城市軌道交通通信系統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　軌道交通通信系統的設計特點

現代軌道交通通信系統應當具有技術先進、傳輸快捷、抗干擾能力強、靈活可靠性高的特點，能充分滿足各種數據對傳輸的要求，同時可以方便的進行升級和維護，以保證系統使用壽命的長久穩定。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的運營能夠為乘客的出行提供舒適的感知體驗和高質量服務。

2　軌道交通通信系統的應用發展

2.1　信息傳輸系統

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、文字等數據依據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，信息傳輸系統便應運而生。為了保證能及時的給各種應用業務提供傳輸通道，傳輸系統在設計時應當考慮到各種業務對傳輸系統的寬帶、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絡，整體的業務流程可以參考圖1。

圖1　通信系統業務流程示意圖

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

圖2　通信系統環形組網方案

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

2.2　公務電話系統

公務電話系統是軌道交通系統中的一個重要組成部分，為了保證電話數量充足可用，軌道交通的通話容量應根據運營規模來確定，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的通話數據傳送能力。隨著當前城市人口的增加，電話系統的規模會有不同程度的增長。在實際運營過程中，公務電話系統包括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絡。

一般來說，公務電話系統都通過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、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，需要增加網關設備已解決信令不一的問題。近幾年，隨著網絡技術和信息計算機技術的迅猛推進，公務電話系統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

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

這里重點介紹一下調度電話系統，調度電話系統由3部分組成：列車調度電話系統，電力調度電話系統，公安調度電話系統。列車調度電話系統用于控制中心調度員和車站、列車員進行與行車安全方有關的業務方面的信息通訊。電力調度電話系統主要是電力調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系所依賴的通信設施；公安調度電話系統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。

專用電話系統網絡分布在各車站和主要控制中心，由此形成了樞紐主系統和車站分系統，兩個系統之家通過2Mbit的數字式通信通道將調度電話、站內電話和站間電話等分系統有機的整合在一起，從而方便統一維護和管理。

2.4　視頻監控系統

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

車站一級監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，最終會送到圖像監視器中。

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

圖像數據在上行和下行方向上的傳輸帶寬要求是不一樣的，視頻數據從車站傳輸到控制中心（上行）需要更大的帶寬，約為2到5Mbit，而從控制中心到車站（下行）一般只發送圖像調取和攝像機選擇控制命令，對數據的傳輸要求比較低，一般采用RS422/RS485傳輸通道。

2.5　無線通信系統

為了滿足軌道交通管理人員與公安、環控、檢修維護等社會相關部門之間的業務聯系，在通信系統中又增加了無線通信系統。

無線通信系統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實空間的傳播性質進行互相通信，基站的組成形式可根據軌道交通的運營規模確定使用大區制或小區制。

無線通信系統采用數字化集群技術實現行車調度的系統化操作，通過將通信信道集中控制的方式來方便對信息傳輸的管理。無線調度系統具體包括公安調度組，行車安全調度組，檢修維護調度組、環控調度組等通話組。由于軌道交通系統各部門在整個系統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范。

2.6　廣播系統

廣播控制系統和視頻監控系統的組成相類似，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，廣播系統一般由控制中心廣播系統和車站廣播系統組成，控制中心和車站廣播系統通過RS422或RS485傳輸通道進行連接，從而形成一個互相交互的整體。

在業務運行上，控制中心的行車調度員和環控調度員可根據業務需求對任意車站提供行車安全廣播服務，當發生行車安全事故或故障時，廣播系統還能及時向現場發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。

車站廣播系統是廣播系統的重要組成部分，負責為乘客提供列車的到發信息、應急逃生指引信息等服務。在實際工作中，該系統經常被車站控制中心的總調、防災調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、候車區等區域，通過使用廣播系統，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定運行。

2.7　時鐘系統

高精度時鐘系統采用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，然后將數據通過傳輸系統傳送給各車站的子鐘，當GPS出現故障時，還可以使用高精度的晶振供時鐘源來代替GPS。

3　結束語

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

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