城市軌道交通跨線運營集群調度系統互通方案

占三毛，鄭儆醒，陳馳騁

（1.北京中興高達通信技術有限公司，南京 210012；2.溫州市鐵路于軌道交通投資集團有限公司，浙江溫州 325000）

1 引言

集群調度系統是在城市軌道交通行車安全類業務中，為調度員、車站值班員等與列車司機、站務、防災、維修等移動用戶之間提供迅速、有效的通信手段。在城市軌道交通建設早期，列車調度業務基本采用歐州標準的陸上集群無線TETRA（Terrestrial Trunked Radio）系統，但TETRA 系統存在造價貴、需求響應慢以及不開放互聯接口等問題。2014年8 月，溫州市域S1 線一期工程開始采用TD-LTE（TD-SCDMA Long Term Evolution）技術替代TETRA實現寬帶集群調度系統。2016 年，城市軌道交通LTE-M（Long Term Evolution-Metro）行業標準發布，該標準明確采用我國自主知識產權的B-TrunC（Broadband Trunking Communication）標準寬帶集群實現列調業務[1]，到目前為止B-TrunC 寬帶集群系統已是各城市軌道交通的新建新路和老線改造優先選項。隨著我國城市軌道交通智能化發展，跨線運營，互聯互通需求日益增加，因此，目前新建線路和老線改造時在跨線運營場景下如何實現集群系統之間的互聯互通是目前城軌建設迫切需要解決的問題。

2 集群調度系統互聯需求

綜合目前國內城市軌道交通列車調度集群系統的建設情況，目前主流制式有LTE-M 集群和TETRA集群系統，新建線路逐步采用LTE-M 集群。以新建項目跨線運營互通需求為出發點，探討在工程建設方案設計中跨線運營場景下集群系統跨線的互通方案，在線路之間均采用LTE-M 集群系統的情況下，需要實現LTE-M 和LTE-M 系統之間互通，即LTE-M_LTE-M 場景；在對接線路采用TETRA制式無線集群調度系統時需要實現LTE-M 和TETRA系統集群業務之間倒切，即LTE-M_TETRA場景；TETRA集群系統之間的互通方案[2]已有相關的研究成功，本文不再贅述。

3 LTE-M_LTE-M場景集群互聯互通方案

LTE-M 集群功能遵從國內寬帶集群B-TrunC 標準，B-TrunC 標準從2012 年立項以來，發展到目前的互聯互通成熟應用階段，B-TrunC 標準定義了集群業務跨系統漫游互通的架構、功能和接口?？赏ㄟ^集群核心網之間接口互通、終端和基站空口互通以及終端和核心網之間接口互通實現跨線的集群和數據業務的連續性。相對于TETRA系統接口不開放，互聯互通困難，這是B-TrunC 集群的絕對優勢。

B-TrunC 集群系統包括核心網、基站和集群終端等部分，根據B-TrunC 協議跨核心網的組網架構[3]實現跨線集群業務的互聯互通，滿足跨線運營的實施方案如下：

1）通過集群空口對接實現集群終端接入互通線路的無線基站；

2）通過集群終端和核心網之間接口對接實現終端接入互通線路LTE-M 系統的核心網

3）拉通互通線路之間的核心網物理鏈路，實現核心網接口S10/S5/S6a/Tc2 邏輯接口對接調試；

4）線路無線系統覆蓋要求線路間無線網絡在切換區的重疊覆蓋（如在聯絡線附近）滿足集群業務跨系統的切換可靠性要求；

5）集群功能要實現跨系統編組，線路1 的群組能配置線路2 系統用戶作為組成員；

6）調度的二次開發系統和信號列車自動監控ATS（Automatic Train Supervision）系統對接，實現跨線的自動轉組；

7）終端和系統的IP 地址的規劃避免重復。

4 LTE-M_TETRA場景集群互聯互通方案

TETRA和LTE 通信制式完全不同，不能實現空口的互通，且多數場景下TETRA系統交換中心互聯互通接口開放不夠，也無法實現集群交換中心和異系統互聯對接?？缇€運營場景下，跨線移動的集群終端主要是車載臺，下面主要介紹采用不同模式雙模車載臺實現不同制式集群系統跨線運營場景下集群業務實現跨線倒切解決方案。

按城市軌道交通的集群調度系統行業建設習慣，無論是TETRA系統還是LTE-M 系統，對于車載臺終端都是由相應的通信模塊和二次開發部分組成，調度臺部分是集群通信系統提供二次開發接口由二次開發廠家按調度使用進行二次開發，本文下面的方案也基于此模式展開描述。

4.1 B-Tr unC+TETRA雙模車載臺方案

跨線運營場景存在B-TrunC 和TETRA兩種制式集群系統互通需求時，可通過B-TrunC+TETRA 雙模車臺的方式實現車地集群業務的跨線的倒切，相關組網架構示意圖如圖1所示，具體方案如下。

圖1 B-Tr unC+TETRA雙模車載臺跨線組網示意圖

圖2 專網集群+VoI P 集群對講雙模組網示意圖

1）跨線運營的各線路車輛的車載臺均需要安裝B-TrunC+TETRA的雙模車載臺，車載天線和合路器要支持兩種制式，和既有開通運營線路互通時需要完成對運營車輛的改造。

2）雙模車載臺的集群應用二次開發的App 實現B-TrunC和TETRA兩種制式模塊的業務兼容，使得人機操作界面對通信模塊工作的無線網絡的切換無感知。

3）在線路間的聯絡線處實現TETRA和LTE-M 網絡采用交疊覆蓋，保障車輛上下行行車在轉換調度權時相應制式的模塊能充分入網，此時車載臺的TETRA通信模塊注冊在TETRA集群系統，B-TrunC 集群模塊注冊到B-TrunC 集群系統。

4）列車行駛在交疊區，二次開發的調度系統根據列車自動監控ATS 系統提供的位置和行車的方向等因素實現自動轉組功能，轉換到目標線路的工作組中。

4.2 專網集群+VoI P 集群對講雙模車載臺方案

既有運營線路B-TrunC+TETRA 雙模車臺方案車輛改造比較大，工程實施難度較高，車輛的改造主要困難還是車載天線等天饋部分的改造，而車臺主機部分可以按既有尺寸和接口開發，整機替換相對比較容易實施。在解決了車地無線數據跨線互通的前提下，本文提出車載臺借道車地無線的數據通道實現專網集群+VoIP 集群對講雙模方案，組網架構示意圖如2 所示，具體方案如下。

1）車載臺集群二次開發App 在對接B-TrunC 或TETRA 的同時，實現VoIP 集群對講應用。

2）線路的控制中心部署VoIP 集群對講應用服務器，VoIP集群對講應用服務器提供二次開發接口供二次開發；VoIP 集群不受限于終端設備和地面應用服務器之間的無線通信管道的通信制式，可以是WLAN、2/3/4/5G 移公眾網絡或LTE-M分組數據網絡等。本方案采用車地無線數據通道，將車載臺主機通過以太網口接入車載數據終端，通過車載數據終端和地面的數據通道實現車載臺和控制中心應用服務器之間通信。

3）二次開發的調度系統根據列車自動監控系統（ATS）提供的位置和行車的方向等因素實現跨線專網集群應用的切換，某列車從TETRA 網絡切換到LTE 網絡下實現從TETRA 集群切換為VoIP 集群，該車回到TETRA 網絡覆蓋，要從VoIP 集群切換為TETRA 集群模式，同時實現自動轉組功能。

4）二次開發的調度系統通過TETRA 系統開放的調度接口實現可同時調度TETRA 和VoIP 集群用戶，通過在二開調度臺實現群組派接，從而實現TETRA 和VoIP 用戶的混合編組呼叫。

5）二次開發的調度系統通過LTE-M 的B-TrunC 系統開放的調度接口實現可同時調度B-TrunC 和VoIP 集群用戶，通過在二開調度臺或著B-TrunC 系統實現組派接，從而實現B-TrunC 和VoIP 用戶的混合編組呼叫。

此外，本方案解決跨線運營的同時，可以考慮在本線路下，啟用VoIP 對講作為專網集群對講的備份模式，提升集群對講的可靠性。

4.3 方案對比分析

兩個方案有較大的相通之處，也存在車輛改造需求和地面系統改造的不同，優劣勢如表1 所示。

表1 LTE-M_TETRA場景互通方案對比分析表

5 結語

城市軌道交通跨線運營集群調度系統互聯互通的方案的選擇，除了技術因素外，還涉及管理模式、運營模式和建設條件等不同的因素，解決互通技術問題是互通的前提和基礎，單一通信制式下的互聯互通相對復雜度要低，不同制式的互聯互通難度較大，但從保護既有投資的角度出發，兼顧考慮降低對既有運營線路的改造工程對線路運營和安全的影響，實現跨制式的集群系統互通意義重大，值得深入研究和實踐摸索。