无线CBTC系统车地通信方案研究

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第29卷 第6期2010年12月兰州交通大学学报

J ou rnal of Lanzh ou J iaotong University

V ol.29N o.6

Dec.2010

文章编号:1001 4373(2010)06 0124 05

无线CBT C系统车地通信方案研究

林海香, 董 昱

(兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070)

摘 要:基于通信的列车控制技术CBT C在保证行车安全的前提下,可以极大地提高行车效率,满足城市轨道交通列车高密度快速运行的需要,许多新建线路采用这一技术作为控车方案.尤其是在基于无线通信CBT C技术的新建项目中,采用了不同的车地通信方案,并且在具体工程项目上还没有形成统一的方案标准,哪一种方案最优,目前还无定论.针对这一情况,首先对广泛使用的无线CBT C系统的组成以及无线通信技术进行了分析,其次提出了3种无线车地通信方案,并对它们进行了详细地分析比较,最后给出了适于工程实际的应用方案.

关键词:城市轨道交通;CBT C;无线通信;车地通信

中图分类号:U285.21+1 文献标志码:A

基于通信的列车运行控制(Communicatio n Based Train Control,简称为CBTC)技术,是一种在列车运行控制系统中使用的技术.它的定义为:利用(不依赖于轨道电路的)高精度列车定位、双向大容量车-地数据通信和车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统[1].基于通信的CBT C系统在国内外轨道交通项目上均已得到实际应用,目前在国内开始实施或即将实施的项目已经开始出现并逐步增多,如今年五月开通运行的南京地铁二号线既是采用无线CBT C方案.随着无线通信技术的不断发展,代表着信号系统技术发展趋势的基于无线通信的CBT C系统已经开始走向成熟,并得以实施,如上海地铁八号线、北京地铁二、四、十号线(含奥运支线)等.

基于无线通信的CBTC系统采用无线数据传输代替了轨道电路的地位,实现连续、双向数据通信.数字技术的优势在于信息量大,可同时实现多重任务的传输与交换.由此可见,为了提高行车安全性和运输效率,车地之间传输的信息量不断增大.我国引进U M71,推广和应用18信息移频自动闭塞,研究数字编码轨道电路,都是为了满足多信息传输需求.目前的应用和发展已经证明,无线移动通信是一个具有高可靠性、高安全性的技术,其灵活性、经济性、少维护等特点,成为现代列车控制系统首选的车地信息传输方式,而且也是现代轨道交通移动信息基础设施的重要组成部分.

1 无线CBTC系统组成

无线CBT C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,如图1所示[2].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,如信标灯、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[2].

CBT C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CBT C系统属于连续式车-地信息传输

*收稿日期:2010 03 10

作者简介:林海香(1977 ),女,甘肃天水人,讲师.

第6期林海香等:无线CBT C 系统车地通信方案研究

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 Railw ay )等方式[3].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

.

图1 CBTC 系统组成图Fig.1 Structure of CBTC system

2 无线通信的传输媒介

在城市轨道交通无线CBT C 系统中,为了满足车地双向通信的需要,必须在线路沿线进行无线场强的覆盖[4],通常有以下几种传输方式可供选择,即无线电台、漏泄同轴电缆、裂缝波导管[5].2.1 无线电台

无线电台的体积较小,安装比较灵活,受其它因素的影响小,可以根据现场条件和无线场强覆盖需要进行设计和安装,且安装和维护容易.无线电台在隧道内传输受弯道和坡道影响较大,同时隧道内的反射比较严重,需要考虑多径干扰等问题.无线电台在地面和高架线路安装比较容易,但线路周围不能有高大密级的建筑物,否则也会产生反射和衍射,从而导致传输质量下降和通信速率降低.

无线电台的传输距离小,为了保证在一个无线接入点(AP,Access Point)故障时,通信不能中断,提供通信的可靠性,往往需要在同一个地点设置双网覆盖,进一步缩短了AP 布置间距,列车在各个AP 之间的漫游和切换特别频繁,大大降低了无线传输的连续性和可靠性.同时相应的电缆使用量很大.2.2 漏泄同轴电缆

泄漏同轴电缆LCX(Leaky Coaxial Cable)是在

同轴电缆外导体上开有一定形状和间距的糟,使电磁场的能量集中在同轴电缆的内外导线之间,部分能量可以从同轴电缆中的槽孔泄漏到空间中,并和附近的移动电台天线耦合构成无线通道,同轴电缆外导体上开的槽可以有许多形状,各种形状在传输损耗和耦合损耗方面各不相同[6].

使用泄漏同轴电缆的通信方式是比较简明的,两条LCX 交叉环线分别负责上行及下行的车辆通信,车上天线和LCX 之间的距离很近,LCX 还连接着基地台,通过泄漏同轴,各种安全调度信息和语音信息可以在地面和车辆之间双向传递.

由于电磁波在同轴电缆交叉环线内传播,场强分布稳定,辐射性能可以由槽的形状位置控制、传输速率高、节省频率资源、受环境影响很小,因而对地形的适应性强,在数字化、大容量的移动车辆通信方面有独特的优势.2.3 裂缝波导管

裂缝波导管采用的是一种长方形铝合金材料,在其表面每隔一段距离(约6cm )刻有一条2mm 宽3cm 长裂缝,能够让无线电波从此裂缝中漏泄出来,因其波导管物理特性和衰减性能很好,传输距离较远,最大传输距离可达到1600m,且沿线无线场强覆盖均匀,且呈现良好的方向性分布,抗干扰能力

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