PTC 系統(tǒng)包含大量集成組件，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、有線和無線通信網(wǎng)絡(luò)、鐵路信號系統(tǒng)接口和機(jī)車控制系統(tǒng)，以執(zhí)行列車安全功能。完全解決 PTC 的復(fù)雜性超出了本文的范圍，但在最高級別上，PTC 系統(tǒng)是基于計算機(jī)的系統(tǒng)，用于最大限度地減少駕駛員分心時發(fā)生的人為錯誤。

PTC 是一個總稱，用于在列車開始超出安全運(yùn)行限制的情況下在沒有人為干預(yù)的情況下停止或減速列車的技術(shù)。PTC 系統(tǒng)主要專注于貨運(yùn)鐵路，但也包括在貨運(yùn)軌道上運(yùn)行的客運(yùn)列車的規(guī)定，并且在 2008 年的鐵路安全改進(jìn)法案 （RSIA） 中首次規(guī)定，當(dāng)時正在發(fā)短信的通勤列車操作員遇到紅色信號并撞到頭部-乘坐貨運(yùn)列車。RSIA 2008 規(guī)定客運(yùn)和 I 級鐵路必須在 2015 年底之前部署 PTC，并且系統(tǒng)必須包括針對多種不同情況的規(guī)定，包括避免碰撞、執(zhí)行限速以防止脫軌以及維護(hù)和維護(hù)期間的工人安全措施。修理。

過去，火車運(yùn)營商讀取交通信號的方式與汽車司機(jī)相同：看窗外。后來，一些機(jī)車配備了基于計算機(jī)的儀表板，可在駕駛室內(nèi)顯示信號狀態(tài)信息。如今，有了 PTC，機(jī)車上的計算機(jī)能夠使用 M2M 與路邊計算機(jī)進(jìn)行通信，最重要的是，它們實(shí)際上能夠進(jìn)行控制。盡管當(dāng)今 PTC 系統(tǒng)中的 M2M 實(shí)例（尚未）完全自動化列車運(yùn)行，但它們確實(shí)為操作員不知何故喪失能力的情況提供了安全網(wǎng)。

下面重點(diǎn)介紹 PTC 最近在基礎(chǔ)（路邊）和移動（機(jī)車駕駛室）通信管理器開發(fā)領(lǐng)域所做的努力。使用由 AMTRAK 鐵路在東北走廊部署的時分多址 （TDMA） 通信技術(shù)，PTC 通信管理器分配和管理這些 TDMA 時隙，以控制路邊網(wǎng)絡(luò)和機(jī)車之間的無線電通信。系統(tǒng)級模塊 （SoM） 滿足了通信管理器的要求。

PTC 通信經(jīng)理：需要什么

高級民用速度執(zhí)行系統(tǒng) （ACSES） 是 PTC 的一種實(shí)施，如果操作員未能保持安全運(yùn)行速度，它會根據(jù)永久和臨時速度限制確定安全制動曲線，然后自動減速列車。ACSES 通信管理器的關(guān)鍵要求是它們通過無線電鏈路一致且可靠地傳輸 ACSES 格式的數(shù)據(jù)包，從而在火車和路邊網(wǎng)絡(luò)之間保持一致的通信心跳。如果通信失敗和/或列車操作員未在安全運(yùn)行速度內(nèi)運(yùn)行列車，ACSES PTC 系統(tǒng)將控制機(jī)車并施加制動。

在 PTC 的 ACSES 實(shí)施中，涉及許多高級元素以使遠(yuǎn)程管理成為可能，包括機(jī)車的車載計算機(jī)系統(tǒng)、路邊信號系統(tǒng)、存儲臨時速度限制和其他信息的中央辦公室（運(yùn)營中心），以及連接各個組件的通信網(wǎng)絡(luò)（圖 1）。因此，符合 ACSES 標(biāo)準(zhǔn)的基地和移動通信管理器需要執(zhí)行和管理幾個主要功能，包括：

訪問和打包數(shù)據(jù)以傳輸?shù)?從路邊 PTC 網(wǎng)絡(luò)傳輸

控制 TDMA 列車/路邊無線電通信時間線

在適當(dāng)?shù)臅r間為每個火車到路邊和路邊到火車的通信時隙將數(shù)據(jù)包發(fā)送到無線電

處理從無線電接收到的數(shù)據(jù)包

驗(yàn)證接收數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)完整性并丟棄錯誤傳輸

將接收到的傳輸傳遞到火車的車載計算機(jī)（與機(jī)車的通信）或路邊通信網(wǎng)絡(luò)（來自機(jī)車的通信）

圖 1：高級民用速度執(zhí)行系統(tǒng) （ACSES） 架構(gòu)需要通信管理器來促進(jìn)跨正向列車控制 （PTC） 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。

這些功能需要一個高度可靠的通用微處理器解決方案，該解決方案具有足夠的馬力來組織和控制 TDMA 通信，同時保持與有線路邊網(wǎng)絡(luò)和機(jī)車車載 PTC 計算機(jī)的同步通信。

為 ACSES 基地和移動通信管理器選擇解決方案

為滿足上述 ACSES 要求，Critical Link 采用了基于德州儀器 （TI） OMAP-L138 雙核 ARM-DSP 處理器的 MityDSP-L138F 系統(tǒng)級模塊 （SoM），因?yàn)樗哂辛己玫耐ㄓ糜嬎隳芰Γ恢С?a target="_blank">以太網(wǎng)和串行接口；不依賴主動冷卻；以及經(jīng)過驗(yàn)證的具有類似通信要求的跟蹤記錄應(yīng)用程序，從而顯著減少了開發(fā)時間和風(fēng)險。

為了滿足 ACSES 系統(tǒng)的 TDMA 連接要求，MityDSP-L138F 配備了 Xilinx Spartan-6 FPGA，可實(shí)現(xiàn)高級數(shù)據(jù)鏈路控制 （HDLC） 串行通信，這是一種用于確保設(shè)備到設(shè)備同步的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議連接（圖2）。結(jié)合 ARM 處理器，這為 ACSES 通信管理器提供了強(qiáng)大的處理組合，包括：

列車與路邊 PTC 系統(tǒng)之間無線電鏈路的 TDMA 時間線控制

與列車上和路邊網(wǎng)絡(luò)中的 PTC 設(shè)備進(jìn)行以太網(wǎng)和串行通信

有線和無線 PTC 網(wǎng)絡(luò)上的鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層通信功能

通信管理器硬件的實(shí)時診斷

數(shù)據(jù)記錄

ACSES 通信管理器的另一個重要元素是一種設(shè)計，該設(shè)計包含了可在未來很多年使用的部件。PTC 系統(tǒng)價格昂貴且生命周期長，需要可以制造多年的技術(shù)。因此，可以確保 SoM 的關(guān)鍵組件（例如 TI OMAP-L138F）在很長一段時間內(nèi)都可以從制造商處獲得。

Critical Link 還為 AMTRAK 部署開發(fā)了一個 ACSES 模擬器，用于模擬 PTC 系統(tǒng)內(nèi)多列火車之間的數(shù)據(jù)移動。該模擬器用于分析整個系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)流，突出系統(tǒng)瓶頸和整體吞吐量。該模擬器還支持對來自多個供應(yīng)商的組件進(jìn)行互操作性測試，而無需在現(xiàn)場進(jìn)行測試。

M2M 通信產(chǎn)生影響

PTC 是 M2M 的一個實(shí)例，它有可能直接影響數(shù)百萬依賴火車運(yùn)輸?shù)娜说纳?。我們大多?shù)人在很大程度上看不到它，但它可以而且確實(shí)帶來了挽救生命的前景。數(shù)以千計的 PTC 基地和移動通信單元，每個都包含一個關(guān)鍵鏈路 SoM，正在被部署在東北鐵路走廊。

審核編輯：郭婷