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1、基于无线通信的列车控制技术与互联互通摘 要 分析了基于无线通信的列车控制系统的技术经济发展促进了ATC系统从一个以硬件为基础向以软优势。采用基于无线通信的列车控制系统可实现互联互通,并有利于设备的国产化。结合国外实施互联互通的经验和中国国情,指出该技术对于上海新线建设及将来的互联互通是一种可行的方案。关键词 列车自动控制,无线通信的列车控制,互联互通基于通信的列车控制(Communication2BasedTrainControl,简为CBTC)系统采用先进的通信、计算机技术,对列车实现连续控制。它摆脱了轨道电路对列车占用的判别方式,突破了固定闭塞的局限性,可以实现
2、移动闭塞。本文将从列车控制技术的发展着手,探讨无线CBTC的技术经济优势及对于实现互联互通和项目设备国产化的优越性,并对其在国内的应用前景提出了看法。1 列车控制技术的发展和CBTC列车自动控制(ATC)系统的发展依赖于市场的需求以及各种新兴的技术基础。过去25年中微处理器的发展以及过去5年中移动通信的发展,对ATC技术的发展产生了重要的影响。微处理器的件为基础的系统的演变,而移动通信技术的发展也将极大影响ATC系统发展的进程(见图1)[2]。图1 列车控制技术的发展 无线CBTC采用无线通信系统,通过开放的数据通信网络实现了列车与轨旁设备实时双向通信,信息量大,
3、并通过采用基于IP标准的列车控制结构,可以在实现列车控制的同时附加其它功能(如安全报警、员工管理及乘客信息发布等)。目前国际上诸如Alcatel,Alstom,Siemens,Bombardier和Westinghouse等信号供应商。均开发出了各自的CBTC系统并在全球得到了广泛的应用。2 无线CBTC与互联互通2.1 无线CBTC的技术与经济优势由于无线CBTC可采用移动闭塞的制式,列车能以较小的间隔运行,可使运营商实现“小编组,高密度”的运营模式,这使系统可在同样满足客运需求的基础上,缩短旅客的候车时间,缩小站台长度和候车空间,降低基建投资;同时,由于系统核心
4、通过软件实现,使其在硬件数量上大大减少,因而可以降低维修费用,从而降低系统生命周期成本。2.2 采用无线CBTC可实现互联互通在城市轨道交通领域,互联互通指的是接口间的列车控制的安全标准、导轨的模型化以及列车控制信息传递协议等。因此,要达到真正的互联互通,就必须重新设计系统接口[3]。由于无线CBTC4的各控制子系统间的逻辑接口均通过数据通信系统实现,数据通信系统采用开放式的国际标准后,子系统间的接口也可实现标准化;而通过采用序列号、循环冗余校验等方法进行对安全关联数据的保护和接入防护,可有效保证开放数据通信系统的数据安全,因此采用无线CBTC将会有利于实现互联互通
5、。在对既有的点式列车自动防护(ATP)传输系统或编码数字轨道电路的改造中,采用无线CBTC对其车载设备和轨旁设备进行一定的改造后(主要是增加网络接口和无线控制子系统),可实现既有信号系统与无线CBTC的叠加,从而达到既有线路与新的无线CBTC线路的互联互通。通过模块化的结构、强有力的接口设计和事件描述,无线CBTC强调系统应用层和开发层的独立性,而强调应用层之间的接口标准。采取开放式的国际标准可以使国内厂商从系统部分元件的国产化着手(如通信系统等),逐步实现整个系统的国产化。2.3 国外的互联互通项目2.3.1 欧洲的城市轨道交通管理系统UGTMS城市轨道交通管理系
6、统(UrbanGuidedTransportManagementSystem,简为UGTMS)[4]是由欧洲委员会于2000年提出的一个研究项目,旨在欧洲范围内建立一个城市轨道交通领域内的共同标准和规则,以提高公共交通系统的使用效率和安全,降低系统和社会成本,并使交通系统更加灵活以满足运营商的需要。项目的参与者来自于运营商、系统供应商和科研院校。研究范围包括:信号与联锁、列车控制、列车管理系统、供电监控及维护辅助系统等。UGTMS的目标是定义一个完全开放系统的功能、系统要求及接口的规范。UGTMS分三个阶段进行:第一个阶段的主要任务是回顾和评价欧洲铁路运输管理系统(
7、ERTMS)的功能需求规格书,进行ERTMS以及柏林、伦敦、马德里、纽约和巴黎的先进项目与UGTMS的基准比较(Benchmarking),定义UGTMS的功能需求规格书(FRS)。第二个阶段将完成FRS,建立系统需求规范书(SRS),建立功能接口标准I/F形式/安装/功能接口规范书(FORMFitFunctionalInterfaceSpecifications,简为FFFIS)。第三个阶段将进行实际规模的示范线试验。与UGTMS同时进行的还有国际电联IEC(In2ternationalElectro2technicalCommission)的标准化项目IEC
