地鐵信號系統(tǒng)通信控制技術研究

胡文濤

摘要：隨著我們國家社會經(jīng)濟的高速度發(fā)展，這幾年來，在一些比較大型、中型的城市當中，軌道交通已經(jīng)成為了城市之中不能缺少的交通系統(tǒng)，軌道交通的使用也變得越來越寬廣。軌道交通在展開創(chuàng)建的時候通常需要投入大量的成本，加上其運行的模式也是比較繁雜。所以，在平時的正常運行管理控制之中，為了能夠保障軌道交通的正常與持續(xù)運轉，要充分的發(fā)揮先進的通信技術的最大作用，相關的單位及工作人員也應當要高度的重視地鐵信號系統(tǒng)通信的相關控制，保障軌道交通的正常運轉，促進城市的發(fā)展。

關鍵詞：地鐵信號系統(tǒng);通信控制;系統(tǒng)設計

引言：目前，在計算機技術和信息技術的助推之下，加之多種多樣的控制技術也在持續(xù)的改革和更新，地鐵信號系統(tǒng)通信技術（又稱為CBTC）也得到了一定的發(fā)展。在以往的軌道交通控制當中，CBTC這一技術也得到了廣泛的運用，發(fā)展到現(xiàn)在，這一技術也得到了進一步的驗證，證實出了更佳的通信控制成效，實現(xiàn)了從以往的軌道電路到目前的無線信道的關鍵轉變。所以，對于CBTC技術，相關的單位及工作人員應當給予重視，深入的了解這項技術的，并將其合理的利用，增進城市的進一步的發(fā)展。

一、地鐵信號系統(tǒng)通信技術的子系統(tǒng)架構

有線接入網(wǎng)的相關設計。有線接入網(wǎng)主要由路由器和以太網(wǎng)交換機組成，并與CBTC系統(tǒng)的其他設備相連。它的主要功能是完成IP分組數(shù)據(jù)的傳輸，通常是點到點，或者是端到端，能夠給地鐵列車提供連續(xù)的數(shù)據(jù)通信。它具有良好的移動性，在CBTC系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。

無線通訊網(wǎng)的相關設計。為了保證鐵路運輸?shù)恼＿\轉和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，除了有線的網(wǎng)絡之外，是極其不能缺少無線通信系統(tǒng)的。CBTC系統(tǒng)當中有許多無線的設備，其中有AP、車載設備、無線信道設備等，AP主要是車載設備與無線設備之間的穩(wěn)定通信。它與有線接入網(wǎng)的另一端和地面骨干網(wǎng)連接，形成完整的通信鏈路，避免丟包等事故。AP通常采用300米左右的間隔來保證高速列車運行時的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)的實時傳輸和無縫切換可以防止無線單元在使用過程中出現(xiàn)故障，從而導致整個傳輸網(wǎng)絡的崩潰。如下圖所示，AP通常與兩個無線單元一起工作以將風險降至最低。為了減少故障恢復時間，列車上有兩個以上的AP通信客戶端。為了減少無線傳輸?shù)膿p耗，天線應采用信號接收能力強的優(yōu)質材料，一般安裝在車體上方。每輛車應有一個獨立的車載通信IP。

二、地鐵信號系統(tǒng)通信技術的重要技術探析

（一）無線快速的切換技術

為了提高列車運行效率，快速切換技術非常重要。AP切換時間通常為為500ms～2s。假如正常列車以120km/h的速度運行，那么在換乘的過程當中，約65m的行駛區(qū)域將處于沒有辦法斷開系統(tǒng)的控制范圍之內。一旦這樣的狀況出現(xiàn)，就會發(fā)生極其嚴重的交通事故，在這樣的基礎之上，無線快速切換技術也就隨之產(chǎn)生。這一技術能夠保證數(shù)據(jù)在區(qū)間轉換過程中不丟失，有效的保證行車安全。

比如，當隧道長度為300m時，API1和API2可以覆蓋到列車的共同區(qū)間。列車在API1區(qū)域快速運行的時侯，能夠保持著與API1的相關數(shù)據(jù)連接。列車在公共區(qū)域運行時，仍可使用API1進行數(shù)據(jù)交換，與此同時，API還應當要和API2創(chuàng)建數(shù)據(jù)連接。當列車行駛至API2的時侯，能夠直接的和api2連接，并可在不等待API1斷開的情況下進行數(shù)據(jù)的傳輸。這樣能夠把切換的時間可減少到50ms以下，保證列車高速運行時的實時通信。

（二）高依靠性的技術

CBTC的技術使用的是雙網(wǎng)冗余的涉及，通信系統(tǒng)和車載的網(wǎng)絡設備等具備物理的隔離，不一樣的傳輸、通訊的系統(tǒng)是互相單獨運作的，能夠一起監(jiān)督與控制列車，保障行車的時候能夠正常的行駛。

網(wǎng)內冗余拓撲：主干網(wǎng)一般通過光纖與SDH設備連接。假如骨干網(wǎng)在正常的使用過程當中中產(chǎn)生了問題，SDH網(wǎng)絡能夠在最少的時間內啟動傳輸，避免因網(wǎng)絡傳輸問題引發(fā)的事故。站點交換機通常為2G或更高。與此同時，與第三鏈路相連，展開數(shù)據(jù)交換。這一設計當中，把第三個交換機用作是備用機，當一臺交換機在操作中出現(xiàn)錯誤或故障時，第三臺交換機可用作備用機，為避免數(shù)據(jù)中斷，任何時候只能使用一臺備用交換機。通道上的AP將主動連接到主機，主控制器和備控制器可以通過網(wǎng)絡自動的同步相關的訊息，即使中央設備的主控制器和備控制器出現(xiàn)問題，在CBTC系統(tǒng)中，工作人員根據(jù)相關標準測量AP間距，確保AP間距不超過覆蓋區(qū)域半徑，讓前后的AP都能夠覆蓋責任區(qū)。無線和有線通信設備在相同的平臺上運行，通過這個平臺，能夠對全部的設備進行維修、檢查和定位，在最少的時間之內發(fā)現(xiàn)問題并展開維修，從而減少維護成本，保證軌道交通的正常運作。

三、CBTC技術所有的不足之處

雖然目前廣泛使用的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本可以滿足軌道交通控制的需要，但有關研究表明，該系統(tǒng)仍存在一些不足的地方。第一，隨著時代的高速度發(fā)展，未來信號系統(tǒng)和列車的數(shù)據(jù)量和信息量將慢慢增加，所以，在未來的系統(tǒng)開發(fā)當中，大數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯亢涂紤]是不可忽視的。第二，列車在運行過程中，信號在無線傳輸?shù)臅r候會受到一定程度上的物理效應的作用，并且，隨著移動速度的提高，多普勒效應、多徑效應等物理效應也會隨之增加，這必然會降低WLAN設備的實際傳輸速率，所以，一定要保證系統(tǒng)的傳輸速率和整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，目前大部分信號切換時間較長，在傳輸過程中會造成數(shù)據(jù)丟失，而在設備故障的情況下，恢復時間過長，會導致數(shù)據(jù)丟失。這個問題可以從無線AP的布局和無線頻率的選擇兩個方面來解決。CBTC這一技術的安全系數(shù)比較高、技術較為靈活與簡便以及成本不是很高，能夠廣泛的使用到軌道交通當中去，雖然這一技術還存在一些不足的地方，但是以后會更加的完善。

結束語：

總體的來說，在目前城市化發(fā)展進程的大環(huán)境之下，地鐵顯然已經(jīng)變成了城市發(fā)展道路上不能缺少的交通設施之一。而地鐵信號控制系統(tǒng)作為保證地鐵安全行車的比較關鍵的技術，有著極其重要的作用及影響。和以往的控制系統(tǒng)相對比，CBTC技術較為靈活與高效，在成本方面也比較的低廉，雖然這一技術在目前能夠有效的解決某些安全問題，但是依舊存在著一些不足之處。所以，相關的單位及工作者要充分的認識到其重要性及不足之處，對CBTC的關鍵技術展開深入的研究，這樣能夠有利于保證地鐵的正常運轉，保障城市的持續(xù)發(fā)展。

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