天津地鐵2號線信號車地通信系統(tǒng)概述

天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司 肖 楠

1.引言

隨著城市的飛速發(fā)展，軌道交通事業(yè)日益成為城市發(fā)展的重要標(biāo)志。地鐵作為便捷、環(huán)保的綠色出行工具愈來愈受到城市人們的青睞，由此，也推動(dòng)了全國范圍內(nèi)地鐵的高速發(fā)展。信號系統(tǒng)作為地鐵行業(yè)中最為重要的子系統(tǒng)，扮演著舉足輕重的角色，信號系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)乎地鐵運(yùn)營的效率和服務(wù)質(zhì)量。

在信號系統(tǒng)中，基于通信的列車控制系統(tǒng)(簡稱CBTC系統(tǒng))在城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用，其穩(wěn)定的車地通信系統(tǒng)[1]則是CBTC系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。天津地鐵2號線的信號系統(tǒng)采用的是龐巴迪CITYFLO650 CBTC移動(dòng)閉塞列車控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。

2.系統(tǒng)構(gòu)成

CITYFLO 650自動(dòng)列車控制系統(tǒng)(ATC)是一種基于無線通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)，車地通信(TWC)以無線通信作為傳輸手段。通過該系統(tǒng)，特定格式的數(shù)據(jù)信息能夠在一定的傳輸速度和容錯(cuò)率下在軌旁與列車之間進(jìn)行雙向傳輸。在TWC系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)并基于無線通信信道(2.4GHZ)傳輸。

圖1 TWC系統(tǒng)軌旁設(shè)備示意圖（漏纜方式）

TWC通信子系統(tǒng)設(shè)備組成：

(1)無線通信處理器：設(shè)置于RATP中，采用Power PC CPU，用于接收RATP的信息并發(fā)送給RAP(無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn))，監(jiān)測RAP的信息正確性，并根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)向RAP發(fā)送信息，發(fā)送報(bào)警信息至OCC。

(2)TWC網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜：包括TWC系統(tǒng)的主網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，該交換機(jī)用于發(fā)送信息，并保證與RATP之間的冗余通信。

(3)RAP：無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，包括配置為軌旁應(yīng)用的2.4G無線電臺，PLC和電源。RAP通過光纜連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，保證在故障的情況下系統(tǒng)仍能正常工作。

(4)功率分配器：用于無線接入點(diǎn)與漏纜之間的連接，每對功率分配器以一種特殊的方式連接到漏纜，從而使冗余的電臺可以監(jiān)督工作臺中電臺的狀況。

(5)漏纜[2]/LOS天線：在隧道中使用漏纜作為車地信息傳輸方式，在敞開段采用LOS天線，以保證全線范圍內(nèi)車地之間無線通信的連續(xù)性。

(6)車載天線：車載天線可采用多種類型的天線，車載ATC根據(jù)列車位置選擇激活的天線。車載天線的選擇取決于軌旁天線的類型(LOS天線和漏纜天線)。

(7)車載移動(dòng)數(shù)據(jù)電臺：采用2.4G無線電臺，接收軌旁發(fā)送給列車的信息，當(dāng)列車收到來自軌旁的信息時(shí)，車載ATC同樣將列車的信息發(fā)送給軌旁設(shè)備。

(8)車載串行通信處理器：采用Power PC CPU，發(fā)送車載ATP/ATO信息至移動(dòng)數(shù)據(jù)電臺，并將車載數(shù)據(jù)電臺接收到的軌旁信息發(fā)送至車載ATP/ATO。

3.系統(tǒng)工作原理概述

當(dāng)軌旁設(shè)備與列車建立通信之后，無線通信處理器將軌旁信息通過TWC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送至軌旁無線接入點(diǎn)，該設(shè)備的無線電臺通過漏纜(或LOS天線)及車載漏纜天線(或車載LOS天線)，以無線通信的方式傳輸至車載ATC設(shè)備，車載ATC同樣將列車信息(列車位置、列車速度等)發(fā)送至軌旁ATC設(shè)備，完成列車與地面的數(shù)據(jù)交換。

龐巴迪的車地通信系統(tǒng)不使用跳頻技術(shù)，而采用的是直接序列調(diào)制技術(shù)(DSSS)。該系統(tǒng)的信號鏈路估算被設(shè)計(jì)與干擾信號之間保持理想的比率。漏纜中的定向列車天線同樣可提供額外的余量。此外，如果出現(xiàn)干擾信號，每臺無線設(shè)備的頻率將被重新設(shè)置，該方式有非常強(qiáng)的抗干擾性。DSSS可提供信道中可用性最好的信噪比，也可允許多重發(fā)射器同時(shí)操作。

另外，龐巴迪使用的無線通信協(xié)議，與廣泛用于防止易接入數(shù)據(jù)網(wǎng)的協(xié)議有所不同，是針對城市軌道交通信號系統(tǒng)的特殊需求和實(shí)際需要自有開發(fā)的。與802.11[3]不同之處在于，信息傳送不基于IP地址。每輛裝有ATC的列車在系統(tǒng)中都有其獨(dú)有的編號地址，用于軌旁設(shè)備與列車之間的ATC信息包交換。

該系統(tǒng)無線通信的切換是車載ATC完成的，不同區(qū)域的軌旁ATC設(shè)備通過軌旁無線設(shè)備廣播發(fā)送信息，列車在經(jīng)過不同頻率區(qū)域時(shí)，自動(dòng)切換自身頻率與相同頻率的區(qū)域建立通信，這樣不需要軌旁設(shè)備與車載ATC之間存在IP連接，一定程度上提高了系統(tǒng)的抗干擾性。

4.結(jié)語

車地通信系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著提高地鐵運(yùn)營效率、保障行車安全的重要使命，為此，各個(gè)地鐵信號系統(tǒng)供貨商都致力于尋求最優(yōu)的解決方法。龐巴迪采用的車地通信系統(tǒng)具有其自身的特點(diǎn)且應(yīng)用性也得到了廣泛的認(rèn)可，在西班牙、臺灣和深圳等地都有著應(yīng)用。車地通信系統(tǒng)作為信號系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向，更多應(yīng)該考慮在保障安全的前提下，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，除了提升設(shè)備本身性能外，應(yīng)該更多考慮頻率的規(guī)劃、干擾主動(dòng)避讓以及軟件更新等手段上。總之，高可靠性、高安全性及高抗干擾性的信號系統(tǒng)將是今后的重大議題之一。

[1]黃文彥.淺談CBTC系統(tǒng)中的車地通信技術(shù)[J].城軌交通,2009(2):38-40.

[2]王金貴.漏泄電纜在地鐵CBTC信號系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城軌交通,2010(10):54-57.

[3]朱力,寧濱.基于802.11g的CBTC車地通信子系統(tǒng)建模與分析[J].2011(5):73-77.