無線通信施工技術(shù)研究

1、無線通信施工技術(shù)研究 1引言 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)進(jìn)入城市化和機(jī)動(dòng)化的加速發(fā)展階段，高速鐵路和城市軌道交通得到空前發(fā)展?；跓o線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(CBTC)作為一種先進(jìn)的列車控制系統(tǒng)，具有速度快、運(yùn)能大、安全準(zhǔn)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行CBTC應(yīng)用技術(shù)研究具有必要性1。 2基于無線通信的列車控制系統(tǒng)概述 基于無線通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）是利用連續(xù)、大容量的車地間雙向數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)的一種新型連續(xù)自動(dòng)列車控制系統(tǒng)。CBTC借助先進(jìn)的列車定位技術(shù)、無線通信技術(shù)，從根本上將基于軌道電路的單向信息傳輸，改變?yōu)榛跓o線的雙向、連續(xù)、大容量信息傳輸2。CBTC系統(tǒng)的運(yùn)用有著廣泛的前景，但是CBTC系統(tǒng)目前

2、核心技術(shù)一直被國(guó)外公司掌握，我國(guó)對(duì)CBTC系統(tǒng)的研究起步較晚，2002年開始籌劃自主的CBTC關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)、工程化開發(fā)和示范應(yīng)用等問題，并于2004年正式啟動(dòng),目前CBTC的國(guó)產(chǎn)化程度不高。 3基于無線通信的列車控制系統(tǒng)核心內(nèi)容 3.1CBTC系統(tǒng)的原理和功能實(shí)現(xiàn)。CBTC系統(tǒng)不以閉塞分區(qū)作為列車追蹤的最小單元，而是采用一種移動(dòng)閉塞技術(shù)。移動(dòng)閉塞是基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不依靠軌道電路向列控車載設(shè)備傳遞信息，而是利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)“車地通信”并實(shí)時(shí)地傳遞“列車定位”信息。CBTC主要通過列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）、列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）、列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）、聯(lián)鎖（CI）、數(shù)據(jù)傳輸（

3、DCS）子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)列車控制功能。ATP列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)是ATC系統(tǒng)的安全核心，主要負(fù)責(zé)保證列車的運(yùn)行安全。CI子系統(tǒng)聯(lián)鎖設(shè)備是保證列車運(yùn)行安全的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車進(jìn)路上道岔、信號(hào)機(jī)、軌道區(qū)段正確的聯(lián)鎖，因此必須滿足故障安全原則。ATO是自動(dòng)控制列車運(yùn)行的設(shè)備。ATO系統(tǒng)是列車運(yùn)行自動(dòng)化系統(tǒng)中的高層次環(huán)節(jié)，對(duì)提高運(yùn)行效率，提高列車運(yùn)行的準(zhǔn)點(diǎn)率和安全性，實(shí)現(xiàn)列車經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等具有重要作用。ATS子系統(tǒng)是ATC系統(tǒng)的上層管理部分，負(fù)責(zé)監(jiān)督、控制和調(diào)整列車間的有效運(yùn)行，是保證地鐵運(yùn)輸效率、提高服務(wù)質(zhì)量的重要設(shè)備。DCS子系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立于其他應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，是完全透明與開放的。DCS子系統(tǒng)的主要作用是在各個(gè)

4、信號(hào)子系統(tǒng)之間傳輸列車控制信息、ATS信息和維護(hù)信息等。3.2車地?zé)o線通信。3.2.1車地?zé)o線通信的通信方案。車地通信是CBTC關(guān)鍵技術(shù)之一，傳輸?shù)氖巧婕靶熊嚢踩闹匾獢?shù)據(jù)信息?；谀壳败嚨赝ㄐ偶夹g(shù)的應(yīng)用情況，針對(duì)CBTC系統(tǒng)的車地通信提出以下兩種方案：方案一：采用WLAN技術(shù)的車地通信方案?；跓o線通信技術(shù)的移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)，其車地通信采用無線局域網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建，WLAN技術(shù)在開放的2.4GHZISM公共頻段中傳輸車地雙向數(shù)據(jù)通信信息，其主要優(yōu)點(diǎn)是成本低、設(shè)備小、靜止場(chǎng)景數(shù)據(jù)帶寬寬、應(yīng)用比較成熟，但同時(shí)存在安全性差、覆蓋難、切換頻繁、干擾源多等問題。方案二：采用TD-LTE技術(shù)的車地通信綜合業(yè)

5、務(wù)通信方案。LTE是基于OFDMA(正交頻分復(fù)用多址接入)技術(shù)，由3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃）組織制定的全球通用標(biāo)準(zhǔn)，具有100Mbps的數(shù)據(jù)下載能力。LTE采用了OFDM(正交頻分復(fù)用)、MIMO(多輸入多輸出)、HARQ(混合反饋重發(fā))等先進(jìn)技術(shù)有效提高數(shù)據(jù)速率、頻譜效率和抗干擾性，提供綜合業(yè)務(wù)承載的優(yōu)先級(jí)調(diào)度和高速移動(dòng)性支持，并通過抗干擾技術(shù)和安全機(jī)制保證無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的安全可靠傳輸。由此可看出，采用LTE技術(shù)作為車地通信方案完全能夠滿足信號(hào)系統(tǒng)車地通信功能及工程實(shí)施進(jìn)度要求，由LTE作為車地?zé)o線通信系統(tǒng)承載地鐵業(yè)務(wù)已成為城市地鐵建設(shè)的趨勢(shì)。綜上所述，推薦采用基于TD-LTE技術(shù)的車地通

6、信綜合業(yè)務(wù)通信方案。3.2.2車地?zé)o線通信的傳輸方案。CBTC系統(tǒng)全線可以單獨(dú)采用天線方式、漏泄同軸電纜方式或者波導(dǎo)管方式進(jìn)行無線信息傳輸，也可以采用其中的兩種相結(jié)合的方式。方案一：無線電臺(tái)天線方式是指通過天線把符合IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線接入點(diǎn)所發(fā)出的信號(hào)輻射出去，無線信號(hào)在空間的傳播特性符合自由空間的傳播特性。天線方式傳輸?shù)淖畲缶嚯x約為400米，由于軌道交通線路多穿行于城市區(qū)域，其彎道和坡道較多，增加了無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的難度。無線電臺(tái)的體積較小，安裝比較靈活，但是存在干擾問題，需要現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試。方案二：漏泄同軸電纜采用漏泄同軸電纜的方式，就是把AP發(fā)出的無線信號(hào)局限在漏泄同軸電纜內(nèi)傳輸。

7、漏泄同軸電纜方式的傳輸特性和衰減特性較好，傳輸距離較遠(yuǎn)，沿線無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋均勻，且呈現(xiàn)良好的方向性分布，抗干擾能力較強(qiáng)。漏泄同軸電纜的安裝要求不是很高，其自身安裝調(diào)試完成后維護(hù)工作量很小。方案三：波導(dǎo)管采用波導(dǎo)管的方式，就是把AP發(fā)出的無線信號(hào)局限在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸。波導(dǎo)管上有開孔，通過開孔泄露出來的無線信號(hào)與車載的無線設(shè)備通信。波導(dǎo)管因其波導(dǎo)管物理特性和衰減特性很好，傳輸距離較遠(yuǎn)，且沿線無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋均勻，呈現(xiàn)良好的方向性分布，抗干擾能力較強(qiáng)。其傳輸距離要優(yōu)于漏泄同軸電纜，減少列車在各個(gè)AP之間的漫游和切換，提高了無線傳輸?shù)倪B續(xù)性和可靠性。由于青島地鐵11號(hào)線屬于高架線，信號(hào)干擾大，站與站距離長(zhǎng)，所

8、以正線傳輸媒介采用波導(dǎo)管。3.3CBTC故障情況下的降級(jí)運(yùn)行模式及安全性分析。信號(hào)系統(tǒng)降級(jí)能力，是信號(hào)系統(tǒng)在部分故障狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)功能后退的能力，是在自己系統(tǒng)構(gòu)成基礎(chǔ)上的功能降級(jí)運(yùn)用，是提高系統(tǒng)利用率的重要途徑。信號(hào)系統(tǒng)的降級(jí)運(yùn)營(yíng)模式主要有兩種：聯(lián)鎖級(jí)降級(jí)控制方案；點(diǎn)式ATP/ATO降級(jí)控制方案。在聯(lián)鎖級(jí)的降級(jí)模式下，列車在通過當(dāng)前開放的信號(hào)機(jī)后司機(jī)無法獲取前方信號(hào)機(jī)的確切位置及顯示，也就無法知道具體的移動(dòng)授權(quán)信息（前行列車的位置或運(yùn)營(yíng)停車點(diǎn)），列車駕駛完全由司機(jī)控制，這就給行車安全埋下了一定隱患。在點(diǎn)式ATP/ATO降級(jí)模式下，列車采用AM或CM模式運(yùn)行，車載ATP對(duì)列車實(shí)行全功能監(jiān)控，車載AT

9、P計(jì)算列車運(yùn)行的速度防護(hù)曲線，列車在ATO或司機(jī)的控制下按照速度防護(hù)曲線運(yùn)行。相較于聯(lián)鎖級(jí)模式，列車運(yùn)營(yíng)的安全、效率以及乘客乘坐的舒適度將顯著提升。 4基于無線通信的列車控制系統(tǒng)的研究對(duì)施工及調(diào)試的意義研究 CBTC系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)功能的方法，掌握CBTC關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)CBTC系統(tǒng)的施工和調(diào)試有著積極的作用。對(duì)CBTC原理性知識(shí)的掌握可以加深管理人員對(duì)施工和調(diào)試的理解，使得設(shè)備的安裝更合理，設(shè)備的調(diào)試更有效率?？梢允构芾砣藛T融會(huì)貫通，在原來的基礎(chǔ)上更加大膽的創(chuàng)新，從而使工藝更美觀。特別是因現(xiàn)場(chǎng)不確定性因素需要調(diào)整方案時(shí)，管理人員可以從更高的角度考慮問題，從而對(duì)問題的處理更加迅速，合理。熟練地掌握CBTC系統(tǒng)的原理性知識(shí)和硬件設(shè)備對(duì)于設(shè)備安裝和聯(lián)調(diào)聯(lián)試都很重要，既能節(jié)省時(shí)間，也能節(jié)省財(cái)力物力。青島地鐵11號(hào)線將基于無線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)安裝施工過程相結(jié)合，并建立施工工藝工法，達(dá)到了滿意的效果。 5結(jié)語(yǔ) 基于無線通信的列車控制系統(tǒng)是一套健全、高效的系統(tǒng)，通信和傳輸采用的方案都是經(jīng)過仔細(xì)篩選的最佳方案。CBTC相比傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)系統(tǒng)具有減少電纜敷設(shè)及維護(hù)，成本低，信息傳輸流量大、效率高、速度快、兼容性強(qiáng)，提高調(diào)度中心工作效率等優(yōu)點(diǎn)?；跓o線通信的列車控制系統(tǒng)的研究也使得施工及調(diào)試更準(zhǔn)確更高效。 【參考文獻(xiàn)】 【1】宗明.基于無線通信的列車控制系