全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的通信技術(shù).doc

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的通信技術(shù)胡雪瑞2008080304334 20080803041A摘要： FAO系統(tǒng)是引導(dǎo)城市軌道交通發(fā)展趨勢(shì)的先進(jìn)客運(yùn)交通系統(tǒng)，在世界很多城市得到了應(yīng)用。本文對(duì)城市軌道的全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并提出了其中的通信方案。1引言目前，國(guó)內(nèi)許多城市都在建設(shè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，那些人口在千萬(wàn)以上的特大城市，其發(fā)展往往是跨越式的，要求建設(shè)的城市軌道交通在互聯(lián)互通、安全、快捷、舒適性方面具有很高的水平。FAO系統(tǒng)是引導(dǎo)城市軌道交通發(fā)展趨勢(shì)的先進(jìn)客運(yùn)交通系統(tǒng)，在世界很多城市得到了應(yīng)用。FAO系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，具有安全可靠性高、增大線路通過(guò)能力、提高旅行速度、減少車輛需求量、減少定員、提高服務(wù)、降低系統(tǒng)生命周期成本、易于工程實(shí)施和城市路網(wǎng)互聯(lián)互通等優(yōu)勢(shì)。本文第二部分介紹了FAO系統(tǒng)的特點(diǎn)和它的系統(tǒng)組成，并在第三部分著重介紹了FAO系統(tǒng)中的通信控制部分。第四部分介紹了FAO系統(tǒng)通信方案的選擇，并在第五部分介紹了無(wú)線傳輸GSM-R的原理。2 FAO系統(tǒng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)是指列車駕駛員執(zhí)行的工作完全自動(dòng)化的、高度集中控制的列車運(yùn)行系統(tǒng)。無(wú)人駕駛系統(tǒng)具備列車自動(dòng)喚醒啟動(dòng)和休眠、自動(dòng)出入停車場(chǎng)、自動(dòng)清洗、自動(dòng)行駛、自動(dòng)停車、自動(dòng)開(kāi)關(guān)車門、故障自動(dòng)恢復(fù)等功能，并具有常規(guī)運(yùn)行、降級(jí)運(yùn)行、運(yùn)行中斷等多種運(yùn)行模式。實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)可以節(jié)省能源，優(yōu)化系統(tǒng)能耗和速度的合理匹配。全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱FAO，F(xiàn)ully Automatic Operation)要求建設(shè)的城市軌道交通在互聯(lián)互通、安全、快捷、舒適性方面具有很高的水平20世紀(jì)90年代，隨著通信、控制和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，可以在地車之間實(shí)現(xiàn)大容量、雙向的信息傳輸，為高密度、大運(yùn)量的地鐵系統(tǒng)成為真正意義上的FAO系統(tǒng)提供了可能FAO系統(tǒng)的主要功能是地車的雙向信息傳輸和運(yùn)營(yíng)組織的綜合與應(yīng)急處理車一地信息傳輸通道是列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分自動(dòng)控制系統(tǒng)的車載設(shè)備完全靠從地面控制中心接受的行車控制命令進(jìn)行行車，實(shí)時(shí)監(jiān)督列車的實(shí)際速度和地面允許的速度指令，當(dāng)列車速度超過(guò)地面行車限速，車載設(shè)備將實(shí)施制動(dòng)，保證列車的運(yùn)行安全。FAO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)啟動(dòng)及自動(dòng)運(yùn)行、車站定點(diǎn)停車、全自動(dòng)駕駛自動(dòng)折返、自動(dòng)出入車輛段等功能，同時(shí)對(duì)列車上乘客狀況、車廂狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和檢測(cè)，對(duì)列車各系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)診斷，將列車設(shè)備狀況及故障報(bào)警信息傳送到控制中心，對(duì)各種故障和意外情況分門別類，做出處置預(yù)案。目前基于CBTC控制的FAO系統(tǒng)的典型組成下圖。3 FAO中的通信控制部分在FAO系統(tǒng)中，在傳統(tǒng)軌道交通通信系統(tǒng)配置的基礎(chǔ)上，將主要增加列車上的電視監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)和應(yīng)急電話系統(tǒng)，使控制中心能隨時(shí)監(jiān)控列車和旅客的情況，保證在緊急情況下能與旅客進(jìn)行直接通信，并直接對(duì)列車下達(dá)控制命令，確保旅客的安全。增加的通信系統(tǒng)包括以下部分。(1)控制中心與旅客雙向通信的廣播與對(duì)講系統(tǒng)。(2)專用的信息傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車車輛的狀態(tài)與控制中心的信息傳輸，主要包括公共服務(wù)信息、CCTV視頻監(jiān)視信息等。4車一地通信方案選擇在城市軌道交通領(lǐng)域，列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的車一地通信信道主要采用點(diǎn)式和連續(xù)式2種通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)列車與軌旁設(shè)備間的信息傳輸?shù)氐杰嚨男畔⒅饕橇熊囎詣?dòng)防護(hù)(A伸)信息，車到地的信息主要是列車動(dòng)態(tài)信息(包括列車位置、速度、駕駛模式、停車保證等)和車載信號(hào)設(shè)備及列車車輛相關(guān)狀態(tài)信息等為了實(shí)現(xiàn)精確、安全、可靠的控車目標(biāo)，要求車一地通信通道具有高可靠性、安全性和兼容性車一地信息傳輸系統(tǒng)一般采用基于通信的多服務(wù)冗余數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(Data Trmlsmission Systemcs)，實(shí)現(xiàn)地車的雙向信息傳輸目前，主要的CBTC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車一地信息傳輸?shù)姆绞接校焊袘?yīng)環(huán)線、漏泄波導(dǎo)漏纜、無(wú)線傳輸?shù)?無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ旁?.1 GSMR組成利用GSMR數(shù)字綜合移動(dòng)通信平臺(tái)，結(jié)合我國(guó)鐵路發(fā)展的需求，可以建立一種基于電路交換技術(shù)的數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)列車和地面之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸車一地雙向數(shù)據(jù)傳輸通道建立在GSMR網(wǎng)絡(luò)與鐵路ISDN網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基上在互聯(lián)過(guò)程中，需要應(yīng)用到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互聯(lián)單元IWr(Inter Working Function)鐵路的有線通信已經(jīng)比較完善，完全可以利用現(xiàn)有的有線資源GSMR+PBX，即ISDN專用自動(dòng)交換機(jī)的無(wú)線有線混合網(wǎng)，進(jìn)行無(wú)線用戶(移動(dòng)終端)和有線用戶(固定終端)的統(tǒng)一調(diào)度指揮利用GSMR進(jìn)行無(wú)線列調(diào)組網(wǎng)，可以將無(wú)線方式和有線方式結(jié)合起來(lái)完成調(diào)度通信任務(wù)我國(guó)的GSMR網(wǎng)主要由3部分組成：GSMR陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)終端和固定終端5.2 GSMR網(wǎng)絡(luò)與鐵路ISDN通信原理GSMR網(wǎng)絡(luò)與鐵路ISDN網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)完成車一地之間數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)配置如圖5所示網(wǎng)絡(luò)的組成主要包括：車載設(shè)備(虛線方框內(nèi)部分)、GSMR網(wǎng)絡(luò)(橢圓內(nèi)的部分)及地面控制中心(調(diào)度臺(tái)、監(jiān)測(cè)中心和定位設(shè)備等地面控制中心各終端通過(guò)鐵路ISDN網(wǎng)絡(luò)的基本速率接口(64 KbitS-1)連接到一個(gè)接入服務(wù)器，接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換機(jī)(Msc)每一路由器再通過(guò)2Mbits“的基群接入到GSMR數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都要通過(guò)MSC中的一個(gè)IWF來(lái)完成車載移動(dòng)設(shè)備和地面固定設(shè)備之間的互聯(lián)5.3 GSMR網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)采用GSMR無(wú)線傳輸信息的列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)與基于軌道電路傳輸信息的系統(tǒng)相比，有突出的優(yōu)點(diǎn)：1)在各種列車混跑的區(qū)間，由于軌道電路信息量的局限，無(wú)法向列車傳遞軌道電路長(zhǎng)度信息，因此，由軌道電路限定的閉塞分區(qū)通常設(shè)計(jì)成固定長(zhǎng)度，從而根據(jù)兩列車相隔幾個(gè)閉塞分區(qū)獲得列車間的距離而GSMR的信息量大，足以傳送前方列車的距離信息，可以構(gòu)成隨列車速度、線路參數(shù)改變的優(yōu)化列車間隔2)在使用軌道電路時(shí)，閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度與該區(qū)段列車的最大運(yùn)行速度有關(guān)隨著列車運(yùn)行速度的提高或制動(dòng)性能的改善，固定長(zhǎng)度的閉塞分區(qū)限制了運(yùn)輸能力的進(jìn)一步提高對(duì)于無(wú)線控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，列車速度提高或制動(dòng)性能的改善，對(duì)應(yīng)的僅是程序參數(shù)的改變，系統(tǒng)發(fā)展、完善十分簡(jiǎn)單3)無(wú)線列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)由于無(wú)固定的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度，所以對(duì)于任何類型的列車都可以提高運(yùn)行速度4)GSMR的應(yīng)用可以進(jìn)一步取消固定信號(hào)機(jī)及軌道電路，又可以節(jié)省大量的安裝、維護(hù)費(fèi)用6 結(jié)論FAO系統(tǒng)采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)，對(duì)列車實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)控制。它采用現(xiàn)代通信手段，直接面對(duì)列車，可實(shí)現(xiàn)車地間的雙向數(shù)據(jù)通信，傳輸速率快，信息量大，后續(xù)追蹤列車和控制中心可以及時(shí)獲知前行列車的確切位置，使得運(yùn)行管理更加靈活，控制更為有效，更加適應(yīng)列車自動(dòng)駕駛的需求。參考文獻(xiàn)1 洪翔全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)中的綜合監(jiān)控系統(tǒng)J城市軌道交通研究，2006(12)：772 朱學(xué)偉GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)鐵路應(yīng)用狀況分析J鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2006，3(1)273 宗