PTC 系統(tǒng)包含大量集成組件，包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、有線和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、鐵路信號(hào)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(jí)別上，PTC 系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，用于最大限度地減少駕駛員分心時(shí)發(fā)生的人為錯(cuò)誤。

PTC 是一個(gè)總稱，用于在列車開(kāi)始超出安全運(yùn)行限制的情況下在沒(méi)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(shí)正在發(fā)短信的通勤列車操作員遇到紅色信號(hào)并撞到頭部-乘坐貨運(yùn)列車。RSIA 2008 規(guī)定客運(yùn)和 I 級(jí)鐵路必須在 2015 年底之前部署 PTC，并且系統(tǒng)必須包括針對(duì)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(guò)去，火車運(yùn)營(yíng)商讀取交通信號(hào)的方式與汽車司機(jī)相同：看窗外。后來(lái)，一些機(jī)車配備了基于計(jì)算機(jī)的儀表板，可在駕駛室內(nèi)顯示信號(hào)狀態(tài)信息。如今，有了 PTC，機(jī)車上的計(jì)算機(jī)能夠使用 M2M 與路邊計(jì)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(dòng)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(dòng)（機(jī)車駕駛室）通信管理器開(kāi)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(shí)分多址 （TDMA） 通信技術(shù)，PTC 通信管理器分配和管理這些 TDMA 時(shí)隙，以控制路邊網(wǎng)絡(luò)和機(jī)車之間的無(wú)線電通信。系統(tǒng)級(jí)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(jí)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(huì)根據(jù)永久和臨時(shí)速度限制確定安全制動(dòng)曲線，然后自動(dòng)減速列車。ACSES 通信管理器的關(guān)鍵要求是它們通過(guò)無(wú)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(dòng)。

在 PTC 的 ACSES 實(shí)施中，涉及許多高級(jí)元素以使遠(yuǎn)程管理成為可能，包括機(jī)車的車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、路邊信號(hào)系統(tǒng)、存儲(chǔ)臨時(shí)速度限制和其他信息的中央辦公室（運(yùn)營(yíng)中心），以及連接各個(gè)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(dòng)通信管理器需要執(zhí)行和管理幾個(gè)主要功能，包括：

訪問(wèn)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(wú)線電通信時(shí)間線

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

處理從無(wú)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(cuò)誤傳輸

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

圖 1：高級(jí)民用速度執(zhí)行系統(tǒng) （ACSES） 架構(gòu)需要通信管理器來(lái)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(gè)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(lái)組織和控制 TDMA 通信，同時(shí)保持與有線路邊網(wǎng)絡(luò)和機(jī)車車載 PTC 計(jì)算機(jī)的同步通信。

為 ACSES 基地和移動(dòng)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(jí)模塊 （SoM），因?yàn)樗哂辛己玫耐ㄓ糜?jì)算能力；支持以太網(wǎng)和串行接口；不依賴主動(dòng)冷卻；以及經(jīng)過(guò)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(kāi)發(fā)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)。

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(jí)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(wú)線電鏈路的 TDMA 時(shí)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(wú)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(shí)診斷

數(shù)據(jù)記錄

ACSES 通信管理器的另一個(gè)重要元素是一種設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)包含了可在未來(lái)很多年使用的部件。PTC 系統(tǒng)價(jià)格昂貴且生命周期長(zhǎng)，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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都可以從制造商處獲得。

Critical Link 還為 AMTRAK 部署開(kāi)發(fā)了一個(gè) 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(dòng)。該模擬器用于分析整個(gè)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(duì)來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商的組件進(jìn)行互操作性測(cè)試，而無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。

M2M 通信產(chǎn)生影響

PTC 是 M2M 的一個(gè)實(shí)例，它有可能直接影響數(shù)百萬(wàn)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(lái)了挽救生命的前景。數(shù)以千計(jì)的 PTC 基地和移動(dòng)通信單元，每個(gè)都包含一個(gè)關(guān)鍵鏈路 SoM，正在被部署在東北鐵路走廊。

審核編輯：郭婷