(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910193665.1
(22)申请日 2019.03.14
(71)申请人 北京交通大学
地址 100044 北京市海淀区西直门外上园
村3号
(72)发明人 刘湘黔 徐洪泽 张文静 岳强
杨光 仲维锋
(74)专利代理机构 北京市商泰律师事务所
11255
代理人 黄晓军
(51)Int.Cl.
H04W 4/42(2018.01)
H04W 4/44(2018.01)
H04W 76/10(2018.01)
H04B 10/25(2013.01)
(54)发明名称
一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统
(57)摘要
本发明提供了一种中高速磁浮列车的车地
无线通信系统。包括：车载无线电系统，以及设置
在轨道沿线的分区中的分区无线电控制单元、无
线电基站和中央无线电控制单元。车载无线电系
统通过38G无线电与无线电基站连接和通信，无
线电基站将接收到的列车信号通过光纤网络传
送至分区无线电控制单元，分区无线电控制单元
将接收到的列车信号传输给分区安全计算机、牵
引控制系统和中央无线电控制单元，实现车地信
息传输。本发明的系统通过采用通信分区与运控
分区交错布置，车地通信的跨分区交接和运控系
统的跨分区交接分开执行，降低了因通信连接失
败而导致的运控分区交接失败率，从而降低了牵
引切断和紧急制动次数，提高了线路准点率以及
乘客舒适度。权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 110049468 A 2019.07.23
C N 110049468
A
权 利 要 求 书1/1页CN 110049468 A
1.一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统，其特征在于，包括：车载无线电系统、分区无线电控制单元、无线电基站和中央无线电控制单元，所述车载无线电系统设置在列车上，所述分区无线电控制单元、无线电基站设置在轨道沿线的分区中，所述中央无线电控制单元设置在中央控制室轨道沿线；
所述车载无线电系统通过无线电与所述无线电基站连接和通信，无线电基站将接收到的列车信号通过光纤网络传送至分区无线电控制单元，所述分区无线电控制单元将接收到的列车信号传输给分区安全计算机、牵引控制系统和中央无线电控制单元，实现车地信息传输。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分区包括通信分区与运控分区，所述通信分区与所述运控分区交错布置，所述通信分区的边界处于所述运控分区的中间，所述运控分区的边界处于所述通信分区的中间。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在每一个分区中都设置有分区无线电控制单元和分区安全计算机，1个分区的分区无线电控制单元与相邻分区中的分区安全计算机相连，1个分区的分区安全计算机与相邻分区的分区无线电控制单元相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，一个分区的无线电基站RBS通过光纤网络与同一分区的分区无线电控制单元DRCU进行通信；
一个分区的分区无线电控制单元DRCU通过光纤网络与同一分区和相邻分区的分区运控系统DCS进行通信，各个分区无线电控制单元DRCU通过光纤网络与中央无线电控制单元CRCU进行通信。
5.根据权利要求2或者3或者4所述的系统，其特征在于，列车运行至当前通信分区边界时建立与下一通信分区之间的无线通信连接，当列车与下一通信分区的无线通信连接建立成功后，则列车继续在当前运控分区的分区运控系统的防护下继续运行，当前运控分区的分区无线电控制单元将接收到的列车信号通过光纤网络传送至当前运控分区的分区运控系统和中央无线电控制单元；
当列车与下一通信分区的无线通信连接建立失败后，则列车进行牵引切断和紧急制动，停止在当前运控分区。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当列车继续运行至当前运控分区的边界时，列车开始运控系统的分区交接流程，将列车防护权交给下一分区运控系统。
2
磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，见图3。尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三部分所采用的技术进行介绍。 悬浮系统：目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。 电磁悬浮系统（EMS）是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。 电力悬浮系统（EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。 超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。
磁浮列车原理principle of maglev 1.磁浮列车是一个系统。在该系统中，车辆利用车载超导磁铁和地面线圈之间产生的电磁 吸力或斥力从导轨（相当于传统铁路的轨道）上浮升起来。 Maglev is a system in which the vehicle runs levitated from the guideway (corresponding to the rail tracks of conventional railways) by using electromagnetic forces between superconducting magnets on board the vehicle and coils on the ground. 2.与传统的轮轨铁路不同，磁浮列车主要是依靠无接触的电磁力、而非机械力来实现支承、 导向、加速和制动功能。 Different from conventional wheel-on-rail system, the Transrapid accomplishes the functions of support, guidance, acceleration and braking by using non-contact electromagnetic instead of mechanical force. 3.由于列车运行中几乎没有机械接触，因而运行起来噪声较小，时速却可高达500公里。 Because there is almost no mechanical contact Transrapid can run with lower noise, but relatively higher speed up to 500 km/h. 4.磁悬浮系统依靠列车上的电磁铁和导轨中的磁铁定子之间的吸力工作。 The magnetic levitation system is based on the power of attraction between the electromagnets in the vehicle and the ferromagnetic stator packs in the guideway. 5.跟传统列车不同，磁浮列车的驱动系统不安装在车辆上，而是在导向轨中。 In contrast to the conventional trains, the propulsion system for the Transrapid is not mounted in the vehicle but in the guideway. 6.导轨上的长定子线性电机被分成区段，各区段均有独立开关，只有列车通过该区段时才 有电力供应。 The long-stator linear motor in the guideway is divided into segments which are individually switched on and off, with power only being supplied to the given segments as the train passes. 7.电子控制的磁浮磁铁贯穿车辆的两侧，这些磁铁使车辆被吸往安装在导轨下放的磁铁定 子元件。 Electronically controlled support magnets located on both sides along the entire length of the vehicle pull up to the ferromagnetic stator packs mounted to the underside of the guideway. 8.贯穿车辆两侧的导轨磁铁使车辆水平悬浮在轨道上。 Guidance magnets located on both sides along the entire length of the vehicle keep the vehicle laterally on the track. 9.电子系统可确保空隙恒定（即10毫米）。 Electronic systems guarantee that the clearance remains constant (nominally 10 mm). 10.列车浮升所需功量低于车辆空调设施所需。 To hover, the maglev requires less power than its air conditioning equipment. 11.悬浮系统由车载电池馈电，因而与驱动系统无关。 The levitation system is supplied from on-board batteries and thus independent of the propulsion system. 12.在没有外部能量输入的情况下，车辆也能悬浮达30分钟之久。而在运行过程中，车载 电池可由配备于悬浮磁铁中的线性发电机充电。 The vehicle is capable of hovering up to 30 minutes without external energy. While travelling, the on-board batteries are recharged by linear generators integrated into the support
B2.1系统概述 乘客信息系统PIS是以计算机及多媒体应用为平台，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息的系统。乘客信息系统在正常情况下，提供乘车须知、服务时间、列车到发时间、列车时刻表、管理者公告、政府公告、出行参考、股票信息、媒体新闻、赛事直播、广告等实时动态的多媒体信息；在火灾、阻塞及暴恐等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。车载设备通过无线传输实时或预录接收信息，经处理后在列车客室LCD显示屏上进行音视频播放。 车地无线系统作为地铁PIS的重要组成部分，是中央控制中心、车站分中心与移动中的列车保持实时信息交互的重要通道，可以让处于隧道、停车场、车辆段中的列车实时与上级中心进行信息交互，使地铁车站和运营中心值班人员可以实时观察运行中列车乘客车厢、司机室内情况，司机能实时观察本列车乘客车厢内情况；运营中心向运行中列车发布及时信息，实时转播数字电视节目；运行中列车的紧急状态，如火灾报警、紧急开关车门，实时上传到运营中心和车辆段车场调度中心，便于进行地铁运营管理和为乘客信息化服务。 车地无线网络主要用来实现车－地之间的实时信息交换功能。为实现列车上信息与车站局域网内信息的双向传输，保证对运行过程中的列车车厢内情况进行实时监控，同时为车厢内的乘客提供电视直播信息等服务，需要在地铁系统内建设一套高带宽、无缝漫游的车地无线网络系统。 本工程乘客信息系统（PIS）是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，通过设置在站厅、站台、列车客室的显示终端，让乘客实时准确地了解列车运营信息和公共媒体信息的多媒体综合信息系统。在正常情况下，运营信息、公共媒体信息共同协调使用；在紧急情况下运营信息优先使用。 深圳地铁11号线一期工程包含18座车站（其中高架站4座）、1座控制中心、1座车辆段、1座停车场，同时初期配备33列列车（未来近期50列，远期59列）。乘客信息系统在各车站、控制中心、车辆段、停车场和区间隧道设置PIS设备，为乘客提供信息服务。
说明文阅读《高速磁悬浮列车》 （1）近日，随着国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项“磁浮交通系统关键技术”项目启动，我国时速600公里高速磁浮研发正式拉开序幕。 （2）2016年10月21号，我国轨道交通设备制造商中国中车股份有限公司宣布，将启动时速600公里高速磁浮项目的研发。近日，科技部认证微博再次发文称，该项目由中车青岛四方机车车辆股份有限公司牵头组织实施，将建成一条长度不少于5公里高速磁浮的试验线，研制一列设计时速600公里高速磁浮试验列车。与国外同类高速磁浮相比，悬浮能耗降低35%、电磁铁温升降低40℃、单位有效载荷车辆减重6%以上，最终建成具有影响力的高速磁浮运输系统协同创新与集成化试验平台。形成国际领先的标准规范体系和综合评估及评价方法。 （3）据了解，目前世界上在磁浮方面领先的是日本和德国。日本采用超导磁浮，最高试验时速603公里;德国采用常导磁浮，最高试验时速505公里。上海的磁浮线路采用德国技术，运营时速430公里。据中国之声《央广新闻》报道，科技部表示，这个项目的实施，将使磁浮交通运营的速度达到一个新高度，更进一步提升磁浮交通的舒适度，降低运行能耗，为后高铁时代做好前沿技术的储备。 （4）尽管中国铁路网尤其是高铁网的运营和再建规模、系统很大，但地域广、人口多、中东部地区城市密集的特点，使得中国的点对点大容量高速旅客的运输需求很大，比如上海到北京，成都和重庆之间。北京交通大学教授贾利民认为，磁悬浮技术是一种点对点大容量的运输技术，可以作为现在高速和城际铁路路网系统的有益补充。 1、（2分）与外国同类高速磁浮相比，我国研发的高速磁浮项目的优点是什么？ 2、（4分）高速磁浮项目的实施有哪些益处？ 3、（2分）指出下列句子所使用的说明方法。（一个括号内只能填写一种说明方法） 与国外同类高速磁浮相比，悬浮能耗降低35%、电磁铁温升降低40℃、单位有效载荷车辆减重6%以上。（）（） 4、（3分）是什么“使得中国的点对点大容量高速旅客的运输需求很大”？
上海地铁TETRA无线通信系统网络介绍 全国已有30多个城市轨道交通线获国务院批准在建。目前我国轨道交通线路运营里程约2000公里。到2020年我国轨道交通线路总里程将达到6000公里以上。十二五期间全国地铁建设投资规模将超过1万亿元。 2013年底上海地铁开通运营14条地铁（含磁浮线），331座车站，通车里程达567公里，配属车辆逾4000辆，最高日客流量超过800万人次，承担全市公交出行量近40％；至2015年，上海将建成15条线路、350余座车站、超过600公里的轨道交通基本网络；至2020年，上海将实现800公里的轨道交通网络建设目标。 上海地铁曾创造100台盾构齐头并进、100座车站同时建设、100公里新线同时投运等工程奇迹。上海地铁，作为我国现代化轨道交通的先行者，已成为中国城市轨道交通建设史上的一个亮点，其运营里程和客流量均已进入世界前列，并正在向“地铁世界第一”逼进。 上海地铁TETRA无线通信系统网络 上海地铁TETRA无线通信系统网络构成框图
上海地铁TETRA无线通信系统开通时间表
上海地铁800MHz专用无线设施设备 上海地铁800MHz专用无线设施设备用的是摩托罗拉增强型数字集群通信系统，具体如下。 主要的Dimetra系统架构
射频站点和移动交换局（MSO）射频站点： ——是一个地理区域，双向移动对讲机能够在其中进行通信。 移动交换局（MSO）： ——负责操作多站点系统的中央控制点；
——执行控制、呼叫处理和网络管理等功能。 上海地铁的射频站点和MSO 上海地铁无线系统资源分配情况
上海地铁专用无线系统结构 采用Motorola基于TETRA的Dimetra IP系统，由三个区域（ZONE）组成一个大区，一个大区最多可包含7个区域，大区中部署了系统级服务器负责控制大区的运行；一个区域中包含一个移动交换局、区域级服务器和最多100个收发系统（BTS）站点,BTS为移动台提供RF接口。 移动交换局（MSO）分主、备用，主用MSO设置在3号线东宝兴路控制中心，备用MSO设置在8号线西藏北路控制中心。MSO依托上海地铁上层网传输系统连接区域内的各个基站。
上海磁悬浮（高速）列车 Shanghai Maglev (Rapid) Train 上海磁浮示范运营线，是“十五”期间上海市交通发展的重大 项目，也是世界上第一条投入商业化运营的磁浮示范线，具有交通、 展示、旅游观光等多重功能。 上海磁浮示范运营线，西起上海地铁2号线龙阳路站，东到浦 东国际机场，主要解决连接浦东机场和市区的大运量高速交通需求。 线路正线全长约30公里，双线上下折返运行，设计最高运行速度为 每小时430公里，单线运行时间约8分钟。 从2004年3月29日起，磁浮列车调整了运行时间，由“工作 日半天运行、双休日全天运行”调整为每天早8：30至下午5：30全天运行，每20分钟一班，全天双向对开共54班。 同时，为了充分体现磁浮列车的交通优势，凡是搭乘飞机的旅客都可凭其本人当日机票以八折的价格购买磁浮单程票一张，即普通席40元或贵宾席80元。 对荣誉军人、离休干部、残疾人等特殊人群，上海磁浮交通发展有限公司也推出了凭证八折购票的优惠措施。同时，身高120cm 以下的儿童在成人陪同下免票。 车票为当日当班次有效，过期作废。每张车票票面均印有发车 时间，在发车前20分钟开始进站检票，发车前5分钟停止检票，为 了确保您的乘车，请至少在发车前20分钟到达乘车地点的检票口。 地点 ： 龙阳路磁悬浮站 票价 ： 单程 ： 普通席50元，贵宾席100元； 往返程 ： 普通席80元，贵宾席160元。 订票热线 ： 8008204800、63600688 Maglev Demonstration Line - from Pudong International Airport to Longyang Road Metro Station - the 30-kilometer trip will take only eight minutes. It is the world's first commercial magnetic levitation line.From March 29 2004, It was put into use formally and operates everyday from 8:30am to 17:30pm. The operation interval is 20 minutes . The round trip ticket cost 80 yuan and the one way ticket cost 50 yuan. Passengers with current day flight ticket can buy a one way ticket of Maglev Train at 20% discount. Add : Maglev Train Station of Longyang Rd Price(RMB) : One Way Ticket : 50, 100(VIP)
5.8G频段的CBTC车地无线通信子系统 解决方案 一、项目的开发背景 众所周知，在2012年11月份深圳地铁信号多次受到便携式Wi-Fi的干扰造成地铁列车停止运行。便携式Wi-Fi一般使用2.4Ghz这个频率，这个属于非注册频率，不需要申请，谁都可以用，可以说是最方便但是最不安全的。而且，许多家用电子设备都使用2.4Ghz进行通讯，例如无线路由器、iPad、无线鼠标、无绳电话、蓝牙设备等，甚至微波炉也是使用这一频率。基于无线通信的列车自动控制系统，即CBTC(Communication based Train Control)，也称移动闭塞信号系统。该系统借助无线网络进行数据传输，也使用公用频段2.4Ghz。这势必会造成信号系统频率的干扰，随着现在移动通信系统上网速度越来越快，采用便携式WIFI的设备也会越来越多，也势必造成更大的信号冲突。因此，基于无线通信的列车自动控制系统采用新的频段也迫在眉睫、刻不容缓！ 二、地铁2.4G与5.8G通信系统的比较分析 目前，在新建地铁信号系统的方案选择上，采用CBTC无线AP（无线接入点）接入方式的线路已越来越多。采用AP接入，具有成本较低、通讯带宽高、可部分使用商用设备、安装调试方案灵活、施工时间短等优点。 现在我国在建或改造的的地铁线路中采用无线AP点接入就有北京地铁4号线，10号线，深圳地铁2号线等。这些方案在无线频率的选择上又分为2.4G ISM频段和5.8G ISM频段。我国开放这两个频段为ISM频段
的时间还比较短，应用在大型工程上的案例还不多，尤其是5.8G 频段更是较少。 1、地铁列车的拓扑模型 地铁也是铁路运输的一种模式，它的运营组织和线路结构和大铁路相比虽然简单，但基本要素相同。采用AP 无线覆盖时的结构如图1。 图 1 为提高可靠性采用的对向双信道覆盖 地铁列车运行时不断从一个小区（AP 的覆盖范围）进入到下一个小区。这时，影响车地通信的可靠性的的因素，应从二个方面考虑： i. 小区内：因高速移动产生的多普勒频移；隧道壁反射无线电波引起的多径反射；地铁列车对信号的阻隔影响等。 ii. 穿越小区时：高速移动产生的多普勒频偏使AP 切换时检测不到临区；频繁的AP 位置登记和认证造成通信的暂时中断等。 从图1可以看出，同大铁路的GSM-R 相似，地铁AP 覆盖的拓扑模型是典型的一维链状小区，而不是商用无线系统常用的蜂窝状结构。其模型如图2。 图2 通信系统的一维链状小区模型 这样，在移动电台在穿越通信小区时的信道切换关系大为简化。由于以地铁机车作为载体，电台的功率和尺寸比手持电台的限制小的多。同时，地铁
地铁无线通信系统的设计研究 摘要：我国交通自改革开放以来快速的发展，地铁的发展促进了城市经济的进步，减轻了城市的交通压力。在地铁上无线通信技术的应用也是非常重要的，地 铁无线通信系统，不仅能够保证地铁车辆的行驶效率，还能够保证地铁的安全性，对于地铁来说无线通信技术的设计与实现对未来的发展非常重要。 关键词：地铁；无线通信技术；设计 1前言 移动通信由于应用方式的不同，包含专业移动通信网与公众移动通信网两种。无线频道集群系统是专用移动系统的主要形式，该系统融入了动态分配以及多信 道共用等技术。传统的模拟集群系统能够实现服务、设备与频率的资源共享，集 中管理并维护系统。当前新型的TDMA移动通信系统在频谱利用率方面要大幅优 于传统移动信息系统，尤其在系统容量方面，数字集群系统所体现出来的优势更 加明显。 2地铁通信系统概述 地铁通信系统主要是由传输子系统、时钟子系统、无线通信系统、公务通信 系统、专用通信系统、电视监控系统、广播子系统、旅客向导系统和电源及接地 系统等一系列重要的子系统组成。地铁通信系统的主要任务是通过控制中心对车站、机车进行高层次控制，为列车运行提供信息服务，为旅客提供信息服务。地 铁无线通信系统主要采用数字集群技术进行组网，主要由设置在车站的集群基站、功分器和耦合器、设置在中心的集群中心交换设备和操作控制台、天线和车站电台，敷设在区间的漏泄同轴电缆及配件、设置在车上的机车台、设置在车辆段等 处的光纤直放站、操作控制台以及为移动工作人员配备的手持台等设备构成，是 运行的列车与车站运营管理人员之间唯一的通信手段。地铁传输系统是地铁通信 系统的基础，也是地铁通信系统的关键环节。它主要是以光纤宽带业务为基础， 保证地铁能够有效传送所需信息。其中最为重要的就是传输子系统，它是组建轨 道交通通信网络的基础及骨干，是连接车站和列车调度指挥中心、车站和车站之 间信息传输的主要手段，此外它还支持 RPR、MSTP、SDH 等业界先进技术。电源 及接地系统也极为重要，它主要为地铁通信系统设备提供可靠性高，质量高的电 源供应，确保列车在出现主电源中断或超限波动的情况下还能使通信设备在规定 时间里进行正常工作，在等待着主电源恢复的同时还能为通信设备和通信电源系 统设备提供接地保障。广播子系统不仅可以为车站值班员及中心调度员提供相应 区域的有线广播，还能在发生事故时提供组织指挥、事故抢险以及疏导乘客安全 撤离时的中心防灾广播。电视监控系统也是地铁通信系统中必不可少的一部分， 它由行车司机发车监视、车站值班员客运管理监视以及控制中心调度员监视系统 组成。它可以为车站值班员和调度员提供列车运行时的监控，便于他们能掌握客 流大小及流向，并能以此作为辅助提高列车的指挥透明度，同时也方便行车司机 在车站停车后监视乘客的上下车情况以便掌握好开关车门时间。当发生事故灾情时，电视监控系统能为防灾调度员指挥乘客安全撤离及抢险工作提供一定的方便。 3对无线通信技术系统的设计 3.1地铁无线通信技术的设计分析 无线通信系统是由泛欧集群无线电系统基站组成的，在设计的过程中也有很 多的难题，例如：无线磁场的覆盖和信号强弱的问题，主要的环节包括对网络的 设置管理、泛欧集群无线电的管理、光纤直放站的管理、列车车载台的管理等等。
城市轨道交通车地无线通信组网及应用探讨 李颀 北京地铁运营四分公司北京 摘要：随着城市轨道交通的快速发展，车地无线通信技术作为城市轨道交通的关键性技术也越来越受到各方面的重视。轨道交通车地无线通信一般包含列车信号系统（CBTC）和乘客信息系统（PIS）两个部分。而在国内目前在建轨道交通项目中，PIS系统和CBTC系统的无线网络均采用WLAN技术，因此就需要避免其在各种隧道环境中产生相互干扰以及其他系统对它们的影响。本文从组网、占用带宽、应用特点等方面对比了PIS系统和CBTC系统的车地无线通信部分，并提出了建设和运营中应注意的一些问题以及车地无线通信技术的发展趋势。 Abstract:With the development of urban rail transit, train-ground wireless communication technology as a key technique for urban rail transit is becoming more and more attention of the various aspects. Rail transport in wireless communication generally contain signal system (CBTC) and passenger information system (PIS) two parts. In domestic rail transportation project under construction currently, PIS system and wireless network of CBTC system adopt WLAN technology, so they need to avoid the interference in the tunnel environment and other systems for their impact. In this paper, from the aspects of network, bandwidth, application characteristics compared the PIS system and train-ground wireless communication part of CBTC system, and puts forward some problems that should be paid attention to in the construction and operation as well as the trend of the development of the train-ground wireless communication technology. 关键词：轨道交通车地无线通信乘客信息系统基于通信的列车自动控制系统WLAN Key words: urban rail transit, train-ground wireless communication, PIS ,CBTC, WLAN 1 城市轨道交通车地无线通信系统概述 当前，随着我国城市化的不断发展，越来越多的城市已经开始建设或规划建设城市轨道交通线路。城市轨道交通已凭借其安全、快速、环保等特点，进入到空前繁荣的发展时期。由于轨道交通一般建设在人口密集和流动性大的大中型城市，因此，公共安全和乘客体验是考量其运营情况的重要指标，而车地无线通信正是影响这一指标的关键因素之一。 按照应用的方向，轨道交通车地无线通信一般包含列车信号系统（CBTC）和乘客信息系统（Passenger Information System，以下简称PIS）两个部分。其中列车信号系统是列车运行的核心系统。其功能相对单一，主要提供高可靠、高精度列车自身定位，以及连续、高容量的车地双向数据通信。列车信号系统（CBTC）是车地通信系统中对于安全性能要求最高的部分。 PIS系统的基本概念是指地铁运营商采用成熟可靠的网络技术和多媒体传输、显示技术，在指定的时间，将指定的信息显示给指定的人群。是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统，使乘客通过正确的服务信息引导，安全、便捷地乘坐轨道交通。PIS在正常情况下，提供乘车须知、列车到发时间、列车时刻表、管理者公告、政府公告、出行参考等实时动态的多媒体信息；在火灾、阻塞及恐怖袭击等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。 在列车运行中车载设备要实时接收来自地面运营中心的节目，在列车车厢显示屏上播出音视频。同时通过车厢内监控摄像头，监控旅客乘车情况，将监控视频信息实时上传至运营中心，作为管理部门安全决策的支持信息。 随着科技的不断发展，乘客服务及资讯信息不仅要实现运营中心与车站、车站与车站间的通信，还要完成列车与地面间的实时通信，例如：运营中心向列车实时转播数字视频等多媒体信息，列车实时上传车厢内的监控信息等。 由于列车是在高速运行环境下进行信息的实时传输，而且为了给乘客提供高质量的信息服务，PIS要求列车在高速运行情况下，保证图像质量，不会出现马赛克、中断等现象，这就要求车地系统要有足够的带宽并且保证车地间信息的可靠传输。
高速磁悬浮列车动力学研究 摘要：随着物流行业的崛起，同时面临交通发展的瓶颈。经济发展离不开交通基建与交通工具的进步，目前高铁建设的竞赛已经趋于稳定阶段，我国的高铁总里程数超过2.5万公里，现在世界各国竞相开展对磁悬浮列车的研究，准备下一场交通技术的迭代更新，因此对于磁悬浮列车的进行研究很有必要，其中磁悬列车动力学研究尤为关键，它对施工、运行的平稳性有密切关系，本文以我国某市磁悬浮列车为研究对象，通过建立列车动力学模型来研究磁悬浮列车运行稳定性的关键因素。 1.1磁悬浮列车技术发展现状 交通史的发展就是人类历史文明交流的急先锋，从丝绸之路兴起和大航海时代，从工业革命的蒸汽火车到飞机的发展，目前形成飞机、火车、轮船和汽车运输的三位一体的陆海空的运输行业，尤其是近些年高铁的发展，中国的高铁总里程数达到2.5万公里，居世界之首。但是轨道交通未来的发展趋势更趋向于超高速发展模式，即磁悬浮列车。从1970年起外国已经开始了对磁悬浮列车的研发试运行，并取得较好的成果。两千年后我国也开始研制自己的磁悬浮列车，并成功的投入实际运营中。目前世界上最快的磁悬浮列车是日本研制的它的时速超过580Km/h。 1.1.1国外现状 磁悬浮列车是在普通高速列车的基础上提出的新型轨道交通，对于磁悬浮列车最早提出是德国人赫尔曼肯佩尔，他认为磁悬浮的技术主要是两个动力系统，首先是让磁悬浮列车飘起来电磁力，另一个动力是牵引列车运行系统。 1.1.2国内现状 我国是从上世纪八十年代开始进行对磁悬浮列车进行研究的，九十年代初我国的一些科研单位和高校进行合作研究。之后磁悬浮列车技术被列入国家重要科研项目。到九五年是我国正真的突破磁悬浮列车的关键技术，掌握制造中低速列车的能力。 2.1磁悬浮列车的介绍 我国某市的高度磁悬浮列车全称三十公里，车辆的构成见下图2-1，本磁悬浮列车一部分技术是从德国引进，一部分是我国自行研发的。 2.1.1基本运行原理 列车的上浮系统是利用电励磁产生电磁场，电磁场利用和磁悬浮列车的轨道的磁铁之间的引力使得磁悬浮列车上浮一定的高度，这样一来列车就没有了与常规列车与轨道间的摩擦力，这是实现超高度的前提，另一方面是利用电磁场产生牵引力牵引磁悬浮列车前进，这是磁悬浮另一个重要动力系统，是实现磁悬浮列车高速行驶的主要动力。 2.1.2车辆系统 磁悬浮列车中最重要的组成部分就是车辆，是否能实现磁悬浮列车悬浮和高速行驶车辆是重中之重。本文研究的示范磁悬浮列车是参考德国的技术。磁悬浮列车的车厢是三段式组成，主要是由铝构成的，外形进行了风动实验后得到的最佳的空气动力学的外形，磁悬浮列车在行驶中最主要的阻力就是空气阻力，因此减小空气阻力是提升磁悬浮列车高速运行和保证列车安全运行的重要因素。 2.1.3路线系统 本文研究的研究的磁悬浮列车的轨道的曲线主要有六段，占总长的百分之六
技术与市场技术应用２０１９年第２６卷第６期 浅析车地无线通信传输系统构成及原理 万 建 （深圳地铁运营集团有限公司，广东深圳５１８０００） 摘 要：重点对深圳地铁１１号线信号系统车地无线通信传输系统构成及原理进行分析，皆在为相关工作提供参考。 关键词：ＣＢＴＣ；ＡＰ；ＤＣＳ；ＴＲＥ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０６．０６６ 引言 随着无线通信技术的发展。基于自由空间传输的无线传输技术在ＣＢＴＣ系统中得到了应用。无线的频点一般采用共用的２．４ＧＨＺ或５．８ＧＨＺ频段，采用接入点（ＡＰ）天线作为和列车进行通信的手段。 车地无线通信传输系统构成及原理 １．１ 无线网络的构成 ＤＣＳ无线网络用于承载车载和轨旁ＣＢＴＣ系统间信号数据流的通信，它由位于轨旁的无线接入点（ＡＰ）、功分器、轨旁定向天线，及车载无线天线、车载无线调制解调器组成。１．２ 无线网络系统原理 １）车地双向通信网络。每个ＴＲＥ（轨旁无线设备）由红网、蓝网接入点组成，此红、蓝接入点与其各自的无线网络相连接。无线网采用８０２．１１ｇｑ协议，采用带宽为６ＭＨｚ的窄带技术，红网采用中心频率为２．４７２ＧＨｚ，蓝网采用频点２ ４１７ＧＨｚ。 ２）轨旁无线网络。ＴＲＥ是配置于轨旁的无线传输设备，用于与车载无线设备之间进行无线通信。ＴＲＥ箱内主要有２个无线调制解调器、２个电源转换器、２个光电转换器。红色、蓝色无线调制解调器分别连接到各自的功分器上，功分器连接到定向天线上用于传输射频（ＲＦ）信号。 ３）车载无线网络。每辆列车安装２个无线调制解调器，用于ＣＢＴＣ业务传输，每个无线调制解调器连接２个位于车体上方的天线，用于与轨旁天线进行无线信息传输。为满足列车双向行驶以及在岔区和车辆段等处保持通信，列车每端必须配置两个车载天线。车载无线调制解调器在无线覆盖区域能与无线网络快速完成握手及授权并接入，保证列车正常投入运营及故障恢复满足系统功能、性能及运营效率要求。 １．３ ＤＣＳ无线系统冗余结构 ＤＣＳ无线网络采用冗余结构，由红网和蓝网组成。无线系统的冗余结构能保证当任一轨旁或车载无线设备故障时包括单个接入点的故障、单个轨旁设备电源的故障、单个光交换设备的故障均不影响系统的正常工作。ＤＣＳ无线系统的典型冗余结构，如图１ 所示。图１ ＤＣＳ无线系统的典型冗余结构图 １）正常情况下的连续通信。列车在隧道内运行，列车进入无线单元（Ｂ）和无线单元（Ｃ）的重叠覆盖区域。在该重叠覆盖区域内，车头红网车载无线调制解调器收到由红网接入点（Ｃ）和红网接入点（Ｂ）循环生成的识别信息。车尾蓝色车载无线调制解调器收到由无线单元（Ａ）蓝网接入点（Ａ）循环生成的识别信息 红网车载无线调制解调器将测量并对比收到的功率，如果从红网接入点（Ｃ）接收的功率高于从红网接入点（Ｂ）接收的功率，调制解调器将执行从红网接入点（Ｂ）到红网接入点（Ｃ）的交接。如图２所示。 ９ ４ １
地铁车地无线通信实施方案探讨 发表时间：2019-09-11T15:49:08.923Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：董招[导读] 摘要：目前国内轨道交通行业高速发展，地铁车地无线通信一直是地铁通信专业关注的焦点。 中建五局安装工程有限公司湖南省 410000摘要：目前国内轨道交通行业高速发展，地铁车地无线通信一直是地铁通信专业关注的焦点。本文通过分析频段2.4G传输时钟同步车地无线通信方案、频段1.8G近远端机同步车地无线通信方案和频段5.8G-GSU同步车地无线通信方案，提出更适合的频段5.8G分组传输网时钟同步车地无线通信方案，以及未来车地无线通信发展的前景。 关键词：地铁通信；车地无线通信；方案 引言 车地无线通信系统是城市轨道交通的重要基础设施，是地铁安全运营所必须的信息交互系统，系统的通信质量和可靠性直接决定地铁的运营状况，与人们的出行体验息息相关，是城市进行地铁建设时需要重点考虑的问题。近些年，随着车地无线通信技术的发展，形成多种无线通信技术，如何选择合适的车地无线通信技术，满足地铁运营的需要成为设计、施工人员需要重点思考的问题。 1地铁车地无线通信概述 车地无线通信网络是乘客信息系统（简称PIS系统）主干网络的延伸，PIS系统能通过组播方式实现线路播控中心到列车的信息下发，并能实现广播和寻址功能，将特定的信息发送给指定的一列或者几列列车；视频监控系统（简称CCTV系统）也能通过该网络实现将车辆客室监视信息实时上传至中心CCTV服务器，列车驾驶室显示终端能调看对应车站站台屏蔽门侧的监控图像。车地无线网络提供的双向传输有效带宽应能满足列车与中心之间的实时双向数据传输的带宽要求，保证所传图像顺畅清晰，不出现画面中断或者跳播等现象，且系统具有QoS分级控制功能。车地无线网络确保沿轨道线安装的无线接入点和在移动列车上的移动单元之间建立稳定、安全且能避免冲突的连接。在列车高速运行时，不应丢失连接和引起画面质量降低，无线设备应遵循完善的切换机制无缝切换至最合适的接入点。 2地铁车地无线通信整体规划 2.1通信信号各自独立建设LTE单网 通信信号专业各自建设一套LTE硬件传输网络，通信专业单网承载无线调度业务和列车运行紧急数据业务。考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式，则由通信专业为信号专业配置冗余无线数据传输通道，以满足信号系统冗余需求。优点：该方案同样整体降低本工程LTE车地无线信息传输网络的造价，实现资源的整合和充分利用，技术上满足信号系统对车地无线数据传输的要求，节约频带资源的使用宽度。缺点：信号系统与通信系统在无线数据传输系统增加了接口，同时信号系统的冗余通道的可靠性和安全性需要由通信系统保障。 2.2通信独立建设单网，信号专业独立建设冗余双网 通信专业独立建设一套LTE硬件传输网络设备，承载无线调度业务和列车运行紧急数据业务。考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式，信号专业独立建设一套冗余无线数据传输网络设备。优点：该方案通信信号两个系统在无线信息传输系统上完全独立，工程安装、调试，后期的设备维护都相对独立，降低了专业之间的依赖，管理上更为便利。缺点：增加了工程建设的成本，增加了无线频带资源的使用宽度。 3地铁车地无线通信实施方案解析 3.1频段1.8G近远端机同步车地无线通信方案 该方案车地无线通信采用1.8G频段，通过地面无线发射网关+车站近端机+区间光远端发射机的组合模式，地面有线网络中心交换机通过光缆与各站地面无线网管相连，这样能保证无线发射信号的频率一致，基本不存在延时。为解决列车高速在区间行驶时，列车基站信号接收器频繁切换信号源，出现不断跟信号源通讯握手的死循环模式，导致无法正常进行通信状态。区间基站采用无线接收基站和光远端发射机，在对应列车内配置车载无线接收网关、车载无线发射网关和车载通信控制器。该方案无线接收和发射通道分开，但能很好的解决高速行驶时无线信号越区切换通信故障问题。该方案带宽仍然有限，一般为30M左右，其中控制中心设备可调看单列车6路监控图像（带宽需求在12M左右），而列车播控系统能播放直播信号（带宽需求在6M左右）。但通过地面无线发射网关+车站近端机+区间光远端发射机的模式，控制中心能够实时调看低码流列车监控图像。该方案，区间光远端发射机一般800m左右安装一个，天线覆盖范围较远，但是为保持同步并解决信号越区切换问题，各站无线发射网关需敷设光缆与地面有线网络中心交换机相连，光缆数量非常大，施工成本较高。 3.2频段2.4G传输时钟同步网车地无线通信方案 该方案车地无线通信采用2.4G频段，轨旁基站与车载基站之间无线使用IEEE802.11n用于覆盖列车运行沿线，无线骨干连接带宽可达到15Mbps，而区间基站与车站交换机有线信息传输网之间的连接有效带宽为100Mbps。传输系统采用数字同步多业务传送平台（简称MSTP）和时钟同步网络（简称BITS），即MSTP+BITS同步传输方案。车站车地无线系统通过传输系统分配的1000M光通道传输至控制中心，关键在于该传输系统能提供严格的时钟同步功能，保证区间基站发射信号的同步，以至于列车行驶跨越无线覆盖区间时，基站发射信号保持同步。区间无线基站与无线管理交换机无线控制器模块之间通过有线网络进行互联，采用CAPWAP标准隧道协议，同时，在保证802.11安全的前提下采用集中控制分布式转发。 4城市轨道交通中常见的车地无线通信技术 4.1TRainCom-MT技术 该技术是由德国公司研发的城市轨道交通专用通信系统，能够在高速移动环境下保持良好的通信效率和质量，车地最大通信传输速度可达16Mb/s。但是，该系统受到保密性协议的限制，其系统升级和开发只能依靠德国公司实现，市场维护和选择方面相对教差，在国内中的应用相对较少。 4.2LTE无线传输技术 LTE无线传输技术是当前应用最为广泛的车地无线通信技术，是在3G的基础上发展而来的，通过对空中接入技术的改进和增强，在保有3G原有技术优势的同时，实现无线传输的低延迟、高传输速度、分组传输、向下兼容和光域覆盖。因其技术优势，LTE无线传输技术在郑州、深圳等多个城市轨道交通中有所应用。
专业知识分享版 使命：加速中国职业化进程 在1500公里旅行距离内，磁浮磁悬浮火车好还是乘飞机好？ --中国将建造全长8000公里的高速客运专用网磁浮磁悬浮火车技术能入选吗？ --磁浮磁悬浮火车技术已近成熟，中国如何发挥後发优势，实现技术跨越？ 整个人类客运交通发展的历史是一个速度不断提高的历史。每一种新型交通工具的出现和重大技术的突破都伴随 速度的显著提高。二十世纪在这方面尤为突出，飞机、汽车与火车均在不断刷新 其速度的纪录磁浮磁悬浮火车发展尤为令人瞩目。 传统轮轨铁路的运营速度经过100多年的发展，达到了300-350公里／小时，其进一步提高受到了用轮轨支承和受电弓供电的限制磁浮磁悬浮火车用电磁力将火车浮起而取消轮轨，采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈，驱动火车高速行驶，从而取消了受电弓，实现了与地面没有接触、不带燃料的地面飞行，克服了传统轮轨铁路的主要困难。从六十年代起，日本、德国作为强大的国家研究发展计划，投入了数十亿美元的资金，经过持续努力，使整个技术已经成熟到可以建造实用运营 ，最高试验运营速度已达550公里／小时。从而，人类地面客运的速度可望在21世纪前、中期达到500公里／小时的新水平，使高速地面交通的发展继续长足前进。 作为目前最快速的地面交通磁浮磁悬浮火车技术的确有 其他地面交通技术无法比拟的优势。 首先，它克服了传统轮轨铁路提高速度的主要障碍，发展前景广阔。 第一条轮轨铁路出现在1825年，经过140年努力，其运营速度才突破200公里／小时，由200公里／小时到300公里／小时又花了近30年，虽然技术还在完善与发展，继续提高速度的余地已不大，而困难很大。还应注意到，轮轨铁路提高速度的代价是很高的，300公里／小时高速铁路的造价比200公里／小时的准高速铁路高近两倍，比120公里／小时的普通铁路高三至八倍，继续提高速度，其造价还将急剧上升。世界磁浮磁悬浮火车小型模型是1969年在德国出现的，日本是1972年造出的。可仅仅十年後的19磁浮磁悬浮火车技术就创造了517公里／小时的速度纪录。目前技术已经成熟，可进入500公里／小时实用运营 的建造阶段。 磁浮磁悬浮火车是当今唯一能达到运营速度500公里／小时的地面客运交通工具，具有不可取代的优越性，火车时刻表将因此改写。
交通运输学院运输1302班11252086 丁耀宗
对磁悬浮列车运行控制系统的思考 ——《列车运行控制系统》课程考察报告 11252086 丁耀宗1综述 高速磁悬浮列车作为一种新型交通工具，以其快捷、安全、舒适、无磨擦、低噪声、低能耗、易维护、无污染等优点吸引着人们的眼球。磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不同于其他列车需要接触地面，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，比轮轨高速列车的380多公里还要快。20世纪末以来，德国、发达国家以及中国都相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。我国第一辆磁悬浮列车2003年1月开始在上海运行。磁悬浮列车的普及应用，除了硬件技术问题，首要的就是解决其控制系统的问题。 高速磁悬浮运行控制系统就如同人的大脑，负责安排整个交通系统安全可靠有效的运转，使磁悬浮列车的特点充分展现出来。目前，仅日本和德国对高速磁悬浮运行控制系统的研究技术比较成熟。 2 磁悬浮列车性能简介 高速磁悬浮列车的推力是利用交流同步直线电机(LSM)的原理产生的，该电机与其对应的交流同步旋转电机结村、工作原理
基本相似。它的转子是置于列车底部的直流激励的磁极，定子为沿着线路轨道铺设的三相定子绕组，设置在地面上的变频设备在线路上可分段给定子绕组供电。当三相绕组通入三相对称正弦电流时。在气隙中便形成正弦分布并以同步速度平移的行波磁场，当磁场足够大时则吸引转子而使列车以同步速度行驶。只要安装在路边的变电所内的变频设备把电馈入长定子电缆中，在线路上就会产生使列车移动的磁场，而且频率越高，移动的速度也越大。 由于一个变电所的供电能力有限，因此整个线路被分成数个供电分区，每个分区对应一个变电所，一个变电所只能给一辆列车供电。为提高系统的效率和功率因数，供电分区内的电缆又被分为一个个的小分区，只向有车运行的那个小分区供电，这样也可减小能耗，节约能源，但需要分区转换装置。供电分区供电的模式对磁悬浮列车运行控制也产生了直接的影响。 3磁悬浮列车控制系统特点需求分析 磁悬浮运行控制系统的基本任务和传统轮轨列车类似，就是要根据运行计划，办理列车运行进路，保证进路正确安全；实时控制和监督列车运行速度，防止列车超速；调整列车追踪问隔，保证运行安全，提高运输效率；提供旅客服务信息，提高服务质量。这些要求在磁悬浮交通中需要由地面的运行控制系统自动完成，而在轮轨交通中这些功能主要起辅助司机驾驶的作用。 基于磁悬浮列车的上述特点和工作原理，其列车运行控制系统必须满足以下几点基本要求：