广佛线信号系统无线通信子系统的维护

刘子阳

广佛线信号系统无线通信子系统的维护

刘子阳

基于无线通信的CBTC系统是城市轨道交通信号系统的发展方向，无线车-地通信系统是CBTC系统发展的基础。介绍广佛线信号系统无线通信子系统的基本原理、结构及功能;分析系统的冗余结构，描述了无线通信系统的常见故障类型及日常维护方式。

无线车-地双向通信;冗余;维护

广州地铁广佛线采用西门子公司的基于无线通信的移动闭塞列车控制(TrainGuard MT)系统。该系统采用独立的无线车-地双向通信系统，避免了钢轨传输带宽的限制和钢轨牵引回流的影响，与列车的精确定位技术相结合，实现移动闭塞功能，缩短列车的最小安全间隔距离，最大限度地提高线路运输能力。其无线子系统实现了TGMT车载控制单元与轨旁控制单元的连接，其稳定性和可靠性决定着整个信号系统的性能，因此设备维护人员必须掌握无线子系统的构成与功能，深入了解各部件的工作特性，在日常维护中关注重点部位，做好预防性维护。

1 无线通信子系统的基本构成

无线通信子系统采用西门子公司的Railcom WirelessWLAN系统，由通用无线局域网设备组成，采用IEEE802.11标准，工作在2.4 GHz频段，使用直接序列扩频技术(DSSS)传输信号，通过合作移交算法，保证系统的数据传输时间小于500 ms。无线通信子系统设计满足列车运行速度不大于250 km/h时列车控制信号的无线传输。全套系统软件基于Linux操作系统平台开发，系统稳定且安全性高，便于维护管理。广佛线无线通信子系统(Airlink pulz8)结构如图1所示。

图1 广佛线无线车-地通信系统结构图

无线通信子系统由轨旁通信控制器(WCC)、无线骨干网设备、轨旁无线接入点(AP)、车载无线单元(TU)和相应软件构成，其中轨旁通信控制器(WCC)包含中心系统路由器(CSR)、网络管理系统(NMS)、服务和诊断系统。所有设备及其连接都为冗余配置，构成完全冗余的结构。

1.1 中心系统路由器(CSR)

中心系统路由器负责无线子系统和CBTC轨旁通信网络之间的连接，轨旁部件和车载部件之间的数据传输，及运行数据通信的加密。CSR共设置2台互为冗余的工业级服务器，每台服务器配有5个300GB的硬盘，满足系统数据存储与恢复需求。

1.2 网络管理系统(NMS)

网络管理系统是用于配置无线子系统的MMI (人机接口)，是无线系统软件和硬件配置的数据库，还具备无线子系统部件的调试诊断和监视功能。NMS的硬件配置与CSR相同。

1.3 无线骨干网

无线骨干网架构如图2，主要设备有骨干网交换机和环路接入交换机，与接入点组成若干个冗余环形拓扑结构，1个环路出现故障不会影响线路上任何点的无线通信。每个光纤环路都连接2台独立的环路接入交换机，无线子系统中设置2台冗余的骨干网交换机，将环路交换机接入CSR。

图2 无线骨干网架构图

1.4 轨旁无线接入点(AP)

AP负责列车和无线骨干网之间的数据通信，AP通过AP交换机连接到光纤环路交换机。每个AP有4根天线，按交叉冗余方式进行安装，实现数据的发送和接收。线路上AP的布置使用双网络覆盖，可以保证单独一个AP故障时，不会出现覆盖盲点。

1.5 车载无线单元(TU)

车载无线单元用于发送和接收OBCU(车载控制单元)和AP之间传输的数据。一套TU有2个天线，一列车有2套TU，分别位于列车的2个司机室。2个TU通过一个安装在列车上的专用以太网来进行点对点通信，并且以热备冗余的模式持续进行工作，事实上对于列车控制的相关数据，则以负载和数据分摊的模式进行工作，如图1所示。

2 无线通信系统的冗余结构分析

从系统架构方式看，无线系统是一套完全冗余的系统，中央系统路由器、骨干网交换机、环路接入交换机、光纤环路、AP接入点、重叠的覆盖区域及车载无线单元，这些直接参与数据通信的设备都采用双通道配置方式，系统中任何单一设备出现故障，都不会对系统的功能造成影响，因此，不需要对系统故障立即进行在线维修，可等待运营结束后再进行维修，减小了设备故障对运营的影响，提高了设备的可用性。

无线子系统的冗余配置与普通的冗余方式不同，系统采用的是交叉热备冗余的方式，每个设备都可与其他环节的2套设备进行通信，进一步提高了设备的可用性，即使同时出现不同设备的故障也不会影响系统的整体功能。

3 日常维护及常见故障处理

3.1 维护注意事项

1.防病毒。无线子系统是一个受保护的网络，一般情况下病毒程序无法通过网络连接或WLAN连接入侵无线网络，但如果使用可移动数据媒介，网络将不受保护，可能会使无线网络受到侵害。维护过程中要注意防毒，必须使用专用的可移动存储设备下载数据或更新软件，专用存储设备需按照相关规定存放和使用。

2.防静电。系统设备多为电子板件，因此在操作设备前要执行电荷平衡操作，如触摸安装装置裸露的金属部件，使用防静电手环，防止静电对设备造成损害。

3.备品备件保存。备品备件保存需符合温度、湿度及防静电要求，设置备件台账，入库和使用备件时需进行登记，故障备件单独管理。

4.维修后检查。每完成一次例行的维修之后，要求检查相应的单元功能(如数据传输、诊断输出)是否正常，检查时计算机必须对自身进行同步，并且读出的诊断数据不得含有任何错误信息(如LED显示、日志信息等)，此外要求对各个模块之间的所有机械部件和互联部分进行目测检查。

5.利用灯位显示判断设备故障。无线子系统设备故障，可以从服务和诊断系统的故障信息和模块灯位显示上判断故障原因，充分利用这些诊断资源，可以快速判断和处理故障。由于在维修工作期间，模块上的显示可能会改变，在故障状态下开始从事维修工作之前，需注意LED和显示屏的工作状态，可以使用数字照相机进行记录。维护过程中需使用适当的工具、仪器对设备进行维护和故障处理，以免损害设备。

6.故障处理指南和设备维修规程。无线系统最常见的故障是无线丢失，车载无线单元与轨旁AP的通信中断，造成列车移动授权丢失而紧急停车，对运营造成一定影响。因此，在日常设备的使用和维护中，需制定实用、有效的故障处理指南和设备维修规程，方便故障的解决和设备质量的提高。要求:①每日在诊断服务器上查看AP的工作状态，确保无AP存在频繁重启和吊死情况;每日对轨旁机柜、车载无线单元进行目视检查，确认设备工作正常;②每季对车载无线单元、轨旁服务器、交换机等进行检查，确保设备工作正常，车载无线单元检查时需测量发射功率;③每年对轨旁AP进行检查，需测量发射功率。

3.2 常见故障类型

1.同一列车在多个位置与轨旁AP的通信中断，列车紧急制动。需要检查列车两端的无线单元各板块、天线是否出现故障，列车两端的设备通信是否正常，测量列车网卡发送功率。

2.多列车在线路同一位置与轨旁AP的通信中断，列车紧急制动。需要检查该处附近的几个AP是否工作正常，并测量AP天线发送功率。

3.只有一列车在一个地方出现与轨旁AP的通信中断，在确定为无线丢失的情况下，要对列车和轨旁AP都进行相关检查。

4.轨旁AP或车载天线发射功率过低。需更换相应部件使发射功率达到正常值。

5.AP频繁自动重启或吊死。重启该AP，并检查其部件是否工作正常。

6.系统中其他部件故障。根据系统报警信息查找故障原因，并更换相应部件。

4 结束语

目前，该系统已在国内广州4号线、5号线、北京10号线、南京2号线等多条线路安装使用。维护人员需要掌握设备故障的诊断和处理方法，在设备的维护保养过程中严格遵守维护手册的要求，保证无线子系统处于良好的工作状态，提高整个信号系统工作的稳定性。

基于无线通信的移动闭塞是城市轨道交通信号系统的发展方向，改变了以往列车运行时信息只能由轨旁设备向车上传递、信息量少的缺点，实现了列车与轨旁设备实时的双向通信，使CBTC系统不依靠轨道电路也能够判定列车位置，实现了列车速度、停站时间、区间运行时间的精确控制，进一步减小了行车间隔，并能提高系统节能水平和运营服务质量。

虽然基于WLAN通信技术的信号系统已在国内外多条地铁线路成功实施，但仍然会出现因无线通信中断而造成列车紧急制动的情况，在地面、高架线路尤为明显，能否彻底解决无线通信中断的问题已成为基于无线通信的移动闭塞系统的新考验。

［1］邓俊．广州地铁CBTC信号系统车-地通信传输方式的分析比较［J］.铁道通信信号，2011，47(11):52－55．

［2］张文洲．浅谈基于无线的车-地通信系统［J］.铁道通信信号，2011，47(12):52－54．

［3］徐杲，黎江．无线传输系统在列车运行自动控制中的应用与发展［J］.铁道勘测与设计，2006，(5):35－44．

［4］珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段信号系统无线系统维护手册［G］.广州，2010．

CBTC system based on wireless communication is the development direction of urban rail transit signal system and wirelesswayside-train communication system is the foundation of the development of CBTC system．This paper introduces the basic principle，structure and function of Guangfu line signal system ofwireless subsystem，analyzes the redundant structure of the system，and describes the common wireless system faults and routinemaintenancemanner．

Wirelesswayside－train communication;Redundance;Maintenance

刘子阳:广州市地下铁道总公司助理工程师510380广州

2013-11-12

(责任编辑:诸红)