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(yùn)量占城市公共交通客流總量超過30%，在公共交通客運(yùn)體系中的骨干作用日益顯現(xiàn)。隨著城市人口數(shù)量的激增，公眾的交通需求也迅猛發(fā)展以及軌道交通建設(shè)周期較長，建設(shè)速度趕不上交通需求的增長速度，使得運(yùn)能運(yùn)量矛盾比較突出。因此城市軌道交通在未來的發(fā)展?jié)摿σ约懊媾R的挑戰(zhàn)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(tǒng)通過車地通信實(shí)現(xiàn)列車和地面大容量、連續(xù)及雙向的信息交互，從而保障了列車高效、可靠地運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】CBTC模式；列車；通信

1引言

作為緩解城市交通壓力，實(shí)現(xiàn)綠色、低碳交通的重要措施，城市軌道交通受到極大的關(guān)注，也逐漸成為現(xiàn)代化都市的重要基礎(chǔ)設(shè)施。相比于其他交通方式，城市軌道交通運(yùn)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(fā)展和改革委員會在《“十二五”綜合交通運(yùn)輸體系規(guī)劃》的軌道交通發(fā)展目標(biāo)指出：“市區(qū)人口超過1000萬的城市，逐步完善軌道交通網(wǎng)絡(luò)。市區(qū)人口超過300萬的城市，初步形成軌道交通網(wǎng)絡(luò)主骨架。市區(qū)人口超過100萬的城市，結(jié)合自身條件建設(shè)大容量地面公共交通系統(tǒng)?！币员本⑸虾：蛷V州為例，三地借助奧運(yùn)會、世博會、亞運(yùn)會契機(jī)大力發(fā)展軌道交通，已率先實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營，三地軌道交通已經(jīng)發(fā)展到了一個新的高度。中國的城市軌道交通總里程已達(dá)2100公里，根據(jù)中長期交通建設(shè)規(guī)劃，到2020年，我國建成地鐵總里程將達(dá)6100公里。

2基于WLAN的CBTC系統(tǒng)

CBTC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要分為中央控制系統(tǒng)，地面控制子系統(tǒng)、車載控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（Digital Communication System，DCS）。中央控制系統(tǒng)指的是控制中心列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS，ATS作為安全系統(tǒng)，提供了可視化的人機(jī)接口界面，監(jiān)督和控制列車的運(yùn)營。地面控制子系統(tǒng)主要包括地面區(qū)域控制器（Zone Controller，ZC）、計算機(jī)聯(lián)鎖（Computer Interlocking，CI），數(shù)據(jù)存儲單元（Data Storage Unit，DSU）和車站ATS。車載控制子系統(tǒng)主要是車載控制器（Vehicle On-Board Controller，VOBC）及其附屬設(shè)備，根據(jù)功能的不同，VOBC又可以分為車載ATP和車載ATOa DCS子系統(tǒng)，即車地通信系統(tǒng)，分為地面骨干網(wǎng)和無線通信部分。地面骨干網(wǎng)基于以太網(wǎng)802.3實(shí)現(xiàn)，無線通信部分是基于IEEE 802.11協(xié)議族，并通過地面的無線接入點(diǎn)（Access Point，AP）和車載移動體（Mobile Station，MS）實(shí)現(xiàn)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(yīng)用的主流技術(shù)。然而在城市軌道交通的相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)，針對衡量CBTC'險能的指標(biāo)還有沒有明確的定義和解釋。眾所周知，CBTC所提供的服務(wù)是將乘客從始發(fā)站運(yùn)送到目的站，此類服務(wù)可稱為是運(yùn)營服務(wù)。因此，需要衡量的是CBTC運(yùn)營服務(wù)的質(zhì)量，此處借用通信系統(tǒng)中的QoS來表示。CBTC QoS需要從服務(wù)對象一乘客的角度予以定義和說明。乘客最本質(zhì)的需求是能安全、快捷、舒適地到達(dá)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(guān)指標(biāo)?；诔鞘熊壍澜煌ǖ奶匦?，CBTC QoS可以通過以下幾個指標(biāo)來衡量。

3.1運(yùn)能

運(yùn)能體現(xiàn)的是一條線路或者一個網(wǎng)絡(luò)的列車通過能力。從控制角度看，運(yùn)能取決于列車的運(yùn)行速度、列車的運(yùn)行時間、列車的追蹤間隔以及列車的發(fā)車數(shù)量。當(dāng)然，這四點(diǎn)之間有相互的關(guān)系。例如：列車的運(yùn)行時間和列車的運(yùn)行速度之間是反相關(guān)的關(guān)系，列車的發(fā)車數(shù)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(yùn)行時間也有著比較大的影響，也就影響了線路的運(yùn)能。

因此，能夠直接影響線路運(yùn)能的因素是列車的追蹤間隔和列車的數(shù)量。在行車過程中，運(yùn)能的大小直接表現(xiàn)為列車運(yùn)行的時間以及列車運(yùn)行速度等。實(shí)際運(yùn)行中，列車追蹤間隔是實(shí)時變化的，保持列車追蹤間隔的穩(wěn)定能夠在最大程度上保證線路運(yùn)能的穩(wěn)定。列車追蹤間隔是由列車位置、速度及其移動授權(quán)的關(guān)系確定的，當(dāng)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(yùn)行時間和運(yùn)行速度。

3.2運(yùn)營可靠性

運(yùn)營可靠性是描述城市軌道交通性能的一個重要指標(biāo)，主要衡量運(yùn)營服務(wù)是否能夠按照預(yù)期完成服務(wù)目標(biāo)，運(yùn)營可靠性本身是一個復(fù)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(yùn)行速度和運(yùn)行時間造成晚點(diǎn)等問題的因素都會間接成為影響運(yùn)營可靠性的因素。因此提高運(yùn)營可靠性從根本上講就是要減少列車的晚點(diǎn)或提升列車的準(zhǔn)點(diǎn)率。

3.3服務(wù)彈性

彈性指的是系統(tǒng)在面臨干擾、風(fēng)險甚至災(zāi)禍時，能夠適應(yīng)并持續(xù)提供正常服務(wù)的一種能力。彈性所體現(xiàn)的是系統(tǒng)的抗壓和恢復(fù)能力。在使用彈性來衡量城市軌道交通的運(yùn)營服務(wù)品質(zhì)時，就需要考慮能夠造成運(yùn)營服務(wù)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(wěn)定提供既有服務(wù)的手段。從運(yùn)營層面上講，能夠?qū)崿F(xiàn)彈性的唯一途徑就是增大”緩沖區(qū)”。緩沖區(qū)體現(xiàn)在城市軌道交通系統(tǒng)能夠從硬件及軟件上容納更大的客流量，能夠應(yīng)對通信系統(tǒng)乃至信號設(shè)備的故障等等。

結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)：

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

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

（作者單位：成都地鐵運(yùn)營有限公司）