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摘要：目前，国内的城市轨道交通建设处于迅猛发展时期，各大城市相继开展线路施工建设。随着越来越多的城市轨道交通建设规划获批，带来更大规模的轨道交通建设工作。在通信信号领域，随着无线电技术飞速发展后，各厂商开始孜孜不倦地研发一种基于无线通信的列车自动控制系统。该文简单介绍轨道交通信号系统中无线传输应用情况。针对基于通信的列车控制系统的特点，分析目前主要使用的几种车地无线传输实施方案，并与大家一同探讨各方案的优劣。
关键词：无线传输；CBTC 网络；系统组成
引言
各大系统供应商都希望通过无线电传输系统减少轨旁信号线缆的铺设以及线缆的日常维护工作从而进一步降低成本。这种期望得到了业界内广泛的认可。但是，随之而来的问题就是使用何种无线传输技术实现CBTC功能。
CBTC系统需要高度依赖列车、轨旁以及控制中心之间的高速双向通信传输，因此，必须拥有一套可靠性、稳定性高的车地无线传输系统。组建一个无线通信系统必须充分考虑无线电波的传播问题。下面将针对车地无线传输系统的实现方式展开探讨。
一、轨道交通信号系统概述
轨道交通信号系统主要是由联锁装置与列车自动控制系统（ATC）组成。ATC系统又包括列车自动监控系统（ATS）、列车自动防护系统（ATP）及列车自动运行系统（ATO）。其中，ATS的主要作用是对列车的实际运行情况进行监督与控制，这样可以使行车调度工作者对整个线路的列车进行全面、系统、完整的管理。ATP的作用主要是对行驶中的列车进行监控和安全防护，避免其出现联锁设备或自身系统中出现问题故障而影响列车运行安全。ATO则主要是通过分析地面情况来对列车进行控制，这样就可以避免列车在行驶中突然的加速或减速，提高列车运行的舒适性和节能性。这三个系统相互作用，相互影响，从列车、地面、控制中心三个方面对列车进行全方位的控制，确保列车的安全稳定运行。目前的轨道交通系统是各种先进科技的共同产物，其不但技术密集程度较高，而且成本低，效益高，是一种高速度、高效率、高安全性的可靠控制系统。
1.1轨道交通信号系统的安全性分析
对于轨道交通信号系统而言，安全性主要是指行车的安全和乘客的人身安全。在列车的行驶过程中，无论是因为设备出现故障，还是因为电路、软件出现问题，都可能会影响到列车的正常行驶，而由此造成的误动或错误操作，极有可能造成严重的安全事故。为此，在轨道交通信号系统的设计与应用中，应该将以故障为导向的安全性能放在首要地位。在此过程中，需要解决的问题主要包括轨道数据处理、数据采集与驱动以及数据传输等三个方面的故障-安全问题。可以采用当前先进的计算机技术，如容错技术、故障检测和诊断技术以及多重化技术等，均能够为提高轨道交通信号系统的安全性提供技术支持。
1.2轨道交通信号系统的可靠性分析
要充分发挥轨道交通信号系统的作用，不但要保证其安全性，还要保证其可靠性。因为只有确保系统的可靠，才能保证其高安全性。尤其是在实践中，可靠性是评价轨道交通信号系统安全性的重要指标。在国际上目前已经提出了定量可靠性分析指标，并规定列车超速防护的车上设备的平均无故障时间（MTBF）不低于104h，地面设备的平均无故障时间不低于105h。
在城市轨道交通中由于ATP系统在正常驾驶模式下使用，是唯一能连续控制列车运行，并长期确保列车安全运行的驾驶模式。降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。不过，该模式并不能避免所有风险，所以要求正常驾驶模式必须非常稳定可靠，以尽量减少采用降级驾驶模式。鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的可靠必须高于99.99%。
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二、无线CBTC系统的组成
无线CBTC系统主要由3部分组成：无线移动通信系统，列车控制系统和列车定位子系统。列车控制系统又包括：中央控制室，无线闭塞中心(RBC，Radio Block Center)和车载子系统。其中，高可靠的无线移动通信系统是RBC、车载子系统和列车定位子系统的基础。无线移动通信系统主要是进行车地通信，在移动的列车和地面控制设备之间实时双向传输行车信息，由无线车地通信技术提供技术保障。列车通过相应的地面设备，如信号机、应答器，可以获知自身的位置及速度等信息。通过可靠的无线移动通信网络，列车将位置、车次、列车长度、实际速度、制动潜能、运行状况(诊断数据)等信息以无线的方式发送给RBC；RBC则开始追踪列车并发送移动权限、允许速度、限速、紧急停车等命令。因而，无线CBTC系统中，无线移动通信网络取代了轨道电路的信息传输地位。
CBTC系统的车-地通信系统按车-地信息采集方式分为连续式和点式传输方式。连续式能连续不断地将地面信息即列车间隔、线路容许的速度等情况及时地向车上反映，使司机随时掌握列车速度，有利于保证行车安全和提高行车效率。
无线CBTC系统属于连续式车-地信息传输方式，按数据传输媒介可分为:无线电台、裂缝波导管、漏缆和GSM-R(GSM for Railway)等方式。其中，无线电台、漏缆常用在城市轨道交通中，如无线电台、裂缝波导管方式在地铁使用，漏缆可在磁悬浮使用等;GSM-R是铁路专用无线通信，在我国一些新建铁路线使用，如在青藏线使用。
三、城市轨道交通信号CBTC系统中的无线通信技术应用
3.1 CBTC系统中主要的车地信息交换。
在固定闭塞技术中，线路上有固定的区段划分，这一区段只要有车占用，就意味着整个区段是占用的。而移动闭塞在线路上也有逻辑区段，以前车的尾部或进路边界为追踪的目标，这就是固定闭塞和移动闭塞的区别。所以，在固定闭塞技术中一定要采用轨道空闲检查设备来检查列车的位置，而移动闭塞则靠车载设备自主定位来描述轨道的占用情况。
从车地信息交换的角度来看，移动闭塞与固定闭塞不同，线路固定数据都存储在车载设备的数据库中，在进入正常的 CBTC 移动闭塞模式之后，车地双向通信的关键内容包括：
（1）轨旁到车载的移动授权信息（亦称 MA，EOA 等）；
（2）车载到轨旁的位置报告；
（3）运营调整信息及维护信息等。
当然车地信息中还包括其他的内容，如 IP 寻址、ATS 调整、维护事件或故障报警、车站设备控制、旅客信息等。不同供货商会根据各自系统的特点有不同的信息结构。
3.2 CBTC系统的车地通信方式。
CBTC系统的车地通信方式通常有点式通信技术和连续式通信技术两种技术。
点式通信技术在线路上的某些特定位置安装固定的应答器（位置标），应答器又分为可变和固定应答器，可变应答器又分为主信号应答器和填充应答器，主信号应答器是可以提供点式移动授权的。当列车通过时，经车载应答器天线持续发射27.095M赫兹激活信号，应答器被激活后会把数据发送给车载设备处理，这就是点式通信技术。
连续式通信技术是基于 WLAN的无线通信方式。经过近十年的技术发展及世界上互联互通试验工程的经验，虽然还未做到真正意义上的互联互通，但是对于 CBTC 系统所采用的无线通信系统，业内已经有了一定的共识。首先，从技术发展角度来说，采用商务现货供应（COTS）的产品；其次，把 ISO 七层模型中的底层统一采用IEEE802。11 WLAN 标准。
3.3 CBTC系统的无线传播方式。
目前我国多数城市轨道交通系统CBTC系统供货商采用的传播方式主要分为空间自由传播和导行传播两种。
空间自由传播是目前使用最多最常见的一种传播方式。它利用电磁波在空气中从发射天线到接收天线传递数据，而无需线缆介质。空间自由传播的方式节省轨旁设备，在轨道交通狭窄的隧道安装上具有优势。理论上空间自由传播的无线小区最大距离在 400 ～ 500 m 之间。
导行传播因为轨道交通的特点，对无线覆盖的要求不是空间上的，而是线性的，所以采用漏缆或漏泄波导管作为传输介质，形成一个沿走行轨的无线覆盖网，在轨道交通的复杂传输环境中具有优势。
结束语
CBTC列车控制系统能够根据前行列车和前方线路情况，在确保安全的前提下紧追踪前行列车运行，能有效缩短列车追踪间隔，运输效率也得到极大提高，因此在国内外能够得到迅速推广。目前各种无线传输系统均有着自身的优势和不足，如何利用优点，并克服缺点，合理化的应用城市轨道交通，是需要探讨并解决的问题。
参考文献:
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[3] 郑莹.基于无线通信的CBTC研究综述[J].通信技术，2011.12
论文作者:刘志宏
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/1
标签：列车论文; 系统论文; 轨道交通论文; 信号论文; 闭塞论文; 方式论文; 设备论文; 《防护工程》2019年第6期论文;