城市軌道交通通信系統(tǒng)模式及功能研究

文強(qiáng) 師維 朱湘渝

(重慶市軌道交通集團(tuán)有限公司，重慶 400042)

城市軌道交通通信系統(tǒng)模式及功能研究

文強(qiáng) 師維 朱湘渝

(重慶市軌道交通集團(tuán)有限公司，重慶 400042)

文章結(jié)合重慶軌道交通通信系統(tǒng)構(gòu)建模式，對(duì)軌道交通通信系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、電源及接地系統(tǒng)、通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等主要子系統(tǒng)的功能進(jìn)行了分析。同時(shí)結(jié)合運(yùn)營(yíng)效果指出該通信系統(tǒng)在提高運(yùn)營(yíng)工作效率和服務(wù)水平上發(fā)揮重要的作用。

城市軌道交通；通信系統(tǒng)；功能分析

（一）引言

城市軌道交通對(duì)改善城市交通、優(yōu)化城市布局、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重要作用，隨著我國(guó)城市化水平的逐步提高，城市軌道交通在我國(guó)大、中城市得以迅速發(fā)展，軌道交通建設(shè)面臨前所未有的機(jī)遇。軌道交通通信系統(tǒng)是指揮列車運(yùn)行、進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理、公務(wù)聯(lián)絡(luò)和信息傳遞的重要手段，在保證軌道交通安全、快速、高效運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮著十分重要的作用?，F(xiàn)代城市軌道交通對(duì)安全高效運(yùn)營(yíng)提出了很高的要求，這就要求必須同步建設(shè)比較先進(jìn)的通信系統(tǒng)，以此來(lái)滿足傳輸和處理軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的各種信息。并且在軌道交通建設(shè)中，各個(gè)城市要充分考慮對(duì)功能的需求及自身經(jīng)濟(jì)條件等因素，從而確定與城市發(fā)展相適應(yīng)的軌道交通通信系統(tǒng)模式，以便充分發(fā)揮通信系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)。

（二）通信系統(tǒng)總體構(gòu)成

城市軌道交通通信系統(tǒng)的任務(wù)是建立一個(gè)視聽鏈路網(wǎng)，提高現(xiàn)代化管理水平和傳遞語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像及文字等各種信息。為了保障軌道交通安全高效地運(yùn)營(yíng)，重慶軌道交通通信系統(tǒng)主要從兩方面作了改進(jìn)。一方面擴(kuò)充完善了一些新的功能模塊，如通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)；另一方面對(duì)一些傳統(tǒng)模塊采用新的技術(shù)，使它們的性能得到改進(jìn)。系統(tǒng)主要由傳輸系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、電源及接地系統(tǒng)、通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成，如圖 1所示。

圖1 城市軌道交通通信系統(tǒng)

（三）通信子系統(tǒng)功能分析

1.傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)是最重要的子系統(tǒng)，在進(jìn)行總體方案及系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮近期建設(shè)和遠(yuǎn)期發(fā)展的需求，確保系統(tǒng)性能可靠，容量可擴(kuò)，系統(tǒng)構(gòu)建相對(duì)靈活。

目前，重慶軌道交通二號(hào)線的通信系統(tǒng)采用開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱OTN），系統(tǒng)包括4個(gè)基本組成部件：構(gòu)成系統(tǒng)骨干的光纖、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、供用戶訪問系統(tǒng)的各種類型的用戶接口、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

為了滿足軌道交通信號(hào)、電力監(jiān)控、防災(zāi)、環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控、自動(dòng)售檢票及語(yǔ)音等多種業(yè)務(wù)信息傳輸?shù)男枰?，傳輸系統(tǒng)采用以光遷通信為主的傳輸介質(zhì)。傳輸網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，從而保證系統(tǒng)在故障情況下仍可提供更好的系統(tǒng)恢復(fù)能力，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及用戶接口模塊是用戶接入網(wǎng)絡(luò)的唯一途徑。用戶端的信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)上傳下載。由于信息的多樣性，系統(tǒng)可為用戶提供豐富的接口類型。傳輸設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)采用成熟的操作系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，界面友好，操作人員可輕松完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的配置、管理及維護(hù)工作。

2.公務(wù)電話系統(tǒng)

重慶軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)是作為專網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的，由程控交換機(jī)、電話機(jī)及附屬設(shè)備組成。公務(wù)電話系統(tǒng)與公用電話網(wǎng)的連接方式采用全自動(dòng)呼出、呼入方式，通過(guò)2M數(shù)字中繼電路工作。電話號(hào)碼納入本地公用電話網(wǎng)統(tǒng)一編號(hào)。系統(tǒng)功能主要包括：電話交換功能、計(jì)費(fèi)功能、非話業(yè)務(wù)功能（包括數(shù)據(jù)、傳真等非話業(yè)務(wù)）、復(fù)原控制方式功能、號(hào)碼存儲(chǔ)和譯碼功能、電路選擇和釋放功能、新業(yè)務(wù)功能（包括縮位撥號(hào)、熱線服務(wù)、呼叫限制、三方通話、呼叫轉(zhuǎn)移、強(qiáng)拆/強(qiáng)插等新功能）、維護(hù)管理功能、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)與抗干擾功能。

3.專用電話系統(tǒng)

專用電話系統(tǒng)是為運(yùn)營(yíng)組織、電力供應(yīng)、設(shè)備維護(hù)和防災(zāi)救護(hù)提供有效通信手段的重要通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由調(diào)度總機(jī)、調(diào)度臺(tái)、調(diào)度分機(jī)組成，并通過(guò)傳輸系統(tǒng)連接而成。

調(diào)度總機(jī)是調(diào)度電話子系統(tǒng)的核心部分，由具有交換功能的交換機(jī)或交換模塊組成。調(diào)度臺(tái)設(shè)在控制中心，是調(diào)度業(yè)務(wù)的操作控制臺(tái)。調(diào)度分機(jī)為普通電話機(jī)，與總機(jī)通過(guò)傳輸系統(tǒng)提供的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專用音頻話路連接。

實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)主要功能包括：通話功能、選叫功能（即調(diào)度臺(tái)對(duì)分機(jī)進(jìn)行單呼、組呼、全呼及分機(jī)對(duì)調(diào)度臺(tái)進(jìn)行一般呼叫或緊急呼叫）、會(huì)議功能、錄音功能、維護(hù)管理功能。

4.無(wú)線通信系統(tǒng)

無(wú)線通信系統(tǒng)是為控制中心調(diào)度員、車輛基地調(diào)度員、車站值班員等固定用戶與列車司機(jī)、防災(zāi)、維修、公安等移動(dòng)用戶之間提供通信手段的專用系統(tǒng)。無(wú)線通信系統(tǒng)采用有線和無(wú)線相結(jié)合的傳輸方式。中心無(wú)線設(shè)備通過(guò)傳輸系統(tǒng)與車站、車輛基地的無(wú)線基站連接，各基站通過(guò)天線空間波傳播或經(jīng)漏纜的輻射構(gòu)成與移動(dòng)臺(tái)的通信。無(wú)線通信系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)營(yíng)管理需要分別設(shè)置了行車調(diào)度、防災(zāi)調(diào)度、綜合維修、車輛基地調(diào)度等系統(tǒng)。系統(tǒng)具有單呼、組呼、全呼、緊急呼叫、呼叫優(yōu)先級(jí)權(quán)限設(shè)置等調(diào)度通信功能，并具有錄音、存儲(chǔ)、監(jiān)測(cè)等功能。

5.視頻監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)為運(yùn)營(yíng)相關(guān)人員提供有關(guān)列車運(yùn)行、防災(zāi)救災(zāi)及乘客疏導(dǎo)等方面的視頻信息。系統(tǒng)由車站本地監(jiān)視系統(tǒng)、控制中心遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)、遠(yuǎn)程多路信號(hào)傳輸系統(tǒng)以及多媒體網(wǎng)絡(luò)管理終端組成。系統(tǒng)具有監(jiān)視、控制優(yōu)先級(jí)、循環(huán)顯示、任意定格與鎖閉、圖像選擇、實(shí)時(shí)錄像、攝像范圍控制、字符疊加等功能。

視頻信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸采用數(shù)字傳輸方式，本地視頻傳輸信號(hào)采用視頻同軸電纜傳輸。車站與控制中心的視頻和控制信號(hào)通過(guò)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，同一時(shí)刻同時(shí)上傳至控制中心的數(shù)字視頻信號(hào)路數(shù)僅與控制中心需同時(shí)顯示的路數(shù)有關(guān)，與前端攝像機(jī)數(shù)量無(wú)關(guān)。所以在控制中心不需設(shè)置大容量視頻交換矩陣和傳輸設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

6.廣播系統(tǒng)

廣播系統(tǒng)是城市軌道交通行車組織的必要手段，一方面對(duì)乘客進(jìn)行廣播，通知相關(guān)乘車信息；一方面又是事故搶險(xiǎn)，組織指揮的防災(zāi)廣播；此外還可以通過(guò)廣播對(duì)運(yùn)營(yíng)人員發(fā)布有關(guān)信息，以便協(xié)同配合工作。

該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)、總線式結(jié)構(gòu)，由車站級(jí)、中心級(jí)和列車廣播設(shè)備組成。具有中心廣播、車站廣播、預(yù)存廣播信息、自動(dòng)音量調(diào)節(jié)、自動(dòng)音頻測(cè)試和遠(yuǎn)程控制等功能。系統(tǒng)采用中心廣播和車站廣播兩級(jí)控制方式，控制中心的智能廣播臺(tái)輸出的音頻信號(hào)和控制信號(hào)，通過(guò)高品質(zhì)語(yǔ)音卡提供的 RS422通道，經(jīng)傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)礁髡?，再通過(guò)語(yǔ)音卡連接到車站廣播設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)控制中心的遠(yuǎn)程廣播組織和指揮。

7.乘客信息系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由信息管理系統(tǒng)和終端乘客信息顯示屏組成，乘客信息通過(guò)傳輸系統(tǒng)傳輸。在全線各車站及車輛客室內(nèi)設(shè)置乘客信息顯示屏，顯示列車到、發(fā)、乘車須知、時(shí)事新聞等各鐘乘客信息，并在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)具有報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，顯示相關(guān)報(bào)警信息。

8.時(shí)鐘系統(tǒng)

為保證軌道交通運(yùn)營(yíng)準(zhǔn)時(shí)服務(wù)乘客、統(tǒng)一全線設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，提供統(tǒng)一定時(shí)信號(hào)，設(shè)置了時(shí)鐘系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息，由GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)接收單元、中心一級(jí)母鐘、監(jiān)控設(shè)備、二級(jí)母鐘及子鐘組成。系統(tǒng)設(shè)置數(shù)字同步設(shè)備，一級(jí)母鐘接受外部 GPS基準(zhǔn)信號(hào)并對(duì)一級(jí)母鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，一級(jí)母鐘定時(shí)向二級(jí)母鐘、控制中心的子鐘及其他需提供統(tǒng)一時(shí)間信息的各系統(tǒng)發(fā)送時(shí)間編碼信號(hào)用以校準(zhǔn)；二級(jí)母鐘產(chǎn)生時(shí)間信號(hào)提供本站的子鐘。母鐘具有萬(wàn)年歷功能并具有年、月、日、時(shí)、分、秒輸出與顯示。子鐘能顯示時(shí)、分、秒。自身時(shí)間精度，一級(jí)母鐘在10-7以上，二級(jí)母鐘在10-6以上。一級(jí)母鐘、二級(jí)母鐘配置數(shù)字式多路輸出接口，以便向其他各系統(tǒng)提供定時(shí)信號(hào)。

9.電源及接地系統(tǒng)

通信設(shè)備供電應(yīng)采用一級(jí)負(fù)荷，電源系統(tǒng)應(yīng)對(duì)通信設(shè)備提供不間斷、電壓及頻率相對(duì)穩(wěn)定的供電，并具有集中監(jiān)控管理功能。

不間斷電源系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱UPS）一般分為UPS機(jī)柜和蓄電池兩部分，可采用離線式UPS系統(tǒng)或在線式UPS系統(tǒng)。離線式UPS系統(tǒng)平時(shí)由市電直接向負(fù)載供電，市電故障時(shí)瞬時(shí)切換到由逆變器供電（實(shí)用于對(duì)供電穩(wěn)定性要求不高的設(shè)備供電）；在線式 UPS系統(tǒng)由市電經(jīng)整流逆變后再向負(fù)載供電，市電故障時(shí)，改由蓄電池—逆變器方式向負(fù)載供電，這種方式較前一種方式供電更加穩(wěn)定。UPS系統(tǒng)包含正常工作模式、蓄電池工作模式、靜態(tài)旁路模式和手動(dòng)旁路工作模式四種工作模式。

接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)做到確保人身、通信設(shè)備安全和通信設(shè)備正常工作。通信設(shè)備采用綜合接地方式，綜合接地電阻值要求不大于1Ω，分設(shè)室外接地體的保護(hù)接地及防雷接地的電阻值要求不大于10Ω。

10.通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)通信各子系統(tǒng)的集中管理、維護(hù)和故障監(jiān)測(cè)，以便實(shí)現(xiàn)故障的快速定位，為盡快修復(fù)故障提供可能，重慶軌道交通通信系統(tǒng)專門構(gòu)建了綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)傳輸系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)自身進(jìn)行監(jiān)控管理。

該系統(tǒng)硬件部分主要由用于收集、處理信息的遠(yuǎn)程終端和位于控制中心的監(jiān)控終端組成?？删幊踢壿嬁刂破鳎ê?jiǎn)稱PLC）是構(gòu)成遠(yuǎn)程終端和監(jiān)控終端的核心元件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理等功能。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程連接及數(shù)據(jù)傳輸仍然由傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件部分包括應(yīng)用于 PLC的軟件和應(yīng)用于監(jiān)控終端的軟件。監(jiān)控終端軟件采用可視化圖形界面，界面直觀清晰、簡(jiǎn)單明了、操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)記錄詳細(xì)、便于查找分析。

（四）結(jié)束語(yǔ)

隨著城市軌道交通建設(shè)及通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種應(yīng)用于城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的通信技術(shù)和應(yīng)用方式也在不斷發(fā)展，出現(xiàn)了很多滿足各種不同應(yīng)用需求的新技術(shù)、新模式。重慶軌道交通在對(duì)功能需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實(shí)際情況，選擇了合適的通信系統(tǒng)模式。通過(guò)這幾年的運(yùn)營(yíng)效果來(lái)看，通信系統(tǒng)在提高運(yùn)營(yíng)工作效率和服務(wù)水平上發(fā)揮了重要的作用。

[1] GB 50458-2008,跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 何宗華,汪松滋,等.城市軌道交通通信信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行與維修[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[3]肖雅君,吳汶麒.用于軌道交通列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的通信技術(shù)[J].城市軌道交通研究,2002,(2):59.

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1008-1151(2011)03-0033-02

2010-12-17

文強(qiáng)（1976－），男，四川人，重慶市軌道交通集團(tuán)有限公司工程師，研究方向?yàn)閱诬壗煌ňS護(hù)監(jiān)測(cè)、圖像處理等。