無線通信的列車控制系統(tǒng)探討

楊宏宇

摘要：基于無線通信的列車控制系統(tǒng)，不依賴于軌道電路的高精度的列車定位、雙向連續(xù)、大容量的車-地數(shù)據(jù)通信以及車載、地面的安全功能處理器，實現(xiàn)連續(xù)自動列車控制的一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的通信必須是連續(xù)的，這樣才能實現(xiàn)列車自動控制。該系統(tǒng)縮短了控制區(qū)間單位長度，從而縮短了列車的安全制動距離，可以大幅度地提高線路的運力，降低運營成本，是未來軌道交通信號控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：無線通信；列車控制；優(yōu)勢

1基于無線通信的列車控制系統(tǒng)原理及優(yōu)勢

基于無線通信的列車控制系統(tǒng)CBTC工作原理如圖1所示。調(diào)度控制中心DCC控制多個車站控制中心SCC，實現(xiàn)相鄰SCC之間的控制交接。SCC通過管轄范圍內(nèi)的多個基站BS與覆蓋范圍內(nèi)的車載設(shè)備OBE實時雙向聯(lián)系。列車在區(qū)段內(nèi)運行時，通過GPS、查詢應(yīng)答器或里程計裝置實現(xiàn)列車位置和速度的測定，OBE利用無線通過基站BS將列車位置、速度信息發(fā)送給SCC。SCC通過BS周期地將目標位置、速度及線路參數(shù)等信息發(fā)送給后行列車。OBE收到信息后，根據(jù)前車、本車運行狀態(tài)、線路參數(shù)等，采用車上計算、地面SCC計算或同時計算，并根據(jù)信號故障-安全原則，比較、選擇的方式，預(yù)期列車在一個信息周期末的狀態(tài)能否滿足列車追蹤間隔的要求，從而確定合理的駕駛策略，實現(xiàn)列車高速、平穩(wěn)地以最優(yōu)間隔追蹤運行。借助先進的列車定位技術(shù)、安全處理器技術(shù)和無線通信技術(shù)，使CBTC與傳統(tǒng)基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)相比，具有如下優(yōu)點：（1）提供可靠的檢查與平衡手段，通過車-地間雙向信息傳輸，實現(xiàn)列車閉環(huán)控制，系統(tǒng)可靠性高。（2）各級調(diào)度都可以隨時了解區(qū)段內(nèi)任意運行列車的位置、速度、機車工況等各種參數(shù)，并且可以規(guī)范、協(xié)調(diào)地直接指揮行車。（3）區(qū)段內(nèi)所有運行列車的各種參數(shù)自動地發(fā)送給各種管理系統(tǒng)，從而避免對參數(shù)的漏鍵、錯鍵、遲鍵等人為錯誤，實現(xiàn)鐵路信息化。（4）減少沿線設(shè)備。設(shè)備主要集中于車站和機車上，減輕設(shè)備維護和管理的強度。受環(huán)境影響小，且遭受破壞后，易恢復(fù)運行。

2無線通信的列車控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1車地通信技術(shù)

CBTC系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)主要有兩種形式：一種是系統(tǒng)初期基于感應(yīng)環(huán)線電纜的感應(yīng)環(huán)線通信系統(tǒng)；另一種是新近發(fā)展比較快的無線通信系統(tǒng)。感應(yīng)環(huán)線通信系統(tǒng)的原理，沿線路鋪設(shè)銅質(zhì)芯線、外皮絕緣的無屏蔽電纜，即感應(yīng)環(huán)線電纜。環(huán)線電纜發(fā)送端連接通信發(fā)送設(shè)備，使環(huán)線電纜中保持一定強度的恒定電流。在列車上，安裝有接收天線和發(fā)送天線，接收天線通過電磁感應(yīng)，接收地面感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的信息。反過來，當(dāng)車載發(fā)送天線發(fā)送信息時，地面感應(yīng)環(huán)線又變成為接收天線，接收車載設(shè)備發(fā)送的信息，從而實現(xiàn)車地雙向通信。車地通信采用主從應(yīng)答方式，地面車輛控制中心VCC為通信主站，各個車載控制器VOBC為從站。VCC按順序輪流向VOBC發(fā)送命令，并要求相應(yīng)的VOBC應(yīng)答。VCC和VOBC通常的輪循周期為0.5秒，保證最長3秒鐘內(nèi)，列車和地面能夠交換信息一次。VCC通常連接多根感應(yīng)環(huán)線，列車可以運行在不同感應(yīng)環(huán)線上，所以，VCC還要負責(zé)確定列車在哪根環(huán)線上，然后將對應(yīng)的命令發(fā)送到相應(yīng)的感應(yīng)環(huán)線上。無線通信技術(shù)正在帶領(lǐng)CBTC系統(tǒng)進入新的發(fā)展階段。特別是基于IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展成熟，CBTC系統(tǒng)可以直接采用由第三方廠商提供的基于開放標準的無線通信平臺，提高了系統(tǒng)集成度，并且減少了軌旁設(shè)備。無線局域網(wǎng)不僅提供物理層和數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)，，還提供網(wǎng)絡(luò)層和運輸層服務(wù)（即TCP/IP協(xié)議）。使車地通信更加透明，只要知道車載CBTC設(shè)備的IP地址，地面CBTC設(shè)備就可以直接向通信子系統(tǒng)發(fā)送信息，由通信子系統(tǒng)負責(zé)將該信息路由傳遞至車輛，進一步簡化了地面CBTC設(shè)備的軟、硬件結(jié)構(gòu)。

2.2列車定位技術(shù)

在CBTC系統(tǒng)中，列車在線路上的位置是由列車本身確定的，然后通過車地通信系統(tǒng)，將該信息實時地報告給地面CBTC設(shè)備。在使用感應(yīng)環(huán)線的CBTC系統(tǒng)中，列車的初始定位點由兩根感應(yīng)環(huán)線的邊界確定。當(dāng)列車經(jīng)過感應(yīng)環(huán)線邊界時，前后接收到的通信報文中含有不同的感應(yīng)環(huán)線標識號，可以確定列車所經(jīng)過的環(huán)線邊界。每個環(huán)線邊界在線路上的坐標位置是確定不變的，所以列車經(jīng)過了某個環(huán)線邊界后，就確定了其初始位置。對于采用無線通信的CBTC系統(tǒng)，則必須在線路固定位置安裝可編碼的應(yīng)答器。列車經(jīng)過應(yīng)答器時，通過接收到應(yīng)答器發(fā)送的信息，確定列車初始定位點。列車初始定位點確定后，通常由安裝在車輪上的轉(zhuǎn)速計測量列車的走行距離和方向，再結(jié)合初始定位點，跟蹤確定列車在線路上的位置。車輪轉(zhuǎn)速計在測量列車走行距離時存在測量誤差，而且誤差隨著列車走行距離的增加而不斷積累，所以在列車定位系統(tǒng)中，需要消除這個誤差。在采用感應(yīng)環(huán)線通信的CBTC系統(tǒng)中，感應(yīng)環(huán)線每隔固定距離（通常是25米）交叉一次，當(dāng)列車經(jīng)過感應(yīng)環(huán)線交叉點時，接收天線收到相位相反的信號，從而確定列車正處在交叉點位置上。由于相鄰交叉點間的距離是一定的，所以列車每經(jīng)過一個感應(yīng)環(huán)線交叉點，就可以對轉(zhuǎn)速計測量的列車走行距離值修正一次，避免誤差累積。

3結(jié)語

綜上所述，無線通信的列車控制系統(tǒng)靠沿軌道鋪設(shè)的簡單線路與移動列車間的通信來實現(xiàn)控制，這樣就縮短了控制區(qū)間單位長度，從而縮短了列車間的安全制動距離。因此，就可以精簡列車編組，提高發(fā)車頻率，提升軌道交通系統(tǒng)的運客能力。通過使用基于無線通信的列車控制系統(tǒng)，可以大幅度地提高線路的運力，由此可以降低運營成本，促進了鐵路運輸向著信息化、智能化的方向邁進。

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（作者單位：中國鐵路呼和浩特局集團有限公司呼和浩特通信段）