淺談城市軌道交通CBTC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

張帆

【摘 要】本文主要圍繞城市軌道交通CBTC系統(tǒng)展開(kāi)研究，通過(guò)分析其應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，包括列車定位技術(shù)和車地通信技術(shù)等，探究推動(dòng)其各類工作更好開(kāi)展的方法，提高系統(tǒng)運(yùn)行的有效性，推動(dòng)城市軌道交通建設(shè)更好地開(kāi)展。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；CBTC系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)

列車的運(yùn)行控制中樞在城市軌道交通運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用，傳統(tǒng)的列車控制系統(tǒng)TBTC也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃BTC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從以軌道電路為主要出發(fā)點(diǎn)到以通信為主要出發(fā)點(diǎn)的轉(zhuǎn)變，其對(duì)列車的控制能力明顯增加，通過(guò)對(duì)CBTC應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，可以有效提高其整體競(jìng)爭(zhēng)力[1]。

一、移動(dòng)閉塞技術(shù)

移動(dòng)閉塞是基于區(qū)間自動(dòng)閉塞原理發(fā)展起來(lái)的一種新型閉塞技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)CBTC的關(guān)鍵技術(shù)之一。移動(dòng)閉塞與固定閉塞相比，具有諸多技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，最顯著的特點(diǎn)是取消了以地面信號(hào)機(jī)分隔的固定閉塞區(qū)間。列車間的最小運(yùn)行間隔距離由列車在線路上的實(shí)際運(yùn)行位置和運(yùn)行狀態(tài)確定，閉塞區(qū)間隨著列車的行駛，不斷地移動(dòng)和調(diào)整，故稱為移動(dòng)閉塞。城市軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向是CBTC ，而移動(dòng)閉塞技術(shù)代表了未來(lái)閉塞制式的發(fā)展方向[2]。

閉塞就是用信號(hào)或憑證，保證列車按照空間間隔制運(yùn)行的技術(shù)方法。空間間隔制就是前行列車和追蹤列車之間必須保持一定距離的行車方法。列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)就是依靠控制列車運(yùn)行速度的方式來(lái)保證列車按照空間間隔制運(yùn)行的。運(yùn)行列車間必須保持的空間間隔首先是滿足制動(dòng)距離的需要，同時(shí)還要考慮適當(dāng)?shù)陌踩嗔亢痛_認(rèn)信號(hào)時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行距離。列車間的追蹤運(yùn)行間隔越小，運(yùn)輸能力就越大[3]。

目前用于城市軌道交通系統(tǒng)的閉塞方式有三種固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞。固定閉塞由于以固定的閉塞分區(qū)為單位作為追蹤列車間的安全間隔及正常追蹤間隔，限制了線路通過(guò)能力的提高，現(xiàn)已不適合城市軌道交通發(fā)展的要求[4]。

準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式的列車控制系統(tǒng)采取速度一目標(biāo)距離控制模式（又稱連續(xù)式一次速度控制）。速度一目標(biāo)距離控制模式根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能確定列車制動(dòng)曲線，不設(shè)定每個(gè)閉塞分區(qū)速度等級(jí)，采用一次制動(dòng)方式。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn)是前行列車所占用閉塞分區(qū)的始端（當(dāng)然會(huì)留有一定的安全距離），而后行列車從最高速開(kāi)始制動(dòng)的計(jì)算點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能計(jì)算決定的。目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)固定，在同一閉塞分區(qū)內(nèi)不依前行列車的走行而變化，而制動(dòng)的起始點(diǎn)是隨線路參數(shù)和列車本身性能不同而變化的。空間間隔的長(zhǎng)度是不固定的，由于要與移動(dòng)閉塞相區(qū)別，所以稱為準(zhǔn)移動(dòng)閉塞。顯然其追蹤運(yùn)行間隔要比固定閉塞小一些。一般情況下，閉塞分區(qū)是用數(shù)字編碼軌道電路或計(jì)軸裝置來(lái)劃分的，它具有列車定位和占用軌道的檢查功能。

移動(dòng)閉塞方式的列車控制系統(tǒng)也采用速度一目標(biāo)距離控制模式。根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能確定列車制動(dòng)曲線，采用一次制動(dòng)方式。移動(dòng)閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn)是前行列車的尾部（當(dāng)然會(huì)留有一定的安全距離）。后行列車從最高速開(kāi)始制動(dòng)的計(jì)算點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能計(jì)算決定的。目標(biāo)點(diǎn)是前行列車的尾部，與前行列車的走行和速度有關(guān)，是隨時(shí)變化的，而制動(dòng)的起始點(diǎn)是隨線路參數(shù)和列車本身性能不同而變化的。空間間隔的長(zhǎng)度是不固定的，所以稱為移動(dòng)閉塞。其追蹤運(yùn)行間隔要比準(zhǔn)移動(dòng)閉塞更小一些。

二、列車定位技術(shù)

列車定位技術(shù)是城市軌道交通CBTC系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的主要技術(shù)之一，可以實(shí)現(xiàn)合理確定列車間的間隔，提供列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)的位置信息等多種運(yùn)行目標(biāo)，對(duì)及時(shí)顯示列車的運(yùn)行狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上合理調(diào)控列車運(yùn)行等具有重要意義。根據(jù)其定位方式的不同，可以分為離散信息方式、連續(xù)信息方式和分段信息方式等多種方式，其使用過(guò)程中都必須滿足其連續(xù)性、覆蓋性和精確性等多方面要求。日常應(yīng)用的定位系統(tǒng)有GPS定位和車載開(kāi)普勒雷達(dá)定位等，本片主要介紹無(wú)限擴(kuò)頻列車定位。在列車運(yùn)行過(guò)程中，可以將原來(lái)應(yīng)用于軍事通信的擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用到列車運(yùn)行過(guò)程中，借助其理論公式，包括香農(nóng)公式、哈爾凱維奇抗多徑衰落理論和香農(nóng)最佳信號(hào)理論和無(wú)限擴(kuò)頻系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型等，明確無(wú)限擴(kuò)頻列車定位的優(yōu)勢(shì)，即排除其他因素，如白噪音等對(duì)軌道交通產(chǎn)生的影響，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展后續(xù)各項(xiàng)操作。當(dāng)前主要由無(wú)線分站和無(wú)線總站以及車載無(wú)線設(shè)備構(gòu)成無(wú)限擴(kuò)頻列車定位系統(tǒng)，CBTC的核心即無(wú)線總站，可以提供各類信息接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)限分區(qū)的信息協(xié)調(diào)和指揮等工作，根據(jù)其傳遞的信息不同，無(wú)線分站和無(wú)線總站的連接方式也會(huì)存在差異。其中，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)是安全信息的主要傳播通道，而基礎(chǔ)通信網(wǎng)是一般信息的信息傳播通道。通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)將定位信息和相關(guān)命令信息等傳遞到各分站中，可以滿足其定位等要求。車載接收機(jī)可以及時(shí)收集信息并利用擴(kuò)頻和調(diào)制等手段，利用無(wú)線設(shè)備向地面發(fā)送各項(xiàng)數(shù)據(jù)，其接受控制命令和做出反應(yīng)的速度等都會(huì)明顯加快。無(wú)限擴(kuò)頻定位接收機(jī)是無(wú)限擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用的另一主要方面，在明確其工作原理的基礎(chǔ)上開(kāi)展各項(xiàng)工作，可以有效提高其工作質(zhì)量。

三、車地通信技術(shù)

CBTC系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的另一主要技術(shù)即車地通信技術(shù)，要求實(shí)現(xiàn)城市軌道車輛和地面控制系統(tǒng)之間的穩(wěn)定聯(lián)系，方便后續(xù)指揮和命令以及信息匯報(bào)等工作合理開(kāi)展。當(dāng)前主要圍繞無(wú)線局域網(wǎng)的各項(xiàng)應(yīng)用展開(kāi)研究。城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主要采用標(biāo)準(zhǔn)公開(kāi)和頻點(diǎn)開(kāi)放的無(wú)線局域網(wǎng)，這就對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的設(shè)備選擇和后續(xù)的安裝布局以及傳輸?shù)榷继岢隽硕ㄏ蛞螅錁?biāo)準(zhǔn)也相對(duì)比較固定。就當(dāng)前來(lái)說(shuō)，首先應(yīng)當(dāng)確定無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用的無(wú)線協(xié)議，主要應(yīng)用符合802.11g的設(shè)備開(kāi)展CBTC系統(tǒng)建設(shè)工作，接入方式也主要以DCS為主，通過(guò)在列車上安裝無(wú)線局域設(shè)備SA和ZC以及CC、AP，其信息傳遞的有效性會(huì)明顯增加。無(wú)線網(wǎng)卡組成部分，不同單元的工作內(nèi)容和會(huì)有所差別，主要分為分布對(duì)等式、集中控制方式以及二者的要求構(gòu)復(fù)雜化程度，可以對(duì)應(yīng)選擇不同類型的BSS單元組。無(wú)線局域網(wǎng)在CBTC系統(tǒng)中的應(yīng)用具有一定的可實(shí)現(xiàn)性，因?yàn)槠渚哂懈咭苿?dòng)性，受線纜的影響相對(duì)較小，可以滿足隨時(shí)隨地通信的需求。同時(shí)，由于其不需要開(kāi)展線纜鋪設(shè)等工作，只需要接入一定數(shù)量的接入點(diǎn)設(shè)備即可，因而其安裝相對(duì)比較便捷。同時(shí)，有線網(wǎng)絡(luò)受到外界物理沖擊的影響，其運(yùn)行過(guò)程中極容易斷網(wǎng)等現(xiàn)象，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有效規(guī)避了這類問(wèn)題，其故障定位和解決都相對(duì)比較便捷，可以減少設(shè)備維修耗費(fèi)的時(shí)間。最后，無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用的信號(hào)頻率相對(duì)比較高，因而其受到其他信息影響的幾率比較小，抗干擾性比較強(qiáng)，這些都為無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用到城市軌道系統(tǒng)CBTC中提供了可能。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，城市軌道交通CBTC系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中具有一定的特殊性，其各項(xiàng)工作開(kāi)展過(guò)程中會(huì)受到不同因素的影響，必須加強(qiáng)對(duì)其應(yīng)用的核心技術(shù)的重視，明確各項(xiàng)工作開(kāi)展過(guò)程中的關(guān)注重點(diǎn)，充分利用無(wú)線局域網(wǎng)和相關(guān)技術(shù)，推動(dòng)CBTC系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)更好地發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 李中浩.城市軌道交通 CBTC 互聯(lián)互通發(fā)展趨勢(shì)及建議[J].城市軌道交通研究，2018，21（5）：12-15+33.

[2] 陳智.城市軌道交通 CBTC 系統(tǒng)無(wú)線通信抗干擾技術(shù)探析[J].大科技，2018（12）：115-116.

[3] 戴克平，張艷兵，朱力，等.基于 LTE 的城市軌道交通車地通信綜合承載系統(tǒng)[J].都市快軌交通，2016，29（1）：69-74.