[发明专利]一种城市轨道交通车地通信方法

说明书

技术领域

本发明属于通信系统中数据传输领域，特别涉及一种城市轨道交通车地通信方法。

背景技术

随着通信技术特别是无线电技术飞速发展，人们开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统CBTC系统（Communication Based Train Control System）。CBTC系统利用无线通信可靠、实时地传输车—地双向大容量信息，列车在运行过程中通过无线实时地向地面中心发送自身的位置、速度等状态信息。地面中心通过无线通信将前方障碍物、临时限速等信息发送给列车。列车根据前方障碍物信息、列车参数、线路参数等信息实时计算速度曲线，控制列车在安全速度下运行。

CBTC系统的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。CBTC系统的突出优点是可以实现车—地之间的双向通信，并且传输信息量大、传输速度快、很容易实现移动自动闭塞系统、大量减少区间敷设电缆、减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在CBTC系统中不仅可以实现列车运行控制，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类信息，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC系统既可以实现固定自动闭塞系统，也可以实现移动自动闭塞系统。

CBTC系统的车地通信系统传输的安全类信息传输包括列车向地面发送的列车位置信息，以及地面向列车发送的列车控制信息等。这些信息是对安全性要求很高的数据，因此，对车地通信的可靠性要求很高。在IEEE 1474.1（2004）标准中，规定车地通信和地车通信的延时不能超过0.5~2秒，否则列车将会紧急制动。同时，车地通信的丢包率以及切换中断时间也是影响车地通信质量的重要指标。

“列车控制系统”（中国公开号：CN101391616A）的CBTC系统结构如图2所示。在实现列车运行控制的通信网络当中，列车在轨道上运行，车上的无线控制装置与地面的无线AP（Access Point）（访问接入点）通过无线通信的方式交换列车位置信息及列车控制信息。

其中地面控制器根据来自车载无线控制器的列车在线位置信息，生成发给车载系统的列车控制报文，并发送给第1个AP主机至第n个AP主机（n≥1）。第i个无线AP（i取1-m，m≥1）的处理周期通常与地面控制器的周期不同，第j个AP主机(j取1-n）实现地面控制器与对应的第i个无线AP的之间的数据收发同步及数据格式转换，其功能是接收所辖范围内第1个无线AP至第m个无线AP的信息，按照一定的格式组成帧，并以一定的周期发送给地面控制器。同样第j个AP主机将地面控制器发过来的信息每隔一定的周期发送给所辖范围内第1个无线AP至第m个无线AP，第i个无线AP再通过无线链路发送给车载无线控制器。不同的AP主机之间通常是独立的，不存在直接的物理上的连接关系。

列车上的列车位置信息通过车载无线控制器在无线链路上发送，安装在轨旁的第i个无线AP接收此信息，并将此信息通过光纤1和对应的交换机送至对应的AP主机，该AP主机再将此信息通过有线网和总交换机发送给地面控制器。而地面控制器产生的列车控制信息通过总交换机和有线网络先发送给第j个AP主机，第j个AP主机通过对应的交换机转发给连接在交换机上的第1个无线AP至第m个无线AP，第1个无线AP至第m个无线AP通过无线链路将信息发送给对应的车载无线控制器。

在进行数据通信时，需要设置发送端和接收端的IP地址。在CBTC的车地通信系统中，地面控制器发送数据给车载无线控制器时，各个AP主机为发送端，而车载无线控制器为接收端；车载无线控制器发送数据给地面控制器时，车载无线控制器为发送端，各个AP主机为接收端。

由于在地铁和轻轨线路上运行的列车数量较多，因此地面控制器在给列车发送列车控制信息时，先发送给第1个AP主机至第n个AP主机，第1个AP主机至第n个AP主机通常采用广播方式将所有的信息通过广播发送给其所辖的第1个无线AP至第m个无线AP和列车，此时的发送端地址设置为对应的AP主机的IP地址，而接收端的IP地址为255.255.255.255，即设置为广播发送。在线路上运行的所有列车都能接收地面发送的列车控制信息，列车上的车载无线控制器通过读取所收取信息的列车ID或其它标识判断是否是发送给自己的控制信息，从而进行进一步的信息处理。