軌道交通時(shí)鐘系統(tǒng)部署方案研究

周晨

（北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司通信信號(hào)分公司，北京100082）

0 引言

軌道交通中，在其各個(gè)系統(tǒng)的相互支持下，通過時(shí)間信號(hào)進(jìn)行信息的傳輸，才可使各類設(shè)備的時(shí)間都滿足標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。因此，系統(tǒng)需要通過定時(shí)設(shè)備的支持，保證與時(shí)鐘系統(tǒng)之間的同步關(guān)系，也為工作人員和乘客提供較為直觀的時(shí)間，此后所顯示出來的時(shí)間也滿足了精準(zhǔn)需求。時(shí)鐘系統(tǒng)的部署方案應(yīng)該滿足軌道交通中的各方面需要，所以應(yīng)該保證其準(zhǔn)確性，才可提高軌道交通整體的運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量和效率。為了保證軌道交通中各個(gè)通信領(lǐng)域時(shí)鐘系統(tǒng)來源的準(zhǔn)確性，需要時(shí)間系統(tǒng)起到同步時(shí)間的作用，進(jìn)而保證時(shí)鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)也可以為行車有關(guān)部門提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信息，最終推動(dòng)軌道交通的有效運(yùn)行。一般情況下，時(shí)鐘系統(tǒng)的有效布置可以幫助軌道交通運(yùn)輸部門進(jìn)行有效規(guī)劃，后續(xù)在時(shí)鐘系統(tǒng)支持下，更能提高軌道交通運(yùn)行的質(zhì)量和效率。

1 軌道交通時(shí)鐘系統(tǒng)概述

時(shí)鐘系統(tǒng)是軌道交通領(lǐng)域較為重要的組成部分之一，可以保證控制中心調(diào)度人員按照時(shí)間內(nèi)容進(jìn)行調(diào)度工作，還可以讓車站值班人員進(jìn)行有效輪換，為工作人員和乘客提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信息。此過程也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通中出現(xiàn)的各類系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間信號(hào)的統(tǒng)一，主要統(tǒng)一通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、AFC、ISCS、ACS 系統(tǒng)等[1]。

2 時(shí)鐘系統(tǒng)架構(gòu)組成

時(shí)鐘系統(tǒng)是交通軌道系統(tǒng)運(yùn)行過程中最不可或缺的部分。其主要對(duì)控制中心的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行控制，后續(xù)還可以傳輸相應(yīng)的信號(hào)內(nèi)容。因此，時(shí)鐘系統(tǒng)內(nèi)部不僅包括母鐘、信號(hào)接收部分、軌道控制系統(tǒng)、車輛二級(jí)母鐘及信號(hào)等，還包括傳輸渠道。上述各部分軟件需要大面積覆蓋才可保證對(duì)交通軌道內(nèi)部進(jìn)行有效控制，最終對(duì)各車輛時(shí)間進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)顯示時(shí)間的準(zhǔn)確性，并且推進(jìn)信號(hào)輸出效率[2]。

2.1 中心母鐘

在時(shí)鐘系統(tǒng)中，控制中心需要發(fā)揮其自身的作用，結(jié)合集成和輸送向各部分輸送時(shí)間信息。在自身功能方面，可以在接收信息后利用GPS 進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)，保證時(shí)間信息發(fā)送后與自身各組成部分達(dá)成一致，如果出現(xiàn)失誤可以自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，此過程也是級(jí)別同步的一種。除此之外，在軌道交通中信號(hào)輸送過程可以將信號(hào)直接安排在車站、運(yùn)行車輛、二級(jí)母鐘等組成部分中。因此，在對(duì)交通軌道中各類設(shè)備進(jìn)行時(shí)間調(diào)整時(shí)，可以結(jié)合信號(hào)接收端口對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整工作進(jìn)行監(jiān)控，以此達(dá)成調(diào)整需要，保證系統(tǒng)在控制后在時(shí)間單元方面保證一致。

2.2 二級(jí)母鐘

二級(jí)母鐘可以被稱為一個(gè)應(yīng)用的子系統(tǒng)，所以在接收到信號(hào)內(nèi)容后對(duì)主控制中心中出現(xiàn)的信息進(jìn)行核對(duì)和分析，才可以達(dá)成后期的時(shí)間同步需要，最終結(jié)合自身時(shí)間信號(hào)對(duì)交通軌道中各組成部分進(jìn)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)可以在子系統(tǒng)中對(duì)時(shí)間控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，還可以結(jié)合主系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行接收。

2.3 子鐘

子鐘是二級(jí)母鐘下的一個(gè)組成部分，使用子鐘的主要目的是接收上級(jí)帶來的時(shí)間信號(hào)，通過時(shí)間信號(hào)中出現(xiàn)的脈沖，判斷主系統(tǒng)中的時(shí)間，最終有效調(diào)整時(shí)間內(nèi)容，并且可以控制自身時(shí)間。在自身時(shí)間得到控制后將整體信息傳輸給上級(jí)系統(tǒng)，逐一進(jìn)行檢測(cè)和校對(duì)。

2.4 輸送管網(wǎng)

時(shí)鐘系統(tǒng)中出現(xiàn)的各級(jí)別時(shí)鐘都會(huì)對(duì)信號(hào)內(nèi)容進(jìn)行接收，并且也會(huì)傳輸各種信號(hào)，整個(gè)過程都需要信息管網(wǎng)的支持。在信息管網(wǎng)支持下，信號(hào)才可被有效傳輸。此過程中需要使用類似于網(wǎng)絡(luò)管理模式的方式對(duì)輸送管網(wǎng)中出現(xiàn)的各種變量和模擬量進(jìn)行交換，才可保證對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的各類時(shí)鐘進(jìn)行控制，最終讓各類系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間信號(hào)的統(tǒng)一。

3 時(shí)鐘系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 高精準(zhǔn)性、可靠性

時(shí)鐘系統(tǒng)是一個(gè)具有一定特點(diǎn)的系統(tǒng)，它需要滿足其自身的穩(wěn)定性和功能性，后續(xù)才可保證高精準(zhǔn)需要，從而推進(jìn)時(shí)鐘系統(tǒng)的可靠性，最終有效控制時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。在使用時(shí)鐘系統(tǒng)后，需要對(duì)各系統(tǒng)中的時(shí)間進(jìn)行控制，還需保證時(shí)間控制的精準(zhǔn)性，才可確保整個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)可以為交通軌道提供準(zhǔn)確時(shí)間。后續(xù)在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為了確保運(yùn)行的有效性，整體選擇使用分布式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行安排，才可規(guī)避各個(gè)因素對(duì)系統(tǒng)的影響，因此也降低了影響因素的影響力度[3]。

3.2 可擴(kuò)展性和兼容性

時(shí)鐘系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采取了分布式的結(jié)構(gòu)，此類模式的使用需要考慮后期軌道交通的發(fā)展，還需要針對(duì)功能性的強(qiáng)度進(jìn)行系統(tǒng)分析，盡可能規(guī)避系統(tǒng)擁擠問題。時(shí)鐘系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以直接決定可擴(kuò)展性。因此時(shí)鐘系統(tǒng)在設(shè)置過程中應(yīng)該滿足與時(shí)俱進(jìn)的需要，才可保證軌道交通系統(tǒng)的有效推進(jìn)。

3.3 可維護(hù)性

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中不僅要保證安全性需求，也要為后期系統(tǒng)維護(hù)和保養(yǎng)提供支持。基于此，時(shí)鐘系統(tǒng)應(yīng)該在前期試驗(yàn)時(shí)充分預(yù)留測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試主要目的是規(guī)避故障，并且保證人工診斷需要，確保各項(xiàng)技術(shù)操作都可得到有效試驗(yàn)，因此要定期進(jìn)行測(cè)試維護(hù)工作。對(duì)于軌道交通中出現(xiàn)的時(shí)鐘系統(tǒng)而言，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包括各種元件，所以在安排時(shí)需要保證設(shè)備的可維護(hù)性，才可延長(zhǎng)其使用壽命，有效運(yùn)行時(shí)鐘系統(tǒng)，為乘客和工作人員提供準(zhǔn)確的時(shí)間支持。

3.4 良好的人機(jī)交互

當(dāng)前人們思想逐步發(fā)生變化，想法更加前衛(wèi)，因此對(duì)各方面都提出了更高的要求。我國(guó)計(jì)算技術(shù)現(xiàn)已突破人們需求，并且也有新的發(fā)展趨勢(shì)，尤其針對(duì)人工智能方面，有了較多的創(chuàng)新，讓生活更便捷。在人機(jī)交互支持下，時(shí)鐘系統(tǒng)自身的可操作性得到了提升，并且為了保障系統(tǒng)的可操作性，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置干預(yù)措施。較為良好的人機(jī)交互措施可以優(yōu)化軌道交通中時(shí)鐘系統(tǒng)的工作效率和質(zhì)量，也更能為使用者提供支持。

4 軌道交通時(shí)鐘系統(tǒng)部署方案策略

4.1 整體架構(gòu)

在交通軌道中設(shè)置主、備用控制中心各一個(gè)、多座車站、一個(gè)停車場(chǎng)、一個(gè)車輛段。為了滿足主控制中心和備用控制中心可以完全實(shí)現(xiàn)備份需求，具體方案如圖1 所示。

圖1 時(shí)鐘系統(tǒng)架構(gòu)圖

4.2 實(shí)施步驟

首先，要保證主控制中心母鐘設(shè)備可以與備用控制中心、多座車站、停車場(chǎng)、車輛段的二級(jí)母鐘設(shè)備納入同一個(gè)傳輸網(wǎng)管內(nèi)工作，保證工作的關(guān)聯(lián)性。其次，備用控制中心母鐘需要滿足可以接收兩個(gè)端口的信息，并且保證各個(gè)端口都具備GPS 信號(hào)接收的能力，推進(jìn)各個(gè)單元接口位置的安排。后續(xù)主控制中心中母鐘需要正常工作才可對(duì)二級(jí)母鐘進(jìn)行控制，因此部署工作應(yīng)該保證母鐘的正常運(yùn)行。在正常運(yùn)行背景下，接收外界傳輸?shù)母鞣N信號(hào)，結(jié)合信號(hào)內(nèi)容，讓各級(jí)別母鐘對(duì)自身時(shí)間進(jìn)行調(diào)整和控制。如果不滿足準(zhǔn)確度需求，在二者支持下可以滿足信號(hào)內(nèi)容校準(zhǔn)的需要。如果后期在主控制中心母鐘設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以結(jié)合信號(hào)傳輸內(nèi)容直接切換為其他單元，以此保證時(shí)間的準(zhǔn)確性，也可以解決主控制中心母鐘出現(xiàn)的問題。除此之外，各級(jí)別的母鐘都可以接收到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以此改變自身時(shí)間問題。最后，各車站、停車場(chǎng)、車輛段二級(jí)母鐘可以同時(shí)接收不同的信號(hào)內(nèi)容，從中分辨出主控制中心的需求，按照主控制中心的要求進(jìn)行其他工作，通過各個(gè)端口對(duì)信號(hào)的接收，為后續(xù)工作提供支持。在各車站、停車場(chǎng)、車輛段二級(jí)母鐘備用控制中心，往往存在大量設(shè)備共同運(yùn)行，如果某一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)了故障，主備用控制中心都可采取直接切換模式，確保母鐘可以有效運(yùn)行，并且保證母鐘可以第一時(shí)間接收時(shí)間信號(hào)[4]。

4.3 實(shí)現(xiàn)方法

為了讓時(shí)鐘系統(tǒng)發(fā)揮出實(shí)際作用，相關(guān)部署人員還需站在二級(jí)母鐘在控制中心的作用進(jìn)行部署工作，確保控制中心都可以安排多個(gè)母鐘同時(shí)進(jìn)行操作，才可保證信號(hào)接收的有效性。在端口方面也應(yīng)該同時(shí)安排多個(gè)端口進(jìn)行信號(hào)接收工作，針對(duì)地址方面問題也會(huì)對(duì)母鐘信號(hào)接收造成影響。因此，后期地址問題應(yīng)該得到有效控制。在施工系統(tǒng)中出現(xiàn)的各類二級(jí)母鐘IP 地址要結(jié)合整體IP 地址進(jìn)行設(shè)置，而且主備用控制中心應(yīng)該設(shè)置統(tǒng)一的地址，此過程不僅可以對(duì)控制中心中出現(xiàn)的各類母鐘進(jìn)行控制，也可以保證后期所提供的時(shí)間滿足標(biāo)準(zhǔn)需求。對(duì)于備用控制中心而言，其中母鐘控制需要為其提供多個(gè)地址，才可滿足對(duì)母鐘地址的優(yōu)化，此過程也可以加大主控制系統(tǒng)接收信號(hào)的能力，保證從多個(gè)角度控制信號(hào)的接收。對(duì)于IP 地址的設(shè)置工作，需要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)接口中程序軟件的各種工作設(shè)備出廠時(shí)間進(jìn)行控制，才可保證滿足整體需要。

一般情況下，備用控制中心時(shí)鐘設(shè)備需要與車站和停車場(chǎng)中二級(jí)母鐘同時(shí)應(yīng)用傳輸設(shè)備。在使用傳輸設(shè)備時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該保證對(duì)傳輸系統(tǒng)的有效控制，并且需確保二級(jí)母鐘可以接收到一級(jí)母鐘出現(xiàn)的各種信息內(nèi)容，以此對(duì)自身的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，此過程也是二級(jí)母鐘校準(zhǔn)自身時(shí)間的一種方式，所以一級(jí)母鐘在發(fā)出信號(hào)后需要統(tǒng)一各個(gè)子鐘的時(shí)間。后續(xù)在主控制中心中如果接收GPS 信號(hào)的設(shè)備出現(xiàn)了故障，在主控制中心中一級(jí)母鐘可以自動(dòng)切換備用控制中心的信號(hào)接收裝置，此時(shí)也可以對(duì)不準(zhǔn)確的時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，持續(xù)向各子系統(tǒng)傳輸時(shí)間信號(hào)，保證其他系統(tǒng)和備用系統(tǒng)中出現(xiàn)的各類設(shè)備都可以按照所接收到的信號(hào)發(fā)送準(zhǔn)確時(shí)間信號(hào)，也能保證信號(hào)的統(tǒng)一要求。

主備用控制中心中任何一個(gè)GPS 信號(hào)接收裝置中的一級(jí)母鐘出現(xiàn)故障問題，都可直接切換至備用控制中心的母鐘，此時(shí)傳輸通道可以將各類信號(hào)傳輸至備用中心，保證系統(tǒng)可以將信號(hào)直接輸入控制中心的母鐘，還可結(jié)合實(shí)際需求將其傳輸至車站和各個(gè)車輛段，保證二級(jí)母鐘可以對(duì)自身時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)。在利用主控制中心母鐘連接外部時(shí)間源時(shí)，可以使用主控制中心的GPS 信號(hào)接收其他設(shè)備的信號(hào)，從而滿足主備控制中心的接收狀態(tài)需要。

對(duì)于備用控制中心而言，其中的母鐘外部時(shí)間源包括主用控制中心一級(jí)母鐘、主用控制中心GPS/北斗衛(wèi)星接收裝置和備用控制中心GPS/北斗衛(wèi)星接收裝置。在交通軌道中，各車站、停車場(chǎng)、車輛段中都涵蓋了二級(jí)母鐘，二級(jí)母鐘在使用過程中需要對(duì)時(shí)間源進(jìn)行設(shè)置，保證主控制中心母鐘設(shè)備可以規(guī)避備用時(shí)間源的影響作用，以此有效控制母鐘設(shè)備。備用時(shí)間源可以直接對(duì)備用控制中心中出現(xiàn)的二級(jí)母鐘進(jìn)行有效控制。如果主控制中心母鐘出現(xiàn)了故障，控制系統(tǒng)可以直接接觸備用控制系統(tǒng)，并且自動(dòng)切換備用控制系統(tǒng)中的母鐘系統(tǒng)，也可以直接對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行接收。因此，在所有設(shè)備使用后都可以直接接收外部時(shí)間源，并且讓設(shè)備可以正常使用，但是整體選擇仍然是按照主控制設(shè)備母鐘為基準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵通信時(shí)間系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)行的主要組成部分，身為交通運(yùn)維人員通過時(shí)鐘系統(tǒng)的支持，也可以有效為乘客提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，保證乘客可以在指定時(shí)間內(nèi)上車。同時(shí)，各系統(tǒng)可以結(jié)合時(shí)間信號(hào)選擇進(jìn)行后續(xù)工作，各部門可以在同步狀態(tài)下進(jìn)行相關(guān)工作，保證交通軌道全系統(tǒng)統(tǒng)一時(shí)間。所以不難看出，時(shí)鐘系統(tǒng)的控制對(duì)于交通軌道運(yùn)營(yíng)工作起到重要作用。