轨道交通车地无线传输系统原理分析和说明

轨道交通车地无线传输系统原理分析和说明李娜; 赵豆期刊名称】工业仪表与自动化装置年(卷),期】2019(000)006【总页数】3页(P101-103) 【关键词】 车载终端;无线传输; GPRS; 北斗短报文; WLAN【作者】 李娜; 赵豆【作者单位】 中车永济电机有限公司 西安710016【正文语种】 中 文【中图分类】 U2850 引言随着我国轨道交通行业的迅速发展，铁路运行的安全性、可靠性、时效性的要求也 越来越高1。为了保证高铁、动车、电力机车等城市轨道交通系统能够更加安全 高效的运行，车地通信系统应运而生。它主要包括2个部分：车载无线传输系统(WTD)和监控中心的地面信息管理系统。车载无线传输系统把列车的定位信息、TCMS信息、安全监控信息、故障信息通过无线通信方式传送到地面信息管理系统2。地面信息管理系统通过对大数据的分析和处理，能够对列车运行维护给予数据积累和分析指导，进行故障的预判断， 实现列车提前诊断故障。通过查找已发故障的原因，及时提供解决故障的处理方案, 实现车地重要信息的实时通信和交互。1 车地通信系统 车载系统用于完成列车信息的综合与传输,车载系统主要收集列车安全信息、列车 状态信息和列车监测信息。这些安全信息通过无线通信传输技术传送到地面监控中 心,通过地面信息管理系统将列车的相关信息以各种形式显示在监控用户面前,并可 实现监控中心对在线运行列车的实时通信与调度。1.1 系统结构 车地通信系统主要由车载无线传输系统、通信链路和监控中心组成3，如图1所 示。图1 车地通信系统结构图车载无线传输系统通过通信协议对列车的 TCMS 数据、安全与监测信息进行数据 采集和封装，通过通信接口与通信链路将列车数据无线传送到监控中心的通信接口， 监控中心通过通信协议把数据解析和下载到中心数据库，进行列车大数据的收集和 分析。无线传输的通信链路有地球同步卫星支持的无线通信方式和无线电发射塔通 信方式。1.2 系统拓扑车地通信系统的系统拓扑如图 2 所示。车地通信系统网络节点是车载系统和监控中心。车载系统由主控单元、GPS模块、通信终端等组成，主要对列车的实时数据进行采集和转发，对监控中心发来的数据进行解析和分发。监控中心由通信服务 器、数据库、应用服务器和监控端组成，主要对通信服务器接收到的列车数据进行 分析和应用处理。数据报文的传输链路可采用多种无线传输方式，目前常用的通信 方式有GPRS、北斗短报文、无线局域网WALN。图2 车地通信系统拓扑图2 系统各功能模块说明2.1 车载系统车载无线传输系统由主控单元、GPS模块、通信终端、电源模块等组成。主控单 元主要是把列车TCMS数据、安全和监测信息、故障信息、GPS模块采集的定位 和时间等信息根据通信协议封装后，通过通信终端把这些数据发送到监控中心。车 载无线传输系统的通信终端模块接受监控中心发送的控制指令，通过主控单元转发 到列车控制和管理系统、列车安全系统、列车监测系统，可通过车地交互对列车现 场工况进行处理和执行。2.2 通信链路 目前适用于列车数据报文的传输链路采用的无线通信方式主要有以下3种：分组 无线服务技术GPRS、北斗短报文、无线局域网WLAN。2.2.1 GPRS 方式GPRS是一种移动通信平台，是介于2G与3G之间的通信技术，通信速率理论上 可达到171.2 kbps，但是目前GPRS实际传输速率可达到40 kbps4。GPRS通 信具有实时性，系统无时延，车载系统可把协议数据封装打包后以定时轮询的方式 进行数据发送，同时监控中心可对报文进行响应。GPRS信号稳定的情况下，车载无线传输系统WTD的主控单元把列车控制和管理 系统TCMS的数据、车载综合信息监测模块LKJ的数据、列车安全监测系统的数 据通过GPRS方式，以定时轮询的机制发送。当列车处于GPRS信号不稳定或无 信号区域时，WTD会以FIFO的形式将数据先进行缓存处理，当通信恢复正常后， 实时的数据发送完后再发送滞留的数据。GPRS通信方式的优点是：适应性比较强，性价比较高，城市轻轨、地铁等车型可 采用此通信方式。但是由于机车、高铁、动车等列车运行线路较长，大多数时间运 行在崇山峻岭、GPRS信号覆盖面不全的地区，一些重要的列车信息，如列车定位 信息、列车故障信息实时性比较高，需要及时地传到地面监控中心，进行故障报告 和调度，而这些重要的列车信息需使用信号覆盖面较广的同步卫星移动通信。2.2.2 北斗短报文方式 北斗卫星定位导航系统是我国自主开发研制的第一代全天候、全天时提供卫星导航 信息的导航系统5。北斗导航系统覆盖中国大陆所有地区和海区，属于无缝隙覆 盖6。北斗系统的主要特点是：同时具备定位和通信功能，不需要其他通信系统 的支持；属于自主系统，安全、可靠、稳定、保密性强。目前，北斗短报文通信的 最高频率为1次/S，通信时延约0.5 s，可达到140个汉字/1次。通常，WTD系统将实时性和可靠性要求最高的机车故障和报警信息、运行环境信 息通过北斗短报文的方式发送。通常情况下，对于列车的一般故障，无需停车处理 的，当故障发生和结束时，通过北斗短报文方式可把故障信息实时发送到地面监控 中心，地面监控中心对故障信息进行接收应答。因为故障已经在列车运行期间解决， 可设置为如果在一定的时间内，车载系统未收到地面应答则持续发送一定的时间后 自动停发。而对于机车重要故障，需要停车处理时，当故障发生时车载系统通过北 斗短报文方式实时发送到地面监控中心，监控中心地面人员需要发出故障消除信号 给车载系统，车载系统接收到此信号后，停止向监控中心发送此故障信号，表示地 面人员已经知道重大故障情况并给予救援和指挥调度。北斗短报文通信方式的优点是：在普通移动通信信号不能覆盖的情况下，装有北斗 短报文模块的北斗终端就可以通过短报文的方式进行紧急通信，地面人员在获取故 障信息后，即可对列车实施紧急救援7。但北斗短报文方式对通信容量大小有严 格限制，每次通信内容只能为140个汉字。因此，这种通信方式适用于列车重要 信息、故障信息的传送。2.2.3 WLAN 方式无线局域网WLAN传输频率是最高的，可采用200 Mbps以上的无线传输通道8。通常，WTD系统将列车运行时的维护记录文件通过WLAN方式发送到地面监控 中心9。列车入站后，WTD系统会自动监测和链接指定用户名和密码的WLAN 网络，连接成功后通过文件传输协议 FTP 自动下载文件至监控中心的地面服务器， 地面服务人员可通过监控界面查看和追踪列车运行时的维护信息。WLAN 传输方式的优点是：可把列车运行时保存的大容量文件通过传输速率较高 的 WLAN 网络传送到服务器，但这种方式只能是列车到站后，与站台无线局域网 连接后实现数据的传输，根据站台之间的距离限制，数据的实时性受到限制。2.3 监控中心 监控中心是各列车实时信息的最终汇集点11。监控中心的地面信息管理系统主要 功能是接收、分析并处理列车传回的实时信息、故障信息和运行维护记录文件。车载WTD系统把列车信息通过无线链路发送到监控中心的通信服务器，它根据通 信协议将接收到的列车信息进行数据解析。监控中心地面人员通过可视化监控端查 看、查询、分析和统计列车运行情况。同时，地面人员可根据远程回传的数据分析 软件，对可能发生的故障进行预诊断；对列车司机给予警示和列车线路的实时调度； 或对已经发生的重大故障进行紧急救援，为乘客及列车人员提供安全保障10。3 结语通过对车地通信系统进行分析和研究，可设计基于GPS的列车定位系统、GPRS/北斗卫星导航和通信平台/WLAN的数据无线传输系统11。机车车载无线传输系统能够为地面工作人员、智能控制的专家诊断系统提供稳定可靠的机车运行数据、 故障数据、安全监测等数据，通过监控中心地面人员和列车司机实时地在线通信和 交互，保证列车安全高效运行12。参考文献：相关文献】1 刘春明电力机车的远程监控与故障诊断研究D.西安交通大学钱学森图书馆,2006.2 杜海宾，陈广泰王超基于多种无线传输方式的机车车载终端J.铁道机车与动车,2016(11):6- 8+14.3 刘春明，郭成列车远程实时监控系统设计J.铁道运输与经济,2008(01):43-46.4 刘广洋基于GIS/GPS/GPRS的铁路远程列车监控系统J.科协论坛(下半月),2012(11):42-43.5 于龙洋，王鑫，李署坚基于北斗短报文的定位数据压缩和可靠传输J.电子技术应 用,2012,38(11):108-111.6 流旭东卫星通信技术M.北京:国防工业出版社,2000.7 文豪浅谈轨道交通信号系统无线传输应用J.科技创新导报,2016,13(05):10-11.8 徐嘉城市轨道交通WiFi车地无线传输系统的安全性研究J城市轨道交通研 究,2016,19(06):86-89.9 高峰,高泽华，文柳，等.WLAN技术问答M.北京:人民邮电出版社,2012.10 MLuczak，刘庚权列车远程监控J屆外内燃机车,2004(06):28-32.11 王强城市轨道交通中的车-地间无线通信技术研究J.铁道通信信号,2008(08):44-46.12 李平，张莉艳,贾利民，等铁路智能运输系统的研究J.中国铁道科学,2004,25(1):62-66.