无线通信的列车控制系统探讨

杨宏宇

摘要：基于无线通信的列车控制系统，不依赖于轨道电路的高精度的列车定位、双向连续、大容量的车-地数据通信以及车载、地面的安全功能处理器，实现连续自动列车控制的一种系统。该系统中的通信必须是连续的，这样才能实现列车自动控制。该系统缩短了控制区间单位长度，从而缩短了列车的安全制动距离，可以大幅度地提高线路的运力，降低运营成本，是未来轨道交通信号控制系统发展的方向。

关键词：无线通信；列车控制；优势

1基于无线通信的列车控制系统原理及优势

基于无线通信的列车控制系统CBTC工作原理如图1所示。调度控制中心DCC控制多个车站控制中心SCC，实现相邻SCC之间的控制交接。SCC通过管辖范围内的多个基站BS与覆盖范围内的车载设备OBE实时双向联系。列车在区段内运行时，通过GPS、查询应答器或里程计装置实现列车位置和速度的测定，OBE利用无线通过基站BS将列车位置、速度信息发送给SCC。SCC通过BS周期地将目标位置、速度及线路参数等信息发送给后行列车。OBE收到信息后，根据前车、本车运行状态、线路参数等，采用车上计算、地面SCC计算或同时计算，并根据信号故障-安全原则，比较、选择的方式，预期列车在一个信息周期末的状态能否满足列车追踪间隔的要求，从而确定合理的驾驶策略，实现列车高速、平稳地以最优间隔追踪运行。借助先进的列车定位技术、安全处理器技术和无线通信技术，使CBTC与传统基于轨道电路的列车控制系统相比，具有如下优点：（1）提供可靠的检查与平衡手段，通过车-地间双向信息传输，实现列车闭环控制，系统可靠性高。（2）各级调度都可以随时了解区段内任意运行列车的位置、速度、机车工况等各种参数，并且可以规范、协调地直接指挥行车。（3）区段内所有运行列车的各种参数自动地发送给各种管理系统，从而避免对参数的漏键、错键、迟键等人为错误，实现铁路信息化。（4）减少沿线设备。设备主要集中于车站和机车上，减轻设备维护和管理的强度。受环境影响小，且遭受破坏后，易恢复运行。

2无线通信的列车控制系统关键技术

2.1车地通信技术

CBTC系统的通信子系统主要有两种形式：一种是系统初期基于感应环线电缆的感应环线通信系统；另一种是新近发展比较快的无线通信系统。感应环线通信系统的原理，沿线路铺设铜质芯线、外皮绝缘的无屏蔽电缆，即感应环线电缆。环线电缆发送端连接通信发送设备，使环线电缆中保持一定强度的恒定电流。在列车上，安装有接收天线和发送天线，接收天线通过电磁感应，接收地面感应环线发送的信息。反过来，当车载发送天线发送信息时，地面感应环线又变成为接收天线，接收车载设备发送的信息，从而实现车地双向通信。车地通信采用主从应答方式，地面车辆控制中心VCC为通信主站，各个车载控制器VOBC为从站。VCC按顺序轮流向VOBC发送命令，并要求相应的VOBC应答。VCC和VOBC通常的轮循周期为0.5秒，保证最长3秒钟内，列车和地面能够交换信息一次。VCC通常连接多根感应环线，列车可以运行在不同感应环线上，所以，VCC还要负责确定列车在哪根环线上，然后将对应的命令发送到相应的感应环线上。无线通信技术正在带领CBTC系统进入新的发展阶段。特别是基于IEEE802.11标准的无线局域网技术不断发展成熟，CBTC系统可以直接采用由第三方厂商提供的基于开放标准的无线通信平台，提高了系统集成度，并且减少了轨旁设备。无线局域网不仅提供物理层和数据链路层服务，，还提供网络层和运输层服务（即TCP/IP协议）。使车地通信更加透明，只要知道车载CBTC设备的IP地址，地面CBTC设备就可以直接向通信子系统发送信息，由通信子系统负责将该信息路由传递至车辆，进一步简化了地面CBTC设备的软、硬件结构。

2.2列车定位技术

在CBTC系统中，列车在线路上的位置是由列车本身确定的，然后通过车地通信系统，将该信息实时地报告给地面CBTC设备。在使用感应环线的CBTC系统中，列车的初始定位点由两根感应环线的边界确定。当列车经过感应环线边界时，前后接收到的通信报文中含有不同的感应环线标识号，可以确定列车所经过的环线边界。每个环线边界在线路上的坐标位置是确定不变的，所以列车经过了某个环线边界后，就确定了其初始位置。对于采用无线通信的CBTC系统，则必须在线路固定位置安装可编码的应答器。列车经过应答器时，通过接收到应答器发送的信息，确定列车初始定位点。列车初始定位点确定后，通常由安装在车轮上的转速计测量列车的走行距离和方向，再结合初始定位点，跟踪确定列车在线路上的位置。车轮转速计在测量列车走行距离时存在测量误差，而且误差随着列车走行距离的增加而不断积累，所以在列车定位系统中，需要消除这个误差。在采用感应环线通信的CBTC系统中，感应环线每隔固定距离（通常是25米）交叉一次，当列车经过感应环线交叉点时，接收天线收到相位相反的信号，从而确定列车正处在交叉点位置上。由于相邻交叉点间的距离是一定的，所以列车每经过一个感应环线交叉点，就可以对转速计测量的列车走行距离值修正一次，避免误差累积。

3结语

综上所述，无线通信的列车控制系统靠沿轨道铺设的简单线路与移动列车间的通信来实现控制，这样就缩短了控制区间单位长度，从而缩短了列车间的安全制动距离。因此，就可以精简列车编组，提高发车频率，提升轨道交通系统的运客能力。通过使用基于無线通信的列车控制系统，可以大幅度地提高线路的运力，由此可以降低运营成本，促进了铁路运输向着信息化、智能化的方向迈进。

参考文献：

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[2]城市轨道交通中无线通信技术的应用探讨[J].姜浩.技术与市场.2017（07）.

[3]分析无线通信系统在铁路通信中的应用及运行[J].孙帅涛.电脑知识与技术.2017（21） .

（作者单位：中国铁路呼和浩特局集团有限公司呼和浩特通信段）