CBTC模式列车车地通信原理

彭川

【摘 要】目前，轨道交通日均客运量占城市公共交通客流总量超过30%，在公共交通客运体系中的骨干作用日益显现。随着城市人口数量的激增，公众的交通需求也迅猛发展以及轨道交通建设周期较长，建设速度赶不上交通需求的增长速度，使得运能运量矛盾比较突出。因此城市轨道交通在未来的发展潜力以及面临的挑战仍然是巨大的。城市轨道交通基于通信的列车控制（Communication Based Train Control，CBTC）系统通过车地通信实现列车和地面大容量、连续及双向的信息交互，从而保障了列车高效、可靠地运行。

【关键词】CBTC模式；列车；通信

1引言

作为缓解城市交通压力，实现绿色、低碳交通的重要措施，城市轨道交通受到极大的关注，也逐渐成为现代化都市的重要基础设施。相比于其他交通方式，城市轨道交通运输能力大、速度快、安全舒适，能最大程度地满足人民群众的出行要求。中国人民共和国国家发展和改革委员会在《“十二五”综合交通运输体系规划》的轨道交通发展目标指出：“市区人口超过1000万的城市，逐步完善轨道交通网络。市区人口超过300万的城市，初步形成轨道交通网络主骨架。市区人口超过100万的城市，结合自身条件建设大容量地面公共交通系统。”以北京、上海和广州为例，三地借助奥运会、世博会、亚运会契机大力发展轨道交通，已率先实现网络化运营，三地轨道交通已经发展到了一个新的高度。中国的城市轨道交通总里程已达2100公里，根据中长期交通建设规划，到2020年，我国建成地铁总里程将达6100公里。

2基于WLAN的CBTC系统

CBTC系统的基本结构主要分为中央控制系统，地面控制子系统、车载控制子系统和数据通信子系统（Digital Communication System，DCS）。中央控制系统指的是控制中心列车自动监控系统ATS，ATS作为安全系统，提供了可视化的人机接口界面，监督和控制列车的运营。地面控制子系统主要包括地面区域控制器（Zone Controller，ZC）、计算机联锁（Computer Interlocking，CI），数据存储单元（Data Storage Unit，DSU）和车站ATS。车载控制子系统主要是车载控制器（Vehicle On-Board Controller，VOBC）及其附属设备，根据功能的不同，VOBC又可以分为车载ATP和车载ATOa DCS子系统，即车地通信系统，分为地面骨干网和无线通信部分。地面骨干网基于以太网802.3实现，无线通信部分是基于IEEE 802.11协议族，并通过地面的无线接入点（Access Point，AP）和車载移动体（Mobile Station，MS）实现的。

3 CBTC模式列车车地通信原理

基于通信的列车控制（Communication-based Train Control，CBTC）是城市轨道交通应用的主流技术。然而在城市轨道交通的相关领域内，针对衡量CBTC'险能的指标还有没有明确的定义和解释。众所周知，CBTC所提供的服务是将乘客从始发站运送到目的站，此类服务可称为是运营服务。因此，需要衡量的是CBTC运营服务的质量，此处借用通信系统中的QoS来表示。CBTC QoS需要从服务对象一乘客的角度予以定义和说明。乘客最本质的需求是能安全、快捷、舒适地到达目的地。从这一需求来看，安全性、快捷性和舒适性都足以成为衡量CBTC QoS的相关指标。基于城市轨道交通的特性，CBTC QoS可以通过以下几个指标来衡量。

3.1运能

运能体现的是一条线路或者一个网络的列车通过能力。从控制角度看，运能取决于列车的运行速度、列车的运行时间、列车的追踪间隔以及列车的发车数量。当然，这四点之间有相互的关系。例如：列车的运行时间和列车的运行速度之间是反相关的关系，列车的发车数量从根本上讲取决于列车的追踪间隔，间隔越小，线路可能容纳的车辆就越多。由于轨道交通的特殊性，出于安全的考虑，列车的速度受到多方面的制约，如线路限速、前方列车位置等。需要注意的是，不考虑控制的因素，列车的停站时间对于列车在线路上的整体运行时间也有着比较大的影响，也就影响了线路的运能。

因此，能够直接影响线路运能的因素是列车的追踪间隔和列车的数量。在行车过程中，运能的大小直接表现为列车运行的时间以及列车运行速度等。实际运行中，列车追踪间隔是实时变化的，保持列车追踪间隔的稳定能够在最大程度上保证线路运能的稳定。列车追踪间隔是由列车位置、速度及其移动授权的关系确定的，当列车追踪间隔过小时，列车制动；反之，列车牵引。由此，列车追踪间隔的变化直接决定了列车的运行时间和运行速度。

3.2运营可靠性

运营可靠性是描述城市轨道交通性能的一个重要指标，主要衡量运营服务是否能够按照预期完成服务目标，运营可靠性本身是一个复杂的问题，其受很多因素的影响。简单来说，凡是能够影响到列车运行速度和运行时间造成晚点等问题的因素都会间接成为影响运营可靠性的因素。因此提高运营可靠性从根本上讲就是要减少列车的晚点或提升列车的准点率。

3.3服务弹性

弹性指的是系统在面临干扰、风险甚至灾祸时，能够适应并持续提供正常服务的一种能力。弹性所体现的是系统的抗压和恢复能力。在使用弹性来衡量城市轨道交通的运营服务品质时，就需要考虑能够造成运营服务受限或终止的因素，同时也要综合考量能够保证此时城市轨道交通仍然能稳定提供既有服务的手段。从运营层面上讲，能够实现弹性的唯一途径就是增大”缓冲区”。缓冲区体现在城市轨道交通系统能够从硬件及软件上容纳更大的客流量，能够应对通信系统乃至信号设备的故障等等。

结束语

综上所述，为了满足当前社会对城市轨道交通越来越高的运能需求，最行之有效的方式就是缩短列车运行间隔，提高列车运行速度和运行效率，这对城市轨道交通的信号系统提出了新的要求。

参考文献：

[1]朱力，宁滨.基于802.11g的CBTC车地通信子系统建模与分析[J].铁道学报，2011，33（05）：72-77.

[2]李晓刚.车地通信延时对CBTC系统列车运行控制的影响分析[J].铁路通信信号工程技术，2011，8（06）：44-46.

（作者单位：成都地铁运营有限公司）