第二节　列车运行控制中的通信技术

在列车运行控制系统中，各个子系统之间，或者子系统内部各设备之间传输控制命令、线路数据、设备参数或者状态等信息，由于列车运行控制系统是一个分布、复杂系统，而且其信息传输涉及系统安全，所以需要采用不同的信息传输技术和手段。目前，在列车运行控制系统中，使用的通信技术主要有网络通信技术、移动通信技术、现场总线通信技术，以及实现安全通信的安全信息传输技术等；应用形式主要分为三类：计算机网络通信、车地移动通信和现场总线通信，安全信息传输技术均运用到这三种应用形式中，确保列车运行控制系统安全相关信息的安全和可靠传输。

一、计算机网络通信

在列车运行控制系统中，地面运行控制子系统的设备沿着铁路线路分布，地面运行控制子系统的各设备之间，以及地面运行控制子系统与中央运行控制子系统之间的连接采用计算机网络。随着技术的发展，TCP/IP协议逐渐取得了计算机网络协议标准的地位，列车运行控制系统信息传输的IP化趋势非常明显。

列车运行控制系统中使用的网络技术包括局域网和广域网络。通常情况下，中央运行控制子系统与地面运行控制子系统之间、沿铁路分布的各地面运行控制子系统之间采用广域网连接；中央运行控制子系统内部各设备之间、地面运行控制子系统内部各设备之间采用局域网连接。例如，在高速铁路CTCS-3级列车运行控制系统中，调度中心的行调台、系统维护台、数据服务器、通信服务器、应用服务器等设备之间通过局域网连接，RBC（无线闭塞中心）与RBC之间、RBC与操作台和维护台之间通过局域网连接，临时限速服务器和维护终端之间通过局域网连接，位于车站信号机械室内的计算机联锁系统、CTC站机、列控中心（TCC）之间通过局域网连接；调度中心、RBC、临时限速服务器、车站信号室内设备（如联锁、TCC）之间采用广域网连接。

CTCS-3级列车运行控制系统的地面设备通过信号安全数据网连接，信号安全数据网为广域网，其基本网络结构如图1-4所示。为提高可靠性，每一独立环网络中用于交换机串接的光纤和用于迂回通道中继器（交换机）连接的光纤取自通信专业提供的两条不同路径的干线光缆，干线光缆与交换机连接的尾缆或尾纤采用不同的引入路径；用于两个独立环网迂回通道中继器（交换机）串接的光纤取自通信提供的两条不同路径的干线光缆，干线光缆与交换机连接的尾缆或尾纤采用不同的引入路径。

二、车地移动通信

车地移动通信技术是实现地面设备对列车（移动体）实时和闭环控制的关键，是列车运行控制系统中所有功能完成的信息基础和保障。车载运行控制子系统完全依靠地对车传输通道从地面运行控制子系统接收行车许可和线路数据，然后依据这些信息生成动态速度曲线来监控列车安全运行；另一方面，中央运行控制子系统和地面运行控制子系统也需要通过车对地传输通道实时了解列车的位置信息，实现对进路的准确安全控制，从而实现闭环控制。

在众多类型的列车运行控制系统中，有代表性的车地移动通信技术主要有以下4种。

（1）基于应答器的点式地对车单向传输方式：主要用于列车位置定位基准，也可以为列车运行控制系统提供点式信息；

（2）基于轨道电路的连续式地对车单向传输方式：在传统的列车运行控制系统中使用，主要有多信息轨道电路和数字编码轨道电路两种方式；

（3）基于GSM-R的连续式地车双向传输方式：在我国和欧洲高速铁路列车运行控制系统中广泛使用；

（4）基于WLAN的连续式地车双向传输方式：在城市轨道交通CBTC（基于通信的列车控制）系统中广泛使用。

CTCS-3级列车运行控制系统使用的GSM-R车地双向传输系统结构如图1-5所示。GSM-R采用单网交织的冗余覆盖方案，由移动交换中心（MSC）、基站控制器（BSC）、基站（BTS）、光传输设备（OTE）、移动终端（MT）、码型转换和速率适配单元（TRAU）等组成。

城市轨道交通CBTC系统使用的WLAN车地无线传输系统结构如图1-6所示。车载无线单元的布置位于列车的车头与车尾，轨旁无线单元的布置使用星型连接方式与无线接入交换机连接。轨旁自由波AP接入点的布置，结合AP场强覆盖参数，按照红蓝网冗余覆盖的原则，并依据线路的情况和工程经验，按照200～250m进行预置。

三、现场总线通信

车载运行控制子系统内部各设备之间主要使用现场总线和列车通信网络两种通信技术，并辅助使用异步串行通信技术。异步串行通信技术常用的物理层接口有RS-422、RS-485、RS-232C，数据链路层多采用面向字符的数据链路控制协议，以简化异步串行通信实现的复杂性；现场总线技术主要使用Profibus总线通信技术，并采用Profisafe安全通信协议；列车通信网络（Train Control Network，TCN）广泛应用于高速铁路的列车总线，国内高速铁路CTCS-3级列控系统车载设备使用的列车通信网络仅局限于MVB总线通信技术。

采用RS-422串行通信总线、Profibus总线和MVB总线的CTCS-3级列车运行控制系统车载设备（即车载运行控制子系统）结构如图1-7所示。Ⅰ系和Ⅱ系的C3主机、智能测速单元、C2主机、应答器传输模块同时使用Profibus总线、MVB总线连接，并通过Profibus总线连接记录单元、网关，MVB总线也连接记录单元、网关，并连接DMI（人机接口）1、DMI2、车载设备和列车的输入输出接口单元。连接Ⅰ系和Ⅱ系C3主机、测速智能单元、C2主机、应答器传输模块的MVB总线也连接速度距离单元1、速度距离单元2、安全输出单元1、安全输出单元2和车载无线传输单元。Ⅰ系和Ⅱ系的C2主机通过RS-422串行通信总线与轨道电路读取器1和轨道电路读取器2连接。