無線通信技術在城市軌道交通通信中的應用

摘要 無線通信技術在通信系統中發揮了關鍵的功能和作用，提升了信息通信效率，可在短時間內完成大規模數據傳輸，為車站內部運營管理系統的完善打下了良好的技術基礎。該文通過對無線通信技術在城市軌道交通通信中的應用進行分析，明確無線通信技術應用要求，包括安全性、可靠性、覆蓋面廣以及帶寬，常用的無線通信技術包括ZigBee技術、LTE技術、SDH技術、WiFi技術、5G通信技術。該研究成果可為城市軌道交通通信系統優化提供重要參考意見。

關鍵詞 無線通信技術；城市軌道交通；通信系統

中圖分類號 U285 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0014-03

0 引言

中國軌道交通業自20世紀80年代開始發展，近年來線路長度、機車數量、客運數量等指標持續攀升，完善了我國交通體系，推動了經濟發展。2020年3月《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》中提出：在自主創新基礎上推進軌道交通向著數字化、智能化、網絡化方向發展，將城軌交通與各類新型技術進行全面融合。無線通信技術在通信系統中發揮了關鍵的功能和作用，提升了信息通信效率，可在短時間內完成大規模數據傳輸，為車站內部運營管理系統的完善打下了良好的技術基礎。相關人員應重視對無線通信技術進行合理應用，不斷對通信系統進行優化，強化通信及時性、有效性。

1 城市軌道交通通信功能的實際體現

1.1 視頻監視系統

在視頻監視系統中，利用智能監控的方式能夠針對車站的重點區域實施監控，代替人工進行全天候監控管理，對監控中的視頻信息進行綜合分析后針對存在的異?，F象進行告警處理，可以為車站管理提供有效參考。該系統以車站視頻前端攝像機、視頻管理平臺為基礎，融合了智能分析服務器，實現了高效的數據通信流程（如圖1所示）。這一通信系統可以實現四種功能：

（1）大客流感知。對出入口、電扶梯、安檢點、換乘通道等重點位置人流量數據進行傳輸，分析數值經CCTV平臺SDK協議統一上傳于綜合運營管理平臺，以此為基礎對擁擠度的閾值進行定義。

（2）視頻巡查。經CCTV基礎視頻平臺對車站內部輔助線路實施檢查，巡視重點區域，其通信過程與大客流感知功能相同。

（3）視覺監護。針對資產信息進行分析，了解站內重點資產的具體情況，智能判斷是否存在資產搬移及遷移行為，同時可對翻越欄桿、跌倒、物品遺留、人員逗留情況實施分析。經過分析后若存在異常行為便會向平臺發出相應的警告，告警結果利用SDK完成和綜合運管平臺的信息傳輸。

（4）啟動應急預案。當車站內部管理系統感知有突發事件出現后，會利用預測仿真技術啟動預案，并向相關人員推送有關預案處理的文件信息，保證車站內部各類設備得以有效聯動。通信CCTV系統會將客流感知信息以及視覺監護信息經SDK完成數據上傳。

1.2 乘客信息系統

（1）智能導向。在車站內部PIS與信號接口內增加了其他新的指標，在列車運行過程中會針對車廂滿載率以及溫度數據進行智能測量和分析，將所獲取的數據及時上傳到PIS屏系統中，乘客可以通過屏幕了解車廂的人員數量以及溫度狀況，讓乘客有選擇性地進入車廂，防止車廂出現局部過度擁擠的現象。各節車廂擁擠度和溫度以文字、圖形的方式顯示。

（2）一鍵開關站。PIS系統對設備實施狀態監測的能力，在綜合監控的過程中利用發布命令的方式完成觸發，數據通信分析結果從而達到一鍵開關站的目的，有效檢查設備狀態數據[1]。

（3）車地無線系統。實現列車與控制中心實時通信的通道，通過區間AP的無線信號覆蓋，實現車載AP與區間AP的無線連接，保持無線鏈路不中斷，將列車行進過程中的圖像、高清視頻節目、動態廣告、到站信息等傳輸到地面調度中心。

2 無線通信技術在城市軌道交通通信中的應用要求

2.1 安全性

城市軌道交通的通信過程中涉及大量的數據信息，不僅包括車站的運營信息，同時有大量乘客的面部數據、行為數據等信息內容，一旦信息內容被篡改或者系統受到攻擊，就有可能引起安全問題。因此，無線通信技術在使用過程中務必要保證其具備安全性，對車載以及地面數據的交互過程進行優化，重點評估硬件、軟件以及組網是否存在安全隱患。

2.2 可靠性

城市軌道交通每日所收集的數據規模較大，對于通信系統的運行穩定性要求較高，可靠的通信業務系統才能夠滿足大規模數據的存儲需求，防止出現系統崩潰或者數據分析、處理滯后的問題。通信系統中車載以及軌道旁的所安裝的無線設備處于持續通信狀態，并且列車的運行速度快，此時設備在通信時需要在短時間內完成漫游切換，提高了對系統丟包率的要求，務必要保證系統數據的穩定傳輸。

2.3 覆蓋面廣

城市軌道交通線路跨越了城市的各個區域，中間需要在多個不同站點停靠，運行線路長，基于這一特點，要求無線通信技術覆蓋范圍隨之擴大，以此來確保列車能夠穩定運行，并在各個站點間完成信息傳輸，及時通過通信系統將數據傳輸到調度站。多數乘客在乘坐地下城市軌道交通時存在網絡速度慢的現象，而擴大無線通信技術的覆蓋范圍能夠有效解決這一問題，提升乘客網絡使用滿意度。

2.4 帶寬要求

城市軌道交通建設已經開始向著智能化的方向發展，重視打造自動化的運營管理機制，對通信業務活動提出了新的需求，如車載視頻下發、日志數據回傳、監控信息分析等。視頻信息的清晰度不斷提高，在大量視頻信息傳輸過程中要求無線傳輸帶寬持續增加，保證信息內容得以快速傳輸，避免出現信息傳出滯后的問題。

3 無線通信技術在城市軌道交通通信中的應用

無線通信技術是保證數據通信活動有序開展的關鍵技術，也是城市軌道交通建設中所需要考慮的重點內容。相關人員需要了解不同類型無線通信技術的應用優勢和方向，根據城市軌道交通的建設需求優化通信技術選擇方式，不斷強化通信系統建設力度。

3.1 ZigBee技術

列車運行時，備電系統若處于電池狀態則會影響供電體系的整體穩定性，當電池數量增加時，不能單獨通過電纜實施通信，此時會出現成本整體上升的問題，通信穩定性也會有所下降，通信質量無法達到預期要求，通信功能使用感受也會隨之受到不良影響。ZigBee技術在通信業務中的應用能夠有效降低成本支出，監管人員可以選擇在電池組處設置ZigBee終端模塊，利用自組網的方式對終端模塊進行適當組合，在形成群組后和ZigBee間進行電池狀態監測數據的傳輸，保證軌道交通系統供電的可靠性。該項技術功耗相對較低，具有容量大以及安全性高的特點，可以滿足城市軌道交通通信業務需求。ZigBee技術在中短距離通信過程中應用較多，距離在10～100 m之間均可以進行信息傳輸，現階段隨著技術水平不斷提高，傳輸距離已經達到了1 km～3 km之間，傳輸區間大幅度提高。該技術在數據傳輸過程中能夠盡快完成響應，在短時間內便可從睡眠狀態進入到運行狀態，并且狀態轉換時間僅為15 ms，如果要與網絡進行對接，經30 ms便可完成。ZigBee技術在列車與站點、信號燈等不同類型設備間構建了一條無線通信渠道，可以做到精準定位的功能，及時明確列車的具體位置，從而滿足列車遠程監控管理要求。

3.2 LTE技術

LTE技術是以3G網絡架構為基礎所發展出的新型技術，將原有的RNC節點取消，針對無線接入框架進行了完善和重構，提升了無線通信技術的傳輸效率，強化了演進系統，同時可以將該項技術與MIMO和OFDM同時使用。進一步提高了頻譜效率[2]。在20 MHz帶寬條件之下，上下行峰值速率能夠提高到50 Mbit/s、100 Mbit/s，覆蓋區間最大半徑能夠增加到100 km，可以滿足長線路軌道交通運行中的數據傳輸需求。當列車的運行速度在120 km/h以內，LTE技術應用時的通信業務平均吞吐量能夠達到60 Mbit/s。PIS通信系統在城市軌道交通中發揮著重要的作用，通過將控制中心平臺以及列車PIS系統進行對接，可以在列車高速運行的過程中完成終端數據傳輸，同時傳輸渠道較多，包括視頻、語音以及數據等多種不同類型，能夠及時向乘客展示各類與列車有關的信息，如流量信息、疏散命令以及列車到達發車時間等。在PIS通信系統中，LTE技術屬于核心技術，該技術的使用能夠在短時間內完成信號切換，確保了通信信號的清晰度和準確性，防止出現通信線路中斷的問題。在通信活動中LTE技術同時使用了正交頻分復用技術，可以改善城市軌道交通中存在的多徑衰落問題，確保通信效率得以提高。在實際應用時通信系統可以針對管理工作進行階段和組域劃分，防止不同設備之間出現信號互相干擾的現象。

3.3 SDH技術

SDH技術在傳輸網絡構成過程中屬于重要的基礎網絡單元，為城市軌道交通運行提供通信服務，可以確保信息交換的有效性，使傳輸網以及傳輸通道實現站點間的信息傳輸，并將數據上傳到綜合管理平臺中。SDH技術在實際應用中可以于不同車站重點區域內部設置多個負責數據采集的點位，通過以太網和PCM接入方式能夠及時完成站點內部列車運行信息傳輸活動，將數據傳送到控制中心上方，為城市軌道交通管理活動的開展提供數據基礎。SDH傳輸通道能夠讓相關部門及時針對所接收的數據實施綜合評估，及時解決流量問題。SDH技術應用可靠性優勢較明顯，網絡管理能力較好，具備靈活分插分路的能力，組網靈活性高，能夠形成多種不同類型的應用，例如對點應用、鏈形應用以及環形應用等，并且還可以在較為復雜的拓撲結構中使用，如相交環以及相切環。設備兼容度高，同時適合TM、DXC等不同類型的工作方式，能夠及時在不同工作方式中進行快速轉換[3]。

3.4 WiFi技術

WiFi技術在日常生活中較為常見，當前幾乎所有家庭內部均已經部署了WiFi，同時在人們外出時也需要通過連接WiFi的方式改善網絡使用體驗，避免流量消耗過大，是最常用的無線通信技術手段之一。隨著WiFi技術的不斷改進，每秒可傳輸的數據持續擴大，在城市軌道交通系統中得以廣泛應用。WiFi技術使用較為靈活，技術體系成熟度高，通過在站點以及列車的不同終端能夠顯示有關于列車的運行數據，同時也可以完成天氣預報、新聞播報等功能，為乘客的乘車體驗增加一絲溫度。但是由于WiFi技術和移動電視、PIS系統均在2.5 GHz頻段上，在運行過程中容易出現互相干擾的問題，不利于通信質量的提高，通信效率也會因此受到影響。因此在使用該無線通信技術時需要做好抗干擾管理，針對WiFi頻段進行調整，將其從2.5 GHz調整為5.8 GHz，保障技術使用的有效性。除此之外，可以將WiFi以及城市軌道交通的信號系統分別設定于不同信道內，可以有效防止干擾問題的產生。

3.5 5G通信技術

隨著移動通信技術改革速度持續加快，5G通信技術已經開始進入了人們的日常生活以及各個領域，相對于4G通信技術而言，相同時間內可下載或者上傳的數據量有所提升，傳輸速度加快，傳輸穩定性提高，為城市軌道交通活動的開展提供了重要的技術保障。在城市軌道交通通信過程中應用5G通信技術通信速率已經達到1 Gbit/s，同時基于MIMO技術的使用大幅度提升了無線接入層的頻譜效率，終端的接入數量也有所提高。5G通信技術可靠性高，延時短，這一優勢能夠有效解決通信業務延遲高、故障發生率高、干擾問題嚴重的現象。除去在通信質量、通信效率方面的優勢外，5G通信技術與其他技術的聯合應用可以強化通信工作的安全性，如納米技術、加密技術均可以和5G通信技術共同應用，在數據傳輸過程中保證數據的隱私，防止出現數據泄露或者丟失的現象。在乘客進入車站以及列車車廂后同樣能夠使用高速的移動通信技術進行網絡活動，改善了出行過程中網絡使用感。在城市軌道交通管理過程中使用5G通信技術能夠確保傳輸文件、圖片以及視頻信息的清晰度，獲取高清信息內容，針對列車的運行活動實施可視監控，優化了視頻監控機制。高清信息可以使得監控系統更加高效地識別視頻圖片中的人物、物品情況，強化了監控管理有效性，達到了預期的通信功能要求。特別是在出現突發性安全事件時，5G通信技術能夠快速回傳城市軌道交通車站內部的具體情況，為應急處理活動的開展打下良好的技術基礎。

4 結束語

綜上所述，針對通信業務中的技術應用方式優化可提升數據通信效率以及安全性，避免數據丟失，充分發揮現代無線通信技術的優勢，滿足城市軌道交通日益提升的通信需求。該研究尚未對通信系統中各類無線通信技術以及其他智能化技術的交叉融合應用進行研究，后續研究中應對技術融合應用方式展開深入剖析，強化通信系統智能化水平。

參考文獻

[1]朱力，唐濤，龔泰源，等.面向城市軌道交通列車控制系統的車車通信技術探討[J].都市快軌交通，2023（6）：13-21.

[2]顧曉峻，印峰，耿雷.關于城市軌道交通車地無線通信系統分段開通可行性研究[J].信息系統工程，2023（12）：16-19.

[3]王建邦.5G通信系統在城市軌道交通車車通信中的應用探究[J].中國新通信，2023（23）：4-6.

收稿日期：2024-03-07

作者簡介：王海晉（1993-），男，本科，工程師，研究方向：通信智能化、無線通信傳輸。