無(wú)線(xiàn)通信與互聯(lián)互通

無(wú)線(xiàn)通信與互聯(lián)互通

摘要分析了基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展促進(jìn)了ATC系統(tǒng)從一個(gè)以硬件為基礎(chǔ)向以軟優(yōu)勢(shì)。采用基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,并有利于設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。結(jié)合國(guó)外實(shí)施互聯(lián)互通的經(jīng)驗(yàn)和中國(guó)國(guó)情,指出該技術(shù)對(duì)于上海新線(xiàn)建設(shè)及將來(lái)的互聯(lián)互通是一種可行的方案。

關(guān)鍵詞列車(chē)自動(dòng)控制,無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)控制,互聯(lián)互通

基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)列車(chē)實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。它擺脫了軌道電路對(duì)列車(chē)占用的判別方式,突破了固定閉塞的局限性,可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞。本文將從列車(chē)控制技術(shù)的發(fā)展著手,探討無(wú)線(xiàn)CBTC的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)及對(duì)于實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和項(xiàng)目設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的優(yōu)越性,并對(duì)其在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用前景提出了看法。

1列車(chē)控制技術(shù)的發(fā)展和CBTC

列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展依賴(lài)于市場(chǎng)的需求以及各種新興的技術(shù)基礎(chǔ)。過(guò)去25年中微處理器的發(fā)展以及過(guò)去5年中移動(dòng)通信的發(fā)展,對(duì)ATC技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。微處理器的件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的演變,而移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展也將極大影響ATC系統(tǒng)發(fā)展的進(jìn)程[2]。

圖1列車(chē)控制技術(shù)的發(fā)展

無(wú)線(xiàn)CBTC采用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng),通過(guò)開(kāi)放的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了列車(chē)與軌旁設(shè)備實(shí)時(shí)雙向通信,信息量大,并通過(guò)采用基于IP標(biāo)準(zhǔn)的列車(chē)控制結(jié)構(gòu),可以在實(shí)現(xiàn)列車(chē)控制的同時(shí)附加其它功能。

目前國(guó)際上諸如Alcatel,Alstom,Siemens,Bombardier和Westinghouse等信號(hào)供應(yīng)商。均開(kāi)發(fā)出了各自的CBTC系統(tǒng)并在全球得到了廣泛的應(yīng)用。

2無(wú)線(xiàn)CBTC與互聯(lián)互通

無(wú)線(xiàn)CBTC的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

由于無(wú)線(xiàn)CBTC可采用移動(dòng)閉塞的制式,列車(chē)能以較小的間隔運(yùn)行,可使運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)“小編組,高密度”的運(yùn)營(yíng)模式,這使系統(tǒng)可在同樣滿(mǎn)足客運(yùn)需求的基礎(chǔ)上,縮短旅客的候車(chē)時(shí)間,縮小站臺(tái)長(zhǎng)度和候車(chē)空間,降低基建投資;同時(shí),由于系統(tǒng)核心通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn),使其在硬件數(shù)量上大大減少,因而可以降低維修費(fèi)用,從而降低系統(tǒng)生命周期成本。

采用無(wú)線(xiàn)CBTC可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通

在城市軌道交通領(lǐng)域,互聯(lián)互通指的是接口間的列車(chē)控制的安全標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)軌的模型化以及列車(chē)控制信息傳遞協(xié)議等。因此,要達(dá)到真正的互聯(lián)互通,就必須重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)接口[3]。由于無(wú)線(xiàn)CBTC的各控制子系統(tǒng)間的邏輯接口均通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用開(kāi)放式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)后,子系統(tǒng)間的接口也可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化;而通過(guò)采用序列號(hào)、循環(huán)冗余校驗(yàn)等方法進(jìn)行對(duì)安全關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的保護(hù)和接入防護(hù),可有效保證開(kāi)放數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全,因此采用無(wú)線(xiàn)CBTC將會(huì)有利于實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

在對(duì)既有的點(diǎn)式列車(chē)自動(dòng)防護(hù)傳輸系統(tǒng)或編碼數(shù)字軌道電路的改造中,采用無(wú)線(xiàn)CBTC對(duì)其車(chē)載設(shè)備和軌旁設(shè)備進(jìn)行一定的改造后,可實(shí)現(xiàn)既有信號(hào)系統(tǒng)與無(wú)線(xiàn)CBTC的疊加,從而達(dá)到既有線(xiàn)路與新的無(wú)線(xiàn)CBTC線(xiàn)路的互聯(lián)互通。

通過(guò)模塊化的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)有力的接口設(shè)計(jì)和事件描述,無(wú)線(xiàn)CBTC強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用層和開(kāi)發(fā)層的獨(dú)立性,而強(qiáng)調(diào)應(yīng)用層之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。采取開(kāi)放式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可以使國(guó)內(nèi)廠商從系統(tǒng)部分元件的國(guó)產(chǎn)化著手,逐步實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化。

國(guó)外的互聯(lián)互通項(xiàng)目

歐洲的城市軌道交通管理系統(tǒng)UGTMS

城市軌道交通管理系統(tǒng)[4]是由歐洲委員會(huì)于2000年提出的一個(gè)研究項(xiàng)目,旨在歐洲范圍內(nèi)建立一個(gè)城市軌道交通領(lǐng)域內(nèi)的共同標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則,以提高公共交通系統(tǒng)的使用效率和安全,降低系統(tǒng)和社會(huì)成本,并使交通系統(tǒng)更加靈活以滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商的需要。項(xiàng)目的參與者來(lái)自于運(yùn)營(yíng)商、系統(tǒng)供應(yīng)商和科研院校。研究范圍包括:信號(hào)與聯(lián)鎖、列車(chē)控制、列車(chē)管理系統(tǒng)、供電監(jiān)控及維護(hù)輔助系統(tǒng)等。UGTMS的目標(biāo)是定義一個(gè)完全開(kāi)放系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)要求及接口的規(guī)范。

UGTMS分三個(gè)階段進(jìn)行:第一個(gè)階段的主要任務(wù)是回顧和評(píng)價(jià)歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)的功能需求規(guī)格書(shū),進(jìn)行ERTMS以及柏林、倫敦、馬德里、紐約和巴黎的先進(jìn)項(xiàng)目與UGTMS的基準(zhǔn)比較,定義UGTMS的功能需求規(guī)格書(shū)。第二個(gè)階段將完成FRS,建立系統(tǒng)需求規(guī)范書(shū),建立功能接口標(biāo)準(zhǔn)I/F形式/安裝/功能接口規(guī)范書(shū)。第三個(gè)階段將進(jìn)行實(shí)際規(guī)模的示范線(xiàn)試驗(yàn)。

與UGTMS同時(shí)進(jìn)行的還有國(guó)際電聯(lián)IEC的標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目IECWG40,旨在建立城市軌道交通線(xiàn)路、線(xiàn)網(wǎng)的交通控制,以及管理系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)和接口規(guī)范。共有7個(gè)國(guó)家及15個(gè)運(yùn)營(yíng)商和供應(yīng)商參與這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目。

巴黎公共運(yùn)輸局的地鐵13號(hào)線(xiàn)

經(jīng)過(guò)公開(kāi)招標(biāo),RATP選擇了阿爾卡特的6530SeltracS30作為地鐵13號(hào)線(xiàn)的解決方案。該技術(shù)將使列車(chē)的運(yùn)行間隔從現(xiàn)有的105s縮至90s。它采用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信,通過(guò)虛擬閉塞方式來(lái)提高線(xiàn)路通過(guò)能力。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行和列車(chē)自動(dòng)防護(hù)功能。此外,設(shè)計(jì)上的模塊化使系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路的混合模式運(yùn)行,并預(yù)留了向無(wú)人駕駛模式發(fā)展的空間。為了不影響線(xiàn)路的正常運(yùn)營(yíng),升級(jí)改造工作均在晚間進(jìn)行。阿爾卡特的系統(tǒng)可以疊加在現(xiàn)有的系統(tǒng)之上,因此可以順利完成系統(tǒng)的升級(jí)改造。13號(hào)線(xiàn)將于2005年完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

對(duì)于互聯(lián)互通的接口標(biāo)準(zhǔn),RATP采用開(kāi)放的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而不是由某個(gè)企業(yè)作為”領(lǐng)跑者”制定。據(jù)悉,巴黎3、5號(hào)線(xiàn)的信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)也已開(kāi)始公開(kāi)招標(biāo),并且這次招標(biāo)是將系統(tǒng)的車(chē)載部分、軌旁部分和通信系統(tǒng)部分分成了5個(gè)合同包分別進(jìn)行招標(biāo),其中車(chē)載2個(gè),軌旁2個(gè),通信系統(tǒng)1個(gè)。

紐約地鐵的Canarsie線(xiàn)

在Canarsie項(xiàng)目一期中,NYCT要求3個(gè)供應(yīng)商在一個(gè)信號(hào)改造區(qū)段示范其CBTC技術(shù)。經(jīng)過(guò)示范,NYCT認(rèn)為CBTC是最適合改造其信號(hào)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的方案,并選擇了一家供應(yīng)商作為項(xiàng)目“領(lǐng)跑者”和另外兩家供應(yīng)商作為“跟隨者”。在項(xiàng)目二期,CBTC將被安裝并作為NYCT的CBTC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。按照安裝合同,“領(lǐng)跑者”必須提供詳細(xì)的互聯(lián)互通的接口規(guī)范以便兩個(gè)“跟隨者”能按照規(guī)范生產(chǎn)兼容產(chǎn)品并進(jìn)行示范試驗(yàn)。

對(duì)于互聯(lián)互通的氣隙接口標(biāo)準(zhǔn),紐紐地鐵采用了由“領(lǐng)跑者”制定的非開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn),Alcatel決定購(gòu)買(mǎi)其通信設(shè)備,而Alstom決定開(kāi)發(fā)兼容產(chǎn)品。

3在中國(guó)城市軌道交通的應(yīng)用

在武漢和廣州的應(yīng)用

2002年5月,武漢輕軌率先一步,決定使用阿爾卡特公司的SeltracS40系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用移動(dòng)閉塞技術(shù),能夠?qū)嵤┛煽康牧熊?chē)自動(dòng)監(jiān)控并能使4節(jié)編組列車(chē)以80km/h的最高速度在高架雙線(xiàn)上安全運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)指揮中心的主電腦控制列車(chē)運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛、定點(diǎn)停車(chē)和無(wú)人自動(dòng)折返,但為了安全需要仍配備了司機(jī)。系統(tǒng)采用車(chē)載信號(hào)系統(tǒng),另外仍安裝軌旁信號(hào)機(jī)以作應(yīng)急用。此外,系統(tǒng)還設(shè)有一套“功能后退模式”,以確保在極罕見(jiàn)的情況下系統(tǒng)發(fā)生了影響正常運(yùn)營(yíng)的故障時(shí)運(yùn)營(yíng)不會(huì)中斷。其首期工程將在2004年投入運(yùn)營(yíng)。

2003年5月,廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)也決定采用SeltracS40作為其列車(chē)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可使列車(chē)行駛速度高達(dá)120km/h,并大大縮短行車(chē)間隔,從而大幅度提高運(yùn)營(yíng)效率。該線(xiàn)將在2006年投入運(yùn)營(yíng)。

在上海的應(yīng)用前景

隨著通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,采用無(wú)線(xiàn)CBTC作為新的列車(chē)控制技術(shù)或替代原有的信號(hào)系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)際上大多運(yùn)營(yíng)商的共識(shí)。

上海目前的5條軌道交通線(xiàn)路采取了4種不同的信息制式,互不兼容。按照市委和市政府“站高一點(diǎn),看遠(yuǎn)一點(diǎn),想深一步”的精神,考慮到上海市軌道交通即將形成網(wǎng)絡(luò)的前景,對(duì)新建線(xiàn)路信號(hào)系統(tǒng)的規(guī)范化以及對(duì)既有信號(hào)系統(tǒng)的升級(jí)改造以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的互聯(lián)互通已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急[5]。因此,在選擇ATC系統(tǒng)技術(shù)與制式時(shí),必須充分考慮以下幾點(diǎn):

第一,有利于實(shí)現(xiàn)不同線(xiàn)路間的互聯(lián)互通,應(yīng)采取開(kāi)放式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而非某一家供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn);

第二,積極吸取國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),開(kāi)放市場(chǎng),鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng),減少備件品種,防止壟斷,減少培訓(xùn),降低系統(tǒng)的生命周期成本,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展;

第三,對(duì)于新建線(xiàn)路,必須充分考慮成本-效益比,以及為將來(lái)的系統(tǒng)升級(jí)預(yù)留空間;

第四,對(duì)既有線(xiàn)路的升級(jí)改造,必須考慮既有系統(tǒng)的充分利用和近期實(shí)施的可能性,分步實(shí)施,逐步升級(jí)。

無(wú)線(xiàn)CBTC具有卓越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),同時(shí)由于采取了開(kāi)放的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),使系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互