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摘要：本文对地铁CBTC系统组成进行简要介绍，并在分析无线设备工作原理的基础上，提出无线系统的故障处理，对保障地铁CBTC系统安全可靠的运行有重要意义。
关键词：CBTC系统；无线系统；故障处理；
中图分类号：U226.8+1 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
地铁信号系统随着需求和科技的逐步提升，不断走向成熟。目前，地铁控制系统集成化成为发展的潮流，高速发展的移动通讯技术为其提供了可能。德国西门子、瑞典庞巴迪及美国USSI等公司均利用移动通信技术研制出了集成化列车控制系统—简称CBTC，该系统目前在城市轨道交通中已广泛应用。在这样的背景下，如何保障CBTC系统无故障运行或者及时应对故障现象显得尤为重要。
2 CBTC系统简介及工作原理
目前在世界范围内，轨道交通所能利用的最先进的轨道交通通信技术，就是基于无线通信的列车控制CBTC系统。该系统可利用无线通信原理对列车位置进行准确定位，并对列车实现实时控制。列车行驶中的安全距离可由CBTC系统确定，双向通信保证了对列车运行监控的实时性，兼顾了安全和灵活性，使列车以更短的车间距运行[2]。CBTC系统的功能：在一定区间内，一个CBTC系统内的安全处理器使用同一个数据库，对系统进行调度和列车运行管理。
2.1 无线系统设备组成
2.1.l 车载无线系统
CBTC车载设备主要为车头尾两个互为冗余的列车单元TU，列车自动防护（ATP）以及列车自动驾驶ATO，为了提高带宽，每个TU单元包含两个无线网卡，一对天线被两个网卡共同使用，指向列车的行驶方向。具体模块包括：车载安全计算机、无线传输模块、数据记录模块、速度传感器模块、应答器传输模块、人机界面及专用传输模块等。在CBTC系统运行的过程中，通过对轨道应答器的探测，探测应答器间行程来提取信息，保证地面信息实时的传输进入系统内部，系统根据这些信息在数据库中查找，对列车位置进行定位，列车上的车载控制器通过使用双向车地无线电通信向轨旁CBTC设备报告列车的位置，并利用轨旁单元的移动授权信息，建立速度—距离模式曲线，实现列车的超速防护、车门监督、完整性检查、退行防护等多种功能。
2.1.2 轨旁无线系统
轨旁无线系统包含的相关部分为轨旁线服务器、轨旁多重光纤环、轨旁主要交换机、轨旁无线接人点、熔纤盒以及轨旁天线等。在轨旁系统运行过程中，由两台工业级服务器组成轨旁无线服务器，均采用对应级别的冗余配置。轨旁ATP系统通过轨旁以太网实现与外部的信息交换，两台模块化千兆网交接机构成了轨旁交换机。光缆、熔纤盒和环网接入变换机共同构成了光纤环网。加密模块、无线网卡、主板等相关模块共同构成了轨旁接入点。以定向天线作为轨旁天线进行信息的收发介质，天线分集覆盖的区间分为两个方向，覆盖的实际距离足够长，最终实现区间冗余双覆盖。
综上，轨旁无线系统主要完成：（1）接收轨旁单元(信号机、联锁条件)的状态；（2）接收列车的位置报告；（3）计算每辆列车移动授权。
2.2无线系统的工作原理
2.2.1地-车通信
通过总线，轨旁无线系统与轨旁ATP系统实现信息的交换，传送列车定位信息以及接收相应报文，如轨旁ATP系统的列车控制报文。 根据内部数据库的动态信息，无线服务器将列车控制报文重新打包，并对相关的路由信息进行添加。主要交换机作为一个转接点来向光纤环网传送数据，通过无线传输的方式，提供列车需要的列车控制信息。在保证系统稳定的前提下，根据列车控制信息对列车运行进行有效控制[5]。
2.2.2车-地通信
通过地面的应答器和应答器的天线，对数据库中相应地址的数据信息进行通信。列车车载系统综合三方面因素，分别为车载数据库、应答器信息、连续的速度值测量对列车进行准确定位。轨旁无线系统從车载无线系统接收列车的定位信息。
3 无线系统故障处理
主要表现而出的无线系统故障为车地间通信的中断，导致列车降级并紧急制动。信号干扰和设备故障为造成通信中断的两种主要原因。
3.1 信号干扰
某地地铁采用标准化对无线系统进行设计，根据IEEE802.11b/g将其工作频率设定在2GHz到3GHz范围的内部。虽然为了应对信号干扰已采用了不同方式，但是无线电系统仍会接收到不同程度的外界干扰。通过对该地地铁的分析，其包含三种环境，分别为高架、隧道、地面。统计分析这三种环境下的故障数据，可发现无线通信故障约95%发生在高架和地面。因此通过添加滤波器有效的预防信号干扰，从而增强无线通信的可靠性。
3.2 设备故障
设备工作性能的降低多由设备故障引起，进而导致信号接收困难及信号质量不佳等现象，严重时会造成车地间中断通信，列车进行紧急制动并且降级。这种类型的故障主要分为车载设备故障和轨旁设备故障。
3.2.1车载设备故障
单个单元的车载故障可通过车载设备的冗余配置来解决。若故障出现在HMI系统，列车仍以ATO模式运行；若ATO包括兀余单儿在内的的单元都无法正常工作，列车以SM的模式运行；若ATP系统故障，可将其切除，司机可根据调度员指挥以RM模式驾驶列车。同时车载系统实现了列车运行过程中快速定位，雷达测速以及应答器的应用保证了其准确性。如果出现异常，无法测速或者读取到无效的数据信息，这样就导致列车定位信息的缺失，列车进行紧急制动并且降级。所以保证车载设备中测速系统和正常工作时应答器天线正常读取信息非常重要。 在无线网络车载中无线网卡中使用中，一些模块会出现功率小将，进而对无线信号传输造成不良影响。因此，需要不断的定期测试无线网卡功率，保证其良好的工作性能，进而将故障率降低。
3.2.2 轨旁设备故障
轨旁无线系统包含的相关部分为轨旁线服务器、轨旁多重光纤环、轨旁主要交换机、轨旁无线接人点、熔纤盒以及轨旁天线等。根据所发生的现场故障情况，轨旁主要交换机、轨旁无线接人点比较容易发生故障。根据交换机的类型，尾纤接头采用Sc或者Lc接头，无论采用何种类型接头，大多数情况下都是在室内的环境中使用。在室外易受室外温湿度的影响，导致接头破损，从而影响设备的正常使用。作为电子单元的无线网卡和接人点主板，容易在环境影响下产生性能降低的现象，导致信号场强覆盖减弱，无法正常完成通信，列车紧急制动降级。在长期的测试过程中，隧道内无线网卡的功率基本上都可满足要求，而高架环境中需要定期的进行测试更换。
(1)室内设备故障。
若故障出现在单个接口模块上，如INOM、POM、SOM模块，只会影响当前建立的进路或者单元本身。可替换维修或者重启后即可解决。
(2)室外设备故障
若故障出现在转辙机，对当前建立的进路以及单元本身产生影响．通过加岔道钩锁器等措施可解决问题；若故障出现在信号机．产生报警信息，但列车正常运行；若故障出现在计轴设备，产生报警信息，但列车正常运行，可通过计轴预复位解决。
(3)轨旁控制计算机WCU故障
设计时使用三取二冗余，若故障出现在单十通道，列车正常运行；如果冗余通道失去效用，列车若位于ATP控制区域内，列车将停车，列车按人工驾驶RM模式运行到下一站，并行驶在站间闭塞模式下。由于分布式配置轨旁ATP，因此故障只对一小部分产生影响，故障处理可较为迅速。
5 结语
本文首先对CBTC系统进行了简要的介绍，然后分析了无线系统设备组成及工作原理，在明晰了系统工作流程后提出无线系统可能发生故障的几个方面，有针对性的提出相应的应对措施，对于地铁系统中CBTC系统的故障快速定位及排除有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1] 冯丽娟.CBTC系统车载信号常见故障分折[J].现代城市轨道交通,2011,(2):39-42.
[2] 赵晓峰.无线CBTC信号系统工作模式分析[J].城市轨道交通研究,2012,15(5):103-105,113.
[3] 苗玲玉,刘畅,韩光坤等.基于通信的列车控制系统安全性探讨[J].城市轨道交通研究,2010,13(12):50-53.
[4] 穆瑞琦,王丹,范红梅等.基于故障注入的CBTC车载测试技术研究[J].铁道通信信号,2010,46(8):43-45,63.
[5] 肖彦博.谈城轨交通CBTC系统故障归类及其设计应对策略[J].现代城市轨道交通,2011,(3):12-14.
[6] 肖彦博.南京地铁二号线无线系统介绍及故障处理[J].科技信息,2011,(35):91,115.
关键词：CBTC系统；无线系统；故障处理；
中图分类号：U226.8+1 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
地铁信号系统随着需求和科技的逐步提升，不断走向成熟。目前，地铁控制系统集成化成为发展的潮流，高速发展的移动通讯技术为其提供了可能。德国西门子、瑞典庞巴迪及美国USSI等公司均利用移动通信技术研制出了集成化列车控制系统—简称CBTC，该系统目前在城市轨道交通中已广泛应用。在这样的背景下，如何保障CBTC系统无故障运行或者及时应对故障现象显得尤为重要。
2 CBTC系统简介及工作原理
目前在世界范围内，轨道交通所能利用的最先进的轨道交通通信技术，就是基于无线通信的列车控制CBTC系统。该系统可利用无线通信原理对列车位置进行准确定位，并对列车实现实时控制。列车行驶中的安全距离可由CBTC系统确定，双向通信保证了对列车运行监控的实时性，兼顾了安全和灵活性，使列车以更短的车间距运行[2]。CBTC系统的功能：在一定区间内，一个CBTC系统内的安全处理器使用同一个数据库，对系统进行调度和列车运行管理。
2.1 无线系统设备组成
2.1.l 车载无线系统
CBTC车载设备主要为车头尾两个互为冗余的列车单元TU，列车自动防护（ATP）以及列车自动驾驶ATO，为了提高带宽，每个TU单元包含两个无线网卡，一对天线被两个网卡共同使用，指向列车的行驶方向。具体模块包括：车载安全计算机、无线传输模块、数据记录模块、速度传感器模块、应答器传输模块、人机界面及专用传输模块等。在CBTC系统运行的过程中，通过对轨道应答器的探测，探测应答器间行程来提取信息，保证地面信息实时的传输进入系统内部，系统根据这些信息在数据库中查找，对列车位置进行定位，列车上的车载控制器通过使用双向车地无线电通信向轨旁CBTC设备报告列车的位置，并利用轨旁单元的移动授权信息，建立速度—距离模式曲线，实现列车的超速防护、车门监督、完整性检查、退行防护等多种功能。
2.1.2 轨旁无线系统
轨旁无线系统包含的相关部分为轨旁线服务器、轨旁多重光纤环、轨旁主要交换机、轨旁无线接人点、熔纤盒以及轨旁天线等。在轨旁系统运行过程中，由两台工业级服务器组成轨旁无线服务器，均采用对应级别的冗余配置。轨旁ATP系统通过轨旁以太网实现与外部的信息交换，两台模块化千兆网交接机构成了轨旁交换机。光缆、熔纤盒和环网接入变换机共同构成了光纤环网。加密模块、无线网卡、主板等相关模块共同构成了轨旁接入点。以定向天线作为轨旁天线进行信息的收发介质，天线分集覆盖的区间分为两个方向，覆盖的实际距离足够长，最终实现区间冗余双覆盖。
综上，轨旁无线系统主要完成：（1）接收轨旁单元(信号机、联锁条件)的状态；（2）接收列车的位置报告；（3）计算每辆列车移动授权。
2.2无线系统的工作原理
2.2.1地-车通信
通过总线，轨旁无线系统与轨旁ATP系统实现信息的交换，传送列车定位信息以及接收相应报文，如轨旁ATP系统的列车控制报文。 根据内部数据库的动态信息，无线服务器将列车控制报文重新打包，并对相关的路由信息进行添加。主要交换机作为一个转接点来向光纤环网传送数据，通过无线传输的方式，提供列车需要的列车控制信息。在保证系统稳定的前提下，根据列车控制信息对列车运行进行有效控制[5]。
2.2.2车-地通信
通过地面的应答器和应答器的天线，对数据库中相应地址的数据信息进行通信。列车车载系统综合三方面因素，分别为车载数据库、应答器信息、连续的速度值测量对列车进行准确定位。轨旁无线系统從车载无线系统接收列车的定位信息。
3 无线系统故障处理
主要表现而出的无线系统故障为车地间通信的中断，导致列车降级并紧急制动。信号干扰和设备故障为造成通信中断的两种主要原因。
3.1 信号干扰
某地地铁采用标准化对无线系统进行设计，根据IEEE802.11b/g将其工作频率设定在2GHz到3GHz范围的内部。虽然为了应对信号干扰已采用了不同方式，但是无线电系统仍会接收到不同程度的外界干扰。通过对该地地铁的分析，其包含三种环境，分别为高架、隧道、地面。统计分析这三种环境下的故障数据，可发现无线通信故障约95%发生在高架和地面。因此通过添加滤波器有效的预防信号干扰，从而增强无线通信的可靠性。
3.2 设备故障
设备工作性能的降低多由设备故障引起，进而导致信号接收困难及信号质量不佳等现象，严重时会造成车地间中断通信，列车进行紧急制动并且降级。这种类型的故障主要分为车载设备故障和轨旁设备故障。
3.2.1车载设备故障
单个单元的车载故障可通过车载设备的冗余配置来解决。若故障出现在HMI系统，列车仍以ATO模式运行；若ATO包括兀余单儿在内的的单元都无法正常工作，列车以SM的模式运行；若ATP系统故障，可将其切除，司机可根据调度员指挥以RM模式驾驶列车。同时车载系统实现了列车运行过程中快速定位，雷达测速以及应答器的应用保证了其准确性。如果出现异常，无法测速或者读取到无效的数据信息，这样就导致列车定位信息的缺失，列车进行紧急制动并且降级。所以保证车载设备中测速系统和正常工作时应答器天线正常读取信息非常重要。 在无线网络车载中无线网卡中使用中，一些模块会出现功率小将，进而对无线信号传输造成不良影响。因此，需要不断的定期测试无线网卡功率，保证其良好的工作性能，进而将故障率降低。
3.2.2 轨旁设备故障
轨旁无线系统包含的相关部分为轨旁线服务器、轨旁多重光纤环、轨旁主要交换机、轨旁无线接人点、熔纤盒以及轨旁天线等。根据所发生的现场故障情况，轨旁主要交换机、轨旁无线接人点比较容易发生故障。根据交换机的类型，尾纤接头采用Sc或者Lc接头，无论采用何种类型接头，大多数情况下都是在室内的环境中使用。在室外易受室外温湿度的影响，导致接头破损，从而影响设备的正常使用。作为电子单元的无线网卡和接人点主板，容易在环境影响下产生性能降低的现象，导致信号场强覆盖减弱，无法正常完成通信，列车紧急制动降级。在长期的测试过程中，隧道内无线网卡的功率基本上都可满足要求，而高架环境中需要定期的进行测试更换。
(1)室内设备故障。
若故障出现在单个接口模块上，如INOM、POM、SOM模块，只会影响当前建立的进路或者单元本身。可替换维修或者重启后即可解决。
(2)室外设备故障
若故障出现在转辙机，对当前建立的进路以及单元本身产生影响．通过加岔道钩锁器等措施可解决问题；若故障出现在信号机．产生报警信息，但列车正常运行；若故障出现在计轴设备，产生报警信息，但列车正常运行，可通过计轴预复位解决。
(3)轨旁控制计算机WCU故障
设计时使用三取二冗余，若故障出现在单十通道，列车正常运行；如果冗余通道失去效用，列车若位于ATP控制区域内，列车将停车，列车按人工驾驶RM模式运行到下一站，并行驶在站间闭塞模式下。由于分布式配置轨旁ATP，因此故障只对一小部分产生影响，故障处理可较为迅速。
5 结语
本文首先对CBTC系统进行了简要的介绍，然后分析了无线系统设备组成及工作原理，在明晰了系统工作流程后提出无线系统可能发生故障的几个方面，有针对性的提出相应的应对措施，对于地铁系统中CBTC系统的故障快速定位及排除有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1] 冯丽娟.CBTC系统车载信号常见故障分折[J].现代城市轨道交通,2011,(2):39-42.
[2] 赵晓峰.无线CBTC信号系统工作模式分析[J].城市轨道交通研究,2012,15(5):103-105,113.
[3] 苗玲玉,刘畅,韩光坤等.基于通信的列车控制系统安全性探讨[J].城市轨道交通研究,2010,13(12):50-53.
[4] 穆瑞琦,王丹,范红梅等.基于故障注入的CBTC车载测试技术研究[J].铁道通信信号,2010,46(8):43-45,63.
[5] 肖彦博.谈城轨交通CBTC系统故障归类及其设计应对策略[J].现代城市轨道交通,2011,(3):12-14.
[6] 肖彦博.南京地铁二号线无线系统介绍及故障处理[J].科技信息,2011,(35):91,115.