無線通信列車自動控制系統(tǒng)研究

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摘要：隨著我國科學技術(shù)水平的不斷提高，基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)得到進一步發(fā)展，同時不斷拓展系統(tǒng)使用范圍。列車自動控制系統(tǒng)是軌道佳通信號系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢，融合先進的科學技術(shù)和設計理念，有利于提高軌道交通運行效率，同時還可以保障交通運行的安全性。通過分析無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的施工，進一步完善我國的軌道交通體系。

關(guān)鍵詞：無線通信；列車自動控制系統(tǒng)；施工工藝

基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)具有先進性，可以保障列車運行的安全性和準時性，同時還具有較快的速度，因此需要加強研究基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)利用列車定位技術(shù)和無線通信技術(shù)等創(chuàng)新傳統(tǒng)的信息傳輸方式，利用雙向傳輸模式，保障信息傳輸?shù)倪B續(xù)性。當前軌道交通發(fā)展的主要方向就是基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)，因此這一系統(tǒng)在我國具有良好的發(fā)展前景，通過利用這一系統(tǒng)可以提高城市化發(fā)展進程，有效緩解城市交通擁堵問題，提高城市居民生活的便利性。

1基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的工作原理和特點

1.1工作原理

基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)運行階段，啟動軌道旁接入點之后，將會和無線接入控制器交換數(shù)據(jù)信息，以此作為軌旁接入點的運行內(nèi)容，如果出現(xiàn)非法侵入的無線接入控制器和軌旁接入點，系統(tǒng)可在完成識別工作之后停止運行。在實際工作過程中，軌旁接入點可以利用天線發(fā)送信息，車載移動終端接收信息之后，同時保障信號強度在車載移動終端接入閾值以上，移動終端將傳輸有關(guān)軌旁接入點的信息，此外軌旁接入點也會發(fā)送認證信息，完成并聯(lián)接入之后即可實現(xiàn)通信。另外，利用基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)，車載控制單元利用數(shù)據(jù)庫信息數(shù)據(jù)，可以確定列車的實際位置，同時利用速度傳感器計算列車行駛距離等；利用軌旁區(qū)域控制器可以接收列車運行請求，根據(jù)列車實際位置發(fā)布工作命令。軌旁區(qū)域控制器接收工作指令之后，將會向軌旁連鎖裝置發(fā)送工作命令信息，轉(zhuǎn)變信號機工作狀態(tài)為允許信號[1]。深入研究基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的原理，掌握相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，有利于開展基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)施工和調(diào)試工作。管理人員深入掌握基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)原理性知識，有利于進一步理解施工和調(diào)試工作，更加合理地安裝相關(guān)設備，同時還可以提高設備調(diào)試效率。管理人員可以勇于創(chuàng)新，增加工藝的多種造型，以提高工藝的美觀性，如果工作現(xiàn)場存在較多的不確定因素，則需要合理調(diào)整工作方案，以便管理人員可以更加快速地處理問題。熟練掌握基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的原理性知識和硬件設備，提高設備安裝和聯(lián)調(diào)聯(lián)試的效率，不僅可以節(jié)省工作時間，而且還可以減少財力和物力的投入量。

1.2特點

近些年，我國不斷發(fā)展自動化技術(shù)，并且在人們的日常生活中廣泛應用，在列車行駛過程中應用，其可以提高人們出行的安全性，減少列車調(diào)度時間，提升整體工作的便利性。以下是基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的特點：1.2.1列車可以根據(jù)不同的運行區(qū)段采取不同的閉塞控制模式，保障列車自動控制模式符合該區(qū)段的特點，最優(yōu)化利用列車自動控制系統(tǒng)[2]。1.2.2在利用列車自動控制系統(tǒng)的過程中，可以人性化地設定系統(tǒng)，為人們提供針對性的服務內(nèi)容，最大程度地滿足人們的出行要求，規(guī)避傳統(tǒng)運行模式的不足，促使更多的人認可列車自動控制系統(tǒng)。1.2.3列車自動控制系統(tǒng)在我國處于初期發(fā)展階段，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γㄟ^利用新技術(shù)和新理念，可以創(chuàng)新改革列車自動控制系統(tǒng)，促使列車自動無線通信的列車自動控制系統(tǒng)施工研究吳永深（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島266111）摘要：隨著我國科學技術(shù)水平的不斷提高，基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)得到進一步發(fā)展，同時不斷拓展系統(tǒng)控制系統(tǒng)更加符合我國交通運輸特征[3]。

2基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1安全性

基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)利用傳統(tǒng)信號傳輸系統(tǒng)的設計理念，同時堅持安全性和可靠性的設計原則，將安全網(wǎng)關(guān)設置在網(wǎng)絡入口部位，進而提高整體網(wǎng)絡的安全性。通過發(fā)送認證信息，有效隔絕非法信息，提高整體系統(tǒng)運行的安全性，利用動態(tài)加密措施，避免泄漏重要的信息。利用調(diào)頻技術(shù)，在車場和線路交叉部位可以產(chǎn)生多個頻率，避免各個頻率之間相互干擾。通過總結(jié)工作經(jīng)驗，利用IEEE無線數(shù)據(jù)通信控制系統(tǒng)，Wi-Fi和藍牙設備之間不會相互干擾[4]。

2.2兼容性

在實際工作中，利用開放式信號標準可以降低通信成本，實現(xiàn)兼容性目標。當前主要是利用IEEE標準，在連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)包的過程中，可以提高組合和無縫拆封的便利性。當前也可以兼容信號開放標準和IEEE標準，利用IEEE媒體接入控制層可以實現(xiàn)無線移動，同時還可以高效地連接移動無線信號。基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)主要是利用IEEE自有頻段，另外也可以利用其他頻段。

2.3靈活性

基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)利用列車定位技術(shù)，無須利用軌道電路，可以節(jié)省列車運行過程的間隔時間，降低設備工作壓力，減少設備使用量，提高列車定位的精確性，同時運行不同模式的列車；簡化無線設備安裝、部署工作，將移動無線設備安裝在每臺列車上，實現(xiàn)車與地的通信。雖然需要定制一部分特殊設備，但是其他的設備購買都十分方便。另外，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有較大的容量，在實際工作中可以全面滿足信息傳輸要求，為企業(yè)IP或者媒體IP提供數(shù)據(jù)[5]。

3基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的組成部分

3.1ATP系統(tǒng)

在列車自動控制列車信號的過程中，ATP系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。ATP系統(tǒng)可以控制列車運行的安全性，控制列車的速度和列車之間的距離，避免發(fā)生超速問題，提高列車運行的安全性，在高速運行階段監(jiān)督列車運行的安全性。另外，ATP系統(tǒng)可以實時開展安全檢查工作，避免發(fā)生安全事故。與此同時，利用ATP系統(tǒng)的過程中需要結(jié)合實際情況，不斷調(diào)整整個系統(tǒng)。雖然在列車自動控制中ATP系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，但是ATP系統(tǒng)的使用效率相對較低，在后續(xù)發(fā)展過程中需要解決這一問題。以下是ATP系統(tǒng)的詳細功能：3.1.1速度監(jiān)督：ATP系統(tǒng)可以實時比較分析列車實際運行速度和限制速度，如果列車實際速度超過了限制速度，系統(tǒng)將會發(fā)出警報，同時發(fā)出制動工作指令，并且啟動制動器制動列車，保障列車在允許的行駛速度范圍內(nèi)[6]。3.1.2超速防護：發(fā)揮出超速防護功能，有利于保障列車運行的安全性，在限制速度范圍內(nèi)安全的運行。列車限制速度包括臨時限速和固定限速兩種類型，固定限速信息包括列車最大運行速度允許值和區(qū)間最大勻速允許值，通常是在系統(tǒng)設計過程中設置。在特殊情況下，例如：在施工現(xiàn)場發(fā)生臨時性危險，則可以利用臨時限速的方式適當降低列車運行速度。3.1.3測速、測距：利用ATP系統(tǒng)可以測定列車實際運行速度和距前方目標點距離。ATP系統(tǒng)在測速階段主要是利用車載設備自測和系統(tǒng)測量，以此測定列車即時速度。其中，車載設備自測主要是利用路程脈沖發(fā)生器和測速發(fā)生器等，系統(tǒng)測量是利用雷達測速和衛(wèi)星測速等方式[7]。

3.2ATO系統(tǒng)

在列車自動控制中，ATO系統(tǒng)也發(fā)揮著重要的作用，ATO系統(tǒng)包括列車設備和計算機設備以及列車識別系統(tǒng)等部分。在列車自動控制過程中，ATO系統(tǒng)主要發(fā)揮著協(xié)調(diào)作用，有利于調(diào)整和規(guī)劃列車形式情況。如果列車發(fā)生事故，ATO系統(tǒng)可以疏散人員，快速地傳輸信息，避免發(fā)生更加嚴重的安全事故。在實際應用階段，ATO系統(tǒng)的使用率更高一些，利用ATO系統(tǒng)可以高效地控制列車，避免浪費資源。ATO系統(tǒng)詳細功能分析如下：3.2.1列車自動駕駛：利用ATO系統(tǒng)可以實時比較列車即時運行速度和列車最大允許運行速度等，從而實時調(diào)整列車在線運行速度，保障列車運行的安全性，避免相互轉(zhuǎn)換牽引和制動等模式。通過ATO系統(tǒng)檢測，如果列車安全條件符合標準，系統(tǒng)將會發(fā)出啟動命令，轉(zhuǎn)入列車的牽引驅(qū)動狀態(tài)，實現(xiàn)列車加速[8]。3.2.2列車無人自動折返，這是ATO系統(tǒng)一種特殊的駕駛模式，列車處于這一工作模式，將鎖閉列車所有控制臺，在這一工作過程中司機無須干預，處于自動運行狀態(tài)。

4ATS系統(tǒng)

在列車自動控制中，可以利用上述兩個系統(tǒng)優(yōu)化列車運行，為了避免發(fā)生安全問題，保護人們的生命財產(chǎn)安全，同時還需要利用ATS系統(tǒng)。根據(jù)列車自動控制系統(tǒng)設計ATS系統(tǒng)，以原有的安全監(jiān)測為基礎，再設置安全監(jiān)測屏障，可以進一步增強列車自動運行系統(tǒng)的使用性能，使列車運行的安全性得到提高[9]。

5基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容

5.1基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的工作原理和功能

基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的最小單元并不是閉塞分區(qū)，其主要是利用新型移動閉塞技術(shù)。這一技術(shù)在指令信息傳輸階段無須利用軌道電路，可以直接利用無線通信技術(shù)實現(xiàn)車地通信。列車在運行階段可以實時傳輸列車的位置信息，方便控制中心操控。基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)在實時控制列車的過程中，需要綜合利用列車自動監(jiān)控和自動運行以及自動防護等子系統(tǒng)。CI系統(tǒng)指的是連鎖子系統(tǒng)，連鎖子系統(tǒng)可以保障列車通信設備運行的安全性，在列車行駛階段可以準確地連鎖軌道和信號機等區(qū)段。ATO系統(tǒng)指的是最高層次環(huán)節(jié)，有利于提高列車運行效率和安全性，保障列車運行的綜合效益。ATS系統(tǒng)指的是列車自動監(jiān)控系統(tǒng)，可以保障列車運行的穩(wěn)定性，提高整體服務水平，保障列車運輸?shù)男省?/p>

5.2車地無線通信

首先需要建立車地無線通信方案，車地通信關(guān)系到列車運行的安全性，為了保障技術(shù)應用效果，在車地通信中可以利用WLAN技術(shù)，根據(jù)ATC系統(tǒng)構(gòu)建車地通信的局域網(wǎng)，開放公共信號之后，可以實現(xiàn)列車運行信息的雙向傳輸。因為利用的設備具有較小的體積，同時可以控制整體建設成本，因此其得到廣泛利用；但是這種方式的覆蓋難度較大，同時缺乏安全性。除此之外，還可以利用TD-LTE技術(shù)，這種技術(shù)主要是利用國際通用標準，數(shù)據(jù)下載速度非常快。TD-LTE技術(shù)中融合各種先進的技術(shù)，可以更加高效地傳輸數(shù)據(jù)，同時具有很強的抗干擾性，可以保障無線通信運行的安全性。通過對比我們可以明確得知，TD-LTE技術(shù)可以更好地滿足車地通信的需求，在實際發(fā)展過程中我們要不斷完善這項技術(shù)，在城市軌道交通建設中推廣利用。

5.3車地無線通信傳輸方案

基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)利用單獨天線方式和漏泄同軸電纜方式以及波導管方式傳輸無線信息，同時也可以組合其中兩種方式。利用天線天臺，輻射符合標準的無線接入點信號，保障天線信號傳播特性滿足自由空間要求。天線方式傳輸距離可以達到400m以上，但由于軌道交通路線將會穿越不同的區(qū)域，涉及較多的彎道和坡道，無線場強覆蓋難度因此增加。另外，無線電臺具有較小的體積，可以更加靈活地安裝無線電臺，但是其也存在干擾問題，需要加強測試現(xiàn)場場強。利用漏泄同軸電纜方式，在漏泄同軸電纜內(nèi)傳輸AP發(fā)出的無線信號。利用漏泄同軸電纜方式，可以保障傳輸特性和衰減特性，同時整體傳輸距離比較遠，可以均勻地覆蓋沿線無線場強，利用方向性分布方式。另外，安裝漏泄同軸電纜的過程中并沒有提出較高的要求，完成安裝調(diào)試工作之后整體維護工作難度比較低，整體工作量也比較少[10]。利用波導管方式，在波導管內(nèi)傳輸AP發(fā)出的無線信號，在波導管上開孔，在開孔中泄漏無線信號，以此和車載無線設備通信。波導管具有良好的波導管物理特征和衰減特征，同時可以實現(xiàn)遠距離傳輸，均勻地覆蓋沿線無線場強，利用方向性分布方式，提高整體抗干擾能力。波導管傳輸距離要優(yōu)于漏泄同軸電纜，列車無須切換各個AP，可以保障無線傳輸?shù)倪B續(xù)性和可靠性。

6結(jié)語

研究應用基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)，可以保障列車的綜合效益，對比傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)，基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的施工成本比較低，維護管理工作難度也比較低，同時可以高效地傳輸數(shù)據(jù)，并且不斷改進和發(fā)展這項技術(shù)，在社會發(fā)展過程中將會不斷拓展基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)的發(fā)展空間，促進我國城市軌道可持續(xù)發(fā)展，滿足人們的出行要求，緩解當前城市的交通壓力。

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作者：吳永深 單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司