浅析轨道交通信号系统无线传输的应用

陈星岐

摘要：当前，我国的城市轨道交通建设正处于飞速进步阶段，在各个城市当中持续的对线路施工进行优化建设。由于大量的城市轨道交通建设逐渐在规划后获得批准，所带来的是更大型的轨道交通建设施工。而在轨道交通的信号领域中，由于无线电技术的不断优化，在各大厂商中开始坚持不懈的开研发一种在无线通信基础上进行的列车自动控制系统。本篇文章就简要的阐述了无线传输功能在轨道交通信号系统中的应用状态，从列车控制系统的特点入手，介绍了当前重点运用的几种车地无线传输操作方案中的优劣点，以供参考。

关键词：轨道交通;信号系统;无线传输;CBTC 网络

1.轨道交通信号系统特点

1.1轨道交通信号系统的安全性分析

在轨道交通信号系统中，安全性重点包括了车辆与乘客的安全。在列车运行期间，不管是由于设备产生故障，还是由于在电路、软件中发生状况，都会扰乱车辆的顺利行驶，而因此导致失误有很大几率会形成严重的安全事故。所以，在设计和使用轨道交通信号系统时，需要把故障当做导向并将安全性能放在第一位。在此期间，应该处理的问题重点涵盖了轨道数据处理、数据集中和驱动再加上数据输送等几个环节的故障安全问题，还能够通过类似容错技术、故障检测技术、诊断技术等优秀的计算机技术，给轨道交通信号系统的安全性进行保障。

1.2轨道交通信号系统的可靠性分析

要全面展示轨道交通信号系统的功能，不仅应该确保其安全性，还应该增强可靠性，由于提高系统的可靠程度时增强其安全性的重要前提，特别是在实际操作过程中，可靠性能够对轨道交通信号系统的使用效果及作用进行评价。当前在国际上早就规定了对可靠性进行定量分析的指标，并表明列车的超速防护车上装置的平均无故障时间（MTBF）不得比104小时短，而地面装置的平均无故障时间不得比105小时短。因为城市轨道交通中的ATP系统在普通的驾驶过程中应用，是唯一可以持续对列车行使进行控制，并长时间维持其安全运行的驾驶模式。而降级驾驶模式主要是指在ATP系统发生故障时，在限速的基础上通过人工驾驶的方式来减少列车行使期间的风险而采用的驾驶模式。然而，这种模式并无法规避全部风险，因此需要其在正常的驾驶过程中十分平稳可靠，并最好降低降级驾驶模式的使用次数。鉴于此，就在国外的轨道交通工程当中要求ATP系统平时驾驶期间的可靠程度务必高达99.99%。

2. 车与车之间通讯技术

由于基于车-车的新型系统（CBTC）有着系统更为简洁化、轨旁设备数量和接口数量更少、车载设备更为简约集成化等不可忽视的优点，它在社会经济发展水平和科学技术水平进一步发展的情况下，会渐渐取代国内城市轨道交通信号控制系统目前正在使用的基于车-地的通信系统。基于车-车的新型系统（CBTC）能够在确保车辆运行的安全稳定的情况下，进一步使整体的运行方案更加多元化，灵活性更强。基于以上描述，基于车-车的新型系统（CBTC）毋庸置疑是未来城市轨道交通信号控制系统的一个前进标杆。

2.1基于车-车的新型系统（CBTC）结构

基于车-车的新型系统（CBTC）相比于目前正在使用的基于车-地的通信系统有一个突出的特点，就是轨旁设备数量更少，整体的设备的复杂程度更低。轨旁以新增的控制器控制信号机、站台门等设备替代了原来车载系统的区域控制器子系统ZC和计算机联锁子系统CI的相关功能。

2.2基于车-车的新型系统工作概述

基于车-车的新型系统（CBTC）的模式中，车辆的车载控制器完成与ATS的互联互通，相互交换通讯信息，实现对岔道变换和进路通路的控制。与此同时，车辆的车载控制器还通过与前方列车的无线通信，接收到前车的位置信息来迅速调整自己的位置与速度等相关运行变量，以保证列车的安全高效运营和稳定轨旁相关功能。

2.3基于车-车的新型系统的优点

（1）基于车-车的新型系统以新增的控制器控制信号機、站台门等设备替代了原来车载系统的区域控制器子系统ZC和计算机联锁子系统CI，更加减少了设备的占用空间和接口的数量，系统变得更加简约化，整体的运行维护成本也更低廉。

（2）基于车-车的新型系统的车载设备更为简约集成化，将轨旁ZC和CI功能和基于车-地的通信系统的控制功能汇合到一起，大大增加了系统功能之间的密度，提升了系统交换数据的简化水平，降低了信号系统的负担，加速了系统的信息处理，实现了系统整体性能的优化。

3城市轨道交通信号CBTC系统中的无线通信技术应用

3.1 CBTC系统中重点的车地信息交换

在稳定的闭塞技术当中，对线路进行稳定的划分，要是有车占据了这个区段，就代表整个区段也被占用。但是移动闭塞在线路上也存在逻辑区段，之前将车的末端或进路的边界当成被追踪的目标，这就意味着在稳定闭塞与移动闭塞中存在差异。因此，在稳定的闭塞技术当中务必通过轨道空闲检查装置来对列车的位置进行检查，但是移动闭塞就需要依据车载装置的自主定位对轨道的占用状态进行描述。

站在车地信息交换的角度可知，在移动闭塞和稳定闭塞中存在差异，将线路中存在的固定数据都传输到车载装置的数据库里，在顺利进行 CBTC 移动闭塞模式后，车地双向通信的重点内容涵盖了：

（1）轨道附近至车载地点的移动授权资料（也叫做 MA，EOA等等）;

（2）车载至轨道附近的地点报告;

（3）运行调整与部分维护资料等。

在车地信息当中还涵盖了更多别的内容，类似 故障报警、旅客资料、IP 寻址、ATS 调整以及维护事件等等，各种供货商会按照相应的系统特征制定合适的信息结构。

3.2 CBTC系统的车地通信途径

在CBTC系统中的车地通信途径一般划分成了点式通信技术与连续式通信技术两类。

点式通信技术主要是指在线路上的部分特定地点设置稳定的应答装置，应答装置又划分成了可移动式与固定式的应答装置，可变应答装置又划分成了主要的信号应答装置和填充式的应答装置，主信号应答装置能够进行点式的移动授权。在列车经过时，通过车载应答装置的天线不断发出27.095Mhz将信号激活，而将其激活之后就能把数据输送到车载设备处进行处理。

连续式通信技术指的是在 WLAN上进行的无线通信方式，在通过将近十年的技术进步与世界上进行互联互通测试工程的经验，即使还没有实现实际的互联互通，然而对 CBTC 系统所使用的无线通信系统，在业内早就具备了共同的认知。第一，在技术发展的方向而言，所使用的是商务现货供应（COTS）的产品;第二，将 ISO 七层模型里的底层都运用一致的WLAN 标准。

3.3 CBTC系统的无线传播方式

当前供货商在我国大部分的城市轨道交通CBTC系统中运用的传播方式重点划分成了空间自由式传播与导行式传播两类。

空间自由式传播是如今运用得最普遍的传播途径，主要通过电磁波的从发射天线至接收天线的数据传递，但不用线缆介质;而空间自由式传播的优势就是能够节约轨道附近的设备，直接设置在轨道交通较为狭窄的隧道區域，理想的空间自由式传播中无线区域最远的距离 400-500 m范围内。

导行传播将漏缆或者漏泄波导管当成了传输介质，由于轨道交通存在的特点覆盖标准为线性的，因此形成的是沿着行轨的无线覆盖网，能够较好的进行轨道交通的输送。

结束语

在CBTC列车控制系统中可以按照前方的列车与线路状况，在保证其安全的基础上紧追前行列车行使，可以合理的减短列车追踪间距，也可以极大的提升运输效率，所以在国内外可以进行飞速推广。当前的无线传输系统都存在着一定的优势与缺点，怎样利用优点，弥补缺点，较好的应用城市轨道交通非常关键。

参考文献：

[1] 付兵，廖理明.城市轨道交通CBTC信号系统[M].西南交通大学出版社，2016.09.

[2] 何朝晖.基于802.11协议的CBTC系统数据通信子系统的探讨[J].铁道学报，2013.04.

[3] 郑莹.基于无线通信的CBTC研究综述[J].通信技术，2011.12.

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