《基于无线通信的城市轨道信号系统》 论文

基于无线通信的城市轨道信号系统 学 生 姓 名：                 学      号：                专 业 班 级：              指 导 教 师：        邢红霞        摘    要 对目前城市轨道交通信号系统中，主要采用传统的基于轨道电路的信号系统及无线CBTC移动闭塞系统的技术，在行车运行间隔、施工维修、传输方式等方面进行分析比较。提出无线CBTC移动闭塞系统代表了城市轨道交通信号系统的发展方向。 随着现代铁路发展的需要, 特别是高速铁路和跨国铁路和城市轻轨铁路的发展, 在列车运营效率和运行安全和操作通用性等方面都提出了更高的要求, 基于无线通信的列车控制系统(CBTC)借助于先进的列车定位技术、安全处理器技术和无线通信技术, 从根本上将基于轨道电路的单向信息传输, 改变为基于无线的双向、连续、大容量信息传输, 于是越来越受到人们的关注。 在城市轨道交通系统中，信号控制系统可分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞几种模式。其中移动闭塞模式代表了信号控制系统的发展方向，其追踪列车间的安全间隔距离相比之下最小，能最大限度地提高线路运输能力，以及其自身诸多优势。许多国内城市轨道交通项目都相继采用了移动闭塞系统。 列车自动控制系统在现在城市轨道交通系统的信号系统中占有重要的地位。基于通信的移动闭塞技术 ,是列车自动控制系统中最先进的技术 ,它保证了列车的高速、安全运行。用无线局域网方式来实现移动闭塞 ,是一种新兴的先进技术。文中介绍了无线局域网的标准、基本结构、在轨道交通中的应用以及无线局域网方式实现移动闭塞的一些优点。并且研究了目前几种主流无线通信技术 , 对其传输速率、覆盖范围、特点等进行比较 , 简要分析现代城轨交通中无线通信系统的需求，比选出一种适用于车地间无线传输方案 WLAN, 提出WLAN在城轨交通系统中应用的可行性，对城市轨道交通通信系统建设具有一定参考价值。 关键词：CBTC；WLAN；信号系统；无线通信 目    录 摘    要    I 引    言    1 1 3种城市轨道交通信号控制系统    3 1.1固定闭塞方式的ATC 系统    3 1.2 准移动闭塞方式的ATC 系统    3 1.3 基于移动闭塞方式的ATC 系统    4 1.4 准移动闭塞和移动闭塞系统方式的特点    4 1.4.1准移动闭塞的ATC系统的特点    4 1.4.2移动闭塞式的ATC系统    6 2 无线CBTC移动闭塞系统在城市轨道交通信号系统中的优势    8 2.1传统信号系统    8 2.2 无线CBTC移动闭塞系统    9 2.3 无线CBTC移动闭塞系统对于传统信号的优势    10 2.3.1运行间隔缩短    10 2.3.2硬件数量相对减少，施工维修也更为简单    10 2.3.3传输方式更为优越    10 2.3.4系统的灵活性和安全性    11 3 WLAN 及其在城轨交通中的应用    12 3.1无线局域网（WLAN）概述    12 3.2 WLAN标准    13 3.3 WLAN基本结构    14 3.4 WLAN方式实现车地双向通信    15 3.5 WLAN方式的优点    16 3.6 WLAN在城轨交通中的应用分析    17 结    论    18 致    谢    19 参 考 文 献    20 引    言 城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全 ,实现行车指挥和列车运行现代化 ,提高运输率的关键系统设备。城市轨道交通信号系统是城市轨道交通自动化系统中的关键部分 ,是保证列车和乘客安全 ,实现列车运行高效、指挥管理有序的自动控制系统。其核心是列车自动控制系统(ATC 系统) ,它由列车自动监控子系统(ATS) 、列车自动防护子系统(ATP) 、计算机联锁子系统(CI)和列车自动驾驶子系统(ATO)组成。其中列车自动防护子系统 ATP除包括地面和车载设备外还包括车站正线联锁设备。3个子系统通过信息交换网络构成闭环系统,实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合,构成一个以安全设备为基础,集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。 ATC系统自上世纪 70 年代投入运用至今 ,经历了三十年的发展,技术日趋成熟 ,为使列车控制技术经济指标更加合理 ,世界各国纷纷开发了先进的ATC系统 ,ATC系统按闭塞方式分类有三种类型:固定闭塞方式的 ATC 系统、准移动闭塞式的 ATC系统、移动闭塞式的 ATC系统。 在城市轨道交通系统中，信号控制系统可分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞几种模式。其中移动闭塞模式代表了信号控制系统的发展方向，其追踪列车间的安全间隔距离相比之下最小，能最大限度地提高线路运输能力，以及其自身诸多优势。许多国内城市轨道交通项目都相继采用了移动闭塞系统。 城轨通信系统为城轨交通的正常运行起着至关重要的作用。它由传输系统、无线通信系统、调度及专用通信系统、闭路电视监控系统、乘客信息服务系统 (PIDS) 等子系统组成。其中 PIDS是一个多媒体资讯发布、播控与管理的平台 , 能为乘客提供全方位的导乘和其他资讯服务 , 需要随时与控制中心进行大量的信息交换 , 要求全数字传输、高速率、安全保密性好及抗干扰能力强等 , 因此 PIDS无线传输技术的选择成为关键点。 城市轨道交通无线通信业务一般将其分为专网无线、公网无线（或民用无线）以及公安通信，随着无线通信技术的日益发展，传输带宽不断提高，通信终端的实时信息处理能力飞速增强，城市轨道交通的无线通信技术得到了更为广泛的应用。目前国内城市轨道交通无线通信技术系统主要包括信号系统CBTC（基于无线通信的列车控制技术）、通信PIDS（乘客信息）系统、车载CCTV（闭路电视监控）、移动电视等。 目前，国内城市轨道交通行业存在的信号和通信系统都是相对独立的，随后产生的新兴无线通信的应用都各自成系统、相对独立，基本都使用各自不同的无线通信网络。而无线通信技术主要有：TETRA（数字集群）、GSM、CDMA、3G、WLAN、Wi-Fi、WiMAX、DVB-T等。前3种制式均是使用广泛且十分成熟的无线技术，但均存在传输速率低、且接入公网存在安全、干扰等问题，不能满足城市轨道交通的使用需要。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。 在轨道交通中,为保证列车运行安全 ,必须在空间上保证列车之间以一定的安全间隔运行。ATP(列车自动防护)系统是列车自动控制系统的重要组成部分是保证城市轨道交通行车安全、缩短列车安全运行间隔的重要安全系统。目前用于城市轨道交通 ATP 系统的闭塞方式有固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞种。基于通信的移动闭塞技术是全球轨道交通信号界公认的最先进的信号技术。近年来国内新建的移动闭塞项目(例如上海地铁 8 号线、北京地铁 10 号线)及旧系统改造项目(例如北京地铁 2 号线)绝大多数采用基于无线的通信方式。 目前 ,已成功应用于城市轨道交通列车自动控制系统的车地双向通信的方式有感应电缆环方式、漏缆方式、波导方式、无线电台扩频方式等 ,而基于 IEE802.11 WLAN(无线局域网)通信的无线电台方式是最流行的一种方式。 1 3种城市轨道交通信号控制系统 城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全 ,实现行车指挥和列车运行现代化 ,提高运输效率的关键系统设备。城市轨道交通信号系统是城市轨道交通自动化系统中的关键部分 ,是保证列车和乘客安全 ,实现列车运行高效、指挥管理有序的自动控制系统。其核心是列车自动控制系统(ATC 系统) ,它由列车自动监控子系统(ATS) 、列车自动防护子系统(ATP) 、计算机联锁子系统(CI)和列车自动驾驶子系统(ATO)组成。ATC系统自上世纪 70 年代投入运用至今 ,经历了三十年的发展,技术日趋成熟 ,为使列车控制技术经济指标更加合理 ,世界各国纷纷开发了先进的 ATC系统 ,ATC系统按闭塞方式分类有三种类型:固定闭塞方式的 ATC 系统、准移动闭塞式的 ATC系统、移动闭塞式的 ATC系统。 1.1固定闭塞方式的ATC 系统 (固定闭塞式的 ATC系统 ,采用传统的多信息音频轨道电路 ,按固定方式 ,根据线路情况、列车特性和固定的速度等级确定闭塞分区长度 ,列车以闭塞分区为最小行车间隔 ,且需设防护区段。其传输的信息量少 ,对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码 ,即该区段所规定的最大速度码或入口/出口速度码。列车速度监控一般采用的是闭塞分区出口检查方式 ,当列车的出口速度大于本区段出口速度时 ,车载设备便对列车实施惩罚性制动 ,为保证列车运行的安全,这种滞后的速度检查方式必须要有一个完整的闭塞分区作为列车的安全保护距离 ,对于地铁的折返轨道来说 ,需要有较长的尾轨才能保证折返的能力和列车运行安全。系统的 ATP 采用阶梯式控制方式 ,对列车运行控制精度不高 ,降低列车运行舒适度、增加司机的劳动强度。限制了通过能力的进一步提高。固定闭塞分区的划分依赖于指定列车的性能 ,对线路上有不同性能的列车时 ,为保证安全,需按最严格条件设计 ,既影响运行效率也不适应今后列车类型变更。属二十世纪八十年代技术水平,西屋公司、GRS公司分别用于北京地铁、上海地铁一号线的 ATC系统均属此种类型。