地铁信号系统通信控制技术研究

胡文涛

摘要：随着我们国家社会经济的高速度发展，这几年来，在一些比较大型、中型的城市当中，轨道交通已经成为了城市之中不能缺少的交通系统，轨道交通的使用也变得越来越宽广。轨道交通在展开创建的时候通常需要投入大量的成本，加上其运行的模式也是比较繁杂。所以，在平时的正常运行管理控制之中，为了能够保障轨道交通的正常与持续运转，要充分的发挥先进的通信技术的最大作用，相关的单位及工作人员也应当要高度的重视地铁信号系统通信的相关控制，保障轨道交通的正常运转，促进城市的发展。

关键词：地铁信号系统;通信控制;系统设计

引言：目前，在计算机技术和信息技术的助推之下，加之多种多样的控制技术也在持续的改革和更新，地铁信号系统通信技术（又称为CBTC）也得到了一定的发展。在以往的轨道交通控制当中，CBTC这一技术也得到了广泛的运用，发展到现在，这一技术也得到了进一步的验证，证实出了更佳的通信控制成效，实现了从以往的轨道电路到目前的无线信道的关键转变。所以，对于CBTC技术，相关的单位及工作人员应当给予重视，深入的了解这项技术的，并将其合理的利用，增进城市的进一步的发展。

一、地铁信号系统通信技术的子系统架构

有线接入网的相关设计。有线接入网主要由路由器和以太网交换机组成，并与CBTC系统的其他设备相连。它的主要功能是完成IP分组数据的传输，通常是点到点，或者是端到端，能够给地铁列车提供连续的数据通信。它具有良好的移動性，在CBTC系统中发挥着重要的作用。

无线通讯网的相关设计。为了保证铁路运输的正常运转和数据传输的安全性，除了有线的网络之外，是极其不能缺少无线通信系统的。CBTC系统当中有许多无线的设备，其中有AP、车载设备、无线信道设备等，AP主要是车载设备与无线设备之间的稳定通信。它与有线接入网的另一端和地面骨干网连接，形成完整的通信链路，避免丢包等事故。AP通常采用300米左右的间隔来保证高速列车运行时的数据传输。系统的实时传输和无缝切换可以防止无线单元在使用过程中出现故障，从而导致整个传输网络的崩溃。如下图所示，AP通常与两个无线单元一起工作以将风险降至最低。为了减少故障恢复时间，列车上有两个以上的AP通信客户端。为了减少无线传输的损耗，天线应采用信号接收能力强的优质材料，一般安装在车体上方。每辆车应有一个独立的车载通信IP。

二、地铁信号系统通信技术的重要技术探析

（一）无线快速的切换技术

为了提高列车运行效率，快速切换技术非常重要。AP切换时间通常为为500ms～2s。假如正常列车以120km/h的速度运行，那么在换乘的过程当中，约65m的行驶区域将处于没有办法断开系统的控制范围之内。一旦这样的状况出现，就会发生极其严重的交通事故，在这样的基础之上，无线快速切换技术也就随之产生。这一技术能够保证数据在区间转换过程中不丢失，有效的保证行车安全。

比如，当隧道长度为300m时，API1和API2可以覆盖到列车的共同区间。列车在API1区域快速运行的时侯，能够保持着与API1的相关数据连接。列车在公共区域运行时，仍可使用API1进行数据交换，与此同时，API还应当要和API2创建数据连接。当列车行驶至API2的时侯，能够直接的和api2连接，并可在不等待API1断开的情况下进行数据的传输。这样能够把切换的时间可减少到50ms以下，保证列车高速运行时的实时通信。

（二）高依靠性的技术

CBTC的技术使用的是双网冗余的涉及，通信系统和车载的网络设备等具备物理的隔离，不一样的传输、通讯的系统是互相单独运作的，能够一起监督与控制列车，保障行车的时候能够正常的行驶。

网内冗余拓扑：主干网一般通过光纤与SDH设备连接。假如骨干网在正常的使用过程当中中产生了问题，SDH网络能够在最少的时间内启动传输，避免因网络传输问题引发的事故。站点交换机通常为2G或更高。与此同时，与第三链路相连，展开数据交换。这一设计当中，把第三个交换机用作是备用机，当一台交换机在操作中出现错误或故障时，第三台交换机可用作备用机，为避免数据中断，任何时候只能使用一台备用交换机。通道上的AP将主动连接到主机，主控制器和备控制器可以通过网络自动的同步相关的讯息，即使中央设备的主控制器和备控制器出现问题，在CBTC系统中，工作人员根据相关标准测量AP间距，确保AP间距不超过覆盖区域半径，让前后的AP都能够覆盖责任区。无线和有线通信设备在相同的平台上运行，通过这个平台，能够对全部的设备进行维修、检查和定位，在最少的时间之内发现问题并展开维修，从而减少维护成本，保证轨道交通的正常运作。

三、CBTC技术所有的不足之处

虽然目前广泛使用的数据通信系统基本可以满足轨道交通控制的需要，但有关研究表明，该系统仍存在一些不足的地方。第一，随着时代的高速度发展，未来信号系统和列车的数据量和信息量将慢慢增加，所以，在未来的系统开发当中，大数据传输的研究和考虑是不可忽视的。第二，列车在运行过程中，信号在无线传输的时候会受到一定程度上的物理效应的作用，并且，随着移动速度的提高，多普勒效应、多径效应等物理效应也会随之增加，这必然会降低WLAN设备的实际传输速率，所以，一定要保证系统的传输速率和整个系统的稳定运行。同时，目前大部分信号切换时间较长，在传输过程中会造成数据丢失，而在设备故障的情况下，恢复时间过长，会导致数据丢失。这个问题可以从无线AP的布局和无线频率的选择两个方面来解决。CBTC这一技术的安全系数比较高、技术较为灵活与简便以及成本不是很高，能够广泛的使用到轨道交通当中去，虽然这一技术还存在一些不足的地方，但是以后会更加的完善。

结束语：

总体的来说，在目前城市化发展进程的大环境之下，地铁显然已经变成了城市发展道路上不能缺少的交通设施之一。而地铁信号控制系统作为保证地铁安全行车的比较关键的技术，有着极其重要的作用及影响。和以往的控制系统相对比，CBTC技术较为灵活与高效，在成本方面也比较的低廉，虽然这一技术在目前能够有效的解决某些安全问题，但是依旧存在着一些不足之处。所以，相关的单位及工作者要充分的认识到其重要性及不足之处，对CBTC的关键技术展开深入的研究，这样能够有利于保证地铁的正常运转，保障城市的持续发展。

参考文献：

[1]孟凡兵. 地铁信号系统发展趋势及功能区别[J]. 城市建设理论研究（电子版），2017（13）：217-218.

[2]王晓轩. 城市轨道交通CBTC无线通信系统可信性分析及优化[D].北京交通大学，2020.

[3]徐启禄. 基于车车通信的CBTC系统关键技术研究[J]. 城市轨道交通研究，2020，23（05）：110-114.

湖南中车时代通信信号有限公司  湖南  长沙  410014