基于無線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)施工技術(shù)研究

尚俊

（中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，北京100000）

1 引言

基于無線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CBTC，是一種非常先進(jìn)的列車控制系統(tǒng)，具有安全準(zhǔn)時(shí)、超快速度以及運(yùn)能大的優(yōu)勢(shì)，因此，針對(duì)該系統(tǒng)展開技術(shù)研究有重要意義。該系統(tǒng)憑借先進(jìn)的列車定位技術(shù)以及無線通信技術(shù)改變了傳統(tǒng)的信息傳輸方式，從單向傳輸變?yōu)殡p向傳輸，并且具有連續(xù)性和大容量的特點(diǎn)。CBTC 是當(dāng)代社會(huì)軌道交通主流的發(fā)展方向，具有非常良好的發(fā)展前景。該技術(shù)的產(chǎn)生，讓我國城市化進(jìn)程明顯加快，交通擁堵問題得到有效緩解，人們出行得到了非常大的便利。

2 無線通信列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

目前，我國大部分現(xiàn)行CBTC 系統(tǒng)都能在后備模式以及CBTC 模式下運(yùn)行?；贑BTC 模式，軌道旁接入點(diǎn)上電啟動(dòng)后，會(huì)和無線接入控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，交換的信息會(huì)作為維護(hù)軌旁接入點(diǎn)正常運(yùn)作的關(guān)鍵內(nèi)容，如果發(fā)現(xiàn)一些非法侵入的無線接入控制器（AC）和軌旁接入點(diǎn)（AP），系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行區(qū)分識(shí)別并停止服務(wù)。在實(shí)際工作中，軌旁接入點(diǎn)會(huì)間隔性地利用天線向外界發(fā)送信息，某個(gè)車載移動(dòng)終端接收到信息并且該信號(hào)強(qiáng)度高于移動(dòng)終端的接入閾值時(shí)，移動(dòng)終端會(huì)傳輸一些與AP 相關(guān)聯(lián)的信息，另外，AP 也會(huì)發(fā)送認(rèn)證信息。通過煩瑣的關(guān)聯(lián)接入后，AP 和MR 得以建立通信?；跓o線通信的CBTC 系統(tǒng)，車載控制單元利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)判斷列車的位置，再利用速度傳感器測(cè)算列車的走行距離以及土建限度等[1]。另外，軌旁區(qū)域控制器（簡(jiǎn)稱ZC）能夠接收列車自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)（ATS）的進(jìn)路請(qǐng)求，結(jié)合列車目前的位置為后續(xù)追蹤列車計(jì)算移動(dòng)授權(quán)命令。ZC 接收到指令后，會(huì)向軌旁連鎖系統(tǒng)發(fā)送命令，改變信號(hào)機(jī)狀態(tài)，變?yōu)樵试S信號(hào)。

3 基于無線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

3.1 安全性

基于無線通信的CBTC 系統(tǒng)繼承了以往的信號(hào)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，始終堅(jiān)持安全可靠的設(shè)計(jì)原則。通過在網(wǎng)絡(luò)入口安置安全網(wǎng)關(guān)的方式為整體網(wǎng)絡(luò)安全性提供保障。通過發(fā)送認(rèn)證信息的方式將非法信息隔絕在外，強(qiáng)化系統(tǒng)安全性，并利用動(dòng)態(tài)加密的方式，確保密鑰信息不被泄露。調(diào)頻技術(shù)讓車場(chǎng)以及其他線路存在交叉的地方都存在多個(gè)頻率，使頻率之間相互干擾的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。通過實(shí)踐測(cè)試，應(yīng)用IEEE 無線數(shù)據(jù)通信控制系統(tǒng)可以避免WiFi 或者藍(lán)牙等設(shè)備的干擾。

3.2 兼容性

在軌道交通信號(hào)范圍內(nèi)，采取開放式的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)能夠縮減通信成本，并且有利于兼容性的實(shí)現(xiàn)，該方式已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)技術(shù)發(fā)展的主流方向。在世界網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，IEEE 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最為廣泛，為此，ISM 組織開放3 個(gè)自有應(yīng)用的頻段，而IEEE 則應(yīng)用2.0G 以上頻段，在此標(biāo)準(zhǔn)下，也為數(shù)據(jù)包在連續(xù)傳輸過程中的組合和無縫拆封提供技術(shù)支撐?，F(xiàn)階段所應(yīng)用的信號(hào)開放標(biāo)準(zhǔn)和國際廣泛應(yīng)用的IEEE 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。IEEE 媒體介入控制層為無線移動(dòng)功能提供支撐，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)無線信號(hào)的連接與在連接。經(jīng)過實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，改變物理層來對(duì)5.8G 頻段進(jìn)行應(yīng)用是完全可行的。目前為止，全世界幾個(gè)主流信號(hào)來源地的CBTC 系統(tǒng)都是采用IEEE802.11 的自由頻段，但對(duì)2.4G 沒有限制[2]。所以，從理論意義上來講，在確保IEEE802.11 的同時(shí)可以應(yīng)用其他任何有用的頻段。

3.3 靈活性

CBTC 系統(tǒng)的應(yīng)用使列車定位不再依靠計(jì)軸區(qū)段和軌道電路，大大縮減了列車的運(yùn)作間隔，減輕了設(shè)備的運(yùn)行壓力，并且數(shù)量也得以減少，讓列車具有更為精確的定位。基于此，能夠支撐不同模式下的列車同時(shí)運(yùn)行，這些列車以移動(dòng)閉塞或者固定閉塞的方式運(yùn)行。在安裝和部署無線設(shè)備方面，非常簡(jiǎn)單明了，每臺(tái)車上都安置移動(dòng)無線設(shè)備，建立車和地的通信。除一部分特殊設(shè)備需要定制外，其他設(shè)備都可以在市場(chǎng)中進(jìn)行購買。數(shù)據(jù)傳輸于系統(tǒng)具有容量大的特點(diǎn)，在應(yīng)用過程中，不僅可以滿足現(xiàn)階段列車控制系統(tǒng)的信息傳輸需求，還能為企業(yè)IP 或者媒體IP 通信提供其他的數(shù)據(jù)容量。

4 基于無線通信的列車控制系統(tǒng)核心內(nèi)容

4.1 CBTC系統(tǒng)的原理和功能實(shí)現(xiàn)

基于無線通信的列車控制系統(tǒng)不再使用傳統(tǒng)的閉塞分區(qū)作為列車定位的最小單元，而是引入新的技術(shù)，應(yīng)用一種新型的移動(dòng)閉塞技術(shù)。該技術(shù)不需要依靠軌道電路向列車車載設(shè)備以及控制系統(tǒng)傳輸指令信息，結(jié)合無線通信技術(shù)直接建立車地通信，另外，在列車行駛過程中，其位置信息會(huì)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

CBTC 系統(tǒng)就是利用列車自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)防護(hù)、數(shù)據(jù)傳輸以及聯(lián)鎖等多項(xiàng)子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的實(shí)時(shí)控制。

CI 子系統(tǒng)，也叫作聯(lián)鎖子系統(tǒng)，主要功能是為列車的通信設(shè)備提供安全保障，從而實(shí)現(xiàn)列車在行使過程中軌道以及信號(hào)機(jī)等區(qū)段的準(zhǔn)確聯(lián)鎖。

ATO 系統(tǒng)，也叫作的最高層次環(huán)節(jié)，能夠有效提高列車整體的運(yùn)行效率和運(yùn)輸安全性，進(jìn)而提升列車的經(jīng)濟(jì)效益。

ATS 系統(tǒng)，也叫作列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是ATC 系統(tǒng)的上層管理部分，主要功能是監(jiān)管列車間的正常運(yùn)行，也是確保鐵路服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)輸效率的關(guān)鍵設(shè)施。

4.2 車地?zé)o線通信

首先，車地?zé)o線通信方案。作為CBTC 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，車地通信承載著列車安全的重要信息。結(jié)合該技術(shù)的應(yīng)用情況，對(duì)基于CBTC 系統(tǒng)的車地通信提出幾方面要求?？梢圆扇LAN 技術(shù)的車地通信方式，利用ATC 系統(tǒng)，建立車地通信局域網(wǎng)，開放公共信號(hào)頻段用來雙向傳輸列車運(yùn)行信息。該方式具有設(shè)備體積小、建設(shè)成本低以及靜止場(chǎng)景數(shù)據(jù)帶帶寬等多個(gè)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，但是同樣也存在覆蓋困難以及安全性較低的缺陷。其次，采取TD-LTE 技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用國際通用標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)下載速度可到100Mbit/s。TD-LTE 技術(shù)應(yīng)用了多種先進(jìn)技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，并且抗干擾性強(qiáng)，為無線通信業(yè)務(wù)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有力保障。同時(shí)上述分析可以看出，應(yīng)用TDLTE 技術(shù)非常符合信號(hào)系統(tǒng)車地通信功能的具體標(biāo)準(zhǔn)，隨著時(shí)間的推移，該技術(shù)也在不斷完善優(yōu)化，逐漸成為城市軌道交通建設(shè)的重要技術(shù)手段。

5 結(jié)語

總而言之，CBTC 系統(tǒng)是一套非常高效健全的列車控制系統(tǒng)，對(duì)提高列車的綜合效益有非常重要的作用。相比傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)，CBTC 系統(tǒng)有建設(shè)成本低、維護(hù)管理工作量小以及數(shù)據(jù)傳輸效率高等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，并且該技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和發(fā)展，相信隨著社會(huì)的發(fā)展以及城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，基于無線通信的列車控制系統(tǒng)將有無比廣闊的發(fā)展空間。