地鐵信號系統通信控制技術相關探討

郝振元

摘要：近些年來，軌道交通已經成為一些大中型城市的一類重要交通系統，軌道交通應用范圍也變得更加廣泛。然而在軌道交通建設過程中，通常需要投入大量成本，運營方式也相對復雜，所以需要在運營管理過程中對先進通信技術進行應用。地鐵信號系統在計算機技術、現代通信技術的快速發展推動下，相關通信控制技術也在不斷創新，極大地提升了信號通信質量。

關鍵詞：地鐵信號;信號系統;通信控制;控制技術

一、地鐵信號系統通信技術優勢

首先，系統變得更為簡潔。從硬件組成可以看出，該系統核心為控制中心設備，而對于車載和車站設備可以對控制中心命令負責執行，這使車和地面間的控制設備有效保持整體劃一。從功能角度進行分析，在該系統當中，多種功能往往無需再次分析，例如閉塞、超速防護以及連鎖等，可以使功能得到統一處理。所以，系統結構的堆疊方式得到了改變，具有加高的簡潔性。

其次，系統靈活性得到提升。新型CBTC系統不需要對新的設備進行增加，便可以支持雙向運行，即使列車處于反向運行，系統的安全性和穩定性仍然相對較高。新型通信系統可以結合實際情況，適當更改調度策略。除此之外，系統還可以同步處理多條交叉線路和不同復雜運行情況。

最后，系統更加高效。通過該系統的有效控制，可以縮短列車運行間隔，而且還可以優化列車駕駛算法，使列車保持節能運行。

二、地鐵信號系統通信控制技術應用要點

（一）LTE技術的應用

LTE技術可以實時監控列車運行，當出現緊急情況后，ATS系統可以將異常情況及時向行車指揮或者設備維護人員進行傳送，使其能夠快速到場進行處理，從而充分保證列車運行安全。但在傳輸這些數據時，對網絡安全也有了更高要求，一旦LTE技術無法保障用戶安全時，將會降低LTE技術的應用效果。LTE技術需要對網絡技術安全策略進行遵循，有效分離EPC密鑰和NAC信號保護密鑰，并對該密鑰進行使用，對EPC密鑰進行計算。EPC密鑰是密鑰協議認證過程的NAC終端以及EPC。當用戶進入LTE系統后，可以有效連接EPC和RRC，并將B密鑰向自序列號加密以及安全系統輸入保護進行發送。通過對智能序列號到B進行使用，使其具有相同序列號，而為了保證使用安全性，需要對序列號上傳次數進行限制。LTE技術可以使上行鏈路與下行鏈路的運行速率得到提高，從而高質量分配地鐵信號數據傳輸。對于車地通信系統，需要有效采用LTE技術，這樣不僅可以使數據交互時延得到縮短，而且還可以使車載信號ATP設備和地面ATP安全數據交互得到最大程度的提高。LTE技術需要對 eNodeB 系統進行使用，使網絡得到簡化，從而為用戶提供更高頻率，并降低延遲和復雜性。針對LTE技術的延遲要求進行分析，控制面板從原本的睡眠狀態遷移到激活狀態的時間不應超過50ms。與此同時，用戶平面單向傳輸延遲需要超過5ms。LTE技術需要對遠程覆蓋技術進行采用，還可以運用無縫切換算法等高移動性措施，可以使高速地鐵列車的延遲得到降低。

（二）CBTC 關鍵技術

1.高可靠性技術

在設計CBTB系統時，需要對冗余設計進行使用，而且還需要保持雙網并行。基于通信系統的軌旁和車載網絡配置保持相同，但兩個網絡間卻又物理間隔存在，對不同網絡的傳輸鏈路以及供電等可以保持獨立運行，從而在系統構造當中構造出兩個相同、且獨立運行的通信網絡。在具體使用過程中，需要保持雙網同時運行，有效監控和控制列車，從而在某一網絡有故障問題出現時，使另一個網絡通信保持暢通，使列車保持安全行駛。

針對網絡內部的冗余拓撲進行分析，其具體包括以下幾個方面。

首先，單網內部通信系統骨干網一般需要使用光纖連接SDH設備，并構成相應的環狀網絡結構。一旦遇到骨干網光纖傳輸中斷，需要即刻開啟SDH網絡當中的快速倒換功能，避免列車控制信號在傳輸時出現故障。

其次，在車站處交換機一般都對兩條千兆鏈路進行配置，同時還需要和三層交換機進行互聯，該設計可以防止發生單臺交換機或網絡中斷等故障情況。

再次，軌旁AP需要有效連接主備控制器，而且其還應在網絡中保持信息同步，這樣一來，即使主用控制器出現癱瘓問題，系統傳輸也不會出現中斷現象，可以避免只用一臺無線控制器或出現單點故障。

第四，在CBTC系統當中，AP間的部署間距通常不會超出其能夠覆蓋的區域半徑，這樣即使有某一AP出現故障，與其相連的AP和后一AP，同樣可以在AP負責區域有效覆蓋，使信號保持永續傳輸。

最后，系統當中的有線和無線通信設備可以在同一網絡平臺下，有效排查、修復、定位全部設備故障情況，降低網絡維護工作量，從而使網絡故障問題得到快速解決。

2.無線快速切換技術

為了使列車能夠保持高速穩定運行，需要合理運用快速切換技術。例如，通常情況下，AP的越區切換時間一般可以維持在500毫秒-2秒，當列車的前進時速為120千米/小時。在AP越區切換時，可以使列車65M左右的運行區間有效斷開系統控制。一旦有此類情況發生，將會造成相應的安全事故。當隧道覆蓋區域長度達到300米時，AP1和AP2具有良好的覆蓋，而且中間公共區域的AP1和AP2可以在公共區域內覆蓋。當列車行進達到AP1時，列車和AP1需要保持良好的數據連接，這樣在列車行駛到公共覆蓋區后，列車可以和AP1有效交互，與AP2提前建立連接。這樣一來，在列車行駛到AP2時，可以和AP2直接進行連接，并有效傳輸數據，不需要在AP1斷開后，對新的連接進行建立，從而縮短切換時延，使其維持在50毫米以內，確保列車的高速運行和有效通信。

結束語：

綜上所述，隨著城市現代化建設步伐的不斷加快，地鐵已經成為城市發展過程當中的一類重要交通設施。地鐵信號控制系統對于保障地鐵的安全性具有重要作用，也是十分關鍵的一項技術，對比傳統控制系統，CBTC不僅要更為靈活和高效，而且成本也相對較低。對此，需要進一步加大地鐵信號控制系統的研究和應用，從而全面提高地鐵信號系統通信控制水平。

參考文獻

[1]孫林. 地鐵信號系統通信控制技術研究[J]. 中國設備工程， 2020， No.437（01）：116-118.