无线通信在交通中的运用

无线通信技术在交通中的运用

一、概述：

如今的各行各业中通信技术都承担了一个非常重要的角色，可以说没有通信就没有现代化的社会，并且随着社会的发展，无线通信技术更占据了主导地位。作为交通运输工程学院的学生，我想说说无线通信技术在交通运输中的运用。

二、通信技术与智能交通在公路上的运用：

在公路汽车的运输问题上，无线通信技术主要是应用于智能交通的信息传送，即通过传感器获取数据之后，将数据无线传输给处理中心，通过一定的算法和规则确定最优化的方案传输回控制器从而自动根据实时的交通信息来调整并使交通流最大。一般来说，智能交通中的无线通信主要是车辆与车辆的通信、信息获取系统（道路线圈、视频采集器等）与交通指挥控制中心、交通指挥控制中心与信号灯控制器的通信。

车载设备主要是安装在车辆上的随机设备，它的主要功能有两点：1、检测获取车辆数据。2、接收服务器的数据和决策并且提示司机。首先，车载设备需要获取的车辆数据有行车速度（速度感应器获取）、车辆所在的位置（GPS、GIS等）。然后将这些数据汇总之后发到服务器上。其次，车载设备同样可以接收数据，可以用过GSM网络、GPRS网络或者TCP/IP 协议传输数据，将服务器的决策告知于司机，并控制车辆的运行方式。

埋设在道路下方的是线圈，车辆通过线圈产生电流，根据电流强度以及持续时间不同可以获取该道路的车流密度、行车速度，从而可以了解到该路口的交通状况。视频检测是通过对视频上车辆的位移和时间的关系获取某辆车的具体信息（包括速度、状态）、车流密度等数据。这两种传感器都可以通过无线传输技术将获取的数据传送到服务器和调度中心处理。

车辆上的监控器设备以及路口控制的线圈、视频检测系统将搜集到的数据通过TCP/IP 协议与车队调度中心联系，总调度中心将所搜集的交通资料加以整理汇总，配合历史交通、路况、路网属性等数据（数据库或者服务器），根据系统管理者提供的策略与内容，配合适当的算法将数据转为有用的交通信息。，并将这些数据设定标准格式，以标准的TCP/IP协议传输到动态信息发布服务器。调度中心处理发布的信息主要包括交通拥挤信息、交通事故信息、交通管制信息、车流运行情况（车流状况、行车速度、发车间隔等数据）。

这些终端设备与服务器、调度中心都是通过无线通信的方式传输数据的，只有无线通信才能基本上保证数据通信的同步性和可达性。通信的方式可以利用现有的GSM网络、GPRS 网络和TCP/IP协议来确保通信的安全性。

三、无线通信技术在轨道交通控制的运用：

随着经济的发展，城市道路已经没有办法满足交通的需求，越来越多的城际铁路、城市轨道交通、高铁等轨道交通投入运营，如何在确保安全性的情况下尽可能的提高运能、减短发车间隔、提高铁路的综合利用率已经成了一个很重要的课题，因此基于无线通信的列车运行控制系统（CBTC）是必不可少的。典型的基于通信的列车控制系统的功能框图如下图所示：

整个CBTC系统包括地面设备和车载设备，并且通过数据通信网络相连，构成了系统的核心。无线通信网络是整个系统的关键，是通过它才能将各个部件连接起来构成一个控制系统。

CBTC系统的关键是在于自动闭塞。列车定位技术决定CBTC系统闭塞分区起点和终点位置，在目前工程中应用的有：1、查询应答器；2、全球定位系统GPS；3、感应回线——固定地点设置感应发信器，并发送信号，机车上的感应器从此获得自己的定位信息；4、测速转测距法——国内已广泛应用；5、无线测距法——用扩频通信原理，向固定点来测其收到反射频率时间，即可求得其位置。该技术与基于轨道电路的固定闭塞运行控制相比，CBTC 的移动自动闭塞运行控制系统(MAs)的闭塞分区有以下几个特点：(1)长度可变，可依据列车本身参数和线路参数实时计算；(2)随列车运行而移动；(3)不需要地面信号，在车载设备显示屏上指示出本车与前行列车的距离或与进站的距离等信息。

目前，国内轨道交通行业存在的信号和通信系统都是相对独立的，主要有TETRA（数字集群）、GSM、CDMA、3G、WLAN、Wi-fi、WiMAX、DVB-T等，前三种只是军事使用广泛且十分成熟的无线技术，但在传输速率、安全性和抗干扰上均在不足，不能满足城市轨道交通通信的需求，因此要发展后面种的无线通信方式。DVB-T数字视频广播是为了数字电视信号在地面传播而开发的，具有容量大、接入方便等特点，其技术使用于下行高速数据的传输，可以工作在多个频点，减少无线频段干扰。场强覆盖可以采用小功率、大密度的方式，因此符合轨道交通的无线通信需求，但由于其上行速率较低，对车载CCTV不适用。3G (第三代移动通信技术)有3种制式：TD．SCDMA、WCDMA和CDMA2000其传输速率要求为高速移动时能够达到144 kb／s，慢速移动时为384 kb／s，静止状态为2 Mb／s，其上行速率达到几十kb／s，但仍然不能满足车载CCTV、PIDS系统所需速率，同时3G属于公网应用范畴，因此不适用于城市轨道交通行业。基于WLAN (无线局域网络)的多媒体信息传输，基于802．11协议族。IEEE802．1la规定的频点为5 GHz，适合于室内及移动环境，传输速度为1～2 Mb／s。IEEE 802．1lb工作于2．4 GHz频点，IEEE 802．1le及IEEE 802．11g是下一代无线LAN标准，被称为无线LAN标准方式IEEE 802．11的扩展标准，是在现有的802．1lb及802．1 la的MAC层追加了QoS功能及安全功能的标准。Wi—Fi全称Wireless Fidelity(无线

保真技术)，与蓝牙技术一样，同属于短距离无线技术。典型的CBTC是基于802．1 1b无线网络规范，该技术使用的是2．4 GHz附近的频段，最高带宽为11Mb／s，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5，2和l Mb／s，带宽的自动调整有效地保障了网络的稳定性和可靠性，同时也与已有的各种802．11 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum 直接序列扩频)设备兼容。其主要特性为速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305m，在封闭性区域，通讯距离为76～122m，方便与现有的有线以太网络整合，组网成本更低。Wi．Fi是目前无线接入的主流标准，全面兼容现有Wi．Fi的WiMAX，对比于Wi．Fi 的802．11x标准，WiMAX就是802．16x。与前者相比，WiMAX具有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更高的接入速度等，预计在未来几年内将成为无线网络的一个主流标准。

TRainCom系统是专为地铁无线通信应用而设计的。虽然在建的中国城市轨道交通均是使用本地无线局域网(WLAN)的标准和技术，而且典型的CBTC是基于众所周知的802．11b 标准。其特点为：

1、16 Mb／s全双工无线电链路一频分双工。TRainCom使用全双工数据传输模式保证列车上传与下传互相分开，上下行数据能同时传输而且不会互相干扰：同一时刻在每个方向都是16 Mb／s，在半双工模式下能达到32 Mb／s。协议开销占10％，是802.11g 40％的协议消耗的四分之一。

2、完全基于IP一可以集成其他的子系统。所有基于IP的协议，可以直接与VolP、IP 摄像头、WLAN 接入点连接。对于只提供串行接口的子系统，如RS232、RS422，这些串行数据流将被转换成IP数据包进行传输。如有需要，其他的接口类型也能够接入。

3、全移动性一带宽独立于列车的运行速度。

4、Qos一完全实现可配置的功能。

5、高可靠性。由于所有的基站工作在同一个频率，几乎没有切换时间。使用一个无线电信道能达到99．9％的可靠性，使用双信道可靠性更高，2个Rx链路时即使单个故障也不会造成数据服务供应中断，4个Rx链路时更能容许同时发生两处故障。同时在中心控制单元CRCU 中使用冗余服务器，当一个服务器发生故障时能自动切换到另一个服务器继续工作，以此保证运营的稳定性。

6、抗干扰性好。系统工作在5.8G频段，不会产生如2.4 G的严重频带拥挤现象，也不会干扰轨旁GSM，WLAN系统。对于同频干扰，每个收发器均能够通过度量RSSI来监视其接收的信号质量，进而检测干扰。使用RSSI可知道列车系统位置操作员检测并定位射频干涉。

因此TRainCom系统很适合作为CBTC系统的通信系统。确保CBTC系统同步获取数据以及无线传输的安全性。

CBTC技术集成先进的卫星定位系统、计算机技术、数据通信、传感、自动控制等高新技术，并将其有效地运用于铁路运输管理、列车控制管理等各个方面，从而有利地促进了铁路运输向着信息化、智能化的方向迈进。我国高速铁路智能化运输系统的进一步发展，必将带动铁路运输能力的提高，并且将为中国RITS体系的最终形成提供前所未有的机遇和巨大的推动力。

参考文献：

1、无线通信技术在城市轨道交通中的应用

2、关于GPS车载终端的软硬件设计

3、轨道交通基于通信的列车控制无线通信系统测试平台

4、基于ITS的智能公共交通管理系统