地铁信号系统通信控制技术研究

地铁信号系统通信控制技术研究

崔崇巍

哈尔滨地铁集团有限公司 150000

摘要：随着我国经济水平的不断提升，城市化建设进程速度也越来越快，大中型城市为了进一步缓解人口增长而带来的交通压力，正在不断地开发新地铁路线。地铁能够在很大程度上缓解地面交通的压力，同时还可以让人们的出行更加方便，在这当中，地铁信号控制系统能够进一步提升地铁运行的安全性以及可靠性。基于此，本文将对地铁信号系统通信控制技术进行深入研究，希望能够为相关工作人员提供帮助。

关键词：地铁；信号系统；通信控制技术

引言：当前，我国众多城市开始纷纷兴建地铁，它已经逐步演变为了公共交通的一个重要组成部分。建设地铁通信系统的意义重大，它能够有效满足语音、数据、文字以及图像传输等多方面的信息需求，为地铁的安全通行提供坚实的保障。轨道交通建设投入成本大，运营方式复杂，日常管理中需要运用先进的通信技术。地铁信号系统通信技术又称为CBTC，是一个连续的列车自动控制系统，该技术系统具有独立性，依靠感应环线、里程计、测速雷达等各种传感器获得列车相对位置信息和速度信息，将CBTC技术应用于轨道交通，可有效监控所有列车。

1. 地铁信号系统应用通信控制技术的意义

地铁作为一种便捷的交通工具，能够有效地缓解当前城市发展过程中产生的交通压力，推动我国城市化进程的稳定发展，在现代化城市交通系统中占据了越来越重要的位置。在地铁运行管理的过程中，利用通信控制技术对信号系统进行控制，不仅能够实现地铁与地面之间的双向通信，便于地面的工作人员了解地铁运行的实际状况，还能够保证在地铁出现故障时，地面的工作人员可以及时采用针对性的措施，解决问题，有效提升地铁系统的安全性与可靠性，避免地铁安全故障出现给人们的正常出行造成影响。

2. 基于WLAN的CBTC技术通信子系统构架方式

2.1 地面骨干网设计

对于CBTC系统来说，地面骨干网是其中的重要组成部分，其主要是通过多个专门的以太局域网构成的，这些局域网的主要作用就是给不同的子系统提供传输数据通道，一般来说，这些局域网都有着很强的稳定性，在进行数据传输时是非常可靠的。另一方面，地面设计成了多骨干并行通信网络，这样就可以在传输数据的过程中让数据通过两个运输通道，互不干扰。通常来说，地面骨干网是借助网络来开展数据传输的，在应用SDH组网的过程中，对于所有DCS系统都会设置SDH，也就是节点连接，在这个过程中还需要重视保护SDH骨干网。通常这种类型的骨干网都是以环状结构为基础，同时还需要应用二纤双向复用段来进行设计，这样即使在某一SDH阶段出现问题以后，依然可以保持骨干网络当中其他设备之间的通信。

2.2 有线接入网设计

在CBTC系统当中，有线接入网主要是为了将IP数据包通过点至点、端至端的形式来开展数据传输，一般情况下，有线接入网都有着不错的移动性，同时还可以为运行过程中的列车提供数据通信。这类网络主要是借助以太网交换机与路由器组成同时和地铁当中的其他系统设备直接连接，以此来把地铁的其他系统都连接入地面骨干网络中。

2.3 线通信网设计

目前，为了进一步确保列车与轨道旁的有线网络可以稳定通信，就应当构件列车与地面之间的无线通信系统。当前系统当中的无线通信网络一般由AP、车载通信设备以及无线通信通道等部分组成，AP一端一般是借助WLAN和车载通信设备之间进行联通，并且AP的另一端为交换机和有线入网的一端实施连接，同时有线接入网的另一端和地面骨干网进行连接，以此来使这三个部分形成了完整的通信链。

3. 基于LTE的CBTC系统方案设计

LTE技术的定位是准4G通信技术，所以在LTE通信系统出现以及被应用以后，使传统通信技术得到了很大改善，实现了网络模式以及网络技术的重大革新，该系统有着网络结构扁平化、数据传输速度快、低延时的优势，同时在技术方面实现了很大突破。

基于LTE的CBTC系统一般涉及到了三个方面，也就是TAU车载子系统、BBU地面子系统与RRU核心网。对于LTE整体组网框架来说，核心网是重要的数据交换核心，其能够为信息提供交互以及负责急产的运维与管理，是轨道交通线路网的重要控制中心。地面子系统主要是通过BBU 和 RRU组成的，基带处理单元主要完成基带信号的处理，射频拉远单元则为将基带光信号转化为射频信号放大出去。所以在地铁运行的过程中，会从一个RRU覆盖区域驶向另一个RRU的覆盖区，这样就可以让TAU设备结合切换算法在相应的实际进行越区切换，以此来确保用户设备的信号质量。

4. CBTC的核心技术分析

3.1 自动控制技术

对于地铁自动控制系统来说，为了进一步对地铁进行直接控制，就必须要通过两种制式的系统结构来实现，这当中的核心就是地铁定位技术，该项技术能够降低对地铁轨道设备的应用率，以此来突破地铁运行区间的闭塞性。现阶段，针对地铁的实际运行情况，借助车载控制器能够实时发送地铁位置的信号，通过对该信号展开分析，然后把反馈信号传递到车载控制器中，就可以进一步优化地铁的运行状态，以此来将地铁的运行速度控制在安全范围内。

3.2 自动监控技术

因为在一条地铁运行线路当中会存在多辆同时运行的地铁，所以就应当对地铁的运行状态展开实施监控，进而确保地铁运行过程的安全性。借助对每一辆地铁运行状态的监控，能够帮助工作人员掌握地铁的实时状态，以此来对停站间隔与运行等级进行合理调整。现阶段，在同一轨道多辆地铁的运行过程中，一般是通过自动监控技术来实现调整，监控系统能够协同地铁信号系统，对地铁的运行状态进行诊断，并对地铁运行过程中的异常问题进行及时解决，从而确保地铁的稳定运行。

3.3 高可靠性技术

在CBTC系统设计的过程中，为保证列车运行的安全性与可靠性，工作人员通过对其开展冗余设计，保证信号双网并行的方式，以此避免在信号网出现故障后，列车运行立即出现问题的情况。具体来说，在设计过程中，列车的轨道旁以及车载通信系统的网络配置完全相同，但这两个设计之间存在着一定的物理间隔，两者的网络传输链、供电系统等部分都是独立运行的。在实际使用过程中，双网可以同时进行信号传输，并且对列车的运行状态进行监控分析，在两者中任意一个信号传输路径出现问题后，另一个网络系统仍旧能够正常工作，这种情况的存在，不仅降低了因信号传输失败而造成的危险性，还提升了列车运行的可靠性。

3.4 无线快速切换技术

为了让列车更加高效地行驶，快速切换技术不可或缺。AP在越区切换时，所要花费的时间一般是500ms～2s。如果普通列车按照120km/h的时速行驶，那么AP在越区切换时，会有65m左右的行驶区间处于无断开系统的控制范围内，一旦出现这种情况，将会造成十分严重的交通安全事故，所以无线快速切换技术应运而生，该技术可以在区域切换时确保数据不丢失，保证列车安全运行。如一段隧道长度为300m,API1和API2可以覆盖列车的公共区域。当列车高速运行到API1区域时，可以和API1保持相关的数据连接，当运行到公共区域时，列车依然可以使用API1进行数据交互，同时API还要建立与API2数据的连接。当列车运行到API2时，能直接与其连接，并进行数据传输，不用等待API1断开。这样可以将切换时间缩短到50ms之内，确保列车高速运行时的实时通信。

5. 地铁信号系统自动控制功能发展趋势

地铁信号系统在今后的发展趋势应当涉及到以下几个方面：①随着我国科技水平的进步，通信技术以及计算机网络技术的不断发展，单一线路的ATS控制系统应当向着集成化程度更高的城市综合轨道交通控制系统发展，以此来达到对轨道交通网络展开综合监控的目的。②现阶段，我国应用较为广泛的依然是ATO自动驾驶模式，在列车出站的过程中，需要司机发出发车命令。而在对CBTC系统应用逐渐成熟以后，借助系统升级的方式可以实现全程无人的ATO驾驶，通过信号系统来对列车行驶进行自动控制，进而降低对人力资源的消耗，提升社会经济效益。

结束语：综上所述，地铁通信系统的设计工作具有极强的复杂性以及系统性，同时对于系统的可靠性也有着较高的要求。在地铁通信系统当中应用先进技术与地铁行业今后的发展息息相关，所以，应当不断提高对地铁信号系统通信控制技术的应用水平，保障地铁运行的可靠性，进而促进我国地铁行业的进一步发展。

参考文献：

[1]严林波,孙正凯.地铁信号系统通信控制技术研究[J].科学技术创新,2019(30):86-87.

[2]柴葳崴.地铁信号系统通信控制的技术研究[J].时代农机,2019,46(09):27+29.