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        地鐵信號系統(tǒng)通信控制技術(shù)研究

        2021-03-29 11:27:34李曉芳
        黑龍江科學(xué) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備系統(tǒng)

        李曉芳

        (哈爾濱地鐵集團有限公司運營分公司,哈爾濱 150000)

        軌道交通建設(shè)投入成本大,運營方式復(fù)雜,日常管理中需要運用先進的通信技術(shù)。地鐵信號系統(tǒng)通信技術(shù)又稱為CBTC,是一個連續(xù)的列車自動控制系統(tǒng),該技術(shù)系統(tǒng)具有獨立性,依靠感應(yīng)環(huán)線、里程計、測速雷達等各種傳感器獲得列車相對位置信息和速度信息,將CBTC技術(shù)應(yīng)用于軌道交通,可有效監(jiān)控所有列車。CBTC系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 CBTC系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)分布

        CBTC技術(shù)的優(yōu)點是系統(tǒng)更加簡潔??刂浦行脑O(shè)備是CBTC系統(tǒng)的核心,從功能上看,該系統(tǒng)許多功能已形成了閉環(huán),無須進行重復(fù)分析。該系統(tǒng)十分靈活,無須額外增加設(shè)備,可支持雙向運行,實現(xiàn)多條交叉路線的統(tǒng)一管控,可對復(fù)雜的運行情況進行同步處理,實現(xiàn)列車的節(jié)能運行。

        1 CBTC技術(shù)通信子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

        1.1 地面骨干網(wǎng)設(shè)計

        地面骨干網(wǎng)由很多個以太網(wǎng)構(gòu)成,主要功能是給各個不同的子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸通道,確保數(shù)據(jù)傳輸安全。骨干網(wǎng)采用并行通信方式,當(dāng)數(shù)據(jù)在傳輸過程中遇到兩個傳輸通道時,也不會相互干擾,從而降低了風(fēng)險。當(dāng)使用SDH進行組網(wǎng)時,DCS系統(tǒng)都會設(shè)置節(jié)點連接。為保證骨干網(wǎng)安全,一般采用環(huán)狀結(jié)構(gòu),使用二纖雙向復(fù)用段設(shè)計,從而減少節(jié)點故障發(fā)生,確保骨干網(wǎng)和其他設(shè)備之間的高效通信。

        1.2 有線接入網(wǎng)設(shè)計

        有線接入網(wǎng)主要由路由器和以太網(wǎng)交換機構(gòu)成,同時和CBTC系統(tǒng)的其他設(shè)備連接,主要功能是完成IP數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)傳輸,一般是點到點或端到端的方式??梢詾榱熊囘B續(xù)不斷地提供數(shù)據(jù)通信,移動性較好,在CBTC系統(tǒng)中發(fā)揮了很大的作用。

        1.3 無線通信網(wǎng)設(shè)計

        為確保軌道交通的正常運行,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩€(wěn)定,除了有線網(wǎng)絡(luò)外,無線通信系統(tǒng)也是必不可少的。CBTC系統(tǒng)中的無線設(shè)備有很多,包括AP、無線通道設(shè)備、車載設(shè)備等。AP負責(zé)確保車載設(shè)備和無線通道設(shè)備之間的通信穩(wěn)定,同時和有線接入網(wǎng)的另一端相連,有線網(wǎng)則和地面骨干網(wǎng)相通,形成一條完整的通信鏈路。為防止發(fā)生意外,如數(shù)據(jù)丟包等,AP一般采用的間隔為300 M左右,確保列車高速運行中數(shù)據(jù)的實時傳輸和系統(tǒng)的無縫切換。

        由圖2可知,為了避免無線單元在使用時出現(xiàn)故障,造成整體傳輸網(wǎng)崩潰,一般情況下,AP都是由兩條無線單元協(xié)同工作,將風(fēng)險降到最低。為減少故障的恢復(fù)時間,列車上都有兩個以上的AP通信客戶端。為減少無線傳輸中的損耗,天線應(yīng)采用質(zhì)量高、信號接收強的材料,一般安裝在車體上方,且每輛車都有獨立的車載通信IP。

        圖2 無線通信網(wǎng)設(shè)計

        2 CBTC關(guān)鍵技術(shù)

        2.1 無線快速切換技術(shù)

        為了讓列車更加高效地行駛,快速切換技術(shù)不可或缺。AP在越區(qū)切換時,所要花費的時間一般是500 ms~2 s。如果普通列車按照120 km/h的時速行駛,那么AP在越區(qū)切換時,會有65 m左右的行駛區(qū)間處于無斷開系統(tǒng)的控制范圍內(nèi),一旦出現(xiàn)這種情況,將會造成十分嚴(yán)重的交通安全事故,所以無線快速切換技術(shù)應(yīng)運而生,該技術(shù)可以在區(qū)域切換時確保數(shù)據(jù)不丟失,保證列車安全運行。

        如一段隧道長度為300 m,API1和API2可以覆蓋列車的公共區(qū)域。當(dāng)列車高速運行到API1區(qū)域時,可以和API1保持相關(guān)的數(shù)據(jù)連接,當(dāng)運行到公共區(qū)域時,列車依然可以使用API1進行數(shù)據(jù)交互,同時API還要建立與API2數(shù)據(jù)的連接。當(dāng)列車運行到API2時,能直接與其連接,并進行數(shù)據(jù)傳輸,不用等待API1斷開。這樣可以將切換時間縮短到50 ms之內(nèi),確保列車高速運行時的實時通信。

        2.2 高可靠性技術(shù)

        CBTC技術(shù)采用雙網(wǎng)冗余設(shè)計,通信系統(tǒng)與車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等又有物理隔離,不同的傳輸系統(tǒng)、通電系統(tǒng)相互獨立運行,可共同監(jiān)控列車,保證列車的正常行駛。

        網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部冗余拓撲:通常情況下,骨干網(wǎng)由光纖將SDH設(shè)備連接。如果骨干網(wǎng)在實際使用中出現(xiàn)問題,SDH網(wǎng)絡(luò)可以用最短的時間開啟切換,避免因網(wǎng)絡(luò)傳輸問題造成事故。車站處的交換機一般是兩條千兆以上的鏈路,同時與第三條鏈路連接,進行數(shù)據(jù)交換。該設(shè)計將第三個交換機作為備用機,一旦使用中的交換機出現(xiàn)誤差或故障,備用的單臺交換機就可以隨時投入使用,避免數(shù)據(jù)中斷。軌道上的AP會主動連接主備控制器,主備控制器能夠通過網(wǎng)絡(luò)自行同步信息,即使中心設(shè)備主備控制器發(fā)生問題,網(wǎng)絡(luò)間的通信還能夠正常進行,不會導(dǎo)致全網(wǎng)列車癱瘓。CBTC系統(tǒng)中,工作人員根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來測量AP間距,以保證AP間距不會超出可覆蓋區(qū)域的半徑,使前后AP都可以將負責(zé)的區(qū)域覆蓋上。有線通信設(shè)備和無線通信設(shè)備都在統(tǒng)一的平臺上進行操控,使用該平臺,可以對所有設(shè)備進行檢修、排查、定位,在最短的時間內(nèi)找到問題并進行修復(fù),降低維修成本,確保軌道交通正常運行。

        CBTC技術(shù)靈活方便、安全高效、成本低廉,可廣泛應(yīng)用于軌道交通,雖然還存在一定的不足,但今后將會越來越完善。

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