淺析軌道交通信號系統無線傳輸的應用

陳星岐

摘要：當前，我國的城市軌道交通建設正處于飛速進步階段，在各個城市當中持續的對線路施工進行優化建設。由于大量的城市軌道交通建設逐漸在規劃后獲得批準，所帶來的是更大型的軌道交通建設施工。而在軌道交通的信號領域中，由于無線電技術的不斷優化，在各大廠商中開始堅持不懈的開研發一種在無線通信基礎上進行的列車自動控制系統。本篇文章就簡要的闡述了無線傳輸功能在軌道交通信號系統中的應用狀態，從列車控制系統的特點入手，介紹了當前重點運用的幾種車地無線傳輸操作方案中的優劣點，以供參考。

關鍵詞：軌道交通;信號系統;無線傳輸;CBTC 網絡

1.軌道交通信號系統特點

1.1軌道交通信號系統的安全性分析

在軌道交通信號系統中，安全性重點包括了車輛與乘客的安全。在列車運行期間，不管是由于設備產生故障，還是由于在電路、軟件中發生狀況，都會擾亂車輛的順利行駛，而因此導致失誤有很大幾率會形成嚴重的安全事故。所以，在設計和使用軌道交通信號系統時，需要把故障當做導向并將安全性能放在第一位。在此期間，應該處理的問題重點涵蓋了軌道數據處理、數據集中和驅動再加上數據輸送等幾個環節的故障安全問題，還能夠通過類似容錯技術、故障檢測技術、診斷技術等優秀的計算機技術，給軌道交通信號系統的安全性進行保障。

1.2軌道交通信號系統的可靠性分析

要全面展示軌道交通信號系統的功能，不僅應該確保其安全性，還應該增強可靠性，由于提高系統的可靠程度時增強其安全性的重要前提，特別是在實際操作過程中，可靠性能夠對軌道交通信號系統的使用效果及作用進行評價。當前在國際上早就規定了對可靠性進行定量分析的指標，并表明列車的超速防護車上裝置的平均無故障時間（MTBF）不得比104小時短，而地面裝置的平均無故障時間不得比105小時短。因為城市軌道交通中的ATP系統在普通的駕駛過程中應用，是唯一可以持續對列車行使進行控制，并長時間維持其安全運行的駕駛模式。而降級駕駛模式主要是指在ATP系統發生故障時，在限速的基礎上通過人工駕駛的方式來減少列車行使期間的風險而采用的駕駛模式。然而，這種模式并無法規避全部風險，因此需要其在正常的駕駛過程中十分平穩可靠，并最好降低降級駕駛模式的使用次數。鑒于此，就在國外的軌道交通工程當中要求ATP系統平時駕駛期間的可靠程度務必高達99.99%。

2. 車與車之間通訊技術

由于基于車-車的新型系統（CBTC）有著系統更為簡潔化、軌旁設備數量和接口數量更少、車載設備更為簡約集成化等不可忽視的優點，它在社會經濟發展水平和科學技術水平進一步發展的情況下，會漸漸取代國內城市軌道交通信號控制系統目前正在使用的基于車-地的通信系統。基于車-車的新型系統（CBTC）能夠在確保車輛運行的安全穩定的情況下，進一步使整體的運行方案更加多元化，靈活性更強?；谝陨厦枋?，基于車-車的新型系統（CBTC）毋庸置疑是未來城市軌道交通信號控制系統的一個前進標桿。

2.1基于車-車的新型系統（CBTC）結構

基于車-車的新型系統（CBTC）相比于目前正在使用的基于車-地的通信系統有一個突出的特點，就是軌旁設備數量更少，整體的設備的復雜程度更低。軌旁以新增的控制器控制信號機、站臺門等設備替代了原來車載系統的區域控制器子系統ZC和計算機聯鎖子系統CI的相關功能。

2.2基于車-車的新型系統工作概述

基于車-車的新型系統（CBTC）的模式中，車輛的車載控制器完成與ATS的互聯互通，相互交換通訊信息，實現對岔道變換和進路通路的控制。與此同時，車輛的車載控制器還通過與前方列車的無線通信，接收到前車的位置信息來迅速調整自己的位置與速度等相關運行變量，以保證列車的安全高效運營和穩定軌旁相關功能。

2.3基于車-車的新型系統的優點

（1）基于車-車的新型系統以新增的控制器控制信號機、站臺門等設備替代了原來車載系統的區域控制器子系統ZC和計算機聯鎖子系統CI，更加減少了設備的占用空間和接口的數量，系統變得更加簡約化，整體的運行維護成本也更低廉。

（2）基于車-車的新型系統的車載設備更為簡約集成化，將軌旁ZC和CI功能和基于車-地的通信系統的控制功能匯合到一起，大大增加了系統功能之間的密度，提升了系統交換數據的簡化水平，降低了信號系統的負擔，加速了系統的信息處理，實現了系統整體性能的優化。

3城市軌道交通信號CBTC系統中的無線通信技術應用

3.1 CBTC系統中重點的車地信息交換

在穩定的閉塞技術當中，對線路進行穩定的劃分，要是有車占據了這個區段，就代表整個區段也被占用。但是移動閉塞在線路上也存在邏輯區段，之前將車的末端或進路的邊界當成被追蹤的目標，這就意味著在穩定閉塞與移動閉塞中存在差異。因此，在穩定的閉塞技術當中務必通過軌道空閑檢查裝置來對列車的位置進行檢查，但是移動閉塞就需要依據車載裝置的自主定位對軌道的占用狀態進行描述。

站在車地信息交換的角度可知，在移動閉塞和穩定閉塞中存在差異，將線路中存在的固定數據都傳輸到車載裝置的數據庫里，在順利進行 CBTC 移動閉塞模式后，車地雙向通信的重點內容涵蓋了：

（1）軌道附近至車載地點的移動授權資料（也叫做 MA，EOA等等）;

（2）車載至軌道附近的地點報告;

（3）運行調整與部分維護資料等。

在車地信息當中還涵蓋了更多別的內容，類似 故障報警、旅客資料、IP 尋址、ATS 調整以及維護事件等等，各種供貨商會按照相應的系統特征制定合適的信息結構。

3.2 CBTC系統的車地通信途徑

在CBTC系統中的車地通信途徑一般劃分成了點式通信技術與連續式通信技術兩類。

點式通信技術主要是指在線路上的部分特定地點設置穩定的應答裝置，應答裝置又劃分成了可移動式與固定式的應答裝置，可變應答裝置又劃分成了主要的信號應答裝置和填充式的應答裝置，主信號應答裝置能夠進行點式的移動授權。在列車經過時，通過車載應答裝置的天線不斷發出27.095Mhz將信號激活，而將其激活之后就能把數據輸送到車載設備處進行處理。

連續式通信技術指的是在 WLAN上進行的無線通信方式，在通過將近十年的技術進步與世界上進行互聯互通測試工程的經驗，即使還沒有實現實際的互聯互通，然而對 CBTC 系統所使用的無線通信系統，在業內早就具備了共同的認知。第一，在技術發展的方向而言，所使用的是商務現貨供應（COTS）的產品;第二，將 ISO 七層模型里的底層都運用一致的WLAN 標準。

3.3 CBTC系統的無線傳播方式

當前供貨商在我國大部分的城市軌道交通CBTC系統中運用的傳播方式重點劃分成了空間自由式傳播與導行式傳播兩類。

空間自由式傳播是如今運用得最普遍的傳播途徑，主要通過電磁波的從發射天線至接收天線的數據傳遞，但不用線纜介質;而空間自由式傳播的優勢就是能夠節約軌道附近的設備，直接設置在軌道交通較為狹窄的隧道區域，理想的空間自由式傳播中無線區域最遠的距離 400-500 m范圍內。

導行傳播將漏纜或者漏泄波導管當成了傳輸介質，由于軌道交通存在的特點覆蓋標準為線性的，因此形成的是沿著行軌的無線覆蓋網，能夠較好的進行軌道交通的輸送。

結束語

在CBTC列車控制系統中可以按照前方的列車與線路狀況，在保證其安全的基礎上緊追前行列車行使，可以合理的減短列車追蹤間距，也可以極大的提升運輸效率，所以在國內外可以進行飛速推廣。當前的無線傳輸系統都存在著一定的優勢與缺點，怎樣利用優點，彌補缺點，較好的應用城市軌道交通非常關鍵。

參考文獻：

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