城市軌道交通通信系統(tǒng)的應用模式及功能研究

天津市地下鐵道運營有限公司　田　偉

1　軌道交通通信系統(tǒng)的設計特點

現(xiàn)代軌道交通通信系統(tǒng)應當具有技術先進、傳輸快捷、抗干擾能力強、靈活可靠性高的特點，能充分滿足各種數(shù)據(jù)對傳輸?shù)囊螅瑫r可以方便的進行升級和維護，以保證系統(tǒng)使用壽命的長久穩(wěn)定。通過各種先進技術的應用和合理的管理方法的實施，確保了軌道交通系統(tǒng)的運營能夠為乘客的出行提供舒適的感知體驗和高質(zhì)量服務。

2　軌道交通通信系統(tǒng)的應用發(fā)展

2.1　信息傳輸系統(tǒng)

在城市軌道交通的運行過程中，需要及時的將各種信息如語音、圖像、文字等數(shù)據(jù)依據(jù)不同的目標傳送給軌道交通管理單位的各個對應部門和公眾，信息傳輸系統(tǒng)便應運而生。為了保證能及時的給各種應用業(yè)務提供傳輸通道，傳輸系統(tǒng)在設計時應當考慮到各種業(yè)務對傳輸系統(tǒng)的寬帶、時延和可靠性要求不同而進行靈活可靠的設計，以確保各種信息及時在傳送端和接收端傳送。

傳輸功能一般用于車站和控制中心的聯(lián)絡，整體的業(yè)務流程可以參考圖1。

圖1　通信系統(tǒng)業(yè)務流程示意圖

安全性是傳輸系統(tǒng)的主要設計要求之一。為了保證傳輸系統(tǒng)的安全可靠，在組網(wǎng)設計方面，傳輸系統(tǒng)應采用環(huán)形組網(wǎng)的方式，在這種組網(wǎng)方式下，整個通信控制系統(tǒng)就形成了一個完整的自愈環(huán)，例如圖2的示意圖就是一種環(huán)形組網(wǎng)。

圖2　通信系統(tǒng)環(huán)形組網(wǎng)方案

上述案例中的環(huán)形組網(wǎng)是雙層環(huán)，通過這種設計方式，當其中一個環(huán)出現(xiàn)故障時，通信行為就會自動跳到另一個環(huán)上，如圖a；雙層環(huán)的安全性還表現(xiàn)在當兩個環(huán)的同一個地方斷開時，會自動在斷開的地方把內(nèi)外層環(huán)從兩端的通信節(jié)點連接起來，從而構成一個完整的通信鏈路，保證了通信的繼續(xù)進行，如圖b。

2.2　公務電話系統(tǒng)

公務電話系統(tǒng)是軌道交通系統(tǒng)中的一個重要組成部分，為了保證電話數(shù)量充足可用，軌道交通的通話容量應根據(jù)運營規(guī)模來確定，一般來說，每個車站都會配備大約30個電話，即一個通路，其具有2Mbit的通話數(shù)據(jù)傳送能力。隨著當前城市人口的增加，電話系統(tǒng)的規(guī)模會有不同程度的增長。在實際運營過程中，公務電話系統(tǒng)包括2個交換局，具備2Mbit的傳送能力，一般將交換機安裝在軌道交通通系統(tǒng)的控制中心，這樣的話，通過列車上的遠端傳輸模塊便可以互相之間進行語音聯(lián)絡。

一般來說，公務電話系統(tǒng)都通過2Mbit通道接入市局。語音的呼入和呼出采用不同的通信技術，呼入采用部分半自動接續(xù)、部分全自動直撥的混合方式，呼出采用全自動呼叫的方式。在信息化時代，各個城市之間的通信聯(lián)絡日益緊閉，在這種情況下，為了促進城市間軌道交通部門的信息暢通交流和銜接，需要增加網(wǎng)關設備已解決信令不一的問題。近幾年，隨著網(wǎng)絡技術和信息計算機技術的迅猛推進，公務電話系統(tǒng)與電信運營商的合作越來越深入，大大的提高了信息通信交互能力。

2.3　專用電話系統(tǒng)

行車調(diào)度是直接關系著列車運營的安全，為了保證列車調(diào)度員和車站值班員之間能夠進行安全可靠的設備通信聯(lián)絡，在軌道交通通信系統(tǒng)中發(fā)展了專用電話系統(tǒng)。專用電話系統(tǒng)包括如下幾部分：調(diào)度電話系統(tǒng)、站間電話系統(tǒng)、站內(nèi)電話系統(tǒng)和緊急電話系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

這里重點介紹一下調(diào)度電話系統(tǒng)，調(diào)度電話系統(tǒng)由3部分組成：列車調(diào)度電話系統(tǒng)，電力調(diào)度電話系統(tǒng)，公安調(diào)度電話系統(tǒng)。列車調(diào)度電話系統(tǒng)用于控制中心調(diào)度員和車站、列車員進行與行車安全方有關的業(yè)務方面的信息通訊。電力調(diào)度電話系統(tǒng)主要是電力調(diào)度員為了保證軌道交通用電安全，與供電單位各分管部門工作人員進行聯(lián)系所依賴的通信設施；公安調(diào)度電話系統(tǒng)是為了確保軌道交通行車及其他安全，控制中心公安指揮部門與各分管場所值班人員進行通信。

專用電話系統(tǒng)網(wǎng)絡分布在各車站和主要控制中心，由此形成了樞紐主系統(tǒng)和車站分系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)之家通過2Mbit的數(shù)字式通信通道將調(diào)度電話、站內(nèi)電話和站間電話等分系統(tǒng)有機的整合在一起，從而方便統(tǒng)一維護和管理。

2.4　視頻監(jiān)控系統(tǒng)

軌道交通的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種實時的動態(tài)圖像監(jiān)控設備，根據(jù)其體系結構分為車站一級監(jiān)視和中心一級監(jiān)視。視頻監(jiān)控通信系統(tǒng)屬于圖像通信，通過該系統(tǒng)可對交通系統(tǒng)的各個部分進行24小時不間斷的現(xiàn)場監(jiān)控，具有獨特的管理效果，近年來已經(jīng)成為軌道交通監(jiān)控的必備設備。

車站一級監(jiān)視有兩種信號接收端，一種是車站控制器，一種是車站前端處理器。車站值班員在車站控制中心可以對本站的不同部位的現(xiàn)實情況圖像進行分析查看，車站前端處理器將圖像通過MPEG-2編碼技術進行壓縮編碼后把圖像傳輸至控制中心，然后控制中心對圖像再進行解碼，最終會送到圖像監(jiān)視器中。

通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，控制中心的行車調(diào)度員可以根據(jù)需要調(diào)取一個或多個車站的任意多個攝像機的圖像存儲數(shù)據(jù)，而圖像數(shù)據(jù)的彩色信號也更有利于調(diào)度員可以更直觀、更清晰對數(shù)據(jù)進行分析和查看。

圖像數(shù)據(jù)在上行和下行方向上的傳輸帶寬要求是不一樣的，視頻數(shù)據(jù)從車站傳輸?shù)娇刂浦行模ㄉ闲校┬枰蟮膸挘s為2到5Mbit，而從控制中心到車站（下行）一般只發(fā)送圖像調(diào)取和攝像機選擇控制命令，對數(shù)據(jù)的傳輸要求比較低，一般采用RS422/RS485傳輸通道。

2.5　無線通信系統(tǒng)

為了滿足軌道交通管理人員與公安、環(huán)控、檢修維護等社會相關部門之間的業(yè)務聯(lián)系，在通信系統(tǒng)中又增加了無線通信系統(tǒng)。

無線通信系統(tǒng)通過傳輸通道將移動交換器、中繼器、基站、車載臺、同軸電纜和便攜臺等通信設備進行連接，基站之間利用電磁波在現(xiàn)實空間的傳播性質(zhì)進行互相通信，基站的組成形式可根據(jù)軌道交通的運營規(guī)模確定使用大區(qū)制或小區(qū)制。

無線通信系統(tǒng)采用數(shù)字化集群技術實現(xiàn)行車調(diào)度的系統(tǒng)化操作，通過將通信信道集中控制的方式來方便對信息傳輸?shù)墓芾怼o線調(diào)度系統(tǒng)具體包括公安調(diào)度組，行車安全調(diào)度組，檢修維護調(diào)度組、環(huán)控調(diào)度組等通話組。由于軌道交通系統(tǒng)各部門在整個系統(tǒng)中的地位和作用不同，這就使得各通話組在開展相關工作時具有不同的優(yōu)先權，需要注意的是，各組之間不能進行交叉呼叫，必須遵守無線通信流程和各項技術規(guī)范。

2.6　廣播系統(tǒng)

廣播控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成相類似，都有控制中心一級和車站一級兩層控制形式。在實際組成構成中，廣播系統(tǒng)一般由控制中心廣播系統(tǒng)和車站廣播系統(tǒng)組成，控制中心和車站廣播系統(tǒng)通過RS422或RS485傳輸通道進行連接，從而形成一個互相交互的整體。

在業(yè)務運行上，控制中心的行車調(diào)度員和環(huán)控調(diào)度員可根據(jù)業(yè)務需求對任意車站提供行車安全廣播服務，當發(fā)生行車安全事故或故障時，廣播系統(tǒng)還能及時向現(xiàn)場發(fā)送安全疏導指引命令，將危險事故的消極影響降到最低，從而避免人員和交通設備的更大損失。

車站廣播系統(tǒng)是廣播系統(tǒng)的重要組成部分，負責為乘客提供列車的到發(fā)信息、應急逃生指引信息等服務。在實際工作中，該系統(tǒng)經(jīng)常被車站控制中心的總調(diào)、防災調(diào)和各車站的值班員使用。車站廣播覆蓋的范圍主要包括：上下行車站、車站出入口、售票區(qū)、候車區(qū)等區(qū)域，通過使用廣播系統(tǒng)，顯著加強了車站管理者之間、車站和乘客之間的信息溝通，保證了列車的安全穩(wěn)定運行。

2.7　時鐘系統(tǒng)

高精度時鐘系統(tǒng)采用GPS技術，加上GPS信號接收機和安裝在控制中心的母鐘和各車站的子鐘，共同來實現(xiàn)時間的同步更新。由于信號傳輸需要極為精確的時間，因此，一般來說GPS接收機都要使用一套，備用一套，以備隨時更換。該系統(tǒng)的運作過程是：控制中心的母鐘接收來自GPS信號接收機上的標準時間，然后將數(shù)據(jù)通過傳輸系統(tǒng)傳送給各車站的子鐘，當GPS出現(xiàn)故障時，還可以使用高精度的晶振供時鐘源來代替GPS。

3　結束語

現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)是一個比較復雜的大系統(tǒng)，而其中的通信系統(tǒng)是其運行系統(tǒng)中最主要的構成部分，對軌道交通的安全、穩(wěn)定運行起著決定性的作用。這就要求在實現(xiàn)軌道交通現(xiàn)代化建設的過程中，需要深入研究通信系統(tǒng)在軌道交通中的應用模式和發(fā)展趨勢，不斷發(fā)現(xiàn)阻礙通信體系發(fā)展的障礙，提出針對性的解決措施和方案，以促進軌道交通系統(tǒng)的安全、高效和健康運行。

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