無法為列車分配LMA，中央就會(huì)顯示故障報(bào)文 “VOBC與MAU之間通信丟失”，而LMA也會(huì)變?yōu)槿斯ゎA(yù)留進(jìn)路。如果通信仍沒有恢復(fù)而列車?yán)^續(xù)尋找模式的話，由于移動(dòng)閉塞已經(jīng)失效，因此ZC中PMI（計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖）負(fù)責(zé)控制聯(lián)鎖，并根據(jù)區(qū)段占用及所有障礙物的已知位置提供列車的安全間隔，所以就采取兩個(gè)信號機(jī)為一個(gè)區(qū)段采用固定閉塞，也就是軌旁防護(hù)模式。反之亦然。

一般單列車發(fā)生通信丟失的故障基本就是車載設(shè)備的問題了。除去設(shè)備軟件配置的問題，造成列車通信丟失主要有以下原因：

（1）VOBC與OBRU之間CAN通道發(fā)生問題。比如線路接觸不良或破損，從而導(dǎo)致VOBC信息無法正常傳輸。

（2）設(shè)備自身原因。比如板卡損壞、無線電裝置功率過低、加密解密裝置時(shí)間與系統(tǒng)不同步等。這需要結(jié)合中央ATS遠(yuǎn)程監(jiān)控車載設(shè)備的狀態(tài)來具體判斷。

（3）電纜接頭未接好，或者電纜本身質(zhì)量問題如駐波比過高（>2），從而導(dǎo)致衰耗過大，影響信息的傳輸。

當(dāng)然除以上原因外也會(huì)有其他導(dǎo)致列車丟失通信的原因，因篇幅關(guān)系就不一一介紹了。除車載設(shè)備以外軌旁設(shè)備出現(xiàn)問題也會(huì)導(dǎo)致通信丟失，不過這樣會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)通信丟失，凡是進(jìn)入該區(qū)域的列車都會(huì)發(fā)生通信丟失的現(xiàn)象，影響較大，不過一般較少發(fā)生。

三、總結(jié)

6號線從剛開通時(shí)的WSP運(yùn)行模式發(fā)展到現(xiàn)今的移動(dòng)閉塞CBTC，這就像是軌道交通行業(yè)的一個(gè)縮影：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，CBTC因其簡潔、靈活、高效等特點(diǎn)，必將成為未來軌道交通的發(fā)展趨勢。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]孫章 何宗華 徐金祥 城市軌道交通概論 [M]中國鐵道出版社 2011版：209-210

[2] CBTC系統(tǒng)框架及特點(diǎn) 智能交通網(wǎng) 2012年8月6日