【摘要】隨著城市軌道交通的發(fā)展，基于無線通信的列車控制（Communications Based Train Control，簡稱CBTC）在軌道交通行業(yè)廣泛應(yīng)用。結(jié)合南京地鐵二號線的具體應(yīng)用，深入分析了CBTC的主要特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通基于通信的列車控制車地通信

一、軌道交通中無線通信技術(shù)應(yīng)用

無線通信系統(tǒng)在軌道交通有著多項(xiàng)重要的應(yīng)用。為列車調(diào)度、防災(zāi)消防調(diào)度、維修調(diào)度警用等子系統(tǒng)用戶提供無線集群通信手段；運(yùn)營商提供的商用無線通信；基于無線通信的乘客信息系統(tǒng)，以車站和車載顯示終端為媒介向乘客提供信息服務(wù)的系統(tǒng)；基于無線通信的列車控制系統(tǒng)CBTC，結(jié)合無線電通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，用無線通信來實(shí)現(xiàn)列車和地面設(shè)備的雙向通信，用以代替軌道電路來實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制。

二、基于無線通信的列控系統(tǒng)發(fā)展迅速

CBTC系統(tǒng)是新型的城市軌道交通ATC系統(tǒng)，它通過列車與地面間連續(xù)的雙向通信，實(shí)時(shí)提供列車的位置以及速度信息，更新列車的移動授權(quán)，最大程度的減小了列車的運(yùn)行間隔，突破了固定閉塞的局限，實(shí)現(xiàn)了移動閉塞，在技術(shù)以及成本上都較傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢，CBTC系統(tǒng)是當(dāng)今世界上最有發(fā)展?jié)摿Φ牧熊囘\(yùn)行控制系統(tǒng)。

近年來城市軌道交通信號系統(tǒng)的建設(shè)和改造都首選CBTC系統(tǒng)，廣州地鐵3、4、5、6號線，北京地鐵4、10號線和首都機(jī)場線、亦莊線、房山線、昌平線，上海地鐵6、7、8、9、10、11、12號線，南京地鐵2號線，蘇州地鐵1號線等。

三、CBTC系統(tǒng)概述

CBTC系統(tǒng)是一種采用先進(jìn)的通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)、連續(xù)控制、監(jiān)測列車運(yùn)行的列車控制系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)移動閉塞制式的主要技術(shù)。它的關(guān)鍵特點(diǎn)是車載設(shè)備與軌旁設(shè)備間的實(shí)時(shí)雙向通信?；跓o線通信的CBTC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的基于軌道電路的信號系統(tǒng)相比，減少了硬件設(shè)備量，降低了設(shè)備安裝和維護(hù)成本，而且系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和維護(hù)也很簡單，這就實(shí)現(xiàn)了更低的全壽命周期成本。

通用的CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

從圖中可以看出：整個(gè)CBTC系統(tǒng)包含軌旁子系統(tǒng)（軌旁設(shè)備以及聯(lián)鎖系統(tǒng)）、CBTC車載子系統(tǒng)、ATS子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。

四、車地之間的無線通信是CBTC的關(guān)鍵技術(shù)

CBTC系統(tǒng)通過建立車地之間連續(xù)雙向、高速的通信，使指令以及狀態(tài)實(shí)時(shí)交換；同時(shí)根據(jù)線路的條件，對列車進(jìn)行限速或者與地面設(shè)備發(fā)生聯(lián)鎖關(guān)系。由于對列車的指令以及列車狀態(tài)、位置都需要通過車地通信來實(shí)現(xiàn)，所以通信的好壞直接影響行車安全，這就要求有可靠和安全的通信技術(shù)與設(shè)備。各類型CBTC系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能日趨一致或接近的情況下，車地雙向連續(xù)通信方式是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

車地通信就雙向信息傳輸方式而言，分為基于感應(yīng)電纜環(huán)線和基于無線通信方式。無線通信是最廣泛應(yīng)用的一種方式，它按照數(shù)據(jù)傳輸媒介的方式可分為：無線電臺、裂縫波導(dǎo)管、漏纜等。無線電臺的體積較小，安裝和維護(hù)容易。為了通信的質(zhì)量。為了保證在一個(gè)無線接入點(diǎn)（AP）故障時(shí)通信不中斷，往往需要在同一個(gè)地點(diǎn)設(shè)置雙網(wǎng)覆蓋，進(jìn)一步縮短了AP布置間距。利用裂縫波導(dǎo)管進(jìn)行無線傳輸?shù)男盘栂到y(tǒng)有法國的ALSTOM公司，已經(jīng)在新加坡東北線以及北京機(jī)場線中應(yīng)用。波導(dǎo)管是能傳輸電磁波的金屬管，簡稱波導(dǎo)。它采用的是一種長方形鋁合金材料，在其表面每隔一段距離（約6cm）刻有一條2mm寬3cm長的裂縫，能夠讓無線電波從縫中漏泄出來。波導(dǎo)管的物理特性和衰減性能很好，傳輸距離遠(yuǎn)（最大可以1600米），且抗干擾能力強(qiáng)。它減少了列車在各個(gè)AP間的漫游和切換，大大提高了無線傳輸?shù)倪B續(xù)性和可靠性。在實(shí)際工程中，可采用混合組網(wǎng)的方式，在岔區(qū)以及安裝難度較大的地方采用無線電臺或漏纜等方式，該方式已在北京2號線、機(jī)場線等取得良好的使用效果，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

五、南京地鐵2號線的具體應(yīng)用

南京地鐵二號線采用了西門子的CBTC系統(tǒng)。該信號系統(tǒng)由三個(gè)主要子系統(tǒng)組成：列車自動監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)Sicas（西門子計(jì)算機(jī)輔助信號系統(tǒng)，Siemens Computer Aided Signalling）、Trainguard MT ATP/ATO系統(tǒng)。各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)地面控制與車上控制相結(jié)合、中央控制與現(xiàn)地控制相結(jié)合的一體化自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的列控系統(tǒng)相比，減少了安裝維護(hù)工作量和備品備件的需求量。

為了保證連續(xù)可靠運(yùn)行，SICAS聯(lián)鎖、Trainguard MT、MOCS和通信等子系統(tǒng)都是冗余的。與運(yùn)行安全有關(guān)的計(jì)算機(jī)都采用符合故障-安全原理的“三取二”或“二取二”配置。ATS子系統(tǒng)由西門子提供的VICOS OC501中央設(shè)備及中電十四所提供的MOCS—LATS本地設(shè)備組成（Metro Operation Control System）。ATS和車站設(shè)備之間通過冗余的以太局域網(wǎng)通信。該系統(tǒng)基于西門子故障-安全的SIMIS原理，其現(xiàn)代化設(shè)計(jì)和安全數(shù)字總線通信的使用極大降低了聯(lián)鎖系統(tǒng)數(shù)量。該產(chǎn)品在連續(xù)式通信或者點(diǎn)式通信條件下，由Trainguard MT的列車自動防護(hù)和列車自動駕駛功能保證列車的安全監(jiān)督和連續(xù)運(yùn)行，列車安全功能主要基于移動閉塞原理。

無線系統(tǒng)是采用了Airlink TC，采用廣泛應(yīng)用的IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)，以冗余方式占用兩個(gè)沒有重疊的頻段（2.4GHz ISM頻段中1、11信道），通過2.4GHz WLAN技術(shù)，在分布式軌旁設(shè)備、中心設(shè)備和車載設(shè)備之間進(jìn)行通信，供Traingard MT系統(tǒng)使用。對Trainguard數(shù)據(jù)來講，所有環(huán)網(wǎng)是冗余的，每個(gè)環(huán)網(wǎng)同軌旁一系列接入點(diǎn)（AP）接口。環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同簡單星型結(jié)構(gòu)相比具有易于管理和節(jié)約光纖的特點(diǎn)，同時(shí)提供高可用度。接入點(diǎn)分布在軌旁，提供到車的無線鏈路。如果在某些區(qū)域隧道中有多股軌道，或在高架開放空間環(huán)境下，一個(gè)AP可覆蓋雙軌。AP使用定向天線，實(shí)際為TC提供的AP場強(qiáng)覆蓋軌道的范圍大約是兩個(gè)AP之間距離的兩倍，這樣就提供了冗余“雙覆蓋”無線區(qū)域。這樣設(shè)計(jì)的好處是如果軌旁間隔的AP出現(xiàn)故障并不會影響列車運(yùn)行。

六、結(jié)束語

隨著我國城市軌道交通進(jìn)入快速發(fā)展期，國內(nèi)廠家也積極研制開發(fā)CBTC系統(tǒng)，如北京交通大學(xué)研制成功并用于北京的亦莊線，另外通號公司、卡斯柯公司、鐵道部科學(xué)研究院等單位都在開發(fā)國產(chǎn)的、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的CBTC系統(tǒng)。因而基于無線通信的CBTC系統(tǒng)必然是今后城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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