地鐵信號系統(tǒng)通信控制技術(shù)相關(guān)探討

郝振元

摘要：近些年來，軌道交通已經(jīng)成為一些大中型城市的一類重要交通系統(tǒng)，軌道交通應(yīng)用范圍也變得更加廣泛。然而在軌道交通建設(shè)過程中，通常需要投入大量成本，運(yùn)營方式也相對復(fù)雜，所以需要在運(yùn)營管理過程中對先進(jìn)通信技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。地鐵信號系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展推動下，相關(guān)通信控制技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，極大地提升了信號通信質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：地鐵信號;信號系統(tǒng);通信控制;控制技術(shù)

一、地鐵信號系統(tǒng)通信技術(shù)優(yōu)勢

首先，系統(tǒng)變得更為簡潔。從硬件組成可以看出，該系統(tǒng)核心為控制中心設(shè)備，而對于車載和車站設(shè)備可以對控制中心命令負(fù)責(zé)執(zhí)行，這使車和地面間的控制設(shè)備有效保持整體劃一。從功能角度進(jìn)行分析，在該系統(tǒng)當(dāng)中，多種功能往往無需再次分析，例如閉塞、超速防護(hù)以及連鎖等，可以使功能得到統(tǒng)一處理。所以，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的堆疊方式得到了改變，具有加高的簡潔性。

其次，系統(tǒng)靈活性得到提升。新型CBTC系統(tǒng)不需要對新的設(shè)備進(jìn)行增加，便可以支持雙向運(yùn)行，即使列車處于反向運(yùn)行，系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性仍然相對較高。新型通信系統(tǒng)可以結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)更改調(diào)度策略。除此之外，系統(tǒng)還可以同步處理多條交叉線路和不同復(fù)雜運(yùn)行情況。

最后，系統(tǒng)更加高效。通過該系統(tǒng)的有效控制，可以縮短列車運(yùn)行間隔，而且還可以優(yōu)化列車駕駛算法，使列車保持節(jié)能運(yùn)行。

二、地鐵信號系統(tǒng)通信控制技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

（一）LTE技術(shù)的應(yīng)用

LTE技術(shù)可以實(shí)時監(jiān)控列車運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況后，ATS系統(tǒng)可以將異常情況及時向行車指揮或者設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行傳送，使其能夠快速到場進(jìn)行處理，從而充分保證列車運(yùn)行安全。但在傳輸這些數(shù)據(jù)時，對網(wǎng)絡(luò)安全也有了更高要求，一旦LTE技術(shù)無法保障用戶安全時，將會降低LTE技術(shù)的應(yīng)用效果。LTE技術(shù)需要對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)安全策略進(jìn)行遵循，有效分離EPC密鑰和NAC信號保護(hù)密鑰，并對該密鑰進(jìn)行使用，對EPC密鑰進(jìn)行計(jì)算。EPC密鑰是密鑰協(xié)議認(rèn)證過程的NAC終端以及EPC。當(dāng)用戶進(jìn)入LTE系統(tǒng)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(tǒng)輸入保護(hù)進(jìn)行發(fā)送。通過對智能序列號到B進(jìn)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(shù)進(jìn)行限制。LTE技術(shù)可以使上行鏈路與下行鏈路的運(yùn)行速率得到提高，從而高質(zhì)量分配地鐵信號數(shù)據(jù)傳輸。對于車地通信系統(tǒng)，需要有效采用LTE技術(shù)，這樣不僅可以使數(shù)據(jù)交互時延得到縮短，而且還可以使車載信號ATP設(shè)備和地面ATP安全數(shù)據(jù)交互得到最大程度的提高。LTE技術(shù)需要對 eNodeB 系統(tǒng)進(jìn)行使用，使網(wǎng)絡(luò)得到簡化，從而為用戶提供更高頻率，并降低延遲和復(fù)雜性。針對LTE技術(shù)的延遲要求進(jìn)行分析，控制面板從原本的睡眠狀態(tài)遷移到激活狀態(tài)的時間不應(yīng)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(shù)需要對遠(yuǎn)程覆蓋技術(shù)進(jìn)行采用，還可以運(yùn)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(guān)鍵技術(shù)

1.高可靠性技術(shù)

在設(shè)計(jì)CBTB系統(tǒng)時，需要對冗余設(shè)計(jì)進(jìn)行使用，而且還需要保持雙網(wǎng)并行。基于通信系統(tǒng)的軌旁和車載網(wǎng)絡(luò)配置保持相同，但兩個網(wǎng)絡(luò)間卻又物理間隔存在，對不同網(wǎng)絡(luò)的傳輸鏈路以及供電等可以保持獨(dú)立運(yùn)行，從而在系統(tǒng)構(gòu)造當(dāng)中構(gòu)造出兩個相同、且獨(dú)立運(yùn)行的通信網(wǎng)絡(luò)。在具體使用過程中，需要保持雙網(wǎng)同時運(yùn)行，有效監(jiān)控和控制列車，從而在某一網(wǎng)絡(luò)有故障問題出現(xiàn)時，使另一個網(wǎng)絡(luò)通信保持暢通，使列車保持安全行駛。

針對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的冗余拓?fù)溥M(jìn)行分析，其具體包括以下幾個方面。

首先，單網(wǎng)內(nèi)部通信系統(tǒng)骨干網(wǎng)一般需要使用光纖連接SDH設(shè)備，并構(gòu)成相應(yīng)的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一旦遇到骨干網(wǎng)光纖傳輸中斷，需要即刻開啟SDH網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的快速倒換功能，避免列車控制信號在傳輸時出現(xiàn)故障。

其次，在車站處交換機(jī)一般都對兩條千兆鏈路進(jìn)行配置，同時還需要和三層交換機(jī)進(jìn)行互聯(lián)，該設(shè)計(jì)可以防止發(fā)生單臺交換機(jī)或網(wǎng)絡(luò)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(yīng)在網(wǎng)絡(luò)中保持信息同步，這樣一來，即使主用控制器出現(xiàn)癱瘓問題，系統(tǒng)傳輸也不會出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，可以避免只用一臺無線控制器或出現(xiàn)單點(diǎn)故障。

第四，在CBTC系統(tǒng)當(dāng)中，AP間的部署間距通常不會超出其能夠覆蓋的區(qū)域半徑，這樣即使有某一AP出現(xiàn)故障，與其相連的AP和后一AP，同樣可以在AP負(fù)責(zé)區(qū)域有效覆蓋，使信號保持永續(xù)傳輸。

最后，系統(tǒng)當(dāng)中的有線和無線通信設(shè)備可以在同一網(wǎng)絡(luò)平臺下，有效排查、修復(fù)、定位全部設(shè)備故障情況，降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作量，從而使網(wǎng)絡(luò)故障問題得到快速解決。

2.無線快速切換技術(shù)

為了使列車能夠保持高速穩(wěn)定運(yùn)行，需要合理運(yùn)用快速切換技術(shù)。例如，通常情況下，AP的越區(qū)切換時間一般可以維持在500毫秒-2秒，當(dāng)列車的前進(jìn)時速為120千米/小時。在AP越區(qū)切換時，可以使列車65M左右的運(yùn)行區(qū)間有效斷開系統(tǒng)控制。一旦有此類情況發(fā)生，將會造成相應(yīng)的安全事故。當(dāng)隧道覆蓋區(qū)域長度達(dá)到300米時，AP1和AP2具有良好的覆蓋，而且中間公共區(qū)域的AP1和AP2可以在公共區(qū)域內(nèi)覆蓋。當(dāng)列車行進(jìn)達(dá)到AP1時，列車和AP1需要保持良好的數(shù)據(jù)連接，這樣在列車行駛到公共覆蓋區(qū)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(jìn)行連接，并有效傳輸數(shù)據(jù)，不需要在AP1斷開后，對新的連接進(jìn)行建立，從而縮短切換時延，使其維持在50毫米以內(nèi)，確保列車的高速運(yùn)行和有效通信。

結(jié)束語：

綜上所述，隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐的不斷加快，地鐵已經(jīng)成為城市發(fā)展過程當(dāng)中的一類重要交通設(shè)施。地鐵信號控制系統(tǒng)對于保障地鐵的安全性具有重要作用，也是十分關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)，對比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，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(jìn)一步加大地鐵信號控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，從而全面提高地鐵信號系統(tǒng)通信控制水平。

參考文獻(xiàn)

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