基于城軌車輛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用探討發(fā)布

劉維洋

【摘? 要】我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)，城市建設(shè)步伐進(jìn)一步加快，城市軌道的建設(shè)成為一個(gè)城市的重要標(biāo)記。城軌車輛以其舒適、承載人數(shù)多、低能耗、安全以及快捷等優(yōu)點(diǎn)深得城市市民的喜愛，也使其成為目前緩解城市交通堵塞的最優(yōu)解決方案。地鐵車輛作為一個(gè)復(fù)雜的多功能集合體，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)充當(dāng)著地鐵車輛的控制神經(jīng)，完成車輛在運(yùn)營(yíng)、維護(hù)中的數(shù)據(jù)交換、人機(jī)通信、列車控制等一系列功能。在軌道車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜合運(yùn)用，將地鐵車輛的各個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)地組成一個(gè)整體，并在車輛的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)過程中，提供了更加便捷、高效的運(yùn)用模式。

【關(guān)鍵詞】城軌車輛;網(wǎng)絡(luò)技術(shù);應(yīng)用

一、地鐵運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)化 基本內(nèi)容

城市交通隨著人們頻繁出行而變得越來越擁堵，地鐵的存在，可有效緩解城市擁堵現(xiàn)象，但在地鐵運(yùn)營(yíng)管理方面，一直存在著效率與安全問題，在地鐵運(yùn)營(yíng)管理中，引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)予以實(shí)踐，可更加安全、系統(tǒng)化以及有效的管理地鐵交通運(yùn)營(yíng)，進(jìn)而最大化地鐵的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。地鐵網(wǎng)絡(luò)化管理的基本內(nèi)容就是在實(shí)際地鐵運(yùn)營(yíng)過程中，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多樣化組織的運(yùn)營(yíng)以及多樣化的設(shè)備制式，構(gòu)建系統(tǒng)化、安全、高效的運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)化管理體系，通過合理科學(xué)資源安排以及多條地鐵路線的融洽，讓地鐵成為真正意義上的高效安全交通方式，促進(jìn)地鐵經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。

二、車輛網(wǎng)絡(luò)類型

（一）TCN標(biāo)準(zhǔn)

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作為現(xiàn)代列車的關(guān)鍵技術(shù)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。1999年，IEC通過了《列車通信網(wǎng)絡(luò)專用標(biāo)準(zhǔn)TCN》（IEC-61375-1）。該標(biāo)準(zhǔn)將列車通信網(wǎng)絡(luò)分為兩部分：用于連接各區(qū)段動(dòng)態(tài)編組的列車絞合總線（WTB）和用于連接車內(nèi)固定設(shè)備的多功能車輛總線（MVB）。MVB總線結(jié)構(gòu)在整車上具有冗余設(shè)計(jì)，保證了車輛運(yùn)行安全的可靠性。在整個(gè)數(shù)據(jù)通信中，利用NSDB分配車輛所有通信設(shè)備的地址，以便區(qū)分車輛的所有設(shè)備，并進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。

（二）EIA - 232串行通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

EIA -232是我們過去稱之為RS232。與EIA -485和eia-422一樣，EIA -232也是一個(gè)串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）制定和發(fā)布。EIA-232被定義為在低速串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。EIA-232的傳輸距離可達(dá)15m，最高傳輸速率為20kbps。

（三）Can（控制器局域網(wǎng)）總線協(xié)議

Can總線協(xié)議由博世公司開發(fā)，以汽車電子產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)聞名，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898）。Can總線特點(diǎn)：1。數(shù)據(jù)通信中沒有主從機(jī)。任何節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)起到任何其他（一個(gè)或多個(gè)）節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，通信順序由每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息優(yōu)先級(jí)決定。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信時(shí)，低優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)避開高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)，不會(huì)對(duì)通信線路造成擁塞。三。通信距離可達(dá)10km（速度小于5kbps）和1mbps（通信距離約40m）。4 CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜。Can總線適用于大數(shù)據(jù)量和短距離通信，或長(zhǎng)距離和小數(shù)據(jù)量通信。

（四）以太網(wǎng)通信協(xié)議

以太網(wǎng)（Ethernet）是由Xerox公司創(chuàng)建，由Xerox、Intel和DEC公司共同開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范。它是現(xiàn)有局域網(wǎng)最常用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)采用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多址和沖突檢測(cè)）技術(shù)，在各種類型的電纜上以10m/s的速率運(yùn)行，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)的運(yùn)行速率正在向GB級(jí)發(fā)展。

（五）無線電通信技術(shù)

無線電是指在自由空間（包括空氣和真空）中傳播的頻率小于300ghz的電磁波（有三種常見類型：3khz～300ghz、9khz～300ghz、10khz～300ghz）。無線電技術(shù)是用無線電波傳送信號(hào)的技術(shù)。無線電技術(shù)的原理是導(dǎo)體中電流強(qiáng)度的變化會(huì)產(chǎn)生無線電波。利用這種現(xiàn)象，信息可以通過調(diào)制加載到無線電波上。當(dāng)電波通過空間傳播到接收端時(shí)，電波引起的電磁場(chǎng)變化會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。通過對(duì)當(dāng)前變化的信息進(jìn)行解調(diào)，達(dá)到信息傳輸?shù)哪康摹?/p>

三、地鐵運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)化對(duì)策

（一）網(wǎng)絡(luò)一體化

作為城市交通中最關(guān)鍵的交通方式，它在城市交通網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要的角色。在此基礎(chǔ)上，完善網(wǎng)絡(luò)整合，優(yōu)化地鐵線路設(shè)計(jì)方案，充分發(fā)揮城市交通工具的優(yōu)勢(shì)，包括公交一體化、樞紐換乘等，使地鐵能夠?yàn)槿藗兲峁└咝А⒏玫姆?wù)。

（二）網(wǎng)絡(luò)信息化

網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)的建設(shè)有利于地鐵管理的整體質(zhì)量，也是提高管理水平的有效途徑。將網(wǎng)絡(luò)信息與城市地鐵運(yùn)營(yíng)相結(jié)合，可以進(jìn)一步提高地鐵后期管理和地鐵資產(chǎn)銜接的規(guī)范化水平。同時(shí)，也可以提高故障維修的力度，使地鐵運(yùn)營(yíng)的網(wǎng)絡(luò)管理更加高效。

四、發(fā)展和展望

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及用戶對(duì)系統(tǒng)可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性和壽命周期成本要求的提高，軌道交通設(shè)備的智能化水平也在不斷提高。

目前，有一系列項(xiàng)目在推廣智能軌道交通設(shè)備。鐵路系統(tǒng)智能集成（inte grail）是歐洲旨在推廣智能軌道交通設(shè)備的項(xiàng)目之一。歐洲的軌道交通企業(yè)、運(yùn)營(yíng)商和標(biāo)準(zhǔn)化組織，如西門子、龐巴迪、阿爾斯通、法國(guó)國(guó)家鐵路公司、UIC等，開發(fā)了一系列設(shè)備集成規(guī)范和應(yīng)用項(xiàng)目原型，提高了安全性，通過智能集成實(shí)現(xiàn)車輛設(shè)備、運(yùn)營(yíng)、基礎(chǔ)設(shè)施和客運(yùn)的可靠性和舒適性。Shift2rail是另一個(gè)歐洲項(xiàng)目，旨在將其他領(lǐng)域使用的新技術(shù)應(yīng)用于軌道交通，以實(shí)現(xiàn)歐洲2020戰(zhàn)略。

軌道交通設(shè)備的智能化不僅體現(xiàn)在利用先進(jìn)技術(shù)來提高城市軌道車輛牽引、制動(dòng)、輔助系統(tǒng)的運(yùn)行性能以及自動(dòng)駕駛技術(shù)，以提高智能診斷，車輛智能維修等技術(shù)服務(wù)，也體現(xiàn)在為乘客提供更多的智能化服務(wù)，如信息服務(wù)、視頻監(jiān)控服務(wù)等。

過去，由于城市軌道交通車輛網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，車輛控制網(wǎng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)和乘客信息網(wǎng)采用不同的網(wǎng)絡(luò)，如車輛控制網(wǎng)采用WTB、MVB、MVB等，狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用MVB、can等，乘客信息網(wǎng)采用以太網(wǎng)。近年來，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟和發(fā)展，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已成為城市軌道交通車輛和軌道交通車輛的關(guān)鍵系統(tǒng)。隨著最終用戶對(duì)列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能要求的提高，乘客信息傳輸、在線視頻監(jiān)控和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)等功能要求列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有更高的實(shí)時(shí)性和更好的可維護(hù)性，并能將列車的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)。現(xiàn)有的列車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線不能滿足上述要求，而工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)克服了現(xiàn)有列車網(wǎng)絡(luò)總線的缺點(diǎn)，如傳輸速度低、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯我坏龋耆梢詽M足上述要求。

五、結(jié)論

隨著軌道交通應(yīng)用以太網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，將吸引越來越多的廠商致力于開發(fā)高實(shí)效、高擴(kuò)展性及高智能的以太網(wǎng)系列產(chǎn)品，使以太網(wǎng)能夠全面替代現(xiàn)有的總線，形成以工業(yè)以太網(wǎng)為主的列車車輛總線網(wǎng)絡(luò)，以滿足市場(chǎng)不斷提升的需求。

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（作者單位：中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司）