城市轨道交通车辆技术论文

城市轨道交通车辆技术论文

城市轨道交通具有安全、准时、快捷、舒适、环保等优点，已成为解决城市交通问题的根本途径。这是我为大家整理的城市轨道交通工程技术论文，仅供参考!

浅谈城市轨道交通工程技术

摘 要：本文作者结合多年工作和理论研究经验，主要就城市轨道交通工程技术进行了简单探讨，希望对相关从业人员有所助益。

关键词：城市轨道交通;基本类型;建设现状;发展趋势

前言

城市轨道交通具有安全、准时、快捷、舒适、环保等优点，已成为解决城市交通问题的根本途径。经过近二十年的发展，我国城市轨道交通的研究已从建设的必要性、重要性转向技术与管理等具体领域，工程建设也已进入到网络化、区域化与制式多样化的新阶段。因此，有必要对城市轨道交通工程建设的发展趋势和管理予以足够的关注和重视。下面本人结合多年工作和理论研究经验，主要就城市轨道交通的定义、建设现状以及发展趋势和管理等方面浅谈几点看法，仅供同行参考。

1 城市轨道交通概述

1.1城市轨道交通的定义

(1)城市轨道交通是指具有固定线路，铺设固定轨道，配备运输车辆及服务设施等的公共交通设施。在中国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称”。

(2)“城市轨道交通”是一个包含范围较大的概念，在国际上没有统一的定义。一般而言，广义的城市轨道交通是指以轨道运输方式为主要技术特征，是城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轨道交通系统(有别于道路交通)，主要为城市内(有别于城际铁路，但可涵盖郊区及城市圈范围)公共客运服务，是一种在城市公共客运交通中起骨干作用的现代化立体交通系统。

1.2城市轨道交通的作用

⑴城市轨道交通是城市公共交通的主干线，客流运送的大动脉，是城市的生命线工程。建成运营后，将直接关系到城市居民的出行、工作、购物和生活。

⑵城市轨道交通是世界公认的低能耗、少污染的“绿色交通”，是解决“城市病”的一把金钥匙，对于实现城市的可持续发展具有非常重要的意义。

⑶城市轨道交通是城市建设史上最大的公益性基础设施，对城市的全局和发展模式将产生深远的影响。

1.3城市轨道交通的类型

城市轨道交通种类繁多，技术指标差异较大，世界各国标准不一，尚无十分统一的分类标准。一般按运能范围、车辆类型及主要技术特征可分为：有轨电车、地下铁道、轻轨道交通、市郊铁路、单轨道交通、新交通系统、磁悬浮交通七类，在此就不一一介绍了。

2 我国城市轨道交通工程建设现状

近20年来，国内北京、上海、广州等城市的城市轨道交通工程建设规模和技术水平有了较大的进展。近二十年的城市轨道交通建设实践证明，国内在工程建设的许多技术上并不落后。例如：明挖法、盾构法等技术已达到了国际先进水平，大跨度暗挖法隧道施工技术接近了国际领先水平。

2.1在城市轨道交通机械化施工方面与国际先进水平有一定差距。目前，国内城市轨道交通建设所使用的盾构隧道掘进机主要靠进口。

2.2在城市轨道交通专用系统设备方面，诸如：通信、信号、AFC等自动控制系统技术水平与国际相比有一定差距。

2.3在城市轨道交通的技术水平上与发达国家相比存在差距。主要表现在系统集成能力不强，缺乏具有对工程项目管理、设计、咨询、施工、运营进行全过程管理的专业化公司。

2.4在运营管理方面与发达国家相比有较大的差距。主要表现在我国人工较多，自动化、信息化水平较低。正线每公里运营管理人员接近先进国家的两倍。

2.5在城市轨道交通技术创新上国内存在明显不足，尤其在新型交通系统研究与开发方面。

3 城市轨道交通建设的发展趋势

3.1城市轨道交通建设统筹化

目前，国内交通枢纽存在的最严重问题就是乘客换乘不方便，一个主要原因就是技术与管理方面缺乏统筹规划和统一设计。目前，国内一些城市已开展了城市轨道交通线网系统技术标准与方案、车辆段与停车场、主变电站、联络线等综合规划方面的专项研究。

3.2城市轨道交通建设的区域延伸化

目前，国内一些城市在开展中心城区城市轨道交通建设的同时，已着手开展市域城市轨道交通线网规划的编制工作，个别城市已启动了市域城市轨道交通建设。

2.3城市轨道交通工程技术装备国产化

城市轨道交通工程投资规模巨大，而国产化是降低工程投资的重要途径。目前，国内城市轨道交通制造企业通过与国际企业合作进行产品开发与生产，使得企业的核心竞争力得到提高，也降低了城市轨道交通工程的建设成本。然而，国内更应重视对引进技术的消化、吸收和提高，做到自主研发并真正实现国产化，逐步开发研制关键零部件及易损易耗备品，在保证设备的正常运行的条件下，大幅度降低工程成本。

3.4城市轨道交通技术的信息智能化

智能化城市轨道交通系统是高新自动控制技术在城市轨道交通领域的综合体现，它是充分利用信息传输和自动化处理技术，在提高现有交通设施利用率方面发挥着极为重要的作用。目前，国内城市轨道交通机电设备系统技术标准较高，但整体集成水平不高。因此，国内应该开展城市轨道交通安全保障体系研究，综合研制具有高度智能化、集成化的快速事故防范预警系统和安全疏散、救援系统。

3.5城市轨道交通建设的环保节能化

城市轨道交通建设的发展必须重视协调生态建设和资源综合利用等重大问题。建设生态城市对城市轨道交通的有关设施(如风井、出入口、冷却塔等)提出了更高的环境要求。为使城市轨道交通与周围环境融为一体，城市轨道交通应当加强环保与节能研究，技术装备与管理过程中应当协调好安全、环保、节能、低维护之间的关系。此外，在建设集约型社会的要求下，如何节省建设投资及运营成本，也是一项非常重要的任务。

4 城市轨道交通工程建设发展的管理策略

4.1加强宏观领导和管理，成立国家级领导与协调机构，会同规划、技术与运营等部门，协调城市轨道交通发展中的重大技术问题，在引进、消化和吸收国外先进经验的基础上，制定城市轨道交通系统的发展规划及实施计划，明确城市轨道交通发展战略的相关产业政策、技术政策和建设标准，并在适当时机制定相关法规，加强对城市轨道交通建设行业的监督管理和组织协调，促进城市轨道交通建设快速、有序、健康的发展。

4.2加强技术研发，提高产业水平。开展城市快速轨道交通系统成套技术研究，提升我国城市轨道交通的整体技术水平，完成行业技术跨越，打破国外的技术垄断，促进产业发展。城市轨道交通管理部门、研发机构与运营商应就技术开发项目的立项、筹资、研发、鉴定、知识产权管理等密切合作并达成一致性意见，以促进技术开发项目管理有序、高效开展。

4.3促进技术整合并加强协同管理。技术整合是技术创新活动的一种形式，是城市轨道交通发展过程中解决技术创新问题的一种快速有效途径。它是通过系统集成的方法评估、选择适宜的新技术，并将新技术与城市轨道交通现有技术有机地融合在一起，从而推出新产品和新工艺的一种创新方法。技术整合的过程管理注重新旧技术的相融，其核心就是合作各方的协同管理。

4.4加强技术联盟的管理。技术联盟是通过共同的研究开发信念，将联盟内研发人员紧密联系起来。它已成为新技术、新产品研发的最新方式。随着国际化进程的发展，为了完成城市轨道交通中一些高投入的技术研究开发项目，有必要开展国内城市、国外机构或企业联合一起组建技术联盟进行技术研发。

5 结束语

综上所述，城市轨道交通建设应朝着统筹化、区域化、国产化的方向发展，并逐渐建立起信息化的建设管理系统和智能化的运营管理控制系统，从而把国内城市轨道交通工程建设成一种安全、准时、便捷、环保、节能、低维护的新型骨干交通方式。

城市轨道交通工程无缝线路铺设技术的分析

【摘 要】无缝线路不仅是提升轨道结构技术的重要条件，还是高速、重载轨道结构的最优越选择。超长无缝线路铺设的加速扩大，可以将缓冲区进行最大限度降低，甚至于取消。这种情况下对固定区延长十分有利，并能充分发挥无缝线路的优越性，这也是城市轨道交通工程技术发展的必然趋势。本文主要对城市轨道交通工程无缝线路铺设的要求、方式选择及施工工艺进行了分析与研究，以期为城市轨道交通工程事业的发展提供一份力量。

【关键词】城市轨道交通工程 无缝线路 铺设技术 要求 施工工艺 方式选择 长钢轨

无缝线路是指将诸多标准长度钢轨焊接成一定长度的轨条，并在轨枕上铺设的线路。与一般线路相比，无缝线路的优势主要集中在接缝少、列车冲击振动小、运行稳定及舒适等，同时在轨道养护维修成本中起到降低的作用。现阶段无缝线路已经成为轨道结构发展的趋势，是现代化铁路发展的重要方向。自无缝线路铺设后，我国在理论研究、设计、焊接等多个方面都得到了极大的进步。在无缝线路稳定性探究中，通过钢轨厂焊能力的提升与移动式气压焊在大修中的应用，对铝热焊剂质量进行有效改善，并规范了铝热焊工艺，为长钢轨焊接铺设技术的发展提供了可靠的保障。

1无缝线路铺设的要求

1.1 确定长轨条长度

选择轨道铺设技术，必须严格遵循设计规定，充分考虑铁路运输能力、通过能力及承受能力等，并对设计的最高速度、运行速度等进行确定。200米为长轨条最小长度。在自动闭塞设置区段，无缝线路长轨条设计长度为闭塞区间2信号机轨端绝缘之间的距离，根据以下公式计算设计长度：

其中公式表示：

每段无缝线路长轨条设计长度由L长表示

自动闭塞区间2信号机轨端绝缘之间距离由L绝表示

长轨条前端缓冲区长度由L前缓表示

长轨条后端缓冲区长度由L后缓表示

在部分紧张运能区段，为施工无法提供较长的封锁时间时，必须严格遵循施工条件与封锁能力，对长轨条长度进行合理确定。在几个曲线连续的区段，铺设中往往存在2股钢轨长度差导致卡车情况的出现，进而造成封锁时间延误等问题，此时可将长轨条长度减短。

1.2无缝线路对轨道部件的要求

(1)钢轨接头。遵循设计要求，无缝线路钢轨接头应进行轨缝预留，选用10.9级高强度螺栓作为夹板螺栓，并遵循相关要求进行稳固。选用高弹性胶垫作为接头前后6根轨枕材料。捣固钢轨接头工作应在铺设前进行，选用胶接绝缘钢轨接头作为绝缘接头。

(2)轨枕扣件。选用混凝土枕作为无缝线路施工材料(明桥除外)。在铺设后必须对扣件进行适当调整，确保其紧密性。在扣件位置调正过程中，必须将钢轨原始弯曲消除，选用K型分开式扣件作为木桥枕。

(3)道床。道喳填补作业应在铺设道床前进行，并根据设计规定对道床断面进行处理，夯实喳肩。

2 城市轨道交通工程无缝线路铺设技术的选择

2.1 连入法铺设

选用连入法作为超长线路铺设方式时，应通过焊接法焊联长轨条始端和上次铺入的长轨条终端。换言之，在续铺始端，将换轨车龙门引入新旧钢轨，换轨车慢速前行，确保新轨落地后，就可以连入焊接始端，这个过程中，可以同时进行连入与焊接两项工作，并在换车边前行，在终端位置停止，同时利用临时联结器联结新铺入的长轨条终端和线路上的旧轨。一般选用小型气压焊与铝热焊进行连入焊接施工。

2.2 插入法

插入法一般在轨温不符合设计相关规定时使用。这种方式进行长轨条铺设时，可在不同轨温环境中进行铺设，一般遵循分段铺设的原则，将一根缓冲轨插入2单元长轨条内，确保轨温符合施工要求后，进行应力放散。随后拆掉缓冲轨，并将一段焊接轨插入长轨条有孔端，进行终焊施工。通常在温度较低的情况下进行终焊施工，选用拉伸法，进行应力放散施工。

3城市轨道交通工程无缝线路铺设的施工工序

钢轨装卸―运输―焊联―换轨―线路整修与旧轨回收等都是无缝线路铺设的重要的组成部分。选用“分段焊接、分段铺设、线上连焊、交叉放散”的方式进行城市轨道交通工程无缝线路铺设施工。

3.1 长轨运输作业

由负责人在长轨列车出发前确认锁定，对各项设备、装轨情况进行详细检查，确保在车辆限界以下，车钩则位于锁闭状况，避免重车自动开钩问题的出现。运输过程中应降低冲撞的次数，不能选用紧急制动。在列车长刚给上不允许人员站立。一般要将枕木垫加到安全挡之间，尽可能对长轨窜动距离降低。

3.2长钢轨卸车

选用拖卸法进行长钢轨卸车作业。下达调度指令后，机车牵引长轨运输车向指定卸轨点进行运输，车上施工人员在线路指定位置设置地面拉轨轨卡，通过施工人员将另一端连挂到待卸轨卡上，随后以每小时1到2千米的速度由卸轨列车进行牵引施工，在2侧喳肩上将长轨卸除。

3.3 单元轨焊接与锁定焊接施工

单元轨焊接与锁定焊接施工作为城市轨道交通工程无缝线路施工的重要组成部分，只有规范其施工流程，才能提升整体焊接质量。其焊接主要分为以下几个方面：

首先，钢轨端面打磨。端面50厘米范围内钢轨表面杂物应在端面打磨前清理干净，如油污、水锈等。如焊机斜铁卡紧部位轨面污垢较为严重，也需要进行清理。焊端打磨后，其表面为较为光滑，锉刀在打磨施工中，必须具有较高清洁度，不能用手直触。12.5um为其最大粗糙允许值。打磨施工后必须对端面加以保护，确保其不被污染，端面完成后焊接工作必须在30分钟内进行。

其次，对轨迹安装。对2条待焊钢轨进行拨正，在与焊缝相距20米以外指派专人进行目测，确保其焊接的准确性。一般测量都会选用1米的直尺，顶面焊缝位置的拱度必须控制在0.5毫米以下，不能出现向下凹陷的情况，应确保工作边缘的平整性。对齐2轨底角时，如存在偏差，应及时进行调整。 　　再次，点火、焊接。加热时间和定锻压力必须与施工要求相符合，确保表面温度在全压顶锻前在1350摄氏度与1450摄氏度之间。施工中如必须停止焊接施工，应确保顶锻量在6毫米以上，进而提升其压力。问题处理后，需再次进行焊接施工，当顶锻量在6毫米以下，必须将焊缝锯掉，重新进行焊接。

随后，推凸。装刀时间必须控制在10秒以内，当推凸压力在40Mpa以上时，必须将推凸作业停止，改为气割除瘤。正火施工应在焊缝表面温度下降到400摄氏度到500摄氏度之间进行，确保表面温度为850摄氏度与950摄氏度之间时，熄火空冷。

最后，打磨成型。不能有凹下情况出现在焊接缝位置，焊接缝相比相邻轨面高度差必须低于0.2毫米。轨顶测量时，一般选用长度为1米的直尺，中间拱度控制在0.3毫米以下。

3.4 长钢轨换铺施工

选用人工的方式进行长钢轨换铺施工。在龙口位置人口提前将每米60千克的短钢轨进行散布施工，在长轨条接头位置散布无眼夹板。在龙口位置开启砂轮片锯轨机与钻眼机械，新单位轨节始点位置可通过方尺进行确定。并将原有工具轨扣件拆除，在混凝土枕端设置工具轨条。选用人工的方式在槽内放置长钢轨，根据相隔3根轨枕进行1套扣件安装的规定，安排施工人员安装扣件。在线路2侧放置旧轨，并进行回收。换轨施工中，应防止旧轨将轨枕挂带起来。

3.5 道岔施工

充分的准备工作，是道岔施工的重要前提。将拼装平台设置在道岔铺设的基地上，按照道岔设计要求将每根岔枕的位置与岔枕的编号准确画在道岔拼装平台上，随后进行吊装作业，一般选用龙门吊进行施工，并进行临时固定。在道岔组装施工中，应对道岔所有关键点的位置、结构情况进行准确调整，确保其质量符合施工要求后，将道岔分成若干份。因宽度原因，导曲线与岔心部位，将产生导曲线内轨不能与岔枕结合的情况，这种情况的出现对汽车平板分段运输十分有利，随后进行检测，一般选用手推式轨道检测仪或钢轨检测仪等。

4 结语

综上所述，随着社会经济的不断发展，城市轨道交通工程已经成为我国基础建设中的一项重要建设项目，无缝线路轨道铺设施工作为城市轨道交通工程施工中的重要内容，其施工技术水平的高低直接关系着工程的整体质量。施工中应对无缝线路轨道铺设的施工流程加以重视，才能确保城市轨道交通工程的质量。

参考文献：

[1]王欣.城市轨道交通工程无缝线路铺设方法[J].城市轨道交通研究，2005(01).

[2]殷继友.秦沈客运专线跨区间无缝线路铺设综合技术研究[D].中南大学，2007.

城市轨道交通系统论文

城市轨道交通系统论文

城市轨道交通系统是指在城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统。在中国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称”。下面我们来看一下关于城市轨道交通系统的论文吧。

摘要： 介绍了直线电机工作原理和直线电机电动车特点，以及日本利用直线电机的地铁和常导磁悬浮交通系统发展的概况。

关键词：直线电机；城市轨道交通；地铁；磁悬浮；电动车

城市交通在城市的发展过程中愈来愈重要，而城市轨道交通占据突出的位置。由于近年来科学技术的发展和进步，包括地铁、轻轨交通、单轨交通、新交通系统以及磁悬浮交通系统等城市轨道交通的形式变化多样。在改善城市交通的时候，各个城市根据自己城市的具体特点选择交通系统的范围也更宽。安全、舒适、高密度运行，通过引入新技术达到节能，保护环境，降低成本，从结构和性能上采取措施，不断进行改进，保持先进性是城市轨道交通存在的价值。在城市轨道交通系统中，根据车辆的特点，采用直线电机作为驱动电机又提供了一种新的选择。

一、直线电机的工作原理

通常，电动机是旋转型的。定子包围着圆筒形的转子，定子形成磁场，在转子中流过电流，使转子产生旋转力矩。而直线电机则是将两个圆筒形部件展开成平板状，面对面，定子在相应于转子移动的长度方向上延长，转子通过一定的方式被支承起来，并保持稳定，形成转子和定子之间的空隙。

产生推进力的原理与电动机产生力矩的原理一样，在直线电机地铁中，安装在转向架上的直线电动机沿前进方向产生移动磁场。让面对该磁场、安装在地上的反作用板（相当于2次线圈）中通过2次电流（涡电流），由这个2次电流切割磁场产生的力作为反作用力，安装在转向架上的直线电动机得到推进力。

直线电机的基本缺点是很难将定子与转子空隙做成象旋转式电机那么小，旋转式是无限循环的，而直线电动机是有端头的。为此，泄漏磁通多，电气—机械能量转换的效率低，如果要得到相同的输出，逆变器的容量需要比旋转式大。

二、直线电机电动车的特点

在使用旋转式电机的电动车中，一般是通过齿轮减速将旋转力矩转换为列车的牵引力，同时也受到轮轨间粘着的限制。

在直线电机的电动车中，推进力由铺设在钢轨间的反作用板直接传递，所以不受粘着的限制，有可能从滑行和空转产生的各种问题中解脱出来，有利于通过大坡道（最大坡度可达60‰～80‰）和小半径曲线（最小半径为50m）的线路。此外，由于直线电机无转动部件，所以不需要轴承和润滑机构，使之结构简单，延长寿命，这是其最大的特点。

在旋转电动机中，旋转力矩与其直径的平方成正比，所以要得到大的旋转力矩，电动机的'直径就要增大，在直线电机中，这相当于将相应的部分在长度方向延长，而高度方向可以减小。在大型电机中，如果是1级齿轮减速，车轮直径也必须加大；而在直线电机驱动中，则不必如此，所以，可以减小车轮的直径，这将使车辆的地板面的高度降低。

以上的优点就是小断面地铁采用直线电机电动车的理由。

但是，直线电机的效率低，与相同的地铁比，电力的消耗量多，除这个缺点外，上述的优点也有不能充分发挥的时候。因为不受粘着限制，所以在牵引时，线路的坡度可以取大；但是，在制动时，如果电气制动失效，就必须依赖于机械制动，这受粘着控制，所以，线路的坡度又不能太大。此外，由于直线电机是扁平状的设备，车辆地板面的高度可以降低，这时车轮的直径也可以减小。但直径小的车轮磨耗会加快，所以实际上不能太小。由于扁平状直线电机的长度可以加长，所以，一台转向架装一台电机即可，这就是现在的直线电机地铁为全动车编组的理由之一。

三、直线电机电动车在日本的应用和发展

3.1直线电机地铁

在建设地铁的成本中，开凿地下隧道的成本占了很大一块，采用直线电机电动车对降低开凿地下隧道的成本，从而对降低整个地铁的建设成本非常有利。以日本为例，普通地下铁隧道的直径为5.8m，而直线电机地铁隧道的直径为4.0～4.3m，见图1。可以估算，后者隧道工程的开凿量可比前者减少1/3左右，这意味着地铁的成本将大大下降。此外，与旋转电机相比，直线电机的形状平坦，因而可以降低车辆地板面高度和减少整个车辆尺寸，但这并不影响车辆内部的空间，即不会对旅客带来不便。直线电机只是产生车辆的驱动力，车辆仍使用钢制车轮和钢轨作为支承和导向系统。

3.2常导磁悬浮交通系统

直线电机地铁虽然有不少优点，如建设成本低、通过大坡道能力强、转弯曲线半径小、维修少、运行平稳等，并已经在一些城市得到运用，但其载客量少，所以，目前只能作为现有地铁的补充。常导磁悬浮交通系统与现行的铁道相比是全新的交通系统，其所具有的优点将会使之在城市轨道交通系统中占有一席之地。随着科学技术的进步，直线电机以及它在地铁与其他方面的应用都会有良好的发展前景。

参考文献：

1 事务局 リニア地下铁车辆机械ソヮンポイント·レッスン讲座69Rm2001.2

2 长野秀洋 常电导磁气浮上式交通システムHSSTの最近の动向についJREA2001

城市轨道交通的论文

城市轨道交通的论文

城市轨道交通是城市公共交通的骨干，具有节能、省地、运量大、全天候、无污染（或少污染）又安全等特点，属绿色环保交通体系，特别适应于大中城市。下面我们来讨论一下城市轨道交通的论文吧。

一、TD-LTE主要技术优势

目前,国内已建成的轨道交通信号系统车地通信和PIS车地通信采用802.11标准的无线局域网传输技术。专用无线调度广泛应用窄带无线数字集群技术,TETRA就是典型的代表。TD-LTE技术相比WLAN+TETRA网络具有众多的优势,更适合轨道交通多业务宽带无线通信承载。

1.1抗干扰能力强

从工作频段的情况来看,国内主流的WLAN采用的是2.4GMHz、共计80MHz的带宽,每个信道的带宽为22MHz,完全不重叠的信号仅有3个。这意味着在隧道区间内AP有效的覆盖距离仅有200m左右,故地铁采用WLAN+TETRA技术实现CBTC、专用无线调度及PIS系统显然会对安全运营带来不确定的因素。相比WLAN网络,LTE有着完善的抗干扰技术,采用正交频分复用技术即OFDM具有完善的'编码、重传和IRC(干扰抑制合并)机制,拥有毫秒级的调度机制,可根据干扰情况动态调度资源。

1.2传输速率较高

较高的传输速率,可满足高速移动及大容量网络传输的要求。802.11b采用2.4GHz频段,可支持11Mbit/s的共享接入速率;802.11a工作在5.8GHz频段,其速率高达54Mbit/s。但是,在快速移动下,系统需要很大的控制信息开销来克服由于移动带来的频移、衰落等,不能很好地满足移动的要求。TETRA满足语音通信和28.8Kbit/s的无线数据传输需求,但是面对着越来越多的视频信息等传输需求,窄带无线集群技术已经不能胜任。LTE在20MHz频谱带宽上能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率,能够为350km/h高速移动用户提供接入服务,并同步支持语音、视频、数据传输,完全可与PIS、信号车地无线共享网络。

1.3网络结构简单

LTE以分组域业务为主要目标,取消了电路交换域,趋近于典型的IP宽带网结构,意味着网络架构与目前WLAN类似。LTE结构简单,维护方便,系统时延较小。同时,无线融合技术方案取代了各系统分设的大量的区间设备,能够净化安装空间。

1.4QoS保证

WLAN二元安全架构对应3个物理实体,AP无独立身份,易受攻ji,无法保证安全。LTE拥有9级QoS算法,带宽基于业务需求按需分配,在与PIS、无线列调等系统共用网络时,可以最大程度地保证CBTC带宽需求。

1.5技术日渐成熟,商业化程度也较高

LTE网络已经在全球应用,中国移动率先在中国部署LTE网络提供公众服务,国内主要LTE供货商均可提供成熟可靠的产品。采用LTE技术,尤其是采用具有完全知识产权的TD-LTE无线宽带集群技术,将是我国城市轨道交通车地无线系统融合的最重要选择。

二、轨道交通各系统的功能需求

2.1专用无线调度系统

采用专用无线调度,实现了轨道交通固定用户与移动用户之间的语音、数据信息、视频信息及附属网管信息的传输和交换。专用无线调度分为了行车调度、维修调度、环控调度及车辆段/停车场无线调度4个部分。按照一个TD-LTE小区并发10路无线通话考虑,包括选呼、组呼、全叫和紧急呼叫的任何一种呼叫形式,每路呼叫带宽需要32Kbit/s,10路并发需要320Kbit/s,同时在一个小区内要有1~2路的视频通话,传输的带宽按照384Kbit/s考虑。

2.2乘客信息系统

PIS车地无线通信主要指控制中心向运营车辆下发一些视频和各类文本信息等,为下行业务。在列车正常运营情况下,每列车可接收1路高清晰数字视频信息,视频编码采用MPEG-2、MPEG-4或H.264格式,每路占用带宽一般为4~6Mbit/s。

2.3列车视频监视

列车视频监视业务主要指运营车辆将列车内实时视频监控图像传输至控制中心,为上行业务。在列车正常运营情况下,轨道交通内的运营人员以及地铁公安分局人员,利用视频监视等设备接收、观看列车内实时视频监控图像,图像的压缩格式宜采用MPEG-4或H.264等。一般情况下,每节车厢内设置2台摄像机,首尾司机室各设置1台摄像机。6辆编组列车共14路视监视频信息,控制中心根据需要可实时随意调看其中2~4路图像,每列车通过无线系统将图像信息上传至车站,再经主干网络传到控制中心。按每路视频图像占带宽1.5Mbit/s考虑,视频业务需要6Mbit/s以上带宽。

2.4信号系统车地通信

信号系统的车地通信可以保证列车和乘客安全,是实现列车运行高效、指挥管理有序的手段。信号系统具有安全性高、通过能力强、较好的抗干扰能力、可靠性高、自动化程度高、限界条件苛刻等特点,其车地通信主要为CBTC业务,系统需要占用100Kbit/s的上下行带宽。

2.5车辆检测信息及列车FAS信息

能为传送列车车辆内部温度、烟度、有害气体浓度和列车轴温、实时车速等环境信息提供通道,以便中心对列车进行监控;信息传输需要带宽不超过200Kbit/s。提供列车FAS火灾告警信息的传输通道,满足中心对列车火灾信息的监控。信息传输需要带宽不超过100Kbit/s。各业务实时性及带宽需求。在列车高速运行的情况下,车地无线系统要保证无线网络的带宽(下行大于8Mbit/s、上行带宽大于7Mbit/s),以满足运营指挥的需要。基于目前主流LTE设备技术情况,需申请10MHz以上专用频段(含保护频段),才能满足上述车地无线业务的需要。此外,通过LTE系统提供的宽带无线环境,在带宽允许的情况下,还可支持未来各类无线业务的扩展。例如,实现各类专用移动终端的无线通信业务,包括维修系统的无线维修终端、综合监控系统的无线监控终端等,保证各类业务的终端灵活化,满足现场维修、监控、指挥等业务需求。

三、TD-LTE解决方案

基于TD-LTE技术的城市轨道交通无线通信系统融合解决方案应用网络架构。整个应用系统依场所设置分为3个子系统,分别为控制中心子系统、车站/车辆段及停车场子系统、车载子系统。下面分别简要论述3个子系统组成及功能。

3.1控制中心子系统

控制中心子系统是该融合解决方案专用系统的核心,主要包括LTE核心网设备、无线调度业务服务器DSS,信号系统ATS服务器、CCTV和PIS等业务应用服务器、网络管理系统(含网管终端及打印机等)及TD-LTE基站设备等。TD-LTE基站设备用以实现控制中心的室内覆盖,TD-LTE核心网EPC向上和各类业务控制平台CCTV中心、PIS系统、信号系统等连接,无线调度业务服务器DSS可提供专业的无线集群调度业务。同时,在控制中心调度大厅,设置行车调度、防灾调度、维修调度台及录音设备等。

3.2车站/车辆段及停车场子系统

车站内主要安装TD-LTE基站设备,包括BBU、RRU。基站设备可以实现本车站的站内覆盖,也可以通过漏泄同轴电缆对线路区间进行覆盖,并可以通过RRU实现拉远覆盖。在沿线各车站值班员处设置车站固定电台,给移动作业人员配备便携台。在车辆段及停车场通信机房内设BBU,RRU设备和天线均安装于机房楼顶的天线杆塔上,对于封闭空间等弱场区需增加RRU进行覆盖。在车辆段/停车场信号楼内设置行车调度台,在检修库内的运转排班室内设置运转调度台。另外,给车辆段/停车场的移动作业人员配备便携台。

3.3车载子系统

车载子系统布置在每列车前后的司机车室内,为司机提供专业的无线集群调度通信。集群车载台采用与TAU共用车载天线的方式。TD-LTE车载终端(TAU)部署在列车编组的前后司机车厢内,其车载天线安装在司机车厢外侧,并尽量保证与泄漏保持视距,TAU通过以太网接口与车内交换机连接,实现TAU与车内数据业务的信息交互;车内采用以太网环形组网,各车厢通过车载交换机互联。车厢内的闭路电视监控信号通过TAU、经LTE上行回传到控制中心,PIS的流媒体信息则通过TAU、经LTE下行传送到车内的PIS车载服务器上。单列编组前后司机车厢各部署一套TAU,两套TAU以主备方式工作。

四、结语

城市轨道交通无线通信系统承载着语音、视频、数据等多种业务,随着线网和用户需求的增多,专网通信从窄带、独立设置的无线通信向着各业务融合一体的宽带无线通信网发展成为技术发展的趋势;TD-LTE技术方案作为城市轨道交通车地无线综合平台是可行的,将成为发展的主流方案。同时,为了保证轨道交通无线通信的安全性和可靠性,拟采用TD-LTE无线通信承载网的轨道交通建设城市需尽早进行专用无线频段的申请,以便为今后业务的实施及拓展创造有利条件。