目前,國內投入運營的CBTC系統基本上都可在CBTC模式和后備模式丁運行。
在CBTC模式下,軌旁接入點(AP)上電啟動后,首先與無線接入控制器(AC)交換一些初始化信息,這些信息包括AP正常工作所需要的認證信息、注冊信息等,對于非法接入的AP,AC將拒絕提供服務。正常工作時,AP會周期性地通過天線向外發送廣播信息,當一個車載移動終端(MR)接收到該AP的廣播信息且該信號的場強值大于MR的接入閾值時,MR將發送與AP的關聯信息,AP與MR也將發送安全認證信息,拒絕非法MR的接入。在經過一系列的接入關聯、認證和初始化工作以后,MR與AP才建立通信。
車載控制單元通過檢測軌旁應答器及檢索車載數據庫中的數據來判定和校準列車的位置,并且利用速度傳感器的測距功能計算列車檢測到應答器后列車的走行距離。車載數據庫信息包括應答器位置、車站停車位置、坡度、土建限速、道岔位置和信號機位置等。軌旁區域控制器(ZC)接收來自ATS(列車自動監視)的進路請求,然后沿著ATS請求的進路,根據當前列車報告的位置起始為其后續追蹤列車計算移動授權命令(LMA)。當ZC確認受控列車的移動授權能夠通過前方的信號機時,ZC給軌旁聯鎖系統發布命令,將其所轄
在后備模式下,ZC不工作,ATS發送進路請求給聯鎖系統,聯鎖系統基于固定閉塞的原則建立進路及開放信號,司機根據信號機開放狀態和后備模式下的運營規則控制列車運行。
隨著移動無線技術的發展,在軌道交通自動控制領域中,采用基于無線的通信方式進行車一地的數據傳輸正日益成為一種趨勢。大的數據傳輸量為提高信號系統的性能和效率提供了空間。同時,無線技術更有利于車載設備的監控和系統性能的監督,還可用于乘客信息傳輸和語音、圖像的傳輸。無線CBTC系統的車一地通信是基于開放的IEEE802.11無線通信技術,其軌旁的數據傳輸采用802.31P以太網通信技術,經過多年國內工程項目的測試和驗證,在系統應用的安全性、兼容性、節約運營維護成本、靈活性等方面均表現出明顯的優勢。的該信號機開放為允許信號。ZC知道其控制范圍內所有列車的位置信息,并通過系統確定何時可以安全地延伸列車的移動授權。
無線CBTC系統秉承了傳統信號系統設計故障導向安全、可靠的基本原則。通過在所有網絡入口設置安全網關實現整個網絡的安全防護。以認證的方式防止假冒,來確保安全性;以動態加密的方式保護密鑰,從而實現保密性。
采取802.11WEP加密技術和非標準的跳頻序列進行無線網絡的保護。跳頻技術(FHSS)的應用為無線CBTC系統的數據傳輸安全性提供了保障。FHSS使車場或其它有線路交叉的地方多個頻率共存,同時大大減少了頻率間干擾的風險,經過大量實驗室和現場測試,IEEE802.11無線數據通信控制系統(WirelessDCS)能抵抗藍牙或Wi-Fi等設備可能產生的干擾。
有線網絡的保護主要通過交換機端口的控制以及設置防火墻的方式來實現。
在軌道交通信號領域,應用開放式的標準既可以節約成本,也能夠實現兼容性,這已成為該領域技術發展的主要驅動力。IEEE標準是世界網絡技術領域中使用最廣泛的,ISM組織發放了3個自由使用的頻段,分別為900M、2.4G和5.8G。IEEE802.11描述了2.4G共用頻段的使用。該標準也支持在連續傳輸中數據包的無縫拆分和組合。IEEE802.11開放標準與廣泛使用的IEEE802.3以太網標準完全兼容。
IEEE802.11媒體介入控制(MAC)層支持無線移動功能,允許移動無線信號的連接和再連接。實驗和地鐵項目的運營驗證證明,只通過改變物理層來使用5.8G自由頻段是可行的。當前世界幾大主流信號供貨商的CBTC系統的無線數據通信子系統均采用了IEEE802,11規范的無線自由頻段,但并不局限于2.4G。理論上,在保持IEEE802.11MAC層的情況下可使用任何可用的無線頻率。
移動閉塞的列車定位不依賴于軌道電路或計軸區段,極大地改善了列車的運行間隔,減少了設備數量,且列車定位精度更高;支持不同運行模式的列車混合運行,受控列車基于移動閉塞方式運行,非受控列車基于固定閉塞間隔方式運行。
無線設備的部署和安裝簡單清晰,每輛車都安裝了移動無線設備MR,軌旁無線設備AP以合理的間隔沿線路布置,為車一地通信提供無線鏈路。除了部分商用定制設備外,其它所有無線DCS系統的設備都是可以在市場上購買到的標準商用設備。無線DCS系統的容量大,不但能夠滿足當前列車控制系統的數據傳輸需求,今后也可為其他媒體或企業IP通信提供額外容量。
軌旁AP提供小區的冗余覆蓋,如果一個AP出現故障,車一地間的無線通信將通過鄰近覆蓋的小區來進行,保證了列車控制和通信不受影響。同時,如果故障發生,網絡后臺管理系統會很快識別出故障點的ID地址,對于任何一個AP的替換都非常的便捷和簡單。
綜上所述,基于無線的列車控制系統具有性能及成本優勢。由于我國城市化進程快、城市人口多、市民對公共交通依賴性強、現有交通設施不完備等,基于無線的列車控制系統在我國擁有世界范圍內獨有的市場機遇。實踐中,國內地鐵項目無線CBTC系統的成功開通運營需要諸多因素合力促成,如:項目參與各方的通力合作、客戶方面給予的支持和配合,以及技術本身不斷驗證、改進和發展。無線CBTC系統將具有極其廣闊的發展前景。