1   概述

　　實現基於通信的列車自動控製係統，手段有多種。有在沿軌旁鋪設電纜環
、泄漏電纜、裂lie縫feng波bo導dao和he安an裝zhuang無wu線xian擴kuo頻pin電dian台tai等deng力li祛qu。交jiao叉cha電dian纜lan環huan方fang法fa是shi目mu前qian較jiao為wei成cheng熟shu的de技ji術shu，因yin該gai方fang法fa需xu要yao在zai沿yan軌gui道dao全quan線xian鋪pu設she交jiao叉cha電dian纜lan環huan，安an裝zhuang工gong作zuo量liang大da，維wei護hu麻ma煩fan
，並bing且qie和he裂lie縫feng波bo導dao相xiang比bi，其qi線xian性xing損sun耗hao較jiao大da。基ji於yu電dian纜lan環huan或huo泄xie漏lou電dian纜lan等deng通tong信xin手shou段duan的deATC(列車自動控製係統)是通過車站和軌旁的設備交換車的位置信息
，列車在線路中的位置需要列車通過車載裏程儀(借助電纜環的交叉點同步)測量後經車載通信天線發送給軌道上的電纜環，通過軌旁設備處理後送到車站控製設備，車站控製設備再將這—信息轉發給後續列車，後續列車知道了前行列車的位置，可根據事先定義的安全行車原則
，保持剮、的行車間距，實現移動閉塞。無線擴頻電台方法，目前僅有少量成功應用的例子

，雖然該係統兼具設備量少
、成本低、安裝方便、易於維護等優點，但是在地鐵隧道中(特別是拐彎處)需xu安an裝zhuang信xin號hao中zhong繼ji設she備bei，而er且qie其qi發fa射she功gong率lv不bu能neng太tai大da。而er采cai用yong以yi無wu線xian擴kuo頻pin電dian台tai和he裂lie縫feng波bo導dao為wei通tong信xin媒mei介jie，裂lie縫feng波bo導dao作zuo為wei無wu線xian電dian台tai的de天tian線xian使shi用yong的de方fang法fa，徹che底di解jie決jue了le無wu線xian電dian台tai在zai地di鐵tie隧sui道dao中zhong信xin號hao傳chuan輸shu的de問wen題ti，是shi一yi個ge安an全quan、可靠
、先進的信號係統，最適合在地鐵環境中使用。本文重點介紹基於裂縫波導通信的列車自動控製係統的構成
、原理及功能。

　　2 係統構成及原理

　　 基於裂縫波導通信的列車自動控製係統，是采用在沿軌道鋪設裂縫波導(縫隙天線)的方式，以波導信息網絡、無線擴頻電台為基礎
，采用TDMA(Time Division Multiple Access)多址通信方式，通過有線和無線網絡的集合
，實現列車與軌旁設備的雙向連續通信及列車定位功能
，最終實現移動閉塞信號控製係統。

　　2．1  波導信息網絡

　　波導信息網絡用於確保列車和本地ATS(Automatic Train Supervision)——列車自動監控係統
、控製中心之間的車地雙向連續傳輸信息。波導信息網絡是由多個波導信息網通信單元和車載的波導信息網移動站組成，圖1為波導信息網絡結構圖。

　　波導信息網基站是由車站計算機

、無線擴頻電台
、數據采集卡、無源濾波器、窄縫檢測發射器
、耦合器等組成。波導信息網移動站是由車載計算機、車載無線電台、數據采集卡、窄縫探測接收器等組成。信號傳輸是通過ATS中心控製室
、車站計算機、車載計算機
、車載電台和列車上的定向天線發射和接收信號，軌旁單元通過同軸電纜與裂縫波導連接，以裂縫波導為載體雙向傳輸列車實時信息。

　　波導信息網基站和軌旁ATP(AutomaticTrainProtection)／ATO(AutomaticTrainOperation)——列車自動防護／列車自動駕駛是有線連接
，軌旁ATP／ATt之間通過光纖、尾纖、光配線架
、光端機等形成區間鏈路。波導信息網基站和波導信息網移動站之間的無線網絡執行IEEE802．11和IEEE802．3標準。操作係統可選用WindowsNT4．0
、Linux
、Windows2000等。

　　bodaoxinxiwangshiyongwuxiankuopindiantaijinxingwangluotongxin。tiaopinshijianyushifenfuyongzhouqijianlitongbuguanxi。gekongzhiqujiandetongxunwangyouyidingdezhongdiefugaiqu
，baozhengliecheyunxingzhikongzhiqufenjiechushi，keyipinghuaguodu，zaichezhanzhukongjisuanjishanganzhuangwangluocaozuoxitong
，xitonggenjumeigeliechechedechezaijisuanjidebiaoshibutongjiqiwuxianwangkapeizhidebutonglaishibiemeilielieche。shiyongdaxingshujukuruanjian(如Oracle，Sybase等)，通過數據采集卡的數據采集軟件，獲取車載計算機發出的列車運行數據，對數據進行分析、計算、查詢、統計
、更新
、存儲等。車載、車站的控製軟件對所其需數據通過波導信息網進行發送
、下載和更新。

　　波導信息網基站還負責：接收處理車載計算機的數據、發送主控計算機的數據
、接收列車定位數據
、處理數據采集卡采集的列車運行數據、提供HMI(Human Machine Interface)接口
、接收HMl發送的列車控製信息並通過報文模塊發送、提供TCP／IP通信接口、提供串口通信接口等。

　　2．2  通信單元

　　係統中的通信單元由裂縫波導(用於輻射電磁波載波)

、波導同軸變換器(用於向裂縫波導饋入射頻載波信號)、同軸電纜、終端負載(用於消除反躬被)、波導信息網基站、軌旁ATP／ATO、園司鏈路與沿線設備共同組成的—個無線和有線相結合的通信網絡，圖2為通信單元的基本組成圖。

　　係統中的通信單元是組成波導信息網絡的基礎，負責每個車站的信息管理，列車控製等
，信息通過區間鏈路等通信網絡和控製中，b進行交換，以便控製中心對每列列車進行調度管理。每個通信單元和本地ATS、軌旁ATP／ATO、計算機聯鎖、軌道電路組成—個信號控製車站。站台信號設備如信號機、屏蔽門、緊急停車按鈕由信號控製站的聯鎖設備控製。信號控製站主要負責：初始化網絡配置、無線網絡管理、數據記錄
、數據處理、跟蹤歹0車
、速度計算、提供操作員接口、列車控製係統接口、車載計算機信息交換等。

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　　2．3  波導信息網基站

　　波導信息網基站一般位於離波導不遠的地方，也可以安裝在信號設備室。主要是由下列設備構成：無源濾波器、無線調製解調器、裂縫波導檢測載波發生器、多路複用器
、耦合器電源等組成。它是組成波導信息網絡單元的最基本的部分，是和車載移動站進行車地通信的工作站。

　　2．4  波導信息網移動站

　　列車兩端的駕駛室各有一台波導信息網移動站。包括車載無線電台、車載ATP／ATO設備、接口電路以及信標接收天線和解碼器。車載計算機，安裝專用的數據采集卡
，將其作為移動工作站，安裝操作係統、數據庫、專用數據采集軟件等。主要負責：數據初始化、無線網絡連接
、獲得位置信息、速度計算、控製區交接通信、與車站計算機交換信息
、數據記錄
、數據處理
、列車控製係統(窄縫險測接收器)接口等。

　　2．5  微波裂縫波導

　　caiyongweiboliefengbodaoxitongzuoweichedishuangxiangshujuchuanshudemeijie，weiboliefengbodaoxitongshibodaoxinxiwangluodeguanjianbufen，tashijuyoujiaokuandedaikuandekeyitongshichuanshushuju
、語音及視頻信號的傳輸係統，用於車地雙向連續數據傳輸及列車定位。

　　裂(lie)縫(feng)波(bo)導(dao)是(shi)個(ge)中(zhong)空(kong)的(de)鋁(lv)質(zhi)矩(ju)形(xing)管(guan)，在(zai)其(qi)頂(ding)部(bu)等(deng)間(jian)隔(ge)開(kai)有(you)窄(zhai)縫(feng)，使(shi)得(de)在(zai)載(zai)頻(pin)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)微(wei)波(bo)沿(yan)裂(lie)縫(feng)波(bo)導(dao)均(jun)勻(yun)輻(fu)射(she)，在(zai)波(bo)導(dao)上(shang)方(fang)的(de)適(shi)當(dang)位(wei)置(zhi)接(jie)收(shou)器(qi)可(ke)以(yi)接(jie)收(shou)波(bo)導(dao)裂(lie)縫(feng)輻(fu)射(she)的(de)信(xin)號(hao)，接(jie)收(shou)器(qi)通(tong)過(guo)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)得(de)到(dao)有(you)用(yong)的(de)數(shu)據(ju)，圖(tu)3為裂縫波導傳輸方式。軌旁ATP/ATO——語音、視頻
、數據

　　使用TDMA作為係統的通信組織管理方式。TDMA(Time Division Multiple Access)——時分多址就是所有用戶使用同—射頻帶寬
，按某種秩序分時發射的多址通信技術。波導信息網基站向每列列車給出同步信號
，給每竹rJ車預先分配好一個固定時隙，每列列車在各自的時隙內和波導信息網基站交換信息(具體的時元、時隙劃分
，需要根據擴頻電台的技術指標確定，一般—個時隙大約10ms)，采(cai)用(yong)直(zhi)接(jie)序(xu)列(lie)擴(kuo)頻(pin)和(he)跳(tiao)頻(pin)來(lai)防(fang)止(zhi)幹(gan)擾(rao)。波(bo)導(dao)信(xin)息(xi)網(wang)基(ji)站(zhan)使(shi)用(yong)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)與(yu)裂(lie)縫(feng)波(bo)導(dao)連(lian)接(jie)，通(tong)過(guo)裂(lie)縫(feng)波(bo)導(dao)與(yu)車(che)載(zai)電(dian)台(tai)交(jiao)換(huan)信(xin)息(xi)，列(lie)車(che)與(yu)軌(gui)旁(pang)單(dan)元(yuan)的(de)信(xin)息(xi)交(jiao)換(huan)在(zai)固(gu)定(ding)的(de)時(shi)隙(xi)內(nei)完(wan)成(cheng)。係(xi)統(tong)每(mei)秒(miao)多(duo)次(ci)對(dui)每(mei)輛(liang)列(lie)車(che)的(de)位(wei)置(zhi)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)，利(li)用(yong)時(shi)分(fen)多(duo)址(zhi)(TDMA)方法
，最多可同時控製30輛列車。交換的數據內容包括列車的車次號、當前相對位置、當前運行速度
、運行時間、運行距離


、到達時間、出清時間等
，列車通過車載ATP／ATO控製列車的運行並精確定位　　　

　　2．7  列車運行距離計算

　　列車的運行距離二波導裂縫間距x相對起始點開始檢測到的裂縫數

　　根gen據ju位wei置zhi信xin息xi及ji相xiang應ying的de運yun行xing時shi間jian計ji算suan出chu列lie車che當dang前qian的de速su度du
，列lie車che將jiang速su度du信xin息xi和he相xiang對dui位wei置zhi放fang人ren報bao文wen發fa給gei軌gui旁pang基ji站zhan
，再zai通tong過guo遠yuan程cheng控kong製zhi單dan元yuan傳chuan輸shu給gei控kong製zhi中zhong心xin。

　　2．8  列車定位

　　每列列車自身具有定位功能

，確定自身的速度—距離曲線。列車通過車載傳感器和讀取軌旁信標的信息進行初始化


、更新數據或精確停車。當列車通過時，使用安裝在線路內的信標確定列車的絕對位置和運行方向，列車通過波導信息網向軌旁ATP發fa送song其qi位wei置zhi信xin息xi。由you於yu采cai用yong的de裂lie縫feng波bo導dao是shi在zai其qi頂ding部bu等deng間jian隔ge開kai有you窄zhai縫feng，因yin此ci，列lie車che的de絕jue對dui位wei置zhi可ke以yi通tong過guo對dui裂lie縫feng波bo導dao縫feng隙xi的de計ji數shu和he信xin標biao對dui比bi得de到dao。

　　2．9  移動閉塞區的防護

　　軌旁設備收集所有列車的位置信息，對每列列車進行管理
，根據列車實時位置、速度和列車信息確定安全保護區段。軌旁設備為每個車載ATP提供—個後續列車不能進人當前列車“保護範圍”的涉及故障——安全的限製位置。

　　3 小結

　　 由於基於裂縫波導通信的列車自動控製係統，將軌道分割成不同的控製區，每個控製區由車站計算機
、無(wu)線(xian)擴(kuo)頻(pin)電(dian)台(tai)和(he)波(bo)導(dao)信(xin)息(xi)網(wang)構(gou)成(cheng)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)網(wang)，波(bo)導(dao)布(bu)置(zhi)在(zai)物(wu)理(li)上(shang)使(shi)得(de)各(ge)控(kong)製(zhi)區(qu)彼(bi)此(ci)重(zhong)疊(die)，以(yi)波(bo)導(dao)信(xin)息(xi)網(wang)作(zuo)為(wei)傳(chuan)輸(shu)媒(mei)介(jie)

，站(zhan)間(jian)可(ke)以(yi)被(bei)無(wu)線(xian)電(dian)可(ke)靠(kao)地(di)覆(fu)蓋(gai)，不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)盲(mang)區(qu)
，利(li)用(yong)波(bo)導(dao)裂(lie)縫(feng)對(dui)列(lie)車(che)進(jin)行(xing)定(ding)位(wei)，可(ke)以(yi)大(da)幅(fu)度(du)提(ti)高(gao)列(lie)車(che)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)，通(tong)過(guo)連(lian)續(xu)的(de)車(che)—地雙向通信，可以實現先進的移動閉塞，從而縮短列車的行車間隔，提高運行的效率和效益。