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        天津地鐵2號線信號車地通信系統(tǒng)概述

        2014-03-15 11:00:14天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司
        電子世界 2014年7期
        關(guān)鍵詞:漏纜車地信號系統(tǒng)

        天津市地下鐵道運(yùn)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(biāo)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(yùn)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(yùn)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(jì)是基于全自動無人駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)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(diǎn)),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(bào)警信息至OCC。

        (2)TWC網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜:包括TWC系統(tǒng)的主網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),該交換機(jī)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(diǎn),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(jī),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(diǎn)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(jī)發(fā)送至軌旁無線接入點(diǎn),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(jì)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(qiáng)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(shí)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(dú)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(fù)著提高地鐵運(yùn)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(diǎn)且應(yīng)用性也得到了廣泛的認(rèn)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?,高可靠性、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.

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