基于通信的列車控制系統(tǒng)

基于通信的列車控制系統(tǒng)〔CBTC〕【引導(dǎo)案例】目前，在新建地鐵信號(hào)系統(tǒng)的方案選擇上，采用CBTC無(wú)線AP(無(wú)線接入點(diǎn))接入方式的線路已越來(lái)越多。采用AP接入，具有本錢較低、通信帶寬高、可局部使用商用設(shè)備、安裝調(diào)試方案靈活和施工時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在我國(guó)在建或改造的地鐵線路中，采用無(wú)線AP接入的有北京地鐵4號(hào)線、l0號(hào)線和深圳地鐵2號(hào)線等。歐洲ETCS方案，為了實(shí)現(xiàn)歐洲鐵路互聯(lián)互通，車載設(shè)備采用ETCS總線，可以靈活地支持與各種傳統(tǒng)設(shè)備及ETCS車載設(shè)備的通信；傳輸設(shè)備有歐洲應(yīng)答器和歐洲環(huán)路，即數(shù)據(jù)傳輸速率為565kb／s的磁應(yīng)答器和采用漏泄電纜的環(huán)路；歐洲無(wú)線也在進(jìn)行工程實(shí)施。ERTMS系統(tǒng)是為了適應(yīng)歐洲鐵路互聯(lián)互通的目的，它集聯(lián)鎖、列控和運(yùn)行管理于一體。西班牙的馬德里—巴塞羅拿線采用該系統(tǒng)，列控系統(tǒng)符合歐洲鐵路統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)ETCS二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，速度監(jiān)控方式采用一次連續(xù)速度曲線控制模式〔又稱目標(biāo)距離一次制動(dòng)模式曲線方式〕，列車占用靠UM2000軌道電路，列車定位靠歐洲應(yīng)答器，車與地雙向傳輸靠無(wú)線數(shù)傳。在城市軌道交通中，基于通信的列車控制系統(tǒng)CBTC(CommunicationBasedTrainContrl)是一種采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)相結(jié)合的列車控制系統(tǒng)。相對(duì)于固定閉塞而言又把它稱為移動(dòng)閉塞。移動(dòng)閉塞是目前線路能力利用效率更高的列車閉塞方式。與固定閉塞方式相比，移動(dòng)閉塞相當(dāng)于將區(qū)間分成了無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)小的、連續(xù)的閉塞分區(qū)，它使得列車間的平安信息傳遞得更為頻繁、及時(shí)和詳細(xì)。因?yàn)橐苿?dòng)閉塞系統(tǒng)能夠比固定閉塞更優(yōu)地確定列車的位置和傳輸列車信息，所以移動(dòng)閉塞系統(tǒng)可以根據(jù)列車的動(dòng)態(tài)運(yùn)行確定更小的列車間隔。同樣，取消固定閉塞所需的軌道設(shè)備也可以減少維修費(fèi)用，并且利用列車和路邊設(shè)備的傳輸信息通道也可以傳輸與列車實(shí)時(shí)運(yùn)行有關(guān)的操縱信息，以提高管理能力和診斷故障設(shè)備。因此，采用移動(dòng)閉塞系統(tǒng)能夠更好地滿足鐵路的需要。典型的基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)的結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。由圖可見，整個(gè)CBTC系統(tǒng)包括CBTC地面設(shè)備(含聯(lián)鎖)和CBTC車載設(shè)備，地面和車載設(shè)備通過(guò)“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)〞連接起來(lái)，構(gòu)成系統(tǒng)的核心。CBTC設(shè)備和ATS設(shè)備共同構(gòu)成基于通信的移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)。ATS系統(tǒng)ATS系統(tǒng)聯(lián)鎖CBTC地面設(shè)備相鄰CBTC地面設(shè)備數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)CBTC車載設(shè)備列車運(yùn)行控制列車子系統(tǒng)圖5-1列車控制系統(tǒng)(CBTC)的結(jié)構(gòu)框圖CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)與分類一、CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)CBTC系統(tǒng)擺脫了用軌道電路判別列車對(duì)閉塞分區(qū)占用與否，突破了固定或準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的局限性，具有更大的優(yōu)越性和特點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)列車與軌旁設(shè)備實(shí)時(shí)雙向通信且信息量大。(2)可減少軌旁設(shè)備，便于安裝維修，有利于緊急狀態(tài)下利用線路作為人員疏散的通道，有利于降低系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)的運(yùn)營(yíng)本錢。(3)便于縮短列車編組、高密度運(yùn)行，可以縮短站臺(tái)長(zhǎng)度和端站尾軌長(zhǎng)度，提高效勞質(zhì)量，降低土建工程投資；實(shí)現(xiàn)線路列車雙向運(yùn)行而不增加地面設(shè)備，有利于線路故障或特殊需要時(shí)的反向運(yùn)行控制。(4)可適應(yīng)各種類型、各種車速的列車，由于移動(dòng)閉塞系統(tǒng)根本克服了準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和固定閉塞系統(tǒng)地對(duì)車信息跳變的缺點(diǎn)，從而提高了列車運(yùn)行的平穩(wěn)性，增加了乘客的舒適度。(5)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制、優(yōu)化列車運(yùn)行統(tǒng)計(jì)處理、縮短運(yùn)行時(shí)分等多目標(biāo)控制。(6)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，尤其是采用高速數(shù)據(jù)傳輸方式的系統(tǒng)，將帶來(lái)信息利用的增值和功能的擴(kuò)展，有利于現(xiàn)代化水平的提高。(7)由于移動(dòng)閉塞系統(tǒng)具有很高的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)性的要求，因此，其對(duì)系統(tǒng)的完整性要求高于其他制式的閉塞方式，系統(tǒng)的可靠性也應(yīng)具有更高要求。系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃院推桨残允窍到y(tǒng)關(guān)注的核心，尤其是利用自由空間波傳輸信息的基于無(wú)線的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)其可靠性和平安性的要求更高。二、CBTC系統(tǒng)的分類CBTC系統(tǒng)就車地雙向信息傳輸方式而言，可分為：基于電纜環(huán)線傳輸方式(ILCBTC)；基于無(wú)線通信傳輸方式(RFCBTC)；基于其他數(shù)據(jù)傳輸媒介的傳輸方式。RFCBTC系統(tǒng)中通常采用的擴(kuò)展頻譜方式有：直接序列擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻方式。其他數(shù)據(jù)傳輸媒介傳輸方式有：點(diǎn)式應(yīng)答器、自由空間波、裂縫波導(dǎo)管和漏纜等方式。直接序列擴(kuò)頻(DS—SS)系統(tǒng)又稱為直接用編碼序列對(duì)載波調(diào)制的系統(tǒng)，其編碼序列通常是偽隨機(jī)序列或叫偽噪聲碼，要傳送的信息經(jīng)數(shù)字化后和偽隨機(jī)序列相加成復(fù)合碼去調(diào)制載波。跳頻擴(kuò)頻(FH—SS)系統(tǒng)主要由碼產(chǎn)生器和頻率合成器組成，發(fā)射頻率隨機(jī)地由一個(gè)跳到另一個(gè)，接收機(jī)中的頻率合成器也按相同的順序跳變。歐洲將滿足故障一平安的信息傳輸系統(tǒng)稱為“按照平安要求構(gòu)造的通信系統(tǒng)〞，它嚴(yán)格遵守歐洲電工委員會(huì)ENELEC制定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。ENELEC將平安的信息傳輸系統(tǒng)分為封閉式和開放式兩大類。封閉式平安的信息傳輸系統(tǒng)一般又分為兩類：第一類為用電纜、光纜或數(shù)據(jù)總線組成的信息傳輸通道；第二類為軌道電路、軌道電纜或應(yīng)答器作為信息傳輸通道。對(duì)第一類信息傳輸通道的平安要求為：必須構(gòu)成信息傳輸通道的冗余，防止因個(gè)別信息點(diǎn)的故障而發(fā)生傳輸中斷；必須通過(guò)適當(dāng)?shù)男诺谰幋a方式，使系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的偶發(fā)性過(guò)失具有自動(dòng)檢查和糾錯(cuò)功能。對(duì)第二類信息傳輸通道的平安要求為：必須通過(guò)編碼技術(shù)來(lái)確保發(fā)送與接收數(shù)碼的同步；必須通過(guò)冗余編碼技術(shù)來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有自檢和糾錯(cuò)能力，漢明距應(yīng)足夠大，同一數(shù)據(jù)至少重復(fù)傳輸3次。開放式平安的信息傳輸系統(tǒng)，基于無(wú)線通信傳輸方式(RFCBTC)，采用開放式平安的信息傳輸系統(tǒng)，它應(yīng)針對(duì)以下7種威脅提供有效的數(shù)據(jù)平安防護(hù)，以確保信息的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性和順序準(zhǔn)確性。7種威脅為：重復(fù)、刪除、插入、亂序、破壞、延遲、竊取。針對(duì)7種威脅，提出以下要求：信道編碼必須附有平安冗余碼，漢明距應(yīng)大于等于15；只要不能絕對(duì)排除非授權(quán)的訪問，就必須使用帶密鑰的密碼技術(shù)；當(dāng)使用密碼技術(shù)時(shí)，推薦使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO／IEC10116所規(guī)定的操作模式。以下為使用各種信息傳輸方式的移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)的構(gòu)成框圖，基于電纜環(huán)線傳輸方式的移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)框圖見圖5-2；基于無(wú)線通信的移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)框圖見圖5-3。圖5-2基于電纜環(huán)線傳輸方式的移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)框圖圖5-3基于無(wú)線通信的移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)框圖西門子的CBTC系統(tǒng)是一個(gè)平安、可靠、先進(jìn)、適應(yīng)線性電機(jī)運(yùn)載、基于無(wú)線通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。它由SICAS計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、TRAINGUARDMT移動(dòng)閉塞式列控系統(tǒng)(ATP／ATO)、VICOSOC系統(tǒng)(ATS)組成。西門子的CBTC系統(tǒng)現(xiàn)應(yīng)用于廣州軌道交通4號(hào)線和5號(hào)線。還將用于北京地鐵10號(hào)線、上海地鐵10號(hào)線、南京地鐵2號(hào)線等。西門子的CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)西門子的CBTC系統(tǒng)由VICOS、SICAS、TRAINGUARDMT三個(gè)子系統(tǒng)組成。它們分為中央層、軌旁層、車載層四個(gè)層級(jí)，分級(jí)實(shí)現(xiàn)ATC功能。中央層分為中央級(jí)和車站級(jí)。在中央級(jí)，實(shí)現(xiàn)集中的線路運(yùn)行控制；在車站級(jí)，為車站控制和后備模式的功能提供應(yīng)車站操作員工作站(LOW)和列車進(jìn)路計(jì)算機(jī)(TRC)。軌旁層沿著線路分布，它由SICAS計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、TRAINGUARDMT系統(tǒng)、信號(hào)機(jī)、計(jì)軸器和應(yīng)答器等組成。它們共同執(zhí)行所有的聯(lián)鎖和軌旁ATP功能。通信層在軌旁和車載設(shè)備之間提供連續(xù)式和／或點(diǎn)式通信。車載層完成TRAINGUARDMT的車載ATP和ATO功能。西門子的CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。一、VICOSVICOS分為中央級(jí)的VICOSOC501和車站級(jí)的VICOSOC101。HMI是列車調(diào)度員的操作臺(tái)。來(lái)自SICASECC(ECC——元件接口模塊)、TRAIN—圖5-4西門子的CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ECC—元件接口模塊；ODI—操作／顯示接口；OPG—速度脈沖發(fā)生器；HMI—人機(jī)接口；LEU—軌旁電子單元；s＆D—檢查和診斷；TSCU_V—軌旁平安計(jì)算機(jī)單元。GUARDMT(MT——城市軌道交通)和其他外圍系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)聚集在VICOSOC501的COM效勞器并處理，ADM效勞器負(fù)責(zé)中心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和報(bào)告，F(xiàn)EP(前端效勞器)負(fù)責(zé)將其他外圍系統(tǒng)接入ATS效勞器。二、SICASSICAS主要包括列車進(jìn)路計(jì)算機(jī)(TRC)和車站操作員工作站(LOW)。計(jì)算機(jī)有連接室外設(shè)備和軌道空閑檢測(cè)系統(tǒng)接口。SICAS使用聯(lián)鎖PROFIBUS總線用于SICASECC的內(nèi)部通信。LOW、TRC和S&D系統(tǒng)直接與SICASECC和TRAINGUARDMT通信。SICASECCODI(ODI——操作／顯示接口)和TRAINGUARDMT軌旁設(shè)備之間的通信通過(guò)一個(gè)ATCPROFIBUS總線實(shí)現(xiàn)。SICAS和TRAINGUARDMT總線是雙通道雙向的光纖通信連接。每個(gè)通道獨(dú)立工作并且提供故障一平安的通信。使用兩個(gè)通道是為系統(tǒng)的高可用性提供冗余。三、TRAINGUARDMTTRAINGUARDMT系統(tǒng)包括ATP／ATO和通信設(shè)備。ATP／ATO分為軌旁單元和車載單元。軌旁ATP系統(tǒng)與聯(lián)鎖系統(tǒng)、ATS系統(tǒng)、列車(經(jīng)過(guò)軌旁一列車通信系統(tǒng))以及相鄰的ATP系統(tǒng)有雙向接口。通過(guò)軌旁到列車的通信網(wǎng)絡(luò)，在軌旁單元和車載單元之間建立了雙向通信。在車載結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)相互獨(dú)立的無(wú)線系統(tǒng)的列車單元(Tu)分別安裝于列車前后的駕駛室內(nèi)，作為軌旁無(wú)線單元AP的通信客戶端。這兩個(gè)TU通過(guò)一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的以太網(wǎng)連接，不間斷地相互通信。同時(shí)，這兩個(gè)TU分別連接到列車前后的列車控制系統(tǒng)。系統(tǒng)功能與特點(diǎn)一、系統(tǒng)功能系統(tǒng)的功能包括ATS功能、聯(lián)鎖功能、ATP／ATO功能、列車檢測(cè)功能、試車線功能、培訓(xùn)和模擬功能。ATS除了自動(dòng)進(jìn)路排列(ARS)功能、自動(dòng)列車調(diào)整(ATR)功能、列車監(jiān)督和追蹤(TMT)、時(shí)刻表(TIT)、控制中心人機(jī)接口(HMI)和報(bào)告、報(bào)警與文檔等主要功能外，還改良和增加了以下功能：在CTC通信級(jí)使用雙向通信通道；在ATS后備模式下車站級(jí)可以輸入車次號(hào)；適應(yīng)移動(dòng)閉塞的控制要求；TRC(列車進(jìn)路計(jì)算機(jī))取代RTU的自動(dòng)進(jìn)路排列功能；提供獨(dú)立的冗余局域網(wǎng)段；在ATS顯示列車狀態(tài)信息；與MCS(主控系統(tǒng))的接口；與車輛段聯(lián)鎖的接口；提供操作日志(含故障信息)的歸檔功能；設(shè)兩個(gè)控制中心；車輛段調(diào)度員ATS工作站進(jìn)行出庫(kù)列車自動(dòng)預(yù)先通知，在規(guī)定時(shí)間無(wú)列車在車輛段轉(zhuǎn)換軌時(shí)自動(dòng)報(bào)警。正常情況下，各線的控制中心行使行車調(diào)度職權(quán)。當(dāng)各線控制中心的HMI喪失有效的行車調(diào)度和控制功能或當(dāng)運(yùn)營(yíng)需要時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能切換至綜合控制指揮中心進(jìn)行調(diào)度和控制。系統(tǒng)的切換能人工操作，也可以自動(dòng)進(jìn)行，但自動(dòng)切換時(shí)必須經(jīng)過(guò)人工確認(rèn)。聯(lián)鎖除了軌道空閑處理(TVP)、進(jìn)路控制(RC)、道岔控制(PC)和信號(hào)機(jī)控制(sc)等主要功能外，聯(lián)鎖設(shè)備與ATS系統(tǒng)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)中央ATS和聯(lián)鎖設(shè)備的兩級(jí)控制。根據(jù)運(yùn)營(yíng)要求，應(yīng)能自動(dòng)或人工進(jìn)行進(jìn)路控制。其中人工控制分為中央ATS人工和聯(lián)鎖設(shè)備人工兩類，自動(dòng)控制分為中央ATS自動(dòng)、聯(lián)鎖設(shè)備自動(dòng)。人工控制進(jìn)路優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)控制進(jìn)路。根據(jù)需要可進(jìn)行聯(lián)鎖與中央ATS兩級(jí)控制權(quán)的轉(zhuǎn)換。控制權(quán)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中及轉(zhuǎn)換后，未經(jīng)人工介入各進(jìn)路的原自動(dòng)控制模式不變。在特殊情況下，可不經(jīng)控制權(quán)的轉(zhuǎn)換操作強(qiáng)制進(jìn)行聯(lián)鎖設(shè)備的控制。在車站級(jí)控制的情況下，如中央級(jí)功能完好，仍可設(shè)定或者保存中央自動(dòng)功能(如ATR、ARS)。在車站ATSLAN與中央ATS之間通信中斷的情況下，列車將在本地工作站LOW和列車進(jìn)路計(jì)算機(jī)TRC的操作下繼續(xù)運(yùn)行。ATP／ATO功能將根據(jù)缺省的停站時(shí)間和缺省的自動(dòng)列車調(diào)整值在連續(xù)式通信模式和點(diǎn)式通信模式下工作，聯(lián)鎖功能繼續(xù)。3.ATP／ATO功能ATP／ATO除了ATP軌旁、通信、ATP／ATO車載等主要功能外，還改良和增加了以下功能：不使用PTI的信息交換，相應(yīng)的功能可以通過(guò)雙向通信通道在CTC實(shí)現(xiàn)；適應(yīng)線性電機(jī)系統(tǒng)的線路條件，滿足與線性電機(jī)接口的新要求；提供ATO的冗余；ATO控制列車的原理適應(yīng)移動(dòng)閉塞的要求。因此，TRAINGUARDMT的核心功能是移動(dòng)閉塞列車間隔功能，根據(jù)線路的空閑狀態(tài)和聯(lián)鎖狀態(tài)(道岔狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)、運(yùn)行方向、防淹門狀態(tài)、PSD狀態(tài)、ESB狀態(tài))，產(chǎn)生移動(dòng)授權(quán)電碼。正線區(qū)段(包括車輛段出入段線、存車線、折返線)具有雙線雙方向有人全自動(dòng)駕駛運(yùn)行功能。列車進(jìn)站停車時(shí)采取一級(jí)制動(dòng)(連續(xù)制動(dòng)曲線)的方式，按一級(jí)制動(dòng)至目標(biāo)停車點(diǎn)，中途不得緩解，且在進(jìn)站前不會(huì)有非線路限速要求的減速臺(tái)階。采用計(jì)軸器(AXC)進(jìn)行列車檢測(cè)。信號(hào)系統(tǒng)具有完善的遠(yuǎn)程故障自診斷功能，對(duì)全線的中央設(shè)備、車站設(shè)備、軌旁設(shè)備、車載設(shè)備以及車地通信設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和故障報(bào)警，能準(zhǔn)確報(bào)警到可更換單元(插拔件)等，便于及時(shí)更換，并能根據(jù)用戶需要經(jīng)通信傳輸通道在車輛段維修中心實(shí)旅遠(yuǎn)程故障報(bào)警和故障診斷。二、系統(tǒng)特點(diǎn)CBTC系統(tǒng)的最主要特點(diǎn)是采用無(wú)線通信，構(gòu)成移動(dòng)閉塞。TRAINGUARDMT是提供ATP／ATO功能的強(qiáng)大而先進(jìn)的系統(tǒng)。它是一個(gè)模塊化的系統(tǒng)，可以適用于不同的需要。連續(xù)式通信方式和點(diǎn)式通信方式可以單獨(dú)工作或同時(shí)使用。連續(xù)式通信是使用無(wú)線進(jìn)行軌旁和列車間的通信。配合連續(xù)通信通道，列車根據(jù)移動(dòng)閉塞原理相間隔，提供最小運(yùn)行間隔，列車受ATP／ATO控制，構(gòu)成移動(dòng)閉塞。點(diǎn)式通信那么不依賴于連續(xù)通信通道，而采用基于應(yīng)答器的點(diǎn)式通信通道從軌旁向車上傳輸數(shù)據(jù)。配合點(diǎn)式通信通道，列車根據(jù)固定閉塞原理相間隔，并受ATP／ATO控制，構(gòu)成固定閉塞。固定閉塞運(yùn)行可作為移動(dòng)閉塞運(yùn)行的后備模式。裝備和未裝備ATP／ATO的列車可以在同一線路上運(yùn)行。被司機(jī)人工駕駛的列車可以與采用ATO自動(dòng)駕駛的列車混跑。3.可升、降級(jí)系統(tǒng)可以容易地從根本的運(yùn)行模式(點(diǎn)式通信，固定閉塞)升級(jí)到高性能的等級(jí)(連續(xù)式通信，移動(dòng)閉塞)，直到無(wú)人駕駛的運(yùn)行等級(jí)(MTO)。在故障時(shí)，可適度降級(jí)，不同的運(yùn)行等級(jí)可以使用一個(gè)比擬低的等級(jí)作為后備級(jí)，例如：移動(dòng)閉塞／連續(xù)通信的ATP／ATO-+固定閉影點(diǎn)式通信的ATP／ATO--*使用信號(hào)機(jī)的聯(lián)鎖級(jí)。一條裝備TRAINGUARDMT的線路可很容易地?cái)U(kuò)展，增加車站和列車?；诼┬共▽?dǎo)通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)基于漏泄波導(dǎo)通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是以漏泄波導(dǎo)為通信媒介，通過(guò)車站和軌旁的設(shè)備實(shí)現(xiàn)地面與列車的信息交換，從而到達(dá)對(duì)列車運(yùn)行的控制。列車在線路中的位置需要列車通過(guò)車載里程儀測(cè)量后經(jīng)車載通信天線發(fā)送給軌旁設(shè)備，并經(jīng)過(guò)其處理后送到車站控制設(shè)備，車站控制設(shè)備再將這一信息轉(zhuǎn)發(fā)給后續(xù)列車，后續(xù)列車知道了前行列車的位置，可根據(jù)事先定義的平安行車原那么，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞。采用以無(wú)線擴(kuò)頻電臺(tái)和漏泄波導(dǎo)為通信媒介，漏泄波導(dǎo)作為無(wú)線電臺(tái)的天線使用的方法，徹底解決了無(wú)線電臺(tái)在地鐵隧道中信號(hào)傳輸?shù)膯栴}，是一個(gè)平安、可靠、先進(jìn)的信號(hào)系統(tǒng)，最適合在地鐵環(huán)境中使用?；诼┬共▽?dǎo)通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，是采用沿軌道鋪設(shè)漏泄波導(dǎo)的方式，以波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線擴(kuò)頻電臺(tái)為根底，采用時(shí)分多址即TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)通信方式，通過(guò)有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的集合，實(shí)現(xiàn)列車與軌旁設(shè)備的雙向連續(xù)通信及列車定位功能，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞信號(hào)控制系統(tǒng)。一、波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)用于確保列車和本地ATS系統(tǒng)、控制中心之間的車地雙向連續(xù)傳輸信息。波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)波導(dǎo)信息網(wǎng)通信單元和車載的波導(dǎo)信息網(wǎng)移動(dòng)站組成。圖5-5為波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖5-5波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖波導(dǎo)信息網(wǎng)基站(WaveguideBaseStation，簡(jiǎn)稱WBS)由車站計(jì)算機(jī)、無(wú)線擴(kuò)頻電臺(tái)、數(shù)據(jù)采集卡、無(wú)源濾波器、窄縫檢測(cè)發(fā)射器、耦合器等組成。WBS對(duì)上／下行線是獨(dú)立管理的。波導(dǎo)信息網(wǎng)基站主要負(fù)責(zé)接收和處理車載計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)、發(fā)送主控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)、接收列車定位數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)采集卡采集的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)、提供MMI接口、接收MMI發(fā)送的列車控制信息并通過(guò)報(bào)文模塊發(fā)送、提供TCP／IP通信接口、提供串口通信接口等。它是組成波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)單元的最根本的局部，是和車載移動(dòng)站進(jìn)行車地通信的工作站。波導(dǎo)信息網(wǎng)移動(dòng)站(WaveguideMoveStation，簡(jiǎn)稱WMS)由車載計(jì)算機(jī)、車載無(wú)線電臺(tái)、數(shù)據(jù)采集卡、車載ATP／ATO設(shè)備、接口電路以及信標(biāo)接收天線和解碼器窄縫探測(cè)接收器等組成。在列車兩端的駕駛室各設(shè)一個(gè)波導(dǎo)信息網(wǎng)移動(dòng)站。車載計(jì)算機(jī)安裝專用的數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)采集軟件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)，作為移開工作站。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)初始化、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接、獲得位置信息、速度計(jì)算、控制區(qū)交接通信、與車站計(jì)算機(jī)交換信息、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、列車控制系統(tǒng)(窄縫探測(cè)接收器)接口等。信號(hào)傳輸是通過(guò)ATS中心控制室、車站計(jì)算機(jī)、車載計(jì)算機(jī)、車載電臺(tái)和列車上的定位天線發(fā)射和接收信號(hào)，軌旁單元通過(guò)同軸電纜與裂縫波導(dǎo)連接，以裂縫波導(dǎo)為載體雙向傳輸列車實(shí)時(shí)信息。波導(dǎo)信息網(wǎng)基站和軌旁ATP／ATO是有線連接，軌旁ATP／ATO之間通過(guò)光纖、尾纖、光配線架、光端機(jī)等形成區(qū)間鏈路。波導(dǎo)信息網(wǎng)基站和波導(dǎo)信息網(wǎng)移動(dòng)站之間的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行IEEE802．11和IEEE802．3標(biāo)準(zhǔn)。操作系統(tǒng)可選用WindowsNT4．O、Linux、Windows2000等。波導(dǎo)信息網(wǎng)使用無(wú)線擴(kuò)頻電臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。跳頻時(shí)間與時(shí)分復(fù)用周期建立同步關(guān)系。各控制區(qū)間的通訊網(wǎng)有一定的重疊覆蓋區(qū)，保證列車運(yùn)行至控制區(qū)分界處時(shí)，可以平滑過(guò)渡，在車站主控計(jì)算機(jī)上安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)每列列車的車載計(jì)算機(jī)的標(biāo)識(shí)不同及其無(wú)線網(wǎng)卡配置的不同來(lái)識(shí)別每列列車。使用大型數(shù)據(jù)庫(kù)軟件(如Oracle，Sybase等)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集軟件，獲取車載計(jì)算機(jī)發(fā)出的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算、查詢、統(tǒng)計(jì)、更新、存儲(chǔ)等。車載、車站的控制軟件對(duì)所其需數(shù)據(jù)通過(guò)波導(dǎo)信息網(wǎng)進(jìn)行發(fā)送、下載和更新。二、通信單元系統(tǒng)中的通信單元由裂縫波導(dǎo)(用于輻射電磁波載波)、波導(dǎo)同軸變換器(用于向裂縫波導(dǎo)饋入射頻載波信號(hào))、同軸電纜、終端負(fù)載、波導(dǎo)信息網(wǎng)基站、軌旁ATP／ATO、區(qū)間鏈路與沿線設(shè)備共同組成的一個(gè)無(wú)線和有線相結(jié)合的通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)中的通信單元是組成波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)的根底，負(fù)責(zé)每個(gè)車站的信息管理，列車控制等，信息通過(guò)區(qū)間鏈路等通信網(wǎng)絡(luò)和控制中心進(jìn)行交換，以便控制中心對(duì)每列列車進(jìn)行調(diào)度管理。每個(gè)通信單元和本地ATS、軌旁ATP／ATO、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、軌道電路組成一個(gè)信號(hào)控制車站。站臺(tái)信號(hào)設(shè)備如信號(hào)機(jī)、屏蔽門、緊急停車按鈕由信號(hào)控制車站的聯(lián)鎖設(shè)備控制。信號(hào)控制車站主要負(fù)責(zé)：初始化網(wǎng)絡(luò)配置、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、跟蹤列車、速度計(jì)算、提供操作員接口、列車控制系統(tǒng)接口、車載計(jì)算機(jī)信息交換等。三、微波裂縫波導(dǎo)采用微波裂縫波導(dǎo)系統(tǒng)作為車一地雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?。微波裂縫波導(dǎo)系統(tǒng)是波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵局部，它是具有較寬帶寬的，可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音及視頻信號(hào)的傳輸系統(tǒng)，用于車地雙向連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸及列車定位。裂縫波導(dǎo)是個(gè)中空的鋁質(zhì)矩形管，在其頂部等間隔開有窄縫。圖