地鐵時鐘GPS信號多路共用研究分析

張雅莉

【摘要】 地鐵時鐘系統(tǒng)為調(diào)度控制中心調(diào)度員、車站值班員、各部門工作人員及乘客提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時間信息，為地鐵通信系統(tǒng)及其它專業(yè)系統(tǒng)（ATS、AFC、ISCS、SCADA等）提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時間信號，以供設(shè)備準(zhǔn)確追時，統(tǒng)一運行標(biāo)準(zhǔn)。地鐵時鐘系統(tǒng)普遍采用GPS作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘源，GPS信號的采用為保證系統(tǒng)運行計時準(zhǔn)確、提高運營服務(wù)質(zhì)量起著重要的作用。由于地鐵運行的環(huán)境特殊，常常需要多條線路共用一路GPS信號，以達到標(biāo)準(zhǔn)時間統(tǒng)一的目的。

【關(guān)鍵詞】 時鐘系統(tǒng) GPS 運營服務(wù)

引言：時鐘子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時間來源于GPS，并使用該時間信號對系統(tǒng)各級設(shè)備進行逐級校時。當(dāng)中央GPS接收故障時，需使用其他外部時鐘信號源為既有線路提供GPS信號，保障地鐵準(zhǔn)時定點、高效安全運營。

一、GPS

利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS。GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導(dǎo)航信。

二、時鐘系統(tǒng)

廣州地鐵時鐘系統(tǒng)一般采用中心一級母鐘和車站、車輛段二級母鐘兩級組網(wǎng)方式設(shè)置。中心一級母鐘設(shè)備接收GPS/北斗標(biāo)準(zhǔn)時間信號，產(chǎn)生精確的同步時間碼，通過傳輸通道向各車站和車輛段的二級母鐘傳送，統(tǒng)一校準(zhǔn)二級母鐘。

1、一級母鐘。中心一級母鐘設(shè)在控制中心，其中高穩(wěn)晶振工作鐘模塊采用主備用方式，主備工作鐘能自動和手動倒換且人工調(diào)整時間。時鐘系統(tǒng)的設(shè)置對保證地鐵運行計時準(zhǔn)確、提高運營服務(wù)質(zhì)量起著重要的作用。

2、二級母鐘。車站/車輛段時鐘系統(tǒng)由二級母鐘（含輸入接口）和子鐘等設(shè)備構(gòu)成。二級母鐘設(shè)于各車站/車輛段通信設(shè)備室內(nèi)，用于接收一級母鐘的校時信號，并驅(qū)動本站的子鐘。

3、同步網(wǎng)。同步網(wǎng)是現(xiàn)代通信網(wǎng)運行的支持系統(tǒng)之一，為地鐵范圍內(nèi)所有需定時設(shè)備的時鐘（或載波）提供同步控制信號。在這個通信網(wǎng)內(nèi)任何兩個數(shù)字交換設(shè)備的時鐘速率差超過一定數(shù)值時，會使接收信號交換機的緩沖存儲器讀、寫時鐘有速率差，當(dāng)這個差值超過某一定值時就會產(chǎn)生滑碼、以致造成接收數(shù)字流的誤碼或失步。換句話而言在地鐵范圍內(nèi)若數(shù)字流誤碼失步較大，可能會引起時間偏差進而影響運營。

為保證地鐵正常運營，同步網(wǎng)的基準(zhǔn)時鐘同步是重要條件之一，其中時鐘同步是同步網(wǎng)必不可少的重要組成部分，是通信系統(tǒng)正常運行的質(zhì)量保證。

三、時鐘在地鐵系統(tǒng)中的重要作用

地鐵時鐘系統(tǒng)不僅為控制中心、車站、列車司機等提供標(biāo)準(zhǔn)時間，通過RS422接口與子鐘相連實現(xiàn)功能，同時通過TCP/IP協(xié)議處理時鐘源信號，并通過信號介質(zhì)傳輸至其他系統(tǒng)提供同步基準(zhǔn)的定時信號。

四、時鐘系統(tǒng)多路共用原理

4.1組成介紹

時鐘系統(tǒng)由設(shè)置在控制中心的中心一級母鐘、沿線車站及車輛段的二級母鐘和子鐘、連接中心一級母鐘和二級母鐘的傳輸通道以及必要的系統(tǒng)網(wǎng)管終端設(shè)備等組成。時鐘系統(tǒng)設(shè)備主要包括 GPS、北斗同步接收單元、控制中心主備一級母鐘系統(tǒng)、 中心監(jiān)控計算機、車站/車輛段/停車場主備二級母鐘、時間顯示單元（簡稱子鐘）、 NTP 輸出接口設(shè)備、傳輸通道、RS422 接口設(shè)備和電源等組成。

4.2方案原理

（1）使用GPS接收器接收時鐘系統(tǒng)源信號。時鐘系統(tǒng)GPS接收器接收天線信號經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)議轉(zhuǎn)換，傳送至本套設(shè)備一級母鐘后輸出至中央接口層，在GPS原始信號處理前，接收模塊會分一路GPS源信號至輸出接口供其他線路時鐘信號作為信號源。但由于各條線路使用設(shè)備內(nèi)部協(xié)議不同，轉(zhuǎn)換接口也不同，所以在多路共用時需要經(jīng)過協(xié)議適配，現(xiàn)場測試信號接收功能及下級時鐘運行情況。

（2）使用一級母鐘接收協(xié)議適配后的信號源。在協(xié)議適配的前提下，一級母鐘可直接接收由GPS接收器發(fā)出的時鐘信息，時鐘設(shè)備提供以太及RS422兩種協(xié)議的時鐘信令，滿足不同設(shè)備的同步需求，由于協(xié)議單一，所有與時鐘信號相連的設(shè)備都可接收RS422的信號。

（3）將GPS信號分路處理。在GPS信號接收器接收衛(wèi)星信號之前采用功分器或分線器將GPS信號（同軸電纜）進行分路處理，接入新線設(shè)備與既有線設(shè)備的GPS接收器，各線路一級母鐘采用各自時鐘信號。但GPS信號不能直接進行分路處理，故此方案現(xiàn)場實施難度較大。

結(jié)束語：將GPS信號在各線路分路處理后接入各自中央時鐘系統(tǒng)的方案需要考慮協(xié)議適配的問題，共用GPS接收器的方案不利于系統(tǒng)異常情況下故障點判斷的精確性，且增加了故障處理的人員投入。解決GPS天線分路的問題是方案的關(guān)鍵。在地鐵線網(wǎng)大發(fā)展下，時鐘信號多路共用也會成為解決現(xiàn)場問題的有效方案之一。

參 考 文 獻

[1]崔建樂.《地鐵時鐘系統(tǒng)淺析》.都市快軌交通.第19卷第1期，2006年2月本文摘自中國論文網(wǎng)，原文地址：http：//www.xzbu.com/6/view-4563154.htm