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地铁CBTC信号系统DCS子系统的设计与研究

发布时间:2021-09-20 20:08 作者:lol赛事押注 点击: 【 字体:

本文摘要:概要随着我国城市社会经济的发展和城市化进程的减缓,不少一二线城市交通拥堵状况日益严重,交通上下班的供需矛盾也日益突出。城市轨道交通具备运量大、速度快、安全性、准点、保护环境、节约能源和用地等特点,在减轻城市交通压力中起着举足轻重的起到。CBTC(CommunicationsBasedTrainControl)系统是一个安全性的,具备高可靠性、低稳定性的基于无线通信的列车自动控制系统。

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概要随着我国城市社会经济的发展和城市化进程的减缓,不少一二线城市交通拥堵状况日益严重,交通上下班的供需矛盾也日益突出。城市轨道交通具备运量大、速度快、安全性、准点、保护环境、节约能源和用地等特点,在减轻城市交通压力中起着举足轻重的起到。CBTC(CommunicationsBasedTrainControl)系统是一个安全性的,具备高可靠性、低稳定性的基于无线通信的列车自动控制系统。

仍然依赖传统的轨道电路向车载设备表达信息,而是利用现代通信技术来构建车地双向通信动态表达列车定位掌控信息,可大大缩短行车间隔,提升行车速度和运输效率。数据通信系统(DataCommunicationsSystem,DCS)获取了CBTC系统内各子系统间,以及控制中心、车辆段、停车场、沿线车站和车地设备间的双向、可信、安全性的数据交换,是CBTC系统中的传输神经。论文首先讲解选题的背景和意义,融合国内外研究现状,阐释DCS系统对于CBTC系统的重要性,明确提出我国于是以急迫的对CBTC各系统还包括DCS系统展开关键技术研究和国产化改建的现实意义。

设计研究DCS系统骨干环网和接入网的解决方案。车地无线双向通信是DCS系统的关键技术,分析主流无线通信技术和无线传输媒介应用于的优缺点,明确提出合适地铁实际情况的WLAN技术无线解决方案。DCS系统安全也是本文的研究重点,分析列出了DCS系统中不存在的安全性威胁类型,通过对802.11i协议、差错控制编码技术的研究,保证CBTC信息传输的安全性。最后论文从实际抵达,搭起隧道WLAN环境,对WLAN技术展开一系列功能测试,检验其在地铁CBTC系统应用于的可行性。

关键词:CBTC,DCS,802.11i,车地双向通信,WLANDESIGNANDRESEARCHOFTHEDCSSUBSYSTEMINSUBWAY’SCBTCSIGNALSYSTEM1绪论1.1选题背景和意义我国于是以处在较慢经济发展和城市化进程减缓期,城市的交通“木栅,木栅,木栅”问题日益突出,严重影响广大人民群众的日常上下班工作。城市轨道交通具备运量大、速度快、安全性、准点、保护环境、节约能源和用地等特点。

世界各国广泛认识到:解决问题城市的交通问题的显然决心在于优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。地铁信号系统是地铁运输系统中的核心安全性系统,是地铁行车指挥官调度依据列车时刻表和运力市场需求的组织行车,并按一定道岔方式来指挥官行车安全性和正点运营的最重要设备系统,它是集行车安全性,提升运输能力,和增大列车跟踪间隔的自动控制和通信技术的总称。信号系统的发展也是取决于着一个国家轨道交通技术装备现代化发展水平的最重要组成部分。

CBTC(CommunicationsBasedTrainControl)系统[1]是一个安全性的,具备高可靠性、低稳定性的基于无线通信的列车自动控制系统,仍然依赖传统的轨道电路向车载设备表达信息,而是利用通信技术来构建车地双向通信动态表达列车定位掌控信息。CBTC系统可以分成CBI计算机联锁系统、ATO列车自动驾驶系统、ATP列车自动防护系统、ATS列车自动监控系统以及DCS数据通信系统[26]。

CBTC系统中现阶段关键技术[8]有以下2种:1、列车定位技术。在传统信号系统中靠轨道电路或计轴设备(新型设备)相同分区来辨别方位,该方法由于分区的相同大大影响了运营效率。

CBTC系统能按照一定的机车制动器计算出来与前车的安全性距离,来调整虚拟世界分区的长度,大大减少跟踪间隔。2、车地双向通信技术。

系统初期多使用基于感应器环线电缆的感应器环线通信系统,其传输速率较低,比特率较低的特征早已不适应环境轨道交通CBTC信号系统的发展。随着无线通信技术的发展,CBTC系统也转入了全新发展阶段。尤其是基于IEEE802.11标准的无线局域网技术的大大发展成熟期,车地间的通信更为可信,更为半透明了。

它不同于一般通信,对信息传输的实时性、准确性和安全性也有很高的拒绝。DCS系统是CBTC系统中的传输神经,无线双向车地通信又是DCS系统的支柱,一旦再次发生无线故障,控制中心调度与掌控信息中断,直接影响着CBTC系统的掌控,造成列车运营晚点,减少运输效率。因此,数据通信技术的应用于和持续改良终将大大提高CBTC系统的可用性,对地铁信号技术的发展起着大力增进的起到。1.2国内外研究现状CBTC系统源于欧洲,早已在全世界推展用于,并沦为列车控制系统发展的趋势。

近年来,由于城市轨道交通的飞速发展,CBTC技术堪称大量地应用于城市轨道交通上,我国现在已是城市轨道交通发展最慢的国家[2]。DCS系统是影响着CBTC系统的控制精度、效率和安全性的主要因素。

一旦再次发生故障,势必会影响CBTC系统的掌控,造成列车运营晚点,减少运输效率。欧美不少国家的地铁CBTC系统多数使用专用无线通信的数字集通信系统,是专门轨道交通研发的数字式的无线通信系统[20]。

国内信号系统CBTC技术跟上虽然较早,但是也正处于飞速发展时期[11]。到目前为止,通车的有北京4号线、机场线、广州APM线,但核心技术全部有外方掌控,设备皆以进口设备居多,当然也还包括DCS系统设备,无线传输无一例外都使用波导管技术,价格昂贵,后期维修确保成本高。

国内一些原先的运营线路也面对着CBTC大改建,因此市场需求量极大,我国于是以急迫的对CBTC各系统展开关键技术研究和国产化的改建,来减少耗资成本。1.3本文研究的主要内容和主要贡献1.3.1主要内容本论文主要研究的内容如下:(1)DCS系统骨干与接入网解决方案分析及研究分析设计DCS系统骨干环网和接入网的网络架构,重点较为SDH环网与RPR环网的应用于技术区别,阐释RPR环网技术的原理及优点,和实际环网故障时的治愈技术的分析。(2)DCS系统车地无线WLAN技术解决方案分析及研究列出五种主流无线通信技术优缺点,并对无线传输媒介也作出较为和总结,明确提出合适地铁实际情况的WLAN技术无线解决方案。

再进一步阐释地铁实际环境下WLAN技术的工程设计关键问题:无线覆盖面积和AP无缝转换。(3)DCS系统网络安全性研究及分析分析列出了DCS系统中不存在的安全性威胁类型,通过对802.11i协议、CCMP算法和RC4算法的较为和差错控制技术的自由选择,保证CBTC信息传输的安全性;从系统和工程实行角度明确提出无线网络安全解决方案,更进一步确保DCS系统网络的安全性。(4)DCS系统车地无线WLAN技术解决方案现场隧道测算及分析现场隧道搭起WLAN环境,对WLAN展开一系列功能测试场强、比特率、转换、CBTC流量反对、干扰测试等测试及分析,检验WLAN技术无线解决方案在地铁CBTC系统应用于的可行性。

1.3.2主要贡献基于以上研究内容,本文主要贡献如下:在符合CBTC系统数据传输拒绝的前提下,DCS系统解决方案的明确提出,尤其是无线WLAN技术可行性的实践中论证,不利于构建CBTC各子系统的国产化的改建,超越国外的设备技术的独占,大幅度减少耗资成本。1.4本文创意点本文的创意点有:(1)列出现今主流的五种无线通信技术,融合我国轨道交通实际情况,分析其优缺点,自由选择DCS系统车地无线WLAN技术解决方案。对WLAN技术关键问题抗干扰能力分析上,结合实际工程必须,明确提出无线抗干扰方案。(2)在已运营线路上搭起WLAN无线环境,对各项技术参数展开测试分析,对无线WLAN技术解决方案在CBTC系统中的应用于可行性展开论证。

1.5本文的的组织结构本文的正文部分共计分成五章,现将其内容阐述如下:第一章是绪论,首先讲解选题的背景和意义,接着分析CBTC系统DCS子系统的国内外研究发展现状,之后明确提出本文的研究内容、主要贡献和创意点,最后是本文的内容决定。第二章是DCS子系统的设计与研究,对比分析RPR和SDH环网技术,较为主流无线通信技术和外用无线阻碍的分析,明确提出DCS系统骨干与接入网解决方案和DCS系统车地无线WLAN技术解决方案。第三章是CBTC系统DCS子系统安全性分析,分析了DCS系统中不存在的安全性威胁,明确提出系统网络和无线网络安全防范措施。

第四章是基于上述对分析研究,搭起WLAN无线环境,对各项技术参数展开测试分析,对无线WLAN技术解决方案在CBTC系统中的运用可行性展开论证。第五章是对本文研究工作的总结,并对下一步的研究工作展开分析,明确提出自己的点子。

2DCS子系统的设计与研究2.1DCS系统的结构及功能CBTC(CommunicationsBasedTrainControl)系统是一个安全性的,具备高可靠性、低稳定性的基于无线通信的列车自动控制系统。CBTC系统可以分成CBI计算机联锁系统、ATO列车自动驾驶系统、ATP列车自动防护系统、ATS列车自动监控系统以及DCS数据通信系统。

数据通信系统(DataCommunicationsSystem,DCS)是一个宽带通信系统,获取了CBTC系统内各子系统间,以及控制中心、车辆段、停车场和沿线车站和车地设备间的双向、可信、安全性的数据交换。DCS系统可分成四层网络结构:骨干网络、轨旁通信网络、车地双向通信网络和车载数据通信网络。

DCS系统体系结构框架如图2-1右图。图2-1:DCS子系统体系结构框图(1)骨干网络:轨旁骨干网络由骨干交换机包含。

传输层面不应使用智能的环技术相连组网。获取标准的10M/100M以太网模块,遵循国际通行的IEEE802.3u和802.3x协议。(2)轨旁数据终端网络:获取CBI、ATP、ATO、ATS和轨旁无线设备(轨旁AP等)终端数据通信子系统的模块。

终端交换机获取标准的10M/100M以太网模块,遵循国际通行的IEEE802.3u和802.3x协议。(3)车载数据通信网络:获取ATP、ATO和车载设备以及车载无线设备之间的通信接口。

获取标准的10M/100M以太网模块,遵循国际通行的IEEE802.3u和802.3x协议。(4)车地双向通信网络:获取车地之间双向、可信、安全性的数据交换。无线模块使用国际先进设备的IEEE802.11a/g技术,并遵循IEEE802.11i无线网络安全协议[9]。根据CBTC涉及标准(IEEEStd1474.1-1999CBTCpeorfrmanceandFunctionalRequirements)[28]和国外CBTC案例的分析[20],下表格2-1针对车地通信的涉及指标展开了解释表格2-1车地通信的涉及指标项目无线电台传输介质的主要特点电磁波使用的技术标准802.11系列无线局域网标准CBTC比特率1MbpsCBTC网络时延不小于500ms丢包亲率不小于1%无线通信设备移动转换时间不多达50ms数据传输速率仅次于54Mbps车地通信的最低运营速度100Km/h凡是根据CBTC系统的标准创建并能符合CBTC系统中信息传输拒绝的传输系统,都可作为DCS子系统的解决方案[10]。

根据DCS系统对信号信息传输的高可靠性拒绝,整个DCS系统的设计皆使用“双网分段”的设计思想,在物理和逻辑上,皆确保双网的分段工作,构建最低的系统整体可靠性,同时须要考虑到获取所有合理方式,来防止单个独立国家故障或多个涉及故障对列车运行的影响。2.2DCS系统骨干网络在骨干网络设计自由选择上,我们一般不会自由选择设备集中于车站和控制中心(OCC)作为设备汇集节点,每个汇集节点各部署两台骨干交换机(BS)作为汇集节点的数据交换发送设备,分别为A、B两网各有一台,互相独立国家。

每台骨干交换机通过传输模块和光缆相连构成环路。骨干网流形可见图2-2。5总结与未来发展5.1论文总结地铁信号系统是地铁运输系统中的核心安全性系统,是确保列车运行安全性,构建行车指挥官和列车运行现代化,提升运输效率的关键系统设备。

信号CBTC系统是一个安全性的,具备高可靠性、低稳定性的基于无线通信的列车自动控制系统。DCS系统是CBTC系统中的传输神经,无线双向车地通信又是DCS系统的支柱,一旦再次发生故障,控制中心调度与掌控信息中断,直接影响着CBTC系统的掌控,造成列车运营晚点,减少运输效率。本论文根据DCS系统结构特点,分析设计DCS系统骨干环网和接入网的网络架构,重点较为SDH环网与RPR环网的应用于技术区别,阐释RPR环网技术的原理及优点,和实际环网故障时的治愈技术的分析,明确提出DCS系统骨干网与接入网解决方案。

同时列出五种主流无线通信技术优缺点,并对无线传输媒介也作出较为和总结,明确提出合适地铁实际情况的WLAN技术无线解决方案。更进一步阐释了地铁实际环境下WLAN技术的工程设计关键问题,明确提出DCS系统车地无线WLAN技术解决方案。在DCS系统网络安全性研究及分析中,分析列出了DCS系统中不存在的安全性威胁类型,通过对802.11i协议、CCMP算法和RC4算法的较为和差错控制技术的自由选择,保证CBTC信息传输的安全性;从系统和工程实行角度明确提出无线网络安全解决方案,更进一步确保DCS系统网络的安全性。

论文的最后对DCS系统车地无线WLAN技术解决方案现场隧道测算及检验分析,现场隧道搭起WLAN环境,对WLAN展开一系列功能测试场强、比特率、转换、CBTC流量反对、干扰测试等测试,检验WLAN技术无线解决方案在地铁CBTC系统应用于的可行性。5.2工作未来发展本次WLAN测算,干扰源指定为蓝牙和802.11b,没对其他类型的干扰源作出干扰测试。

在现今的不少城市都发售“数字城市”的概念,大无线环境下,抗3G4Gwifi的阻碍也是我们下一步研究的重点课题。现今不少地铁建设方,为了节约投资成本都在展开CBTC的DCS系统和PIS系统(旅客导乘系统)资源共享方案的可行性探寻[20],一个安全性系统与非安全性系统的共建仍面对着许多根本性技术问题尚待解决问题。


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