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中兴智能交通专用车地实时双向通信系统

2009-03-16 来源: 浏览次数:

    城市轨道交通凭借便捷、环保、节能、安全和运量大等特点,对缓解城市交通瓶颈、改善城市交通结构、促进经济社会可持续发展起着十分重要的作用。为优化综合交通运输结构,“十一五”及今后一段时间,我国将把铁路和城市轨道交通的发展放在更加突出的地位。其中,城市轨道交通的发展重点是:加快轨道交通的规划建设,强化轨道交通在城市交通中的地位和作用,注重轨道交通新技术的应用,在大城市逐步实现以地面常规公交为主体向以轨道交通为骨干的城市交通体系的过渡。

    轨道交通信号系统是保证列车行驶安全的重要因素,对安全性、可靠性有严格的要求。目前,各国城市轨道交通系统中普遍采用的基于轨道电路的列车运行控制系统,以轨道作为地-车间信息传输的媒介。采用钢轨本身进行信号的传输固然有其先天的优势,但是经过多年实践证明,由于轨道电路本身的特性所致,基于轨道电路的列控方式尚存在以下一些突出的问题:

    (1)轨道能传输的地-车间的信息量少,速度低;

    (2)轨道电路只能实现地面对车辆的单向通信,难以实现车对地之间的双向通信;

    (3)轨道电路易受道渣阻抗、天气变化等因素影响,致使系统性能下降;

    (4)系统造价高、投资大;

    (5)日常维护量大,维护成本高。

    由于轨道电路方式存在上述诸多的缺点和不足,因此,有必要寻求一种新的方法和途径来弥补轨道电路带来的缺陷,进一步保证行车的安全,提高行车效率。随着通信网络技术的发展,轨道交通运行控制系统将呈现系统化、网络化、信息化、智能化、通信信号一体化等特点。

    因此,未来轨道交通技术将是通信技术与信号技术的集成,二者的融合将是今后技术发展的方向。

    随着数字无线通信技术及计算机技术的飞速发展和成熟,通信技术与控制技术的结合已经成为可能,因此,先进的基于无线通信技术的列车控制系统必将是列控技术发展的最终趋势。

    除了保证行车安全的信号系统的建设以外,现代城市轨道交通系统的运营管理愈来愈注重对乘客的服务,愈来愈以对人的服务为中心。一些著名的地铁十分注重以为乘客服务为主要内涵的乘客资讯系统(Passenger Information System,以下简称PIS系统)的建设。特别是2003年,韩国大邱市地铁发生的火灾,与地铁乘客息息相关的乘客资讯系统被摆在了重要的位置。地铁运营以车辆为中心的运营模式正发展为以为乘客服务为中心的运营模式。列车车厢可以显示乘车须知、列车时刻表等文本信息。为了加强地铁列车的安全防范,列车安防系统、列车图像监控系统也成为建设的重点。

     由于无线通信技术的不成熟,早期地铁建设缺乏车、地无线通信技术,地铁视频监控或是PIS只能局限于车站级别或是仅限于列车车厢内的显示,地面监控中心不能对车辆内部进行监控,车地间也无法实现信息的实时双向传输。随着WLAN移动通信技术及计算机技术的不断完善,使列车在高速运行状态下实现车地间可靠的双向通信成为可能。地铁列车在以100Km/小时甚至是更高速度行驶过程中依然能保持与地面的不间断实时通信,车地间可以实现文本、图像等实时传输。地铁控制中心和地铁公安系统能通过专用车地实时双向通信系统及时发现车辆内的安全事故隐患并提前处理,确保列车行驶安全。同时,地铁列车安防系统可以使车站值班员、控制中心调度员、车辆段车务人员对列车车厢内的实时图像监控。有了车地通信的PIS系统除了能在车厢内显示乘车须知、列车时刻表等文本信息以外,还可从地面向车上播放股票信息、媒体新闻、赛事直播、广告等实时动态信息,一旦出现火灾、阻塞及恐怖袭击等非正常情况,PIS系统还可提供动态紧急疏散提示。

轨道交通专用车地实时双向通信系统的结构、原理和特点

    轨道交通专用车地双向实时通信系统基于成熟的无线局域网802.11X系列技术标准构建,工作在2.4GHZ/5.8GHZ频段。系统主要功能是在城市轨道交通运行环境下,为车载应用设备和地面应用设备之间提供大容量、安全、连续、可靠的双向通信功能,实现列车与地面间数据、视频信息的实时透明传输。

    专用车地实时双向通信网络为车载无线通信单元和地面无线接入点之间提供大容量、安全、连续、双向的无线通信。系统采用无线局域网IEEE802.11g标准,工作在2.4GHz的开放频段。

    城市轨道交通专用车地实时双向通信系统的功能主要是在城市轨道交通运行环境下,提供列车与地面间数据、广播及图像信息的实时透明传输,实现车地间的双向、大容量、连续的可靠通信功能,使列车与地面(轨旁)紧密结合、整体处理,改变了以往车-地相互隔离、以地为主的状态,通过车地间的实时信息交换,例如:图像信息、列车位置、联锁等重要信息,从而达到车-地联动,系统自动监控的目的。

    实现车地通信的方法多种多样,为了保障整个系统的稳定性和可靠性,同时考虑到整个系统工程的投资成本,可采用WLAN方式来实现车地通信。WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络,是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它以无线多址信道作为传输媒介,提供传统有线局域网LAN(Local Area Network)的功能。

    由于轨道交通特殊的工作环境以及对传输信息的特殊要求,能否实现高速运行的列车在特殊环境下可靠的快速漫游就成为系统的关键。但是,802.11的系列标准并未对此项功能作出规定,所以目前未经改动的标准无线局域网设备不支持无缝的快速漫游功能,对现有的标准设备进行特殊定制后方可满足轨道交通车地间可靠的通信。

    中兴智能交通专用车地实时双向通信系统是经过特殊改造的专为轨道交通应用定制的实时车地传输的无线通信系统。

系统结构及原理

    轨道交通车地专用无线通信系统由三层网络结构组成:地面中心控制层、轨旁接入层和车载层,相对应的设备分别为无线管理控制器、轨旁无线接入单元设备和车载无线单元设备。

    在(区域)控制中心,两台相互独立的无线管理控制器被分别连接到两个骨干通道上。轨旁无线接入点通过交换设备连接到骨干网络上,每个轨旁无线接入点由两台相同的AP设备组成,每台AP设备连接天线,以实现不同方向上的无线接入。每个站台、隧道沿线均铺设AP,AP的布放位置是通过严格的无线链路预算结合轨道的实际情况来决定的。在列车上,车载无线单元由车载无线单元主机及车载天线组成。每辆列车依据应用配备一至两台车载无线单元设备,每台车载无线单元设备工作在不同的信道,并分别通过以太网接口连接到列车总线上。

    系统是否均采用双频、冗余覆盖来构建网络,可根据实际应用的需求做具体规划。

    目前该系统可以在列车以100km/h时速运行时,关键性能参数达到如下指标要求:

      1) 车—地信息通信延时:≤0.5s;

      2) 地—车信息通信延时:≤0.5s;

      3) 丢包率(128字节数据包):≤1%;

      4) 移动台漫游切换时间:<50ms;

      5) 平均有效传输带宽:≥15Mbps;

系统特性

    ● 高速无缝切换

    ● 抗干扰能力强

    ● 高带宽

    ● 高实时性

    ● 高可靠性

    ● 高安全性

关键性能指标

    ● 列车运行速度:≤150km/h;

    ● 端到端通信时延:≤0.1s;

    ● 移动台漫游切换时延:<50ms;

    ● 平均有效传输带宽:≥16Mbps;

轨道交通专用车地实时双向通信系统的拓展应用

在PIS系统中的应用

    乘客资讯系统(PIS)依托多媒体网络技术,以计算机系统为核心,以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统。PIS系统作为地铁公司与乘客之间最直观的信息交互平台,所有实时播放的媒体流不能出现图像马赛克、声音停顿的情况,这就需要车地实时双向通信网络在列车运行过程中要有足够的带宽和良好的QoS保障机制,同时,对网络的可靠性要求也非常高,不能因为网络的中断而导致PIS系统的故障。

    有了专用车地实时双向通信系统,在PIS系统下,地铁车站和控制中心值班人员可以实时观察运行中列车乘客车厢、司机室内情况,司机也能实时观察本列车乘客车厢内情况;控制中心可向运行中列车发布及时信息,实时转播数字电视节目;运行中列车的紧急状态,如火灾报警、紧急开关车门,能够实时上传到控制中心和车辆段车场调度中心。

    因此,专用车地实时双向通信系统使PIS系统的应用将原有封闭的车辆空间变成一个“信息娱乐中心”,增加了乘客舒适感。同时由于车、地无线通信系统还有足够的带宽,PIS系统往往还与车辆监控系统相结合,将车辆内部图像实时上传到地铁控制中心和地铁公安系统,能及时发现车辆内的安全事故隐患并提前处理,确保列车行驶安全。

在CBTC系统中的应用

    随着数字无线通信技术及计算机技术的飞速发展和成熟,通信技术与控制技术的结合已经成为可能,先进的基于无线通信技术的列车控制系统CBTC是列控技术发展的最终趋势。基于通信的列车控制系统CBTC是利用无线通信媒体来实现车地间的双向信息传输,而在此基础上构成的列车运行控制系统。由于采用了连续、双向的无线通信系统作保证,才使列控系统实现了真正的移动闭塞,改变了以往轨道电路单向、小容量、点式通信的功能,实现了车地间的双向、大容量、连续的通信功能,由于采用了无线实时通信系统,才使得列车与地面紧密结合、整体处理,改变了以往车-地相互隔离、以地为主的状态,通过车地间的实时信息交换达到车-地联动,系统自动控制的目的。  ■

(作者:中兴智能交通系统(北京)有限公司ITS技术研究院)  

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