CBTC模式列車車地通信原理

彭川

【摘 要】目前，軌道交通日均客運量占城市公共交通客流總量超過30%，在公共交通客運體系中的骨干作用日益顯現(xiàn)。隨著城市人口數(shù)量的激增，公眾的交通需求也迅猛發(fā)展以及軌道交通建設(shè)周期較長，建設(shè)速度趕不上交通需求的增長速度，使得運能運量矛盾比較突出。因此城市軌道交通在未來的發(fā)展?jié)摿σ约懊媾R的挑戰(zhàn)仍然是巨大的。城市軌道交通基于通信的列車控制（Communication Based Train Control，CBTC）系統(tǒng)通過車地通信實現(xiàn)列車和地面大容量、連續(xù)及雙向的信息交互，從而保障了列車高效、可靠地運行。

【關(guān)鍵詞】CBTC模式；列車；通信

1引言

作為緩解城市交通壓力，實現(xiàn)綠色、低碳交通的重要措施，城市軌道交通受到極大的關(guān)注，也逐漸成為現(xiàn)代化都市的重要基礎(chǔ)設(shè)施。相比于其他交通方式，城市軌道交通運輸能力大、速度快、安全舒適，能最大程度地滿足人民群眾的出行要求。中國人民共和國國家發(fā)展和改革委員會在《“十二五”綜合交通運輸體系規(guī)劃》的軌道交通發(fā)展目標指出：“市區(qū)人口超過1000萬的城市，逐步完善軌道交通網(wǎng)絡(luò)。市區(qū)人口超過300萬的城市，初步形成軌道交通網(wǎng)絡(luò)主骨架。市區(qū)人口超過100萬的城市，結(jié)合自身條件建設(shè)大容量地面公共交通系統(tǒng)。”以北京、上海和廣州為例，三地借助奧運會、世博會、亞運會契機大力發(fā)展軌道交通，已率先實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運營，三地軌道交通已經(jīng)發(fā)展到了一個新的高度。中國的城市軌道交通總里程已達2100公里，根據(jù)中長期交通建設(shè)規(guī)劃，到2020年，我國建成地鐵總里程將達6100公里。

2基于WLAN的CBTC系統(tǒng)

CBTC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要分為中央控制系統(tǒng)，地面控制子系統(tǒng)、車載控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（Digital Communication System，DCS）。中央控制系統(tǒng)指的是控制中心列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS，ATS作為安全系統(tǒng)，提供了可視化的人機接口界面，監(jiān)督和控制列車的運營。地面控制子系統(tǒng)主要包括地面區(qū)域控制器（Zone Controller，ZC）、計算機聯(lián)鎖（Computer Interlocking，CI），數(shù)據(jù)存儲單元（Data Storage Unit，DSU）和車站ATS。車載控制子系統(tǒng)主要是車載控制器（Vehicle On-Board Controller，VOBC）及其附屬設(shè)備，根據(jù)功能的不同，VOBC又可以分為車載ATP和車載ATOa DCS子系統(tǒng)，即車地通信系統(tǒng)，分為地面骨干網(wǎng)和無線通信部分。地面骨干網(wǎng)基于以太網(wǎng)802.3實現(xiàn)，無線通信部分是基于IEEE 802.11協(xié)議族，并通過地面的無線接入點（Access Point，AP）和車載移動體（Mobile Station，MS）實現(xiàn)的。

3 CBTC模式列車車地通信原理

基于通信的列車控制（Communication-based Train Control，CBTC）是城市軌道交通應(yīng)用的主流技術(shù)。然而在城市軌道交通的相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)，針對衡量CBTC'險能的指標還有沒有明確的定義和解釋。眾所周知，CBTC所提供的服務(wù)是將乘客從始發(fā)站運送到目的站，此類服務(wù)可稱為是運營服務(wù)。因此，需要衡量的是CBTC運營服務(wù)的質(zhì)量，此處借用通信系統(tǒng)中的QoS來表示。CBTC QoS需要從服務(wù)對象一乘客的角度予以定義和說明。乘客最本質(zhì)的需求是能安全、快捷、舒適地到達目的地。從這一需求來看，安全性、快捷性和舒適性都足以成為衡量CBTC QoS的相關(guān)指標。基于城市軌道交通的特性，CBTC QoS可以通過以下幾個指標來衡量。

3.1運能

運能體現(xiàn)的是一條線路或者一個網(wǎng)絡(luò)的列車通過能力。從控制角度看，運能取決于列車的運行速度、列車的運行時間、列車的追蹤間隔以及列車的發(fā)車數(shù)量。當然，這四點之間有相互的關(guān)系。例如：列車的運行時間和列車的運行速度之間是反相關(guān)的關(guān)系，列車的發(fā)車數(shù)量從根本上講取決于列車的追蹤間隔，間隔越小，線路可能容納的車輛就越多。由于軌道交通的特殊性，出于安全的考慮，列車的速度受到多方面的制約，如線路限速、前方列車位置等。需要注意的是，不考慮控制的因素，列車的停站時間對于列車在線路上的整體運行時間也有著比較大的影響，也就影響了線路的運能。

因此，能夠直接影響線路運能的因素是列車的追蹤間隔和列車的數(shù)量。在行車過程中，運能的大小直接表現(xiàn)為列車運行的時間以及列車運行速度等。實際運行中，列車追蹤間隔是實時變化的，保持列車追蹤間隔的穩(wěn)定能夠在最大程度上保證線路運能的穩(wěn)定。列車追蹤間隔是由列車位置、速度及其移動授權(quán)的關(guān)系確定的，當列車追蹤間隔過小時，列車制動；反之，列車牽引。由此，列車追蹤間隔的變化直接決定了列車的運行時間和運行速度。

3.2運營可靠性

運營可靠性是描述城市軌道交通性能的一個重要指標，主要衡量運營服務(wù)是否能夠按照預(yù)期完成服務(wù)目標，運營可靠性本身是一個復(fù)雜的問題，其受很多因素的影響。簡單來說，凡是能夠影響到列車運行速度和運行時間造成晚點等問題的因素都會間接成為影響運營可靠性的因素。因此提高運營可靠性從根本上講就是要減少列車的晚點或提升列車的準點率。

3.3服務(wù)彈性

彈性指的是系統(tǒng)在面臨干擾、風(fēng)險甚至災(zāi)禍時，能夠適應(yīng)并持續(xù)提供正常服務(wù)的一種能力。彈性所體現(xiàn)的是系統(tǒng)的抗壓和恢復(fù)能力。在使用彈性來衡量城市軌道交通的運營服務(wù)品質(zhì)時，就需要考慮能夠造成運營服務(wù)受限或終止的因素，同時也要綜合考量能夠保證此時城市軌道交通仍然能穩(wěn)定提供既有服務(wù)的手段。從運營層面上講，能夠?qū)崿F(xiàn)彈性的唯一途徑就是增大”緩沖區(qū)”。緩沖區(qū)體現(xiàn)在城市軌道交通系統(tǒng)能夠從硬件及軟件上容納更大的客流量，能夠應(yīng)對通信系統(tǒng)乃至信號設(shè)備的故障等等。

結(jié)束語

綜上所述，為了滿足當前社會對城市軌道交通越來越高的運能需求，最行之有效的方式就是縮短列車運行間隔，提高列車運行速度和運行效率，這對城市軌道交通的信號系統(tǒng)提出了新的要求。

參考文獻：

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[2]李曉剛.車地通信延時對CBTC系統(tǒng)列車運行控制的影響分析[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2011，8（06）：44-46.

（作者單位：成都地鐵運營有限公司）