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1、浅析基于无线通信轨道交通ATC系统(图文)浅析基于无线通信的轨道交通 ATC 系统(图文)论文导读：基于通信的 ATC 系统(CBTC)是指利用不依靠于轨道电路的高精度的列车定位、双向连续、大容量的车地数据通信以及车载、地面的平安功能处理器,实现连续自动列车限制的一种系统。近年来随着无线通信技术、计算机网路技术、平安处理技术的飞速发展，基于无线通信技术的 ATC 系统（RFCBTC）在我国轨道交通中已经进入了好用阶段，并成为 ATC 系统发展的主要方向。对于裂缝波导还可以完成列车的协助定位功能。基于无线通信的 ATC 系统（RFCBTC）是轨道交通信号系统发展的主要方向，随着无线通信技术、计算
2、机技术、平安处理技术的进一步发展和完善，以及设备国产化率逐步的提高，基于无线通信的 ATC 系统（RFCBTC）在我国轨道交通中将会得到更加广泛的推广与应用。关键词：自动列车限制，无线通信，定位，轨道交通1、 概述 列车自动限制（Automatic TrainControl,简称 ATC）系统由列车自动防护 （ AutomaticTrain Protection, 简 称 ATP ）、 列 车 自 动 运 行（AutomaticTrain Operation,简称 ATO）、列车自动监督（AutomaticTrain Supervision,简称 ATS）三个子系统组成。ATC 系统早在 20
3、 世纪 60 年头起先研制试用，世界上第一条运用 ATC 系统的线路维多利亚线于 1968 年在英国伦敦投入运行。论文检测。随着通信技术、计算机技术、限制技术的快速发展, 20 世纪 80 年头以来，出现了基于通信的 ATC 系统（Communication Based Train Control,简称 CBTC）。基于通信的 ATC 系统(CBTC)是指利用不依靠于轨道电路的高精度的列车定位、双向连续、大容量的车地数据通信以及车载、地面的平安功能处理器, 实现连续自动列车限制的一种系统。基于通信的 ATC 系统（CBTC）又分为采纳轨间电缆为传输通道的 CBTC(称为 IL CBTC)和采纳
4、无线数据通信的 CBTC（称为 RF CBTC）。近年来随着无线通信技术、计算机网路技术、平安处理技术的飞速发展，基于无线通信技术的 ATC 系统（RF CBTC）在我国轨道交通中已经进入了好用阶段，并成为 ATC 系统发展的主要方向。2、 基于无线通信的 ATC 系统的基本结构 基于无线通信的 ATC 系统（RF CBTC）车地间通过无线数据通信方式实现连续、高速、双向、大容量的信息交换，能够满意移动闭塞车地通信的要求，它代表着 ATC 发展的最新方向，一般实行移动闭塞制式。从结构上看，整个系统由联锁设备、RF CBTC 地面设备、无线通信网络和 RF CBTC 车载设备组成，如图 1 所示
5、。但从功能上分为ATP 子系统、ATO 子系统、ATS 子系统和联锁子系统。RF CBTC 地面设备实现地面轨旁ATP功能，RF CBTC车载设备实现车载ATP、ATO功能，ATS 在 ATP、ATO 子系统及联锁设备的支持下完成对全线列车运行的自动管理和监控。3、 基于无线通信的 ATC 系统的基本原理 基于无线通信的 ATC 系统（RF CBTC）的基本工作原理如图 2 所示。调度限制中心(DCC) 位于整个架构的最顶层, 它负责限制多个车站限制中心(SCC) , 以实现相邻 SCC 之间的限制通信。每个车站设一个车站限制中心。每一列车装备有 RF CBTC 车载设备(OBE) , 车站限
6、制中心限制其范围内全部列车的运行。SCC 通过其管辖范围之内的多个基站(BS) 与覆盖范围内的 RF CBTC 车载设备实时双向通信。信息的发送范围就是车站无线通信系统的覆盖范围, 因此列车在运行过程中, RF CBTC 车载设备要依次与各个SCC 建立通信联系, 接收SSC 发送的信息。每一 SCC 要向其限制范围内的全部列车发送信息, 因此一个 SCC 要同时与多个 RF CBTC 车载设备（OBE ）保持通信联系。而一列车不能够同时与多个 SCC 通信, 在经过不同的车站限制信号区域时, RF CBTC 车载设备（OBE）会自动地实行信号区域的切换。列车在区段内运行时,OBE利用无线方式
7、通过BS将列车位置、速度信息发送给SCC。BS 通过无线信道向空间发送信息,所在区域的列车依据自身的编号地址,接收发送给自己的信息,不会发生信息窜码事务。SCC 通过 BS 周期地将前行列车的位置、速度及线路参数等信息发送给后行列车；后行列车的 OBE 收到信息后,依据前车运行状态(位置、速度)、线路参数(弯道、坡度等)、本车运行状态、列车参数(列车长度、牵引重量、制动性能等) , 采纳车上计算、地面(SCC) 计算或是车上、地面同时计算, 预期列车在一个信息周期末的状态能否满意列车追踪间隔的要求,从而确定合理的驾驶策略,实现列车在区段内高速、平稳地以最优间隔追踪运行, 从而为实现移动闭塞分区
8、供应牢靠的技术支持。4、 基于无线通信的 ATC 系统的车地通信方式及定位技术（1）车地通信方式及特点 基于无线通信的 ATC 系统的车地通信方式有三种。1)无线电台方式 采纳自然空间作为车地信息传输的主要媒介。无线信号在空气中自然传播，衰耗相对较大,并且要考虑不同电磁环境下的防干扰问题。但轨旁设备简洁，工程投资相对较少，设备可以采纳高度通用化模块，干脆采纳商业现货，修理工作量小，长期运营费用低。2)漏泄电缆方式 采纳漏泄电缆作为车地信息传输的主要媒介。论文检测。漏泄电缆安装于轨旁或顶部，沿线贯穿敷设，无线信号沿漏泄电缆传输。其特点是场强覆盖效果匀称，传输速率高，传输衰耗较小，但漏缆价格较贵，
9、工程投资较大。漏泄电缆系统可供应较宽的带宽，不仅可传输车地双向连续的数据，还可传输音频和视频信号。3)裂缝波导方式 采纳裂缝波导作为车地信息传输的主要媒介。波导管沿线贯穿敷设，安装于线路的一侧，无线信号沿波导管传输。其特点是波导传输方式衰耗小，且衰耗匀称，无反射波、邻频干扰、传输死区等状况。微波波导系统具有较宽的带宽，不仅可传输车地双向连续的数据，还可传输语音和视频信号，而且传输衰耗小。论文检测。但波导价格贵，工程投资相对大。对于裂缝波导还可以完成列车的协助定位功能。（2）定位技术 基于无线通信的 ATC 系统的列车定位主要通过车载定位设备和地面定位设备共同实现。车载定位设备主要有：编码里程计
10、、测速雷达、测速电机（OPG）、车载测速传感器、加速计、接近传感器、车载扩频电台等；地面定位设备主要有：应答器、信标、裂缝波导、地面扩频电台等。应答器（或信标）主要用于确定列车在线路中的肯定位置，对于两个应答器（或信标）之间的位置车载设备通过测速设备计算其走行距离加上上一应答器(或信标)的肯定位置计算而得。系统的定位精度取决于应答器（或信标）在线路上安装密度和车载设备测速误差。目前开通或将要开通的绝大多数RF CBTC系统主要采纳这种定位方式，通过应答器（或信标）加车载测速设备共同实现列车定位。另外一种定位方式就是利用扩频电台实现列车定位。扩频无线电台定位的原理是：在地面沿线设置无线基站，无线
11、基站不断放射带有其位置信息的扩频信号，车载扩频电台同时接收到 3 个以上的无线基站信息，并分别计算出列车与基站的距离，即可以确定列车的即时位置。扩频定位的精度取决于伪随机编码的频率，编码频率越高，定位精度越高。150MHZ 频率的编码可以实现 1m 以下的测距误差。5、 小结 基于无线通信的 ATC 系统（RF CBTC）应用无线通信技术，实现列车与地面之间的双向、实时、牢靠、大容量的信息传输。车地间通过无线网络可以实现实时、双向、平安、牢靠的控车信息和列车运行状态信息的传输，实现列车的实时、连续、闭环限制，不仅能实现先进的移动闭塞，缩短列车的行车间隔，大幅度提高列车的运行效率，而且还可以实现
12、语音、视频信息的传输，为旅客实现各种增值业务服务，满意旅客多元化的旅行要求。基于无线通信的 ATC 系统（RF CBTC）是轨道交通信号系统发展的主要方向，随着无线通信技术、计算机技术、平安处理技术的进一步发展和完善，以及设备国产化率逐步的提高，基于无线通信的 ATC 系统（RF CBTC）在我国轨道交通中将会得到更加广泛的推广与应用。参 考 文 献 1 IEEE Standard forCommunications-Based Train Control (CBTC)Performanceand Functional Requirements. 1999.2 曾小清,王长林，张树京. 基于通信的轨道交通运行限制同济高校出版社,2007.5.3 傅世善. 闭塞与列控概论中国铁道出版社,2006.3.