地铁信号系统通信控制技术相关探讨

郝振元

摘要：近些年来，轨道交通已经成为一些大中型城市的一类重要交通系统，轨道交通应用范围也变得更加广泛。然而在轨道交通建设过程中，通常需要投入大量成本，运营方式也相对复杂，所以需要在运营管理过程中对先进通信技术进行应用。地铁信号系统在计算机技术、现代通信技术的快速发展推动下，相关通信控制技术也在不断创新，极大地提升了信号通信质量。

关键词：地铁信号;信号系统;通信控制;控制技术

一、地铁信号系统通信技术优势

首先，系统变得更为简洁。从硬件组成可以看出，该系统核心为控制中心设备，而对于车载和车站设备可以对控制中心命令负责执行，这使车和地面间的控制设备有效保持整体划一。从功能角度进行分析，在该系统当中，多种功能往往无需再次分析，例如闭塞、超速防护以及连锁等，可以使功能得到统一处理。所以，系统结构的堆叠方式得到了改变，具有加高的简洁性。

其次，系统灵活性得到提升。新型CBTC系统不需要对新的设备进行增加，便可以支持双向运行，即使列车处于反向运行，系统的安全性和稳定性仍然相对较高。新型通信系统可以结合实际情况，适当更改调度策略。除此之外，系统还可以同步处理多条交叉线路和不同复杂运行情况。

最后，系统更加高效。通过该系统的有效控制，可以缩短列车运行间隔，而且还可以优化列车驾驶算法，使列车保持节能运行。

二、地铁信号系统通信控制技术应用要点

（一）LTE技术的应用

LTE技术可以实时监控列车运行，当出现紧急情况后，ATS系统可以将异常情况及时向行车指挥或者设备维护人员进行传送，使其能够快速到场进行处理，从而充分保证列车运行安全。但在传输这些数据时，对网络安全也有了更高要求，一旦LTE技术无法保障用户安全时，将会降低LTE技术的应用效果。LTE技术需要对网络技术安全策略进行遵循，有效分离EPC密钥和NAC信号保护密钥，并对该密钥进行使用，对EPC密钥进行计算。EPC密钥是密钥协议认证过程的NAC终端以及EPC。当用户进入LTE系统后，可以有效连接EPC和RRC，并将B密钥向自序列号加密以及安全系统输入保护进行发送。通过对智能序列号到B进行使用，使其具有相同序列号，而为了保证使用安全性，需要对序列号上传次数进行限制。LTE技术可以使上行链路与下行链路的运行速率得到提高，从而高质量分配地铁信号数据传输。对于车地通信系统，需要有效采用LTE技术，这样不仅可以使数据交互时延得到缩短，而且还可以使车载信号ATP设备和地面ATP安全数据交互得到最大程度的提高。LTE技术需要对 eNodeB 系统进行使用，使网络得到简化，从而为用户提供更高频率，并降低延迟和复杂性。针对LTE技术的延迟要求进行分析，控制面板从原本的睡眠状态迁移到激活状态的时间不应超过50ms。与此同时，用户平面单向传输延迟需要超过5ms。LTE技术需要对远程覆盖技术进行采用，还可以运用无缝切换算法等高移动性措施，可以使高速地铁列车的延迟得到降低。

（二）CBTC 关键技术

1.高可靠性技术

在设计CBTB系统时，需要对冗余设计进行使用，而且还需要保持双网并行。基于通信系统的轨旁和车载网络配置保持相同，但两个网络间却又物理间隔存在，对不同网络的传输链路以及供电等可以保持独立运行，从而在系统构造当中构造出两个相同、且独立运行的通信网络。在具体使用过程中，需要保持双网同时运行，有效监控和控制列车，从而在某一网络有故障问题出现时，使另一个网络通信保持畅通，使列车保持安全行驶。

针对网络内部的冗余拓扑进行分析，其具体包括以下几个方面。

首先，单网内部通信系统骨干网一般需要使用光纤连接SDH设备，并构成相应的环状网络结构。一旦遇到骨干网光纤传输中断，需要即刻开启SDH网络当中的快速倒换功能，避免列车控制信号在传输时出现故障。

其次，在车站处交换机一般都对两条千兆链路进行配置，同时还需要和三层交换机进行互联，该设计可以防止发生单台交换机或网络中断等故障情况。

再次，轨旁AP需要有效连接主备控制器，而且其还应在网络中保持信息同步，这样一来，即使主用控制器出现瘫痪问题，系统传输也不会出现中断现象，可以避免只用一台无线控制器或出现单点故障。

第四，在CBTC系统当中，AP间的部署间距通常不会超出其能够覆盖的区域半径，这样即使有某一AP出现故障，与其相连的AP和后一AP，同样可以在AP负责区域有效覆盖，使信号保持永续传输。

最后，系统当中的有线和无线通信设备可以在同一网络平台下，有效排查、修复、定位全部设备故障情况，降低网络维护工作量，从而使网络故障问题得到快速解决。

2.无线快速切换技术

为了使列车能够保持高速稳定运行，需要合理运用快速切换技术。例如，通常情况下，AP的越区切换时间一般可以维持在500毫秒-2秒，当列车的前进时速为120千米/小时。在AP越区切换时，可以使列车65M左右的运行区间有效断开系统控制。一旦有此类情况发生，将会造成相应的安全事故。当隧道覆盖区域长度达到300米时，AP1和AP2具有良好的覆盖，而且中间公共区域的AP1和AP2可以在公共区域内覆盖。当列车行进达到AP1时，列车和AP1需要保持良好的数据连接，这样在列车行驶到公共覆盖区后，列车可以和AP1有效交互，与AP2提前建立连接。这样一来，在列车行驶到AP2时，可以和AP2直接进行连接，并有效传输数据，不需要在AP1断开后，对新的连接进行建立，从而缩短切换时延，使其维持在50毫米以内，确保列车的高速运行和有效通信。

結束语：

综上所述，随着城市现代化建设步伐的不断加快，地铁已经成为城市发展过程当中的一类重要交通设施。地铁信号控制系统对于保障地铁的安全性具有重要作用，也是十分关键的一项技术，对比传统控制系统，CBTC不仅要更为灵活和高效，而且成本也相对较低。对此，需要进一步加大地铁信号控制系统的研究和应用，从而全面提高地铁信号系统通信控制水平。

参考文献

[1]孙林. 地铁信号系统通信控制技术研究[J]. 中国设备工程， 2020， No.437（01）：116-118.