第二節　列車運行控制中的通信技術

在列車運行控制系統中，各個子系統之間，或者子系統內部各設備之間傳輸控制命令、線路數據、設備參數或者狀態等信息，由于列車運行控制系統是一個分布、復雜系統，而且其信息傳輸涉及系統安全，所以需要采用不同的信息傳輸技術和手段。目前，在列車運行控制系統中，使用的通信技術主要有網絡通信技術、移動通信技術、現場總線通信技術，以及實現安全通信的安全信息傳輸技術等；應用形式主要分為三類：計算機網絡通信、車地移動通信和現場總線通信，安全信息傳輸技術均運用到這三種應用形式中，確保列車運行控制系統安全相關信息的安全和可靠傳輸。

一、計算機網絡通信

在列車運行控制系統中，地面運行控制子系統的設備沿著鐵路線路分布，地面運行控制子系統的各設備之間，以及地面運行控制子系統與中央運行控制子系統之間的連接采用計算機網絡。隨著技術的發展，TCP/IP協議逐漸取得了計算機網絡協議標準的地位，列車運行控制系統信息傳輸的IP化趨勢非常明顯。

列車運行控制系統中使用的網絡技術包括局域網和廣域網絡。通常情況下，中央運行控制子系統與地面運行控制子系統之間、沿鐵路分布的各地面運行控制子系統之間采用廣域網連接；中央運行控制子系統內部各設備之間、地面運行控制子系統內部各設備之間采用局域網連接。例如，在高速鐵路CTCS-3級列車運行控制系統中，調度中心的行調臺、系統維護臺、數據服務器、通信服務器、應用服務器等設備之間通過局域網連接，RBC（無線閉塞中心）與RBC之間、RBC與操作臺和維護臺之間通過局域網連接，臨時限速服務器和維護終端之間通過局域網連接，位于車站信號機械室內的計算機聯鎖系統、CTC站機、列控中心（TCC）之間通過局域網連接；調度中心、RBC、臨時限速服務器、車站信號室內設備（如聯鎖、TCC）之間采用廣域網連接。

CTCS-3級列車運行控制系統的地面設備通過信號安全數據網連接，信號安全數據網為廣域網，其基本網絡結構如圖1-4所示。為提高可靠性，每一獨立環網絡中用于交換機串接的光纖和用于迂回通道中繼器（交換機）連接的光纖取自通信專業提供的兩條不同路徑的干線光纜，干線光纜與交換機連接的尾纜或尾纖采用不同的引入路徑；用于兩個獨立環網迂回通道中繼器（交換機）串接的光纖取自通信提供的兩條不同路徑的干線光纜，干線光纜與交換機連接的尾纜或尾纖采用不同的引入路徑。

二、車地移動通信

車地移動通信技術是實現地面設備對列車（移動體）實時和閉環控制的關鍵，是列車運行控制系統中所有功能完成的信息基礎和保障。車載運行控制子系統完全依靠地對車傳輸通道從地面運行控制子系統接收行車許可和線路數據，然后依據這些信息生成動態速度曲線來監控列車安全運行；另一方面，中央運行控制子系統和地面運行控制子系統也需要通過車對地傳輸通道實時了解列車的位置信息，實現對進路的準確安全控制，從而實現閉環控制。

在眾多類型的列車運行控制系統中，有代表性的車地移動通信技術主要有以下4種。

（1）基于應答器的點式地對車單向傳輸方式：主要用于列車位置定位基準，也可以為列車運行控制系統提供點式信息；

（2）基于軌道電路的連續式地對車單向傳輸方式：在傳統的列車運行控制系統中使用，主要有多信息軌道電路和數字編碼軌道電路兩種方式；

（3）基于GSM-R的連續式地車雙向傳輸方式：在我國和歐洲高速鐵路列車運行控制系統中廣泛使用；

（4）基于WLAN的連續式地車雙向傳輸方式：在城市軌道交通CBTC（基于通信的列車控制）系統中廣泛使用。

CTCS-3級列車運行控制系統使用的GSM-R車地雙向傳輸系統結構如圖1-5所示。GSM-R采用單網交織的冗余覆蓋方案，由移動交換中心（MSC）、基站控制器（BSC）、基站（BTS）、光傳輸設備（OTE）、移動終端（MT）、碼型轉換和速率適配單元（TRAU）等組成。

城市軌道交通CBTC系統使用的WLAN車地無線傳輸系統結構如圖1-6所示。車載無線單元的布置位于列車的車頭與車尾，軌旁無線單元的布置使用星型連接方式與無線接入交換機連接。軌旁自由波AP接入點的布置，結合AP場強覆蓋參數，按照紅藍網冗余覆蓋的原則，并依據線路的情況和工程經驗，按照200～250m進行預置。

三、現場總線通信

車載運行控制子系統內部各設備之間主要使用現場總線和列車通信網絡兩種通信技術，并輔助使用異步串行通信技術。異步串行通信技術常用的物理層接口有RS-422、RS-485、RS-232C，數據鏈路層多采用面向字符的數據鏈路控制協議，以簡化異步串行通信實現的復雜性；現場總線技術主要使用Profibus總線通信技術，并采用Profisafe安全通信協議；列車通信網絡（Train Control Network，TCN）廣泛應用于高速鐵路的列車總線，國內高速鐵路CTCS-3級列控系統車載設備使用的列車通信網絡僅局限于MVB總線通信技術。

采用RS-422串行通信總線、Profibus總線和MVB總線的CTCS-3級列車運行控制系統車載設備（即車載運行控制子系統）結構如圖1-7所示。Ⅰ系和Ⅱ系的C3主機、智能測速單元、C2主機、應答器傳輸模塊同時使用Profibus總線、MVB總線連接，并通過Profibus總線連接記錄單元、網關，MVB總線也連接記錄單元、網關，并連接DMI（人機接口）1、DMI2、車載設備和列車的輸入輸出接口單元。連接Ⅰ系和Ⅱ系C3主機、測速智能單元、C2主機、應答器傳輸模塊的MVB總線也連接速度距離單元1、速度距離單元2、安全輸出單元1、安全輸出單元2和車載無線傳輸單元。Ⅰ系和Ⅱ系的C2主機通過RS-422串行通信總線與軌道電路讀取器1和軌道電路讀取器2連接。