淺析軌道交通信號系統(tǒng)無線傳輸?shù)膽?yīng)用

陳星岐

摘要：當前，我國的城市軌道交通建設(shè)正處于飛速進步階段，在各個城市當中持續(xù)的對線路施工進行優(yōu)化建設(shè)。由于大量的城市軌道交通建設(shè)逐漸在規(guī)劃后獲得批準，所帶來的是更大型的軌道交通建設(shè)施工。而在軌道交通的信號領(lǐng)域中，由于無線電技術(shù)的不斷優(yōu)化，在各大廠商中開始堅持不懈的開研發(fā)一種在無線通信基礎(chǔ)上進行的列車自動控制系統(tǒng)。本篇文章就簡要的闡述了無線傳輸功能在軌道交通信號系統(tǒng)中的應(yīng)用狀態(tài)，從列車控制系統(tǒng)的特點入手，介紹了當前重點運用的幾種車地無線傳輸操作方案中的優(yōu)劣點，以供參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通;信號系統(tǒng);無線傳輸;CBTC 網(wǎng)絡(luò)

1.軌道交通信號系統(tǒng)特點

1.1軌道交通信號系統(tǒng)的安全性分析

在軌道交通信號系統(tǒng)中，安全性重點包括了車輛與乘客的安全。在列車運行期間，不管是由于設(shè)備產(chǎn)生故障，還是由于在電路、軟件中發(fā)生狀況，都會擾亂車輛的順利行駛，而因此導(dǎo)致失誤有很大幾率會形成嚴重的安全事故。所以，在設(shè)計和使用軌道交通信號系統(tǒng)時，需要把故障當做導(dǎo)向并將安全性能放在第一位。在此期間，應(yīng)該處理的問題重點涵蓋了軌道數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)集中和驅(qū)動再加上數(shù)據(jù)輸送等幾個環(huán)節(jié)的故障安全問題，還能夠通過類似容錯技術(shù)、故障檢測技術(shù)、診斷技術(shù)等優(yōu)秀的計算機技術(shù)，給軌道交通信號系統(tǒng)的安全性進行保障。

1.2軌道交通信號系統(tǒng)的可靠性分析

要全面展示軌道交通信號系統(tǒng)的功能，不僅應(yīng)該確保其安全性，還應(yīng)該增強可靠性，由于提高系統(tǒng)的可靠程度時增強其安全性的重要前提，特別是在實際操作過程中，可靠性能夠?qū)壍澜煌ㄐ盘栂到y(tǒng)的使用效果及作用進行評價。當前在國際上早就規(guī)定了對可靠性進行定量分析的指標，并表明列車的超速防護車上裝置的平均無故障時間（MTBF）不得比104小時短，而地面裝置的平均無故障時間不得比105小時短。因為城市軌道交通中的ATP系統(tǒng)在普通的駕駛過程中應(yīng)用，是唯一可以持續(xù)對列車行使進行控制，并長時間維持其安全運行的駕駛模式。而降級駕駛模式主要是指在ATP系統(tǒng)發(fā)生故障時，在限速的基礎(chǔ)上通過人工駕駛的方式來減少列車行使期間的風險而采用的駕駛模式。然而，這種模式并無法規(guī)避全部風險，因此需要其在正常的駕駛過程中十分平穩(wěn)可靠，并最好降低降級駕駛模式的使用次數(shù)。鑒于此，就在國外的軌道交通工程當中要求ATP系統(tǒng)平時駕駛期間的可靠程度務(wù)必高達99.99%。

2. 車與車之間通訊技術(shù)

由于基于車-車的新型系統(tǒng)（CBTC）有著系統(tǒng)更為簡潔化、軌旁設(shè)備數(shù)量和接口數(shù)量更少、車載設(shè)備更為簡約集成化等不可忽視的優(yōu)點，它在社會經(jīng)濟發(fā)展水平和科學技術(shù)水平進一步發(fā)展的情況下，會漸漸取代國內(nèi)城市軌道交通信號控制系統(tǒng)目前正在使用的基于車-地的通信系統(tǒng)?；谲?車的新型系統(tǒng)（CBTC）能夠在確保車輛運行的安全穩(wěn)定的情況下，進一步使整體的運行方案更加多元化，靈活性更強。基于以上描述，基于車-車的新型系統(tǒng)（CBTC）毋庸置疑是未來城市軌道交通信號控制系統(tǒng)的一個前進標桿。

2.1基于車-車的新型系統(tǒng)（CBTC）結(jié)構(gòu)

基于車-車的新型系統(tǒng)（CBTC）相比于目前正在使用的基于車-地的通信系統(tǒng)有一個突出的特點，就是軌旁設(shè)備數(shù)量更少，整體的設(shè)備的復(fù)雜程度更低。軌旁以新增的控制器控制信號機、站臺門等設(shè)備替代了原來車載系統(tǒng)的區(qū)域控制器子系統(tǒng)ZC和計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)CI的相關(guān)功能。

2.2基于車-車的新型系統(tǒng)工作概述

基于車-車的新型系統(tǒng)（CBTC）的模式中，車輛的車載控制器完成與ATS的互聯(lián)互通，相互交換通訊信息，實現(xiàn)對岔道變換和進路通路的控制。與此同時，車輛的車載控制器還通過與前方列車的無線通信，接收到前車的位置信息來迅速調(diào)整自己的位置與速度等相關(guān)運行變量，以保證列車的安全高效運營和穩(wěn)定軌旁相關(guān)功能。

2.3基于車-車的新型系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）基于車-車的新型系統(tǒng)以新增的控制器控制信號機、站臺門等設(shè)備替代了原來車載系統(tǒng)的區(qū)域控制器子系統(tǒng)ZC和計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)CI，更加減少了設(shè)備的占用空間和接口的數(shù)量，系統(tǒng)變得更加簡約化，整體的運行維護成本也更低廉。

（2）基于車-車的新型系統(tǒng)的車載設(shè)備更為簡約集成化，將軌旁ZC和CI功能和基于車-地的通信系統(tǒng)的控制功能匯合到一起，大大增加了系統(tǒng)功能之間的密度，提升了系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的簡化水平，降低了信號系統(tǒng)的負擔，加速了系統(tǒng)的信息處理，實現(xiàn)了系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化。

3城市軌道交通信號CBTC系統(tǒng)中的無線通信技術(shù)應(yīng)用

3.1 CBTC系統(tǒng)中重點的車地信息交換

在穩(wěn)定的閉塞技術(shù)當中，對線路進行穩(wěn)定的劃分，要是有車占據(jù)了這個區(qū)段，就代表整個區(qū)段也被占用。但是移動閉塞在線路上也存在邏輯區(qū)段，之前將車的末端或進路的邊界當成被追蹤的目標，這就意味著在穩(wěn)定閉塞與移動閉塞中存在差異。因此，在穩(wěn)定的閉塞技術(shù)當中務(wù)必通過軌道空閑檢查裝置來對列車的位置進行檢查，但是移動閉塞就需要依據(jù)車載裝置的自主定位對軌道的占用狀態(tài)進行描述。

站在車地信息交換的角度可知，在移動閉塞和穩(wěn)定閉塞中存在差異，將線路中存在的固定數(shù)據(jù)都傳輸?shù)杰囕d裝置的數(shù)據(jù)庫里，在順利進行 CBTC 移動閉塞模式后，車地雙向通信的重點內(nèi)容涵蓋了：

（1）軌道附近至車載地點的移動授權(quán)資料（也叫做 MA，EOA等等）;

（2）車載至軌道附近的地點報告;

（3）運行調(diào)整與部分維護資料等。

在車地信息當中還涵蓋了更多別的內(nèi)容，類似 故障報警、旅客資料、IP 尋址、ATS 調(diào)整以及維護事件等等，各種供貨商會按照相應(yīng)的系統(tǒng)特征制定合適的信息結(jié)構(gòu)。

3.2 CBTC系統(tǒng)的車地通信途徑

在CBTC系統(tǒng)中的車地通信途徑一般劃分成了點式通信技術(shù)與連續(xù)式通信技術(shù)兩類。

點式通信技術(shù)主要是指在線路上的部分特定地點設(shè)置穩(wěn)定的應(yīng)答裝置，應(yīng)答裝置又劃分成了可移動式與固定式的應(yīng)答裝置，可變應(yīng)答裝置又劃分成了主要的信號應(yīng)答裝置和填充式的應(yīng)答裝置，主信號應(yīng)答裝置能夠進行點式的移動授權(quán)。在列車經(jīng)過時，通過車載應(yīng)答裝置的天線不斷發(fā)出27.095Mhz將信號激活，而將其激活之后就能把數(shù)據(jù)輸送到車載設(shè)備處進行處理。

連續(xù)式通信技術(shù)指的是在 WLAN上進行的無線通信方式，在通過將近十年的技術(shù)進步與世界上進行互聯(lián)互通測試工程的經(jīng)驗，即使還沒有實現(xiàn)實際的互聯(lián)互通，然而對 CBTC 系統(tǒng)所使用的無線通信系統(tǒng)，在業(yè)內(nèi)早就具備了共同的認知。第一，在技術(shù)發(fā)展的方向而言，所使用的是商務(wù)現(xiàn)貨供應(yīng)（COTS）的產(chǎn)品;第二，將 ISO 七層模型里的底層都運用一致的WLAN 標準。

3.3 CBTC系統(tǒng)的無線傳播方式

當前供貨商在我國大部分的城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中運用的傳播方式重點劃分成了空間自由式傳播與導(dǎo)行式傳播兩類。

空間自由式傳播是如今運用得最普遍的傳播途徑，主要通過電磁波的從發(fā)射天線至接收天線的數(shù)據(jù)傳遞，但不用線纜介質(zhì);而空間自由式傳播的優(yōu)勢就是能夠節(jié)約軌道附近的設(shè)備，直接設(shè)置在軌道交通較為狹窄的隧道區(qū)域，理想的空間自由式傳播中無線區(qū)域最遠的距離 400-500 m范圍內(nèi)。

導(dǎo)行傳播將漏纜或者漏泄波導(dǎo)管當成了傳輸介質(zhì)，由于軌道交通存在的特點覆蓋標準為線性的，因此形成的是沿著行軌的無線覆蓋網(wǎng)，能夠較好的進行軌道交通的輸送。

結(jié)束語

在CBTC列車控制系統(tǒng)中可以按照前方的列車與線路狀況，在保證其安全的基礎(chǔ)上緊追前行列車行使，可以合理的減短列車追蹤間距，也可以極大的提升運輸效率，所以在國內(nèi)外可以進行飛速推廣。當前的無線傳輸系統(tǒng)都存在著一定的優(yōu)勢與缺點，怎樣利用優(yōu)點，彌補缺點，較好的應(yīng)用城市軌道交通非常關(guān)鍵。

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