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移動閉塞列車控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計是基于全自動無人駕駛系統(tǒng)設(shè)計的。

2.系統(tǒng)構(gòu)成

CITYFLO 650自動列車控制系統(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率下在軌旁與列車之間進行雙向傳輸。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)，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)送報警信息至OCC。

(2)TWC網(wǎng)絡(luò)機柜：包括TWC系統(tǒng)的主網(wǎng)絡(luò)交換機，該交換機用于發(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，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，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，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)交換機發(fā)送至軌旁無線接入點，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，自動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)負著提高地鐵運營效率、保障行車安全的重要使命，為此，各個地鐵信號系統(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)具有其自身的特點且應(yīng)用性也得到了廣泛的認可，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、干擾主動避讓以及軟件更新等手段上?？傊呖煽啃?、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.