CBTC模式列車車地通信原理

彭川

【摘 要】目前，軌道交通日均客運量占城市公共交通客流總量超過30%，在公共交通客運體系中的骨干作用日益顯現。隨著城市人口數量的激增，公眾的交通需求也迅猛發展以及軌道交通建設周期較長，建設速度趕不上交通需求的增長速度，使得運能運量矛盾比較突出。因此城市軌道交通在未來的發展潛力以及面臨的挑戰仍然是巨大的。城市軌道交通基于通信的列車控制（Communication Based Train Control，CBTC）系統通過車地通信實現列車和地面大容量、連續及雙向的信息交互，從而保障了列車高效、可靠地運行。

【關鍵詞】CBTC模式；列車；通信

1引言

作為緩解城市交通壓力，實現綠色、低碳交通的重要措施，城市軌道交通受到極大的關注，也逐漸成為現代化都市的重要基礎設施。相比于其他交通方式，城市軌道交通運輸能力大、速度快、安全舒適，能最大程度地滿足人民群眾的出行要求。中國人民共和國國家發展和改革委員會在《“十二五”綜合交通運輸體系規劃》的軌道交通發展目標指出：“市區人口超過1000萬的城市，逐步完善軌道交通網絡。市區人口超過300萬的城市，初步形成軌道交通網絡主骨架。市區人口超過100萬的城市，結合自身條件建設大容量地面公共交通系統?！币员本⑸虾：蛷V州為例，三地借助奧運會、世博會、亞運會契機大力發展軌道交通，已率先實現網絡化運營，三地軌道交通已經發展到了一個新的高度。中國的城市軌道交通總里程已達2100公里，根據中長期交通建設規劃，到2020年，我國建成地鐵總里程將達6100公里。

2基于WLAN的CBTC系統

CBTC系統的基本結構主要分為中央控制系統，地面控制子系統、車載控制子系統和數據通信子系統（Digital Communication System，DCS）。中央控制系統指的是控制中心列車自動監控系統ATS，ATS作為安全系統，提供了可視化的人機接口界面，監督和控制列車的運營。地面控制子系統主要包括地面區域控制器（Zone Controller，ZC）、計算機聯鎖（Computer Interlocking，CI），數據存儲單元（Data Storage Unit，DSU）和車站ATS。車載控制子系統主要是車載控制器（Vehicle On-Board Controller，VOBC）及其附屬設備，根據功能的不同，VOBC又可以分為車載ATP和車載ATOa DCS子系統，即車地通信系統，分為地面骨干網和無線通信部分。地面骨干網基于以太網802.3實現，無線通信部分是基于IEEE 802.11協議族，并通過地面的無線接入點（Access Point，AP）和車載移動體（Mobile Station，MS）實現的。

3 CBTC模式列車車地通信原理

基于通信的列車控制（Communication-based Train Control，CBTC）是城市軌道交通應用的主流技術。然而在城市軌道交通的相關領域內，針對衡量CBTC'險能的指標還有沒有明確的定義和解釋。眾所周知，CBTC所提供的服務是將乘客從始發站運送到目的站，此類服務可稱為是運營服務。因此，需要衡量的是CBTC運營服務的質量，此處借用通信系統中的QoS來表示。CBTC QoS需要從服務對象一乘客的角度予以定義和說明。乘客最本質的需求是能安全、快捷、舒適地到達目的地。從這一需求來看，安全性、快捷性和舒適性都足以成為衡量CBTC QoS的相關指標。基于城市軌道交通的特性，CBTC QoS可以通過以下幾個指標來衡量。

3.1運能

運能體現的是一條線路或者一個網絡的列車通過能力。從控制角度看，運能取決于列車的運行速度、列車的運行時間、列車的追蹤間隔以及列車的發車數量。當然，這四點之間有相互的關系。例如：列車的運行時間和列車的運行速度之間是反相關的關系，列車的發車數量從根本上講取決于列車的追蹤間隔，間隔越小，線路可能容納的車輛就越多。由于軌道交通的特殊性，出于安全的考慮，列車的速度受到多方面的制約，如線路限速、前方列車位置等。需要注意的是，不考慮控制的因素，列車的停站時間對于列車在線路上的整體運行時間也有著比較大的影響，也就影響了線路的運能。

因此，能夠直接影響線路運能的因素是列車的追蹤間隔和列車的數量。在行車過程中，運能的大小直接表現為列車運行的時間以及列車運行速度等。實際運行中，列車追蹤間隔是實時變化的，保持列車追蹤間隔的穩定能夠在最大程度上保證線路運能的穩定。列車追蹤間隔是由列車位置、速度及其移動授權的關系確定的，當列車追蹤間隔過小時，列車制動；反之，列車牽引。由此，列車追蹤間隔的變化直接決定了列車的運行時間和運行速度。

3.2運營可靠性

運營可靠性是描述城市軌道交通性能的一個重要指標，主要衡量運營服務是否能夠按照預期完成服務目標，運營可靠性本身是一個復雜的問題，其受很多因素的影響。簡單來說，凡是能夠影響到列車運行速度和運行時間造成晚點等問題的因素都會間接成為影響運營可靠性的因素。因此提高運營可靠性從根本上講就是要減少列車的晚點或提升列車的準點率。

3.3服務彈性

彈性指的是系統在面臨干擾、風險甚至災禍時，能夠適應并持續提供正常服務的一種能力。彈性所體現的是系統的抗壓和恢復能力。在使用彈性來衡量城市軌道交通的運營服務品質時，就需要考慮能夠造成運營服務受限或終止的因素，同時也要綜合考量能夠保證此時城市軌道交通仍然能穩定提供既有服務的手段。從運營層面上講，能夠實現彈性的唯一途徑就是增大”緩沖區”。緩沖區體現在城市軌道交通系統能夠從硬件及軟件上容納更大的客流量，能夠應對通信系統乃至信號設備的故障等等。

結束語

綜上所述，為了滿足當前社會對城市軌道交通越來越高的運能需求，最行之有效的方式就是縮短列車運行間隔，提高列車運行速度和運行效率，這對城市軌道交通的信號系統提出了新的要求。

參考文獻：

[1]朱力，寧濱.基于802.11g的CBTC車地通信子系統建模與分析[J].鐵道學報，2011，33（05）：72-77.

[2]李曉剛.車地通信延時對CBTC系統列車運行控制的影響分析[J].鐵路通信信號工程技術，2011，8（06）：44-46.

（作者單位：成都地鐵運營有限公司）