基于無線通信的列車自動控制系統施工技術研究

尚俊

（中鐵電氣化局集團有限公司，北京100000）

1 引言

基于無線通信的列車自動控制系統，簡稱CBTC，是一種非常先進的列車控制系統，具有安全準時、超快速度以及運能大的優勢，因此，針對該系統展開技術研究有重要意義。該系統憑借先進的列車定位技術以及無線通信技術改變了傳統的信息傳輸方式，從單向傳輸變為雙向傳輸，并且具有連續性和大容量的特點。CBTC 是當代社會軌道交通主流的發展方向，具有非常良好的發展前景。該技術的產生，讓我國城市化進程明顯加快，交通擁堵問題得到有效緩解，人們出行得到了非常大的便利。

2 無線通信列車自動控制系統的工作原理

目前，我國大部分現行CBTC 系統都能在后備模式以及CBTC 模式下運行。基于CBTC 模式，軌道旁接入點上電啟動后，會和無線接入控制器進行數據信息交換，交換的信息會作為維護軌旁接入點正常運作的關鍵內容，如果發現一些非法侵入的無線接入控制器（AC）和軌旁接入點（AP），系統將自動對其進行區分識別并停止服務。在實際工作中，軌旁接入點會間隔性地利用天線向外界發送信息，某個車載移動終端接收到信息并且該信號強度高于移動終端的接入閾值時，移動終端會傳輸一些與AP 相關聯的信息，另外，AP 也會發送認證信息。通過煩瑣的關聯接入后，AP 和MR 得以建立通信。基于無線通信的CBTC 系統，車載控制單元利用數據庫中的數據判斷列車的位置，再利用速度傳感器測算列車的走行距離以及土建限度等[1]。另外，軌旁區域控制器（簡稱ZC）能夠接收列車自動監視系統（ATS）的進路請求，結合列車目前的位置為后續追蹤列車計算移動授權命令。ZC 接收到指令后，會向軌旁連鎖系統發送命令，改變信號機狀態，變為允許信號。

3 基于無線通信的列車自動控制系統的優勢

3.1 安全性

基于無線通信的CBTC 系統繼承了以往的信號傳輸系統設計理念，始終堅持安全可靠的設計原則。通過在網絡入口安置安全網關的方式為整體網絡安全性提供保障。通過發送認證信息的方式將非法信息隔絕在外，強化系統安全性，并利用動態加密的方式，確保密鑰信息不被泄露。調頻技術讓車場以及其他線路存在交叉的地方都存在多個頻率，使頻率之間相互干擾的風險大大降低。通過實踐測試，應用IEEE 無線數據通信控制系統可以避免WiFi 或者藍牙等設備的干擾。

3.2 兼容性

在軌道交通信號范圍內，采取開放式的信號標準能夠縮減通信成本，并且有利于兼容性的實現，該方式已經成為當前社會技術發展的主流方向。在世界網絡技術方面，IEEE 標準應用最為廣泛，為此，ISM 組織開放3 個自有應用的頻段，而IEEE 則應用2.0G 以上頻段，在此標準下，也為數據包在連續傳輸過程中的組合和無縫拆封提供技術支撐。現階段所應用的信號開放標準和國際廣泛應用的IEEE 標準完全兼容。IEEE 媒體介入控制層為無線移動功能提供支撐，可以實現移動無線信號的連接與在連接。經過實踐可以發現，改變物理層來對5.8G 頻段進行應用是完全可行的。目前為止，全世界幾個主流信號來源地的CBTC 系統都是采用IEEE802.11 的自由頻段，但對2.4G 沒有限制[2]。所以，從理論意義上來講，在確保IEEE802.11 的同時可以應用其他任何有用的頻段。

3.3 靈活性

CBTC 系統的應用使列車定位不再依靠計軸區段和軌道電路，大大縮減了列車的運作間隔，減輕了設備的運行壓力，并且數量也得以減少，讓列車具有更為精確的定位。基于此，能夠支撐不同模式下的列車同時運行，這些列車以移動閉塞或者固定閉塞的方式運行。在安裝和部署無線設備方面，非常簡單明了，每臺車上都安置移動無線設備，建立車和地的通信。除一部分特殊設備需要定制外，其他設備都可以在市場中進行購買。數據傳輸于系統具有容量大的特點，在應用過程中，不僅可以滿足現階段列車控制系統的信息傳輸需求，還能為企業IP 或者媒體IP 通信提供其他的數據容量。

4 基于無線通信的列車控制系統核心內容

4.1 CBTC系統的原理和功能實現

基于無線通信的列車控制系統不再使用傳統的閉塞分區作為列車定位的最小單元，而是引入新的技術，應用一種新型的移動閉塞技術。該技術不需要依靠軌道電路向列車車載設備以及控制系統傳輸指令信息，結合無線通信技術直接建立車地通信，另外，在列車行駛過程中，其位置信息會實時傳輸到控制中心。

CBTC 系統就是利用列車自動監控、自動運行、自動防護、數據傳輸以及聯鎖等多項子系統來實現對列車的實時控制。

CI 子系統，也叫作聯鎖子系統，主要功能是為列車的通信設備提供安全保障，從而實現列車在行使過程中軌道以及信號機等區段的準確聯鎖。

ATO 系統，也叫作的最高層次環節，能夠有效提高列車整體的運行效率和運輸安全性，進而提升列車的經濟效益。

ATS 系統，也叫作列車自動監控系統。該系統是ATC 系統的上層管理部分，主要功能是監管列車間的正常運行，也是確保鐵路服務質量、運輸效率的關鍵設施。

4.2 車地無線通信

首先，車地無線通信方案。作為CBTC 系統的關鍵技術，車地通信承載著列車安全的重要信息。結合該技術的應用情況，對基于CBTC 系統的車地通信提出幾方面要求。可以采取WLAN 技術的車地通信方式，利用ATC 系統，建立車地通信局域網，開放公共信號頻段用來雙向傳輸列車運行信息。該方式具有設備體積小、建設成本低以及靜止場景數據帶帶寬等多個優勢特點，但是同樣也存在覆蓋困難以及安全性較低的缺陷。其次，采取TD-LTE 技術，該技術應用國際通用標準，數據下載速度可到100Mbit/s。TD-LTE 技術應用了多種先進技術，提高了數據傳輸速率，并且抗干擾性強，為無線通信業務的安全運轉提供了有力保障。同時上述分析可以看出，應用TDLTE 技術非常符合信號系統車地通信功能的具體標準，隨著時間的推移，該技術也在不斷完善優化，逐漸成為城市軌道交通建設的重要技術手段。

5 結語

總而言之，CBTC 系統是一套非常高效健全的列車控制系統，對提高列車的綜合效益有非常重要的作用。相比傳統的信號系統，CBTC 系統有建設成本低、維護管理工作量小以及數據傳輸效率高等優勢特點，并且該技術也在不斷地改進和發展，相信隨著社會的發展以及城市化建設進程的加快，基于無線通信的列車控制系統將有無比廣闊的發展空間。