全自动驾驶系统中的通信技术

全自动驾驶系统中的通信技术

胡雪瑞

摘要：FAO系统是引导城市轨道交通发展趋势的先进客运交通系统，在世界很多城市得到了应用。本文对城市轨道的全自动驾驶系统进行了分析，并提出了其中的通信方案。

1引言

目前，国内许多城市都在建设城市轨道交通网络，那些人口在千万以上的特大城市，其发展往往是跨越式的，要求建设的城市轨道交通在互联互通、安全、快捷、舒适性方面具有很高的水平。FAO系统是引导城市轨道交通发展趋势的先进客运交通系统，在世界很多城市得到了应用。FAO系统与传统系统相比，具有安全可靠性高、增大线路通过能力、提高旅行速度、减少车辆需求量、减少定员、提高服务、降低系统生命周期成本、易于工程实施和城市路网互联互通等优势。

本文第二部分介绍了FAO系统的特点和它的系统组成，并在第三部分着重介绍了FAO 系统中的通信控制部分。第四部分介绍了FAO系统通信方案的选择，并在第五部分介绍了无线传输GSM-R的原理。

2 FAO系统

无人驾驶系统是指列车驾驶员执行的工作完全自动化的、高度集中控制的列车运行系统。无人驾驶系统具备列车自动唤醒启动和休眠、自动出入停车场、自动清洗、自动行驶、自动停车、自动开关车门、故障自动恢复等功能，并具有常规运行、降级运行、运行中断等多种运行模式。实现全自动运营可以节省能源，优化系统能耗和速度的合理匹配。

全自动驾驶系统(简称FAO，Fully Automatic Operation)要求建设的城市轨道交通在互联互通、安全、快捷、舒适性方面具有很高的水平．20世纪90年代，随着通信、控制和网络技术的发展，可以在地车之间实现大容量、双向的信息传输，为高密度、大运量的地铁系统成为真正意义上的FAO系统提供了可能．

FAO系统的主要功能是地车的双向信息传输和运营组织的综合与应急处理．车一地信息传输通道是列车运行自动控制系统的重要组成部分．自动控制系统的车载设备完全靠从地面控制中心接受的行车控制命令进行行车，实时监督列车的实际速度和地面允许的速度指令，当列车速度超过地面行车限速，车载设备将实施制动，保证列车的运行安全。

FAO系统实现列车的自动启动及自动运行、车站定点停车、全自动驾驶自动折返、自动出入车辆段等功能，同时对列车上乘客状况、车厢状态、设备状态进行监视和检测，对列车各系统进行自动诊断，将列车设备状况及故障报警信息传送到控制中心，对各种故障和意外情况分门别类，做出处置预案。目前基于CBTC控制的FAO系统的典型组成下图。

3 FAO中的通信控制部分

在FAO系统中，在传统轨道交通通信系统配置的基础上，将主要增加列车上的电视监控系统、广播系统和应急电话系统，使控制中心能随时监控列车和旅客的情况，保证在紧急情况下能与旅客进行直接通信，并直接对列车下达控制命令，确保旅客的安全。增加的通信系统包括以下部分。

(1)控制中心与旅客双向通信的广播与对讲系统。

(2)专用的信息传输系统，实现列车车辆的状态与控制中心的信息传输，主要包括公共服务信息、CCTV视频监视信息等。

4车一地通信方案选择

在城市轨道交通领域，列车自动控制系统的车一地通信信道主要采用点式和连续式2种通信方式来实现列车与轨旁设备间的信息传输．地到车的信息主要是列车自动防护(A伸)信息，车到地的信息主要是列车动态信息(包括列车位置、速度、驾驶模式、停车保证等)和车载信号设备及列车车辆相关状态信息等．为了实现精确、安全、可靠的控车目标，要求车一地通信通道具有高可靠性、安全性和兼容性．车一地信息传输系统一般采用基于通信的多服务冗余数据传输系统(Data Trmlsmission Systemcs)，实现地车的双向信息传输．目前，主要的CBTC系统实现车一地信息传输的方式有：感应环线、漏泄波导／漏缆、无线传输等

5无线传输的通信原理

5.1 GSM—R组成

利用GSM—R数字综合移动通信平台，结合我国铁路发展的需求，可以建立一种基于电路交换技术的数据采集传输应用系统，来实现列车和地面之间的双向数据传输．车一地双向数据传输通道建立在GSM—R网络与铁路ISDN网络互联的基上．在互联过程中，需要应用到数据业务互联单元IWr(Inter Working Function)．铁路的有线通信已经比较完善，完全可以利用现有的有线资源GSM—R+PBX，即ISDN专用自动交换机的无线／有线混合网，进行无线用户(移动终端)和有线用户(固定终端)的统一调度指挥．利用GSM—R进行无线列调组网，可以将无线方式和有线方式结合起来完成调度通信任务．我国的GSM—R网主要由3部分组成：GSM—R陆地移动网络、固定网络、移动终端和固定终端．

5.2 GSM—R网络与铁路ISDN通信原理

GSM—R网络与铁路ISDN网络互联完成车一地之间数据通信的网络配置如图5所示．网络的组成主要包括：车载设备(虚线方框内部分)、GSM—R网络(椭圆内的部分)及地面控制中心(调度台、监测中心和定位设备等．地面控制中心各终端通过铁路ISDN网络的基本速率接口(64 Kbit·S-1)连接到一个接入服务器，接入服务网络中的移动业务交换机(Msc)．每一路由器再通过2Mbit·s“的基群接入到GSM—R数据业务都要通过MSC中的一个IWF来完成车载移动设备和地面固定设备之间的互联．

5.3 GSM—R网络的优势

采用GSM—R无线传输信息的列车运行自动控制系统与基于轨道电路传输信息的系统

相比，有突出的优点：

1)在各种列车混跑的区间，由于轨道电路信息量的局限，无法向列车传递轨道电路长度信息，因此，由轨道电路限定的闭塞分区通常设计成固定长度，从而根据两列车相隔几个闭塞分区获得列车间的距离．而GSM—R的信息量大，足以传送前方列车的距离信息，可以构成随列车速度、线路参数改变的优化列车间隔．

2)在使用轨道电路时，闭塞分区的长度与该区段列车的最大运行速度有关．随着列车运行速度的提高或制动性能的改善，固定长度的闭塞分区限制了运输能力的进一步提高．对于无线控制系统来说，列车速度提高或制动性能的改善，对应的仅是程序参数的改变，系统发展、完善十分简单．

3)无线列车运行自动控制系统由于无固定的闭塞分区长度，所以对于任何类型的列车都可以提高运行速度．

4)GSM—R的应用可以进一步取消固定信号机及轨道电路，又可以节省大量的安装、维护费用．

6 结论

FAO系统采用先进的通信、计算机、网络和控制技术，对列车实现实时、连续控制。它