任福
呼和浩特市地铁运营有限公司 内蒙古 010059
摘要：当前，在计算机技术以及现代通信技术的推动下，再加上各种控制技术的不断革新，当前，地铁信号系统也取得了飞速发展。在过去对轨道交通进行控制时广泛使用TBTC技术，而发展至今，CBTC技术经过实地验证已被证实出更好的通信控制效果，实现了从传统的轨道电路到当下的无线信息的重大转变。
关键词：地铁信号系统;通信控制技术;轨道交通
引言
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。
1CBTC系统设计
1.1CBTC技术通信子系统架构
1.1.1地面骨干网设计
在此控制系统中，地面骨干网的构成成分主要为多个专门的以太局域网，这些局域网的功能就是为了给不同的子系统提供转移的数据传输通道，通常这些局域网都具备机枪的稳定性，数据传输可靠。此外，地面被设计为多骨干并行通信网络，如此一来，当数据进行传输时就都需要通过两个运输通道，并且这两个通道之间并不会产生干扰。一般情况下，地面骨干网主要通过网络进行数据传输，实现光的循环连接。当使用SDH组网时，在每个DCS系统中都会设置SDH，即采用节点连接。此时，还应注重对SDH骨干网的保护。一般情况下，此类的骨干网多被配置为环状结构，并且还要使用二纤双向复用段设计，以此确保即使其中的某一SDH节点发生故障问题，也不会对骨干网络中的其他设备之间的通信产生影响。
1.1.2有线接入网设计
在系统中，有线接入网的功能主要为负责完成IP数据包从点到点以及端至端的数据传输，通常有线接入网的移动性都较好，并且还能为运行中的轨道列车提供连续不断的数据通信。此类网络多由以太网交换机以及路由器构成，并且与地铁的其他系统的设备进行直连，从而将地铁的其他系统都连接进地面骨干网络中。
1.1.3无线通信网设计
为实现轨旁有线网络与列车之间的通信，车地之间的无线通信系统就必不可少，并且是确保通信得以正常传输的重要保障。系统的无线通信网在构成上除了AP，还有车载通信设备以及无线通道等。AP通过WLAN实现与车载通信设备之间的实时通信，而在AP的另一端，则经由交换机实现与有线接入网一端的直连，有线接入网的另外一端则与地面骨干网连接，从而形成完整的通信链。此外，为了避免数据包发生丢失，在国际通信标准的基础上，AP之间的间隔通常设置为300M左右，只有这样才能在列车高速移动（时速高于120㎞/h）过程中实现系统的无缝切换。通常情况下，单套车载移动终端通信时切换时长都低于100ms。为避免无线单元产生故障时对系统整体传输造成影响，一般情况下，在轨旁AP都会设计为两个无线单元进行互相协同工作，从而实现轨旁无线的双层全覆盖。与此同时，为了在无线单元发生故障时能有效减少故障的恢复时间，在任一列车上所配置的无线系统都包含有两个全部冗余的车载通信单元，也即轨旁AP通信客户端，这两个客户端被分别安装于车头及车尾处，通信单元内的无线单元相互协作，且与车载天线直连。由于无线电波本身在进行传输时就会产生一定程度的耗损，因此，必须重视对天线的安装设计。在选取天线时，一定要预先检查天线的产品质量以及其信号的强度。为确保接收到的强度得到保障，一般都应将车载天线安装于车体上方，并且每一车载的通信单元的IP都互相独立且固定，冗余设备亦是如此。
1.2CBTC关键技术
1.2.1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。
1.2.2高可靠性技术
CBTC技术采用双网冗余设计，通信系统与车载网络设备等又有物理隔离，不同的传输系统、通电系统相互独立运行，可共同监控列车，保证列车的正常行驶。
网络内部冗余拓扑:通常情况下，骨干网由光纤将SDH设备连接。如果骨干网在实际使用中出现问题，SDH网络可以用最短的时间开启切换，避免因网络传输问题造成事故。车站处的交换机一般是两条千兆以上的链路，同时与第三条链路连接，进行数据交换。该设计将第三个交换机作为备用机，一旦使用中的交换机出现误差或故障，备用的单台交换机就可以随时投入使用，避免数据中断。轨道上的AP会主动连接主备控制器，主备控制器能够通过网络自行同步信息，即使中心设备主备控制器发生问题，网络间的通信还能够正常进行，不会导致全网列车瘫痪。CBTC系统中，工作人员根据相关标准来测量AP间距，以保证AP间距不会超出可覆盖区域的半径，使前后AP都可以将负责的区域覆盖上。有线通信设备和无线通信设备都在统一的平台上进行操控，使用该平台，可以对所有设备进行检修、排查、定位，在最短的时间内找到问题并进行修复，降低维修成本，确保轨道交通正常运行。
CBTC技术灵活方便、安全高效、成本低廉，可广泛应用于轨道交通，虽然还存在一定的不足，但今后将会越来越完善。
2地铁信号系统通信控制技术存在的不足
虽然当前广泛应用的数据通信系统已可基本满足轨道列车运输的控制需求，但是相关调查研究发现，此系统仍存在一些不足之处。具体主要表现在如下几方面：首先，随着时代的发展，在未来不论是信号系统还是列车的数据信息量都会逐渐增大，因此在今后对系统进行进一步开发时一定不能忽略对大数据传输的研究与考虑；其次，由于列车移动时，信号在无线传输过程中都会受到物理效应的影响，并且随着移动速度的增加，这种物理效应如多普勒效应、多径效应等所带来的影响也会增大，这样不可避免就会降低实际的传输速率。因此对于无线局域网设备而言，一定要确保系统的传输速率，从而使系统整体的稳定运行得到切实保障；与此同时，当前系统信号在进行越区切换时多数都存在切换时长较长的问题，致使当与前一AP断开连接时仍未能与下一AP建立连接，从而就使得传输中的数据出现丢失；再加上如遇设备发生故障时，若故障恢复耗时过久，也会导致数据出现丢失。基于此，在今后的研究过程中可从无线AP的布置以及无线频率的选取入手，来解决此类问题。
3结语
当前，在城市化发展进程日益加快的当下，地铁已成为城市发展进程中最必不可少的交通设施之一。而作为确保地铁得以安全运行的最关键技术，地铁信号控制系统的重要性不言而喻。较之传统的控制系统，CBTC不仅更加灵活高效，其成本也更加低廉。虽然当前的设计可以解决一些安全威胁，但是仍存在诸多不足与漏洞，这些问题都有待未来予以改进及完善。
参考文献
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