題目：城市軌道交通CBTC信號(hào)的傳輸問(wèn)題及其解決方案畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要城市軌道交通CBTC信號(hào)的傳輸問(wèn)題及其解決方案摘要本文首先指出我國(guó)城市交通擁擠問(wèn)題日益嚴(yán)重，各大一線二線城市紛紛寄希望于軌道交通緩解這一問(wèn)題。改革開(kāi)放后我國(guó)各行各業(yè)進(jìn)入了黃金時(shí)代，伴隨著通信技術(shù)的快速推進(jìn)發(fā)展，依賴(lài)于這一技術(shù)的基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)CBTC揭開(kāi)了新的面紗。作為CBTC系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，信號(hào)的傳輸問(wèn)題成為了重中之重。本論文先是對(duì)CBTC系統(tǒng)的基本原理，基本特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)組成以及關(guān)鍵技術(shù)作了簡(jiǎn)要介紹；然后介紹了該系統(tǒng)在工作中信號(hào)傳輸?shù)膸追N常見(jiàn)方式，接著分析了在這些傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，最后對(duì)部分典型復(fù)雜問(wèn)題的相關(guān)處理方案進(jìn)行了深入的探討和研究。關(guān)鍵詞CBTC信號(hào)城市軌道交通通信傳輸車(chē)地通信目錄1緒論 12簡(jiǎn)述CBTC系統(tǒng) 12.1CBTC系統(tǒng)的概述 12.2CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn) 23CBTC系統(tǒng)的基本組成及其功能 23.1列車(chē)控制 23.2信號(hào)傳輸 44CBTC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 44.1移動(dòng)閉塞技術(shù) 44.2車(chē)-地通信技術(shù) 54.3列車(chē)定位技術(shù) 55CBTC系統(tǒng)常用通信方式 65.1基于無(wú)線自由波的傳輸 75.2基于軌道間電纜環(huán)線的傳輸 95.3基于泄漏同軸電纜的傳輸 105.4基于裂縫波導(dǎo)管的傳輸 116信號(hào)傳輸質(zhì)量 136.1存在問(wèn)題分析 136.2干擾因素 136.3改善措施 15結(jié)論 18致謝 19參考文獻(xiàn) 20第20頁(yè)共23頁(yè)1緒論進(jìn)入新的一個(gè)世紀(jì)以來(lái),我國(guó)的經(jīng)濟(jì)健康快速的發(fā)展,人口數(shù)量也在持續(xù)的迅速增長(zhǎng),城市的規(guī)模也在持續(xù)不斷擴(kuò)大。城市交通擁堵的現(xiàn)象使城市交通嚴(yán)重影響了其居民的交通和生活的體驗(yàn)感。各地人民政府一直在積極探索新的城市交通手段和方式來(lái)有效緩解其交通的壓力,城市軌道交通憑借著少開(kāi)發(fā)用地,大運(yùn)量的特點(diǎn)因而受到了極大的社會(huì)關(guān)注。不僅如此,其還因?yàn)榫哂泄?jié)約能源綜合利用率高,污染排放少的特點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)。因此城市軌道交通越來(lái)越多的受到各大國(guó)家和城市的重視和追捧。CBTC無(wú)線通信系統(tǒng)在我國(guó)城市軌道交通中一直扮演著重要的角色,與傳統(tǒng)的列車(chē)信息傳送和定位信息系統(tǒng)方式不同的主要地方在于其通過(guò)直接利用無(wú)線通信系統(tǒng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)"車(chē)地雙向通信",準(zhǔn)時(shí)精確地傳送和定位列車(chē),而不是通過(guò)傳統(tǒng)的軌道電路系統(tǒng)來(lái)直接完成。并且列車(chē)與車(chē)站和軌道OCC之間的信息傳輸和數(shù)據(jù)交換主要是通過(guò)車(chē)載、軌旁等無(wú)線通信設(shè)備的連接來(lái)實(shí)現(xiàn),并借此直接完成對(duì)車(chē)速的精確控制。得益先進(jìn)的無(wú)線高速雙向通信系統(tǒng)控制技術(shù),列車(chē)的狀態(tài)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的命令信息可以在高速列車(chē)與地面之間實(shí)時(shí)進(jìn)行傳輸和交換,同時(shí)車(chē)輛的準(zhǔn)確位置信息包括各車(chē)輛間的相對(duì)位置和距離信息都得到了確定,列車(chē)的安全和間隔也得以很好的保障。因此列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)傳輸?shù)呢?fù)載容量的大小、穩(wěn)定性能、抗干擾能力的強(qiáng)弱以及在鐵路高速移動(dòng)等復(fù)雜場(chǎng)景下的隨時(shí)信息切換抗干擾能力的強(qiáng)弱對(duì)于CBTC信號(hào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的日新月異,電子設(shè)備迅速的普及,各種復(fù)雜的環(huán)境因素對(duì)CBTC列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了許多復(fù)雜的影響。各大主要城市的地鐵系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中都曾或多或少的發(fā)生和遇到過(guò)因列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)故障的問(wèn)題而導(dǎo)致的地鐵臨時(shí)停運(yùn)的事情,這些都迫切要求我們將對(duì)城市軌道交通信號(hào)故障問(wèn)題的處理作為重點(diǎn)進(jìn)行研究和解決。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家紛紛積極致力于探討和研究如何有效改善CBTC系統(tǒng)傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性和傳輸性能。如何有效提高信號(hào)傳輸?shù)乃俣?，降低信息延遲,增強(qiáng)傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性,增強(qiáng)信號(hào)的抗干擾能力,擴(kuò)大信號(hào)傳輸?shù)娜萘扛歉魑坏膶?zhuān)家學(xué)者們的關(guān)注和研究熱點(diǎn)。2簡(jiǎn)述CBTC系統(tǒng)2.1CBTC系統(tǒng)的概述CBTC全稱(chēng)communicationbasedtraincontrol,即一種利用了列車(chē)主動(dòng)控制和定位的技術(shù)和先進(jìn)的列車(chē)-地雙向的數(shù)據(jù)和通信的技術(shù)代替了傳統(tǒng)的主要依賴(lài)于軌旁的列車(chē)主動(dòng)信號(hào)設(shè)備,通過(guò)先進(jìn)的能夠同時(shí)執(zhí)行安全自動(dòng)控制功能的車(chē)載和地面信號(hào)處理器而直接組成的一種完全連續(xù)式的列車(chē)主動(dòng)控制和通信系統(tǒng)。[[]羅載榮.城市軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)速度淺析[J].鐵道通信信號(hào),2014,50(02):34-35+70.測(cè)速和定位的功能是該列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)備和列車(chē)本身便帶有的,信號(hào)軌旁的設(shè)備能夠在獲取地鐵列車(chē)的位置控制信息和列車(chē)速度控制信息的同時(shí)向駕駛員和列車(chē)工作人員發(fā)送安全間隔的信息,實(shí)現(xiàn)更小、更精確的對(duì)列車(chē)安全間隔的控制,對(duì)于實(shí)現(xiàn)列車(chē)的運(yùn)營(yíng)管理效率的大幅提高,交通事故和壓力的有效緩解等都具有積極的重大意義。目前國(guó)內(nèi)外各種主流的地鐵列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)和信息系統(tǒng)改造幾乎都是采用了地鐵CBTC列車(chē)信號(hào)系統(tǒng),我國(guó)在地鐵CBTC信號(hào)系統(tǒng)的有關(guān)應(yīng)用方面的技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)利也越來(lái)越多。2.2CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的運(yùn)行控制系統(tǒng)有差異的地方是，CBTC系統(tǒng)能夠自動(dòng)報(bào)告列車(chē)自身產(chǎn)生位置，對(duì)列車(chē)的定位不僅僅是簡(jiǎn)單地通過(guò)軌道電路，車(chē)-地雙向通信系統(tǒng)保證了與室內(nèi)無(wú)線控制中心的信息交流，對(duì)列車(chē)的安全行車(chē)間隔和速度的控制能夠簡(jiǎn)單高效地實(shí)現(xiàn)。其主要具有如下特點(diǎn)(1)連續(xù)式雙向通信且容量足夠大；(2)地面和車(chē)載設(shè)備均采用安全冗余計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)分析并控制(3)列車(chē)定位精度高；(4)移動(dòng)閉塞列車(chē)控制靈活、精準(zhǔn)度高；(5)高級(jí)程度的自動(dòng)化設(shè)備,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且少使用一定數(shù)量的大型地面設(shè)備,良好的生產(chǎn)可靠性和一定的可維修性,周期成本大大低;(6)既有信號(hào)系統(tǒng)上可以同時(shí)疊加CBTC等信息,對(duì)已有線實(shí)施系統(tǒng)升級(jí)和改造時(shí)操作更加簡(jiǎn)單,能夠同時(shí)大大降低與城市軌道交通互連互通的時(shí)間和成本;3CBTC系統(tǒng)的基本組成及其功能列車(chē)控制和信號(hào)傳輸是CBTC系統(tǒng)的重要兩大組成部分。3.1列車(chē)控制列車(chē)的安全控制主要組成部分即為列車(chē)的atc三個(gè)子系統(tǒng),其分別主要包括列車(chē)的ATS、ATO、ATP三個(gè)主要子系統(tǒng),三個(gè)主要子系統(tǒng)互相輔助協(xié)調(diào)配合完成對(duì)列車(chē)的狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)相關(guān)信息的分析處理并共同控制列車(chē)正常安全的運(yùn)行。各主要子系統(tǒng)之間的主要功能和工作關(guān)系如下:城市軌道交通安全、高效運(yùn)行依賴(lài)于ATP、ATO和ATS三個(gè)子系統(tǒng)來(lái)保證。以下為詳細(xì)介紹。ATP列車(chē)自動(dòng)保護(hù)（AutomaticTrainProtection）子系統(tǒng)嚴(yán)格遵照列車(chē)故障報(bào)警導(dǎo)向安全防護(hù)原則,安全停車(chē)點(diǎn)等級(jí)為SIl4,列車(chē)運(yùn)行時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和列車(chē)超速等安全防護(hù),實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與行車(chē)安全問(wèn)題有關(guān)的信息和設(shè)備,保證正常列車(chē)行駛有足夠的安全行駛間隔,給出正常列車(chē)運(yùn)行的各種須要的信號(hào)和提示,包括安全列車(chē)自啟動(dòng)和安全列車(chē)緊急制動(dòng)等;同時(shí)還可對(duì)安全停車(chē)點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行安全防護(hù)以及自動(dòng)控制正常列車(chē)的車(chē)門(mén),確保正常列車(chē)在運(yùn)行時(shí)無(wú)法完全停穩(wěn)時(shí)不能停止繼續(xù)行駛和前進(jìn)等。ATO列車(chē)自動(dòng)駕駛（AutomaticTrainOperation）子系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)度能夠完成旅客列車(chē)在站間的正常運(yùn)行、保障旅客列車(chē)進(jìn)站定點(diǎn)停車(chē)、調(diào)節(jié)旅客列車(chē)的速度,精確的控制車(chē)門(mén)和站臺(tái)屏蔽門(mén),接收列車(chē)運(yùn)行控制中心的各項(xiàng)調(diào)度作業(yè)命令,保障旅客列車(chē)站臺(tái)的調(diào)停、扣車(chē)和旅客列車(chē)自動(dòng)折返等各項(xiàng)調(diào)度作業(yè)的平穩(wěn)順利完成。除此之外還能夠自動(dòng)的完成列車(chē)牽引、列車(chē)自動(dòng)惰行和安全制動(dòng),嚴(yán)格的確保旅客列車(chē)駕駛員能夠根據(jù)運(yùn)行控制車(chē)門(mén)和中心的調(diào)度命令使列車(chē)按最佳的工況狀態(tài)正常運(yùn)行。ATS列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控（AutomaticTrainSupervision）子系統(tǒng)作為城軌交通的綜合運(yùn)營(yíng)核心控制系統(tǒng),它能夠通過(guò)全局實(shí)時(shí)監(jiān)督區(qū)段內(nèi)所有設(shè)備監(jiān)測(cè)列車(chē)的正常工作狀態(tài)和運(yùn)行情況,包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)區(qū)段內(nèi)列車(chē)間隔信號(hào)控制設(shè)備的正常工作運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)路的列車(chē)信號(hào)控制運(yùn)行情況,同時(shí)它還能夠可以按照其既有區(qū)段內(nèi)的行車(chē)路線計(jì)劃控制軌旁的所有列車(chē)信號(hào)控制設(shè)備;不僅如此,其還能夠同時(shí)具有控制發(fā)車(chē)、接車(chē)車(chē)、記錄所有列車(chē)運(yùn)行路線軌跡的功能作用,實(shí)時(shí)地為列車(chē)生成并自動(dòng)顯示列車(chē)時(shí)刻表,如有特殊需要還可以能夠根據(jù)實(shí)際的情況修改和更新優(yōu)化列車(chē)時(shí)刻表;全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)控制設(shè)備內(nèi)列車(chē)運(yùn)行的狀態(tài)并實(shí)時(shí)記錄列車(chē)調(diào)度以及操作員的日常調(diào)度操作。[[]蔣夢(mèng)曦,楊博.城市軌道交通CBTC系統(tǒng)淺析[J].中國(guó)科技信息,2014(12):64-65.3.2信號(hào)傳輸信號(hào)傳輸部分即為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)部分，其重要作用之一便是完成車(chē)-地之間的閉環(huán)雙向信息交互。地面信號(hào)設(shè)備利用通信網(wǎng)絡(luò)向列車(chē)的車(chē)載設(shè)備發(fā)送控制命令控制列車(chē)的運(yùn)行，在這同一時(shí)刻列車(chē)的車(chē)載設(shè)備也經(jīng)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)向地面信號(hào)設(shè)備發(fā)送列車(chē)信息，由此便形成了整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)信息傳輸和控制。傳輸?shù)幕具^(guò)程如圖所示：詳細(xì)過(guò)程如下：CC通過(guò)軌旁新表和測(cè)速電機(jī)計(jì)算列車(chē)的當(dāng)前位置并發(fā)送至AP。AP將相關(guān)信息通過(guò)有線的方式傳遞給ZC。ZC基于所收到的信息計(jì)算出移動(dòng)授權(quán)MAL等信息后再通過(guò)軌旁設(shè)備以無(wú)線的方式將這些信息傳遞給車(chē)載，同時(shí)ZC將列車(chē)的精確位置信息傳送給ATS。CC依據(jù)收到的移動(dòng)授權(quán)MAL等信息計(jì)算出列車(chē)制動(dòng)曲線來(lái)防護(hù)列車(chē)。4CBTC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)CBTC列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)的移動(dòng)控制關(guān)鍵技術(shù)主要應(yīng)用包括列車(chē)移動(dòng)閉塞控制技術(shù)、車(chē)-地雙向通信控制技術(shù)、列車(chē)移動(dòng)自動(dòng)定位控制技術(shù)等。4.1移動(dòng)閉塞技術(shù)目前各國(guó)城市營(yíng)運(yùn)的軌道交通所采用的的閉塞方式主要分為三種類(lèi)，第一種為固定閉塞，第二種為準(zhǔn)移動(dòng)閉塞以及第三種移動(dòng)閉塞。固定閉塞是以固定的閉塞分區(qū)作為追蹤列車(chē)間的安全間隔和追蹤間隔，線路通過(guò)能力低并且很難再有所改善提高。由于該閉塞方式上限太低，已經(jīng)無(wú)法再適應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)代城軌交通的巨大客流需求。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞控制方式的應(yīng)用列車(chē)控制系統(tǒng)主要采取的模式是列車(chē)制動(dòng)速度-目標(biāo)制動(dòng)距離的準(zhǔn)移動(dòng)控制模式。該種移動(dòng)控制模式是依據(jù)對(duì)目標(biāo)的距離制動(dòng)速度和對(duì)列車(chē)的性能估算來(lái)合理地制定列車(chē)制動(dòng)速度曲線,不再?lài)?yán)格限定各個(gè)不同閉塞分區(qū)的不同制動(dòng)速度和等級(jí),僅保留一次目標(biāo)點(diǎn)制動(dòng)的方式。前行列車(chē)制動(dòng)時(shí)所占用閉塞分區(qū)的始端和終點(diǎn)是其后行列車(chē)追蹤的制動(dòng)目標(biāo)和起始點(diǎn),根據(jù)追蹤的目標(biāo)點(diǎn)制動(dòng)的距離和起始點(diǎn)的速度及對(duì)列車(chē)本身的性能速度進(jìn)行估算確定后行列車(chē)從最高速開(kāi)始制動(dòng)的計(jì)算起始點(diǎn)。目標(biāo)點(diǎn)制動(dòng)相對(duì)于固定閉塞來(lái)說(shuō)更加固定,在同一閉塞分區(qū)內(nèi)不再制動(dòng)而是隨時(shí)變化,但與此同時(shí)列車(chē)制動(dòng)的速度和起始點(diǎn)仍然可能會(huì)因?yàn)榫€路制動(dòng)參數(shù)的影響和各種列車(chē)本身性能的制動(dòng)速度差異而發(fā)生有所的變化。與固定閉塞明顯的主要差別在于是其制動(dòng)空間的間隔要更加的小。[[]劉曉娟.城市軌道交通CBTC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].蘭州交通大學(xué),2009.根據(jù)這種區(qū)間閉塞的原理逐步發(fā)展起來(lái)的無(wú)線移動(dòng)閉塞技術(shù)是目前的最新閉塞技術(shù)。移動(dòng)閉塞是能夠根據(jù)相鄰列車(chē)的制動(dòng)速度曲線、實(shí)際制動(dòng)中運(yùn)行的速度和正在制動(dòng)中運(yùn)行相鄰列車(chē)的信號(hào)機(jī)位置,動(dòng)態(tài)性的地計(jì)算出各個(gè)線路上相鄰正在運(yùn)行列車(chē)的安全行車(chē)距離和間隔。與其他傳統(tǒng)型的固定閉塞最大的主要區(qū)別在于是不再簡(jiǎn)單地以列車(chē)信號(hào)機(jī)的位置來(lái)分隔閉塞位置和區(qū)間,而是根據(jù)相鄰列車(chē)的實(shí)際正常運(yùn)行的位置和列車(chē)的狀態(tài)情況來(lái)自動(dòng)確定正在運(yùn)行列車(chē)之間的最小安全行車(chē)距離,因此移動(dòng)閉塞的區(qū)間會(huì)隨著相鄰列車(chē)的制動(dòng)繼續(xù)向前行駛,動(dòng)態(tài)地使列車(chē)向前移動(dòng)和靜態(tài)地改變。與其他閉塞列車(chē)定位技術(shù)不同的地方是,移動(dòng)閉塞在運(yùn)行線路上并沒(méi)有任何物理和數(shù)學(xué)意義的確切位置和對(duì)應(yīng)區(qū)間關(guān)系,它的閉塞位置和區(qū)間實(shí)際上是僅用于保確保各個(gè)相鄰列車(chē)安全正常運(yùn)行的列車(chē)有邏輯上的距離和間隔。因此,移動(dòng)閉塞在信號(hào)機(jī)的設(shè)計(jì)和其實(shí)現(xiàn)上與傳統(tǒng)型的固定移動(dòng)閉塞一般具有比較大的相似性和區(qū)別。這種移動(dòng)閉塞一般是采用了無(wú)線通信和無(wú)線列車(chē)定位技術(shù)兩種手段來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。4.2車(chē)-地通信技術(shù)利用數(shù)字通信大容量、連續(xù)的高速車(chē)地雙向大容量數(shù)字通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了列車(chē)的控制系統(tǒng)信息和高速列車(chē)的狀態(tài)控制系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)傳輸?；跀?shù)字通信的高速列車(chē)控制信息傳輸系統(tǒng)在大大減少了地面信息傳輸設(shè)備的同時(shí)解決了高速車(chē)地雙向的大容量數(shù)字信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨蠹傲熊?chē)狀態(tài)信息實(shí)時(shí)傳遞的系統(tǒng)安全性的要求,得以同時(shí)實(shí)現(xiàn)更多的高速列車(chē)控制系統(tǒng)功能[][]黃成,高超.城市軌道交通與通信信號(hào)系統(tǒng)[J].通信電源技術(shù),2014,31(02):77-78.4.3列車(chē)定位技術(shù)列車(chē)的定位控制系統(tǒng)是新一代移動(dòng)閉塞定位技術(shù)的核心和基礎(chǔ),要真正實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞列車(chē)區(qū)間的安全動(dòng)態(tài)移動(dòng),首先必須實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地采集和掌握移動(dòng)列車(chē)的具體位置信息,確定移動(dòng)列車(chē)間的相對(duì)運(yùn)行距離,系統(tǒng)不斷地將該列車(chē)的距離與其所要求的移動(dòng)列車(chē)運(yùn)行速度所間隔的距離相對(duì)應(yīng)進(jìn)行比較,核定列車(chē)的安全區(qū)間和運(yùn)行速度。所以說(shuō),沒(méi)準(zhǔn)確的對(duì)列車(chē)區(qū)間進(jìn)行定位,就不存在所謂的移動(dòng)閉塞。在常用的CBTC系統(tǒng)中,要求列車(chē)的定位校正技術(shù)更為安全、可靠。目前具有典型實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化列車(chē)定位校正技術(shù)，其主要采用了將列車(chē)車(chē)載自身的定位與地面絕對(duì)位置的校正設(shè)備有效定位相結(jié)合的自動(dòng)化方式,其中能夠進(jìn)行地面絕對(duì)位置校正的設(shè)備主要包括:應(yīng)答器、交叉軌道環(huán)線、裂縫波導(dǎo)等。當(dāng)然還有其他一些常用的定位校正方式,如GPS、無(wú)線定位等[][][1]朱麟,徐中偉,喻鋼,朱龍.引入接口中間件的基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)仿真[J].城市軌道交通研究,2013,16(02):71-75.(1)軌旁信標(biāo)應(yīng)答器的定位:軌旁應(yīng)答器定位是一種安裝在列車(chē)線路沿線的一種能反映列車(chē)與線路絕對(duì)距離和位置的物理測(cè)量標(biāo)志?？梢栽诹熊?chē)應(yīng)答器通過(guò)后將列車(chē)車(chē)載信標(biāo)測(cè)量的絕對(duì)距離與該車(chē)載信標(biāo)在應(yīng)答器數(shù)據(jù)庫(kù)中的車(chē)載信標(biāo)位置距離進(jìn)行相對(duì)比較,從而有效消除了列車(chē)與線路位置距離測(cè)量的誤差，大大地提高了準(zhǔn)確性。(2)軌旁裂縫波導(dǎo)定位:軌旁裂縫波導(dǎo)管是一種中空的鋁質(zhì)矩形方管,在其頂部每隔一定的間隔在管壁上開(kāi)有一條窄縫,采用軌道和連續(xù)波的頻率通過(guò)軌道和裂縫的耦合計(jì)算出不均勻的場(chǎng)強(qiáng),對(duì)連續(xù)波的場(chǎng)強(qiáng)和頻率進(jìn)行了采集和分析處理,并通過(guò)計(jì)數(shù)器確定了列車(chē)經(jīng)過(guò)的軌道和裂縫數(shù),從而精確計(jì)算得出了列車(chē)在軌道上走行的速度和距離,確定列車(chē)在軌道和線路運(yùn)行過(guò)程中的方向和位置。。(3)軌旁的環(huán)線交叉連接電纜可以進(jìn)行列車(chē)環(huán)線快速定位:在整個(gè)線內(nèi)地鐵列車(chē)線路的沿線和每條軌道中間的線路交叉點(diǎn)上各鋪設(shè)一條電纜可以連接整條環(huán)線,列車(chē)經(jīng)過(guò)每個(gè)沿線鋪設(shè)連接環(huán)線交叉電纜的線路交叉點(diǎn)時(shí),車(chē)載相位傳感器控制設(shè)備中的相位變化檢測(cè)控制系統(tǒng)自動(dòng)顯示整個(gè)環(huán)線內(nèi)地鐵列車(chē)車(chē)載信號(hào)的線路相位發(fā)生變化,并對(duì)導(dǎo)致環(huán)線內(nèi)信號(hào)相位發(fā)生變化的列車(chē)發(fā)生變動(dòng)次數(shù)和運(yùn)行速度因素進(jìn)行計(jì)數(shù),從而更精準(zhǔn)方便地快速確定整個(gè)環(huán)線內(nèi)地鐵列車(chē)運(yùn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和停車(chē)位置。(4)無(wú)線擴(kuò)頻通信電臺(tái)的定位:軌旁擴(kuò)頻電臺(tái)的位置和時(shí)間是固定不變的,所有的電臺(tái)都由無(wú)線擴(kuò)頻同步的時(shí)鐘精確控制同步。軌旁擴(kuò)頻計(jì)算機(jī)或車(chē)載擴(kuò)頻計(jì)算機(jī)主要是利用不同的電臺(tái)之間傳輸信息的頻率和時(shí)間延時(shí)可以精確地計(jì)算出列車(chē)的速度和位置。(5)車(chē)載移動(dòng)定位:車(chē)載運(yùn)行加速度移動(dòng)定位列車(chē)設(shè)備主要功能是一種采用車(chē)載移動(dòng)加速度定位傳感器和車(chē)載加速度計(jì)相關(guān)聯(lián)結(jié)合的自動(dòng)精確定位控制方式用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于在列車(chē)兩側(cè)移動(dòng)的物體的車(chē)載移動(dòng)加速度和其與移動(dòng)體列車(chē)走行方向距離的自動(dòng)精確定位以及測(cè)量。5CBTC系統(tǒng)常用通信方式城市軌道交通CBTC車(chē)載通信系統(tǒng)不需要依賴(lài)于列車(chē)?yán)脗鹘y(tǒng)的城市軌道電路向列控車(chē)載通信設(shè)備實(shí)時(shí)地發(fā)送信息,而是直接利用了無(wú)線通信的技術(shù)實(shí)現(xiàn)"車(chē)-地的雙向通信"并實(shí)時(shí)地傳遞列車(chē)的位置相關(guān)信息。通過(guò)車(chē)載設(shè)備、軌旁無(wú)線通信等設(shè)備直接實(shí)現(xiàn)了列車(chē)與車(chē)站或軌道OCC之間的實(shí)時(shí)信息交互,完成對(duì)速度和列車(chē)安全距離和間隔的實(shí)時(shí)控制。系統(tǒng)通過(guò)建立了列車(chē)與地之間連續(xù)、雙向、高速的無(wú)線通信,使得列車(chē)的命令和運(yùn)行狀態(tài)信息可以在車(chē)輛和地面之間高速實(shí)時(shí)地進(jìn)行可靠的信息交換,確定了列車(chē)的準(zhǔn)確速度和位置及與列車(chē)間的相對(duì)安全距離,保證了列車(chē)的安全距離間隔。[][]沈陳霄,方旭明,宋昊.淺析CBTC數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的安全隱患[J].鐵道通信信號(hào),2013,49(03):89-92.5.1基于無(wú)線自由波的傳輸在現(xiàn)有的cbtc無(wú)線傳輸系統(tǒng)中,完全可以采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞街饕袃煞N:一種方法是直接采用基于移動(dòng)通信的gsm-r(gsmforrailway)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為車(chē)地信息的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式;另一種方法是基于ieee802.11系列無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的wlan無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為傳輸車(chē)地信息的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。外部接口基于gsmphase2+標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)gsm-r局域網(wǎng)是國(guó)際鐵路聯(lián)盟和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)為了歐洲新一代高速鐵路無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域制定的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)歐洲,基于gsmpertms標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線列車(chē)數(shù)據(jù)傳輸控制移動(dòng)通信系統(tǒng),使用了gsm-r局域網(wǎng)作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)。gsm-r為高速鐵路地面無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)中心和車(chē)載無(wú)線控制中心設(shè)備之間的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)提供安全的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸控制通道?；跓o(wú)線的gsm-r的局域網(wǎng)cbtc系統(tǒng)局域網(wǎng)解決方案主要廣泛應(yīng)用于高速鐵路的無(wú)線列車(chē)控制移動(dòng)通信系統(tǒng)中。[]外部接口[]張瓊燕,城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的運(yùn)行能力分析模型建模研究及軟件開(kāi)發(fā).上海市,上海申通地鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心,2012-11-09.軌旁計(jì)算機(jī)ATPATOCI軌旁計(jì)算機(jī)ATPATOCI控制中心防火墻控制中心防火墻軌旁計(jì)算機(jī)ATPATOCI軌旁計(jì)算機(jī)ATPATOCI軌旁計(jì)算機(jī)ATPATOCI軌旁計(jì)算機(jī)ATPATOCI802.3802.3802.3802.3802.3802.3802.3802.3無(wú)線接入點(diǎn)無(wú)線接入點(diǎn)802.3無(wú)線接入點(diǎn)無(wú)線接入點(diǎn)802.3802.3802.3802.11車(chē)載802.11車(chē)載802.11802.11車(chē)載圖2無(wú)線開(kāi)放空間CBTC車(chē)地通信系統(tǒng)構(gòu)成(1)有線網(wǎng)絡(luò)有線接入網(wǎng)絡(luò)部分采用ieee802.3以太網(wǎng)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn),由有線接入網(wǎng)和有線骨干網(wǎng)兩個(gè)大部分共同組成。軌旁無(wú)線單元的接入點(diǎn)ap與接入列車(chē)交換機(jī)進(jìn)行雙向通信,并通過(guò)多模光纖與接入列車(chē)交換機(jī)的接口相連,組成獨(dú)立的接入列車(chē)互聯(lián)網(wǎng)。每個(gè)接入點(diǎn)ap都包括到電源、以太網(wǎng)和4個(gè)天線的雙向通信接口。軌旁無(wú)線單元ap接入點(diǎn)包括一個(gè)或兩個(gè)完全獨(dú)立或冗余的無(wú)線列車(chē)控制單元,并與其它協(xié)同工作。由100mbps或1gbps的第2層光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)架所組成的光纖骨干網(wǎng)是一個(gè)具有冗余功能的高速單模光纖以太網(wǎng)。其還特別采用了雙向自愈的環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),自愈的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在一個(gè)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)失效后的很短一段時(shí)間內(nèi)(在多達(dá)50個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)中,小于500ms)可以重新配置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),不會(huì)因此引起與其他任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備的通信數(shù)據(jù)丟失。光纖骨干網(wǎng)交換機(jī)可以直接采用專(zhuān)業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸專(zhuān)業(yè)提供的光纖傳輸信號(hào)通道,也可由專(zhuān)業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸專(zhuān)業(yè)工程師提供的光纖,信號(hào)可由專(zhuān)業(yè)單獨(dú)組網(wǎng)。(2)車(chē)載通信單元每列車(chē)上的無(wú)線系統(tǒng)包括兩個(gè)完全冗余的車(chē)載通信單元。車(chē)載無(wú)線通信控制系統(tǒng)無(wú)線單元車(chē)載通信控制系統(tǒng)通常包括兩個(gè)冗余的無(wú)線通信單元,它們之間幾乎可以進(jìn)行協(xié)同工作。每個(gè)無(wú)線通信單元都與兩個(gè)組成一組的車(chē)載無(wú)線通信控制天線同時(shí)進(jìn)行相連。每個(gè)無(wú)線通信單元都同時(shí)可以連接兩個(gè)車(chē)載無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)天線,進(jìn)一步提高了車(chē)載無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。前后端列車(chē)駕駛室與電動(dòng)列車(chē)內(nèi)部電動(dòng)機(jī)組的通信線路控制管理單元的連接cpu通過(guò)一個(gè)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的cptcp/ip以太網(wǎng)通信線路連接進(jìn)行數(shù)據(jù)連接(一個(gè)采用串口的以太網(wǎng)線路連接)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。每個(gè)車(chē)載嵌入式列車(chē)車(chē)輛電動(dòng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)控制管理單元的前后端口tcpu與車(chē)載車(chē)輛電動(dòng)機(jī)通信控制管理單元之間通過(guò)一個(gè)列車(chē)電氣控制機(jī)架內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信tcp/ip以太網(wǎng)通信線路直接進(jìn)行相互連接。(3)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要由符合標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線應(yīng)用局域網(wǎng)和商業(yè)應(yīng)用的部件和網(wǎng)絡(luò)組成,應(yīng)用了ieewlan無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),遵循了ieee802.11無(wú)線應(yīng)用局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。ieee802.11x系列標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)由國(guó)際通用電氣和無(wú)線電子局域網(wǎng)工程師協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)制定的通用無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。最初的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)ieee802.11標(biāo)準(zhǔn)只是主要用于無(wú)線數(shù)據(jù)的存取,傳輸速率最高時(shí)也只能達(dá)到2mbps。由于傳輸速度慢不能很好地滿(mǎn)足無(wú)線數(shù)據(jù)和應(yīng)用局域網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際需求,所以后來(lái)該標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)又先后推出了eee802.11b、802.11a、802.11g.三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為新的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用中,為充分滿(mǎn)足無(wú)線通信控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性和無(wú)線通信控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的基本要求,利用一個(gè)ap的無(wú)線通信重疊網(wǎng)絡(luò)覆蓋和冗余的車(chē)載無(wú)線通信設(shè)備,可以直接互連形成4條單獨(dú)的無(wú)線電信通道和網(wǎng)絡(luò)路徑,4條單獨(dú)的無(wú)線通信路徑和網(wǎng)絡(luò)通道必須同時(shí)多次發(fā)生無(wú)線失效或者同時(shí)多次發(fā)生無(wú)線阻塞,才會(huì)有可能會(huì)直接影響導(dǎo)致車(chē)載無(wú)線通信控制系統(tǒng)發(fā)生中斷。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還可以采用多通道重疊覆蓋的方式,形成雙向雙通道冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),以有效彌補(bǔ)了無(wú)線通信的非故障安全性的缺陷。軌旁無(wú)線通道按照100%的無(wú)線通道重疊覆蓋率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了設(shè)計(jì),以此更好地保證在一個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),列車(chē)的信號(hào)系統(tǒng)不會(huì)中斷或丟失。5.2基于軌道間電纜環(huán)線的傳輸感應(yīng)式通信環(huán)線使用的通信電纜是基于數(shù)據(jù)的感應(yīng)式電磁信號(hào)傳輸,環(huán)線通信電纜由扭絞銅制線芯、絕緣和勵(lì)磁防護(hù)線芯外層組成。其通常是直接敷設(shè)于兩鋼軌之間,作為電磁信號(hào)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的天線使用,與其相應(yīng)的車(chē)載通信天線一起,實(shí)現(xiàn)車(chē)載通信設(shè)備和軌旁勵(lì)磁通信設(shè)備間的雙向通信和設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換。交叉感應(yīng)環(huán)線鋼軌電纜構(gòu)成的雙向通信系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備包括交叉感應(yīng)環(huán)形鋼軌電纜、車(chē)載無(wú)線通信設(shè)備及軌旁通信設(shè)備。交叉感應(yīng)環(huán)形鋼軌電纜在敷設(shè)時(shí)需要沿著交叉感應(yīng)鋼軌的中心對(duì)稱(chēng)方向進(jìn)行環(huán)線的敷設(shè),每隔一段進(jìn)行一次的交叉。車(chē)地間交叉?zhèn)鬏數(shù)母哳l數(shù)據(jù)通過(guò)直接與數(shù)字頻率放大器合成的技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字高頻信號(hào),在經(jīng)過(guò)數(shù)字功率信號(hào)放大器的高頻放大后將其輸送至交叉感應(yīng)環(huán)線上,與車(chē)載無(wú)線通信設(shè)備直接進(jìn)行車(chē)地間之間的無(wú)線通信。一個(gè)交叉感應(yīng)環(huán)線敷設(shè)區(qū)段的最小環(huán)線長(zhǎng)度是40m,最大的長(zhǎng)度是350m,環(huán)線之間幾乎是相互分離的,僅在環(huán)線區(qū)域的邊界處相互進(jìn)行鄰接。為了有效解決與交叉感應(yīng)鋼軌及其他相鄰環(huán)線的交叉退耦,電纜大約每隔25~100m與鋼軌進(jìn)行一次交叉(通常的做法是每一段間隔25m或50m進(jìn)行交叉1次),車(chē)載的軌旁設(shè)備在經(jīng)過(guò)每個(gè)環(huán)線的交叉時(shí)都能檢測(cè)得到車(chē)地?zé)o線信號(hào)之間相位的細(xì)微變化,以此方式進(jìn)行對(duì)列車(chē)的定位計(jì)算,也就是我們可以將其作為一種用于列車(chē)與鋼軌地面之間的雙向設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)車(chē)地?zé)o線通信的媒體,如圖3所示：沿著軌道安裝的環(huán)線沿著軌道安裝的環(huán)線圖3基于環(huán)線傳輸?shù)腃BTC感應(yīng)環(huán)線電纜起著"天線"的相互連接作用,鋪設(shè)在軌道中間。主要用于信息傳遞鋼軌列車(chē)控制中心與鋼軌列車(chē)間的信息相互交換。與一般利用獨(dú)立的鋼軌電纜作為連接媒介的通道來(lái)進(jìn)行傳輸環(huán)路信息的其他模式傳輸系統(tǒng)相比,使用獨(dú)立的軌道和感應(yīng)環(huán)線電纜組成的環(huán)路傳輸系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn):①為了確保傳動(dòng)數(shù)據(jù)線的傳輸可靠,避免與傳動(dòng)軌道電路相互的電磁干擾②服務(wù)器允許用戶(hù)有更高的載頻,數(shù)據(jù)的傳輸速度快③系統(tǒng)采用直線交叉轉(zhuǎn)換回路電流避免了不同軌道上的回路電流波動(dòng)產(chǎn)生的復(fù)雜耦合,電碼器和誤碼器的發(fā)生率低④回路交叉點(diǎn)用于車(chē)載設(shè)備精確定位。⑤一個(gè)不同類(lèi)型的導(dǎo)線電纜在本環(huán)路的發(fā)生損壞只是因?yàn)闀?huì)直接嚴(yán)重影響本環(huán)路的運(yùn)行可靠性和數(shù)據(jù)傳輸,不會(huì)直接嚴(yán)重影響本環(huán)路運(yùn)行列車(chē)的安全控制5.3基于泄漏同軸電纜的傳輸泄漏的同軸電纜外導(dǎo)體lcx的天線是在泄漏同軸電纜外導(dǎo)體上兩條分開(kāi)有一定的形狀和間距的糟,使用該電磁場(chǎng)的輻射能量主要集中在泄漏同軸電纜的內(nèi)外兩條導(dǎo)線之間,部分的能量傳輸可以從泄漏同軸電纜中的另外一個(gè)槽孔通過(guò)泄漏輸送到一定的空間中,并和附近的移動(dòng)車(chē)輛外電臺(tái)的天線偶合起來(lái)構(gòu)成無(wú)線通道。泄漏同軸電纜外導(dǎo)體上兩條分開(kāi)的槽可以切割成有許多形狀,各種的形狀在能量傳輸損耗和耦合損耗等等方面各不相同。對(duì)于使用這種泄漏同軸電纜的車(chē)輛通信系統(tǒng)方式設(shè)計(jì)是比較簡(jiǎn)明的,兩條天線和lcx雙向交叉的環(huán)線分別是負(fù)責(zé)與上行及下行的移動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行通信,車(chē)上的天線和泄漏電纜lcx之間的基地臺(tái)距離很近,lcx還可以連接著一個(gè)基地臺(tái),通過(guò)天線與泄漏電纜的同軸,各種安全調(diào)度的信息和基地臺(tái)的語(yǔ)音控制信息都可以在地面和移動(dòng)車(chē)輛之間雙向地傳遞。由于大量的電磁波在泄漏同軸電纜的交叉通信環(huán)線內(nèi)互相傳播,場(chǎng)分布穩(wěn)定,輻射的性能也可以由槽的各種形狀和位置進(jìn)行控制、傳輸速率高、節(jié)省了頻率和資源、受環(huán)境影響很小,因而對(duì)于地形的控制和適應(yīng)性強(qiáng),在設(shè)計(jì)數(shù)字化、大容量的移動(dòng)電臺(tái)車(chē)輛通信系統(tǒng)方面有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。[[]平柳瓊.上海地鐵無(wú)線CBTC車(chē)地通信抗干擾技術(shù)分析研究和對(duì)策[J].中國(guó)新通信,2014,16(07):100-102.泄漏技術(shù)對(duì)于同軸無(wú)線傳輸電纜上的開(kāi)槽位置有著嚴(yán)格的設(shè)計(jì)尺寸和要求,而且它的信號(hào)收發(fā)、中繼設(shè)備比較復(fù)雜,用它的電纜來(lái)連接組成的通信無(wú)線傳輸電纜媒介采用的漏泄技術(shù)是基于2.4ghz的ism頻帶無(wú)線漏泄技術(shù)的同軸無(wú)線傳輸電纜,漏纜的無(wú)線傳輸特性和衰減抑制性能較好,傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn),最大的傳輸距離可以達(dá)到600m,且沿線無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋均勻,.沿線呈現(xiàn)良好的方向性分布,抗干擾能力較強(qiáng),適合于狹長(zhǎng)的鐵路地下隧道內(nèi)的列車(chē)使用,減少了列車(chē)在各個(gè)隧道ap之間的漫游和無(wú)線切換,提高了無(wú)線傳輸?shù)倪B續(xù)性和傳輸可靠性。另外,漏泄同軸無(wú)線傳輸電纜的設(shè)計(jì)和安裝技術(shù)要求不是很高,可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件選擇安裝地下隧道的兩側(cè)保護(hù)墻(僅適用于全地下隧道線路),或安裝隧道頂部(僅適用于全地下隧道線路,且三軌供電)。5.4基于裂縫波導(dǎo)管的傳輸裂縫波導(dǎo)管設(shè)計(jì)采用的材料是一種新型矩形中空鋁合金波導(dǎo)體材料,在其波導(dǎo)管表面每隔一段距離(約6cm)刻有一條2mm寬3cm長(zhǎng)的裂縫,能夠有效地讓大量的無(wú)線電波從此狹長(zhǎng)的裂縫中直接漏泄了出來(lái),因其裂縫波導(dǎo)管的物理特性和衰減性能很好,傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn),理論最大的傳輸距離一般可達(dá)到1600m,且沿線無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋均勻,,呈現(xiàn)良好的無(wú)線方向性分布,抗干擾能力較強(qiáng)。其傳輸電纜具有漏泄同軸傳輸電纜的優(yōu)點(diǎn),適合于狹長(zhǎng)的地下隧道內(nèi)傳輸使用,且其傳輸對(duì)距離的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通的漏泄同軸傳輸電纜,減少了列車(chē)在各個(gè)隧道ap之間的漫游和脈沖切換,通過(guò)它們的脈沖傳輸信號(hào)可以以極小的速度和損耗被列車(chē)傳送至目的地,大大提高了無(wú)線傳輸?shù)倪B續(xù)性和傳輸可靠性。漏泄波導(dǎo)管的可靠性很高。當(dāng)?shù)孛婵刂浦行牧熊?chē)發(fā)射出的電磁波沿輻射波導(dǎo)管內(nèi)外部傳輸時(shí),在輻射波導(dǎo)管內(nèi)外部傳輸?shù)妮椛潆姶挪◤妮椛洳▽?dǎo)管的槽孔內(nèi)部輻射進(jìn)入到周?chē)目臻g,在其外部輻射產(chǎn)生了漏泄電場(chǎng),列車(chē)從中獲取信息和能量,從而可以實(shí)現(xiàn)與列車(chē)和地面的控制中心通信。同樣,列車(chē)內(nèi)部發(fā)出的輻射電磁波,在輻射波導(dǎo)管外部輻射產(chǎn)生的漏泄電場(chǎng),也可能會(huì)通過(guò)耦合輻射到波導(dǎo)管中,實(shí)現(xiàn)與列車(chē)和控制中心的通信。其還需要具有以下的特點(diǎn)：無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋均勻，抗干擾能力較強(qiáng)，衰耗小。傳輸速率大、傳輸?shù)倪\(yùn)行距離長(zhǎng),可以有效率地減少了高速列車(chē)在各區(qū)段ap之間運(yùn)行需要反復(fù)進(jìn)行的時(shí)間漫游和切換此外由于裂縫波導(dǎo)管對(duì)車(chē)載天線安裝的要求也相對(duì)比較高,且其安裝的位置容易受到現(xiàn)場(chǎng)的制約,其與電氣化列車(chē)車(chē)載天線的直接安裝對(duì)位置的要求也相對(duì)應(yīng),故其的安裝對(duì)精度的要求也比較高,裂縫波導(dǎo)管的安裝可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件選擇安裝在地下隧道底部或者鋼軌旁(無(wú)論適用于地下、地面、高架或地下混合隧道線路均可),或安裝在隧道頂部的兩側(cè)保護(hù)墻(僅適用于全地下混合隧道線路),或安裝在隧道頂部(僅適用于全地下混合隧道線路,且三軌供電)。另外,對(duì)于裂縫波導(dǎo)管內(nèi)部和隧道表面的維護(hù)量較大,要注意防止地下沙塵的侵入和污物的覆蓋等?；诹芽p波導(dǎo)管進(jìn)行傳輸?shù)腸btc傳輸系統(tǒng)如圖4所示：裂縫波導(dǎo)管軌旁ATP/ATO軌旁ATP/ATO軌旁ATP/ATO波導(dǎo)信息網(wǎng)基站波導(dǎo)信息網(wǎng)基站波導(dǎo)信息網(wǎng)基站裂縫波導(dǎo)管軌旁ATP/ATO軌旁ATP/ATO軌旁ATP/ATO波導(dǎo)信息網(wǎng)基站波導(dǎo)信息網(wǎng)基站波導(dǎo)信息網(wǎng)基站圖4基于波導(dǎo)管傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)波導(dǎo)移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)是用于設(shè)計(jì)確?？刂浦行牧熊?chē)和本地的ats、控制中心之間的雙向連續(xù)進(jìn)行信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)南到y(tǒng)和列車(chē)地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？刂浦行牟▽?dǎo)移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由多個(gè)控制中心波導(dǎo)移動(dòng)信息網(wǎng)無(wú)線通信的控制單元和車(chē)載的控制中心波導(dǎo)移動(dòng)信息網(wǎng)列車(chē)上的移動(dòng)站點(diǎn)單元組成。車(chē)載波導(dǎo)的信息網(wǎng)移動(dòng)基站單元是由控制中心車(chē)站的計(jì)算機(jī)、無(wú)線擴(kuò)頻電臺(tái)、數(shù)據(jù)采集卡、無(wú)源濾波器、窄縫檢測(cè)發(fā)射器、耦合器等單元組成。車(chē)載波導(dǎo)的信息網(wǎng)移動(dòng)站單元是由車(chē)載的計(jì)算機(jī)、車(chē)載無(wú)線電臺(tái)、數(shù)據(jù)采集卡、窄縫探測(cè)發(fā)射和接收器等單元組成。軌邊信號(hào)的傳輸單元是通過(guò)本地的ats中心的控制室、車(chē)站的計(jì)算機(jī)、車(chē)載的計(jì)算機(jī)、車(chē)載無(wú)線電臺(tái)和控制中心列車(chē)上的定向計(jì)算機(jī)天線進(jìn)行發(fā)射和探測(cè)接收的信號(hào),軌旁的傳輸單元通過(guò)車(chē)載的同軸無(wú)線電纜與車(chē)載裂縫波導(dǎo)計(jì)算機(jī)連接,以車(chē)載裂縫波導(dǎo)計(jì)算機(jī)為主要載體雙向連續(xù)傳輸列車(chē)實(shí)時(shí)的信息。通信控制單元主要是計(jì)算機(jī)組成整個(gè)波導(dǎo)高速列車(chē)信息網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ),負(fù)責(zé)每個(gè)高速車(chē)站的信息采集管理、列車(chē)的控制等,信息交換主要通過(guò)高速區(qū)間鏈路等通信單元的網(wǎng)絡(luò)和高速鐵路控制管理中心的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換,以便于控制管理中心對(duì)每列高速列車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度和管理。每個(gè)站臺(tái)的通信控制單元和本地站臺(tái)ats、軌旁atp/ato、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、軌道電路連接組成一個(gè)配備有信號(hào)控制系統(tǒng)的車(chē)站。每個(gè)站臺(tái)的信號(hào)控制設(shè)備如高速列車(chē)信號(hào)機(jī)、屏蔽門(mén)、緊急停車(chē)按鈕由信號(hào)單元和控制站的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行控制。信號(hào)控制站主要是負(fù)貴車(chē)站初始化有線網(wǎng)絡(luò)的配置、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的管理、數(shù)據(jù)采集和記錄、數(shù)據(jù)處理、追蹤列車(chē)、速度控制計(jì)算、提供列車(chē)操作員計(jì)算機(jī)接口、列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)接口、車(chē)載控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息的交換等。波導(dǎo)車(chē)地信息網(wǎng)基站一般安裝位于基地距離波導(dǎo)不遠(yuǎn)的一個(gè)地方,也就是可以直接安裝在車(chē)地信號(hào)處理設(shè)備室。主要設(shè)備是由下列的設(shè)備部分構(gòu)成:無(wú)源濾波器、無(wú)線信號(hào)調(diào)制解調(diào)器、裂縫波導(dǎo)檢測(cè)載波信號(hào)發(fā)生器、多路復(fù)用器、耦合器電源等設(shè)備組成。它們都是直接組成整個(gè)波導(dǎo)信息網(wǎng)絡(luò)組成單元的最基本的部分,是和車(chē)載移動(dòng)通信站一起進(jìn)行車(chē)地通信的主要工作站。列車(chē)兩端的駕駛室各有一臺(tái)車(chē)載波導(dǎo)信息網(wǎng)移動(dòng)無(wú)線電站。主要設(shè)備包括車(chē)載無(wú)線電臺(tái)、車(chē)載計(jì)算機(jī)atp/ato設(shè)備、接口集成電路以及專(zhuān)用的信標(biāo)視頻接收天線和視頻編解碼器。車(chē)載無(wú)線電臺(tái)計(jì)算機(jī),安裝專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理卡,將其直接作為列車(chē)的移動(dòng)工作站,安裝專(zhuān)用的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)用的數(shù)據(jù)采集處理軟件等。主要是負(fù)責(zé)列車(chē)的數(shù)據(jù)采集和初始化、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接、獲得列車(chē)位置的信息、速度的計(jì)算、控制區(qū)域的交接通信、與其他車(chē)站的計(jì)算機(jī)設(shè)備交換的信息、數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)處理、列車(chē)的控制檢測(cè)系統(tǒng)(窄縫檢測(cè)接收器)接口等。6信號(hào)傳輸質(zhì)量6.1存在問(wèn)題分析由于大部分地鐵cbtc信號(hào)傳輸系統(tǒng)采用的是基于互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信的地鐵列車(chē)軌道和控制系統(tǒng)傳輸方式,通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸質(zhì)量的好壞決定了信號(hào)傳輸系統(tǒng)工作正常的與否。而北京地鐵列車(chē)運(yùn)行的軌道和環(huán)境往往充滿(mǎn)了不確定性,因而列車(chē)的信號(hào)系統(tǒng)極其容易地受到環(huán)境的干擾,導(dǎo)致列車(chē)的信號(hào)傳輸發(fā)生紊亂、減弱甚至是中斷,最終極有可能導(dǎo)致了列車(chē)控制系統(tǒng)無(wú)法正常的運(yùn)行。不僅如此,信號(hào)系統(tǒng)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和速率誤判問(wèn)題同樣不可忽視,信號(hào)在列車(chē)的傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)了延遲的現(xiàn)象使得列車(chē)所控制的軌道和列車(chē)的控制系統(tǒng)發(fā)生列車(chē)的延誤,軌道交通的控制系統(tǒng)運(yùn)行和秩序?qū)⒊霈F(xiàn)延遲無(wú)法及時(shí)得到有效的控制和保證。此外cbtc信號(hào)傳輸系統(tǒng)還同時(shí)存在著控制系統(tǒng)信號(hào)錯(cuò)報(bào)和速率誤判等技術(shù)性問(wèn)題,信號(hào)傳輸系統(tǒng)能不能正確進(jìn)行傳輸仍然是面臨著重大的挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)幾大一二線鐵路中心城市北京、深圳、廣州、南京等均曾多次發(fā)生過(guò)因列車(chē)信號(hào)傳輸系統(tǒng)故障等技術(shù)性問(wèn)題而發(fā)生延誤導(dǎo)致的北京地鐵列車(chē)運(yùn)行安全問(wèn)題。6.2干擾因素由于列車(chē)運(yùn)行環(huán)境條件較為復(fù)雜，干擾列車(chē)信號(hào)的因素也更加錯(cuò)綜復(fù)雜。誠(chéng)然外部因素是影響信號(hào)傳輸?shù)闹饕颍珻BTC系統(tǒng)內(nèi)部本來(lái)也存在著干擾信號(hào)的可能。地形影響地鐵隧道對(duì)于信號(hào)發(fā)射電波來(lái)說(shuō),相當(dāng)于一個(gè)理想的地形波導(dǎo),或者說(shuō)地形隧道具有波導(dǎo)效應(yīng)。由于隧道內(nèi)信號(hào)發(fā)射天線基本都是安裝在地形隧道壁上,直射波的傳播困難,且地形隧道內(nèi)容易快速發(fā)生直射波的吸收衰減和多徑效應(yīng),導(dǎo)致隧道內(nèi)極化紊亂、傳播衰減增大。列車(chē)在地形隧道中高速行駛時(shí),車(chē)體容易直接阻擋隧道內(nèi)電波的傳播。而當(dāng)車(chē)體阻擋隧道內(nèi)電波時(shí),場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋隨著隧道內(nèi)距離的增加而快速的降低,衰耗值的增加而呈曲線方向上升。[][]李海濤.地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)干擾分析及抗擾措施的探討[J].中國(guó)新通信,2013,15(15):36.天氣影響城市軌道交通不僅僅只運(yùn)行在地下隧道中，在一條線路的始發(fā)站或終點(diǎn)站以及車(chē)輛段等地列車(chē)常常運(yùn)行在戶(hù)外，因此無(wú)線信號(hào)還易受到雷雨天氣影響。其本質(zhì)是由于雷電產(chǎn)生的電磁電波影響。無(wú)線藍(lán)牙和局域網(wǎng)同頻干擾目前,地鐵中使用cbtc無(wú)線通信系統(tǒng)的車(chē)地?zé)o線通信多采用公共的2.4ghz局域網(wǎng)頻段,而隨著我國(guó)城市地鐵信息化的高速推進(jìn)和發(fā)展,各地紛紛把先進(jìn)的wifi無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋技術(shù)引入城市地鐵。由于與wifi無(wú)線同樣采用2.4ghz公共的局域網(wǎng)頻段,使用ieee802.11x協(xié)議,因此對(duì)于列車(chē)的局域網(wǎng)和車(chē)地?zé)o線通信也構(gòu)成了影響。因此綜合各方實(shí)際情況來(lái)看,對(duì)于cbtc無(wú)線局域網(wǎng)信號(hào)系統(tǒng)造成同頻干擾的主要原因是隨身wlan無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自身造成的同頻信號(hào)干擾。城市地鐵乘客在列車(chē)乘坐城市地鐵時(shí)需要使用隨身的wifi并需要佩戴無(wú)線藍(lán)牙設(shè)備或者耳機(jī),由于這種無(wú)線設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l段和cbtc無(wú)線信號(hào)系統(tǒng)所需要使用的數(shù)據(jù)傳輸頻段均是一種面向于公眾的無(wú)線費(fèi)據(jù)傳輸頻段。隨著目前人們使用和需要地鐵所使用的這類(lèi)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的增多,當(dāng)這一設(shè)備的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了地鐵列車(chē)運(yùn)行信號(hào)的抗干擾臨界值時(shí),便可能會(huì)對(duì)地鐵熊無(wú)線通信和信號(hào)系統(tǒng)產(chǎn)生較大干擾。這樣就直接導(dǎo)致了,在地鐵列車(chē)運(yùn)行的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,當(dāng)列車(chē)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)交換時(shí),受到同頻段列車(chē)運(yùn)行信號(hào)的相互干擾,造成了數(shù)據(jù)傳輸不暢等的問(wèn)題,繼而可能造成地鐵信號(hào)系統(tǒng)的故障。線路同頻干擾地鐵系統(tǒng)形成信號(hào)網(wǎng)絡(luò)后,在換乘站(其中重點(diǎn)主要是同站臺(tái)之間進(jìn)行換乘)或者重點(diǎn)是聯(lián)絡(luò)線時(shí)的同頻干擾更加明顯。尤其要注意的是當(dāng)兩條地鐵線路的cbtc系統(tǒng)均完全采用相同的頻段和信道時(shí),信號(hào)之間容易就會(huì)發(fā)生相互的滲漏,當(dāng)相互滲漏的頻段和信號(hào)輸出功率已經(jīng)足夠大時(shí)就可能會(huì)對(duì)地鐵產(chǎn)生同頻干擾。其他干擾除上述中所提到的幾種典型的系統(tǒng)性因素可能會(huì)對(duì)無(wú)線信號(hào)系統(tǒng)造成的干擾外,其他無(wú)線通信的系統(tǒng)性因素例如gsm、4g等都非常有可能會(huì)對(duì)2.4gwlan無(wú)線通信系統(tǒng)可能產(chǎn)生的諧波信號(hào)造成干擾。同時(shí)由于北京地鐵的通信系統(tǒng)工作地理環(huán)境復(fù)雜,干擾源紛雜多變,列車(chē)自身的無(wú)線牽引和制動(dòng)系統(tǒng)以及無(wú)線接觸網(wǎng)供電的線路等均非常有可能直接造成對(duì)無(wú)線信號(hào)的影響。6.3改善措施軌道交通在我國(guó)城市交通建設(shè)中的地位和作用日益明顯,安全運(yùn)行的問(wèn)題逐漸地引起了人們的廣泛關(guān)注和重視。其原因是采用了無(wú)線通信的系統(tǒng)列車(chē)運(yùn)行的時(shí)間和性質(zhì)直接決定了必須很好地保證先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定安全性和系統(tǒng)的可靠性,盡量避免列車(chē)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種信號(hào)干擾。這就使我們要求從事相關(guān)的工作和科研工作的人員根據(jù)需要進(jìn)一步加大對(duì)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)干擾源的調(diào)查研究,準(zhǔn)確地分析和排查可能產(chǎn)生信號(hào)干擾的各種因素,采取適當(dāng)?shù)臒o(wú)線通信技術(shù)手段和措施及時(shí)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn),盡量地解決、減少對(duì)信號(hào)的干擾,為先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)保證系統(tǒng)的正常工作和運(yùn)行的安全創(chuàng)造良好條件,保證了軌道交通的安全和運(yùn)行,保證了人民和群眾的人身生命和財(cái)產(chǎn)安全。下面提出的是對(duì)于改進(jìn)和改善一些問(wèn)題的看法和意見(jiàn)的建議：合理布局天線根據(jù)不同的地形和工作環(huán)境合理地布局天線頻點(diǎn)位置,這樣能夠有效改善和增強(qiáng)無(wú)線通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào),降低干擾。同時(shí)為了更好地確保了信息和傳輸?shù)陌踩涂煽啃?還須對(duì)上下行鏈路信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算,重點(diǎn)綜合考慮連接下行和上行鏈路的電纜、接頭、傳輸損耗等,保證各點(diǎn)的車(chē)地信號(hào)強(qiáng)度和穩(wěn)定性能夠充分滿(mǎn)足車(chē)-地之間通信和傳輸?shù)男枨?預(yù)留足夠的空間進(jìn)行冗余和覆蓋。在對(duì)車(chē)地進(jìn)行鏈路的計(jì)算時(shí),不僅必須要重點(diǎn)考慮每個(gè)訪問(wèn)相鄰接入點(diǎn)(ap)之間每個(gè)移交點(diǎn)的車(chē)地信號(hào),還要重點(diǎn)考慮每個(gè)相鄰接入點(diǎn)和ap之間每個(gè)移交點(diǎn)的車(chē)地信號(hào),保證若某個(gè)相鄰ap的移交點(diǎn)發(fā)生了故障,鏈路仍有可能滿(mǎn)足車(chē)地的信息和傳輸?shù)男枨?確保了行車(chē)安全。在對(duì)車(chē)地進(jìn)行天線頻點(diǎn)的設(shè)置時(shí),還應(yīng)注意避免無(wú)線通信系統(tǒng)內(nèi)部的同頻信號(hào)干擾、互調(diào)干擾等。選擇合適覆蓋方式采用合理的無(wú)線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的方式,能夠有效降低和增大外界干擾信號(hào)強(qiáng)度,降低對(duì)外界干擾信號(hào)的強(qiáng)度,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。無(wú)線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋常用的方式主要有3種:車(chē)載天線、漏泄同軸無(wú)線電纜和裂縫波導(dǎo)管。其中,車(chē)載場(chǎng)強(qiáng)覆蓋天線一般是使用定向車(chē)載天線,在滿(mǎn)足和保證自身通信設(shè)備的場(chǎng)強(qiáng)和天線覆蓋的要求下,同時(shí)可以降低天線覆蓋范圍;而使用漏泄同軸電纜和波導(dǎo)管的無(wú)線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋天線具有較強(qiáng)的天線覆蓋方向性和較短的天線垂直覆蓋的距離,合理的布設(shè)天線可以有效地減低對(duì)外界干擾信號(hào)的強(qiáng)度,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。為了有效減少車(chē)廂內(nèi)部駕駛員和乘客對(duì)使用無(wú)線信號(hào)通信設(shè)備的干擾,可以在車(chē)頭、車(chē)尾與客室之間的屏蔽隔板進(jìn)行加強(qiáng)屏蔽保護(hù)措施,如客室之間加裝金屬網(wǎng)格屏蔽板等,減少對(duì)系統(tǒng)的無(wú)線信號(hào)干擾。優(yōu)化無(wú)線通信設(shè)備建設(shè)一個(gè)車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)可以考慮采用單線雙網(wǎng)冗余互相覆蓋的方案,沿線分別部署2套完全獨(dú)立的wlan無(wú)線網(wǎng)絡(luò),2個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分別使用信道1(2401~2423mhz)和使用信道11(2446~2468mhz),2個(gè)獨(dú)立的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全隔離,互相覆蓋冗余。每一次列車(chē)的車(chē)頭和每列車(chē)尾均分別安裝2套車(chē)載無(wú)線單元,分別同時(shí)接入軌旁2個(gè)車(chē)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。[][]龐文湛.CBTC系統(tǒng)在隧道情景下無(wú)線通信干擾的研究[D].華南理工大學(xué),2014.實(shí)施專(zhuān)頻專(zhuān)用目前國(guó)內(nèi)使用cbtc的公用無(wú)線通信設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)品中絕大部分采用的頻段是按照國(guó)家電信局規(guī)定的一個(gè)公用的頻段:2.4ghz(2.4ghz~2.4835ghz)進(jìn)行工作的頻段。此公用頻段內(nèi),在電信局限定無(wú)線發(fā)射功率的指標(biāo)下,無(wú)需自行申請(qǐng)電信局批準(zhǔn)就已經(jīng)能夠正常使用,因此該頻段目前應(yīng)用于業(yè)務(wù)和系統(tǒng)的用戶(hù)大量比較集中,潛在無(wú)線干擾普遍存在。