無線傳輸技術在地鐵車輛中的有效應用

傅嘉俊

摘? 要：隨著信息技術的發展和人口的不斷增加，越來越多的城市都建設了地鐵這一便利的交通工具。而當前的無線傳輸技術已經在許多的領域中被廣泛的應用，同時在地鐵中也有所應用。無線傳輸技術也就是無線數據傳輸技術，是以無線數傳模塊為載體，然后對傳輸的對象進行遠程的傳輸。大多數情況下是通過3G、4G、WiFi專網以及GPRS等設備來實現傳輸的。在民用市場被廣泛的應用，例如，無線視頻的WiFi傳輸、遙控器中所含有的紅外傳輸等等都屬于無線傳輸。文章主要介紹了無線傳輸技術，并對無線傳輸技術在地鐵車聯網（IOR）中的有效應用開展分析。

關鍵詞：無線傳輸技術;地鐵;車聯網

中圖分類號：TN929.5? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）25-0157-03

Abstract： With the development of information technology and the continuous increase of population， more and more cities have built subway as a convenient means of transportation. The current wireless transmission technology has been widely used in many fields， at the same time， it has also been used in the subway. Wireless transmission technology， that is， wireless data transmission technology， is to take the wireless data transmission module as the carrier， and then carry on the remote transmission to the transmission object. In most cases， it is transmitted through 3G， 4G， WiFi private network and GPRS and other devices. It is widely used in the civil market， for example， the WiFi transmission of wireless video， the infrared transmission contained in the remote control and so on. This paper mainly introduces the wireless transmission technology， and analyzes the effective application of wireless transmission technology in subway Internet of Vehicles （IOV）.

Keywords： wireless transmission technology; subway; Internet of Vehicles （IOV）

中國已經成為世界最大的城市軌道交通市場，其中，上海地鐵路網規模世界第一。截至2018年12月，上海軌道交通開通線路17條，全路網運營線路總長超700公里，投運車站415座，變電站678座，配屬列車856列，5116輛，路網規模位居全國第一。至2020年，預計上海地鐵將配屬列車1222列，7514輛。上海地鐵超常規模和體量的快速增長，對列車安全運營監控提出了更高的要求，為此建設了上海軌道交通車輛智能運維系統，其中通過車聯網系統在車輛安裝無線傳輸設備，對列車運行的狀態數據與故障數進行采集與封裝;在內網、專網或互聯網環境下，采用適當的信息安全保障機制與數據傳輸協議進行數據傳輸;應用部分提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、在線升級、統計報表等管理和服務功能。

地鐵通過配置無線傳輸模塊，然后利用無線傳輸技術將地鐵的當前的運行狀態及時的傳遞給地面的中心數據庫。而地面中心數據庫的工作人員將接收到的數據信息首先進行解密，然后將數據信息還原，以此來實現實時獲取地鐵當前車況，并通過地面技術的支持對地鐵故障進行預判，這樣地鐵一旦發生問題時，就可以及時采取有效的解決措施，從而降低地鐵的運維損失。

1 無線傳輸技術

通用無線業務的英文簡稱是GPRS。GPRS是在現有GSM系統上加以創新的一種承載業務，通常稱為2.5G，目的是為GSM用戶提供分組形勢的數據業務。可以長時間的持續在線，并且是按照流量計費，這是GPRS的特點，并且能夠提供更為高效，更低成本的無線分組數據業務，所以這種傳輸方式非常的適合用在多點分散、中小流量以及連續的數據傳輸中[1]。

2 GPRS無線傳輸技術在地鐵中的技術架構

GPRS無線監控傳輸系統是由客戶端和服務器這兩部分所構成的。一方面，地鐵的管理系統TCMS與車載客戶端之間交互數據，主要包括地鐵在運行過程中產生的操作信息以及各個系統的運行情況;另一方面，車載客戶端將收集到的數據信息封包，然后進行加密ip包，最后傳輸到數據交換平臺上，經過數據交換平臺最后傳輸到地面數據中心的數據服務器內。然后服務器會對數據進行備份和后處理，將還原的數據自動寫入到數據庫中，并根據用戶的不同的需要，地面的應用軟件會根據數據庫以往中的信息，自動生成列車運行的各種圖表，這樣工作人員能夠更加準確并快速的了解當前地鐵的運行狀況[2]。

2.1 系統硬件結構

系統是由監控中心PC機與遠程監控模塊所組合而成的，一般情況下是通過GPRS網絡來開展通信的。由GPRS模塊、ARM模塊以及傳感器模塊所組合而成的無線傳輸模塊。其中，GPRS模塊用于數據的接收以及發送;完成傳感器數據的編碼，并控制GPRS模塊將數據發送到監控中心，然后執行監控中心發送的控制命令的是ARM模塊[3]。

2.2 系統軟件的實現

通過控制軟件實現地鐵和地面無線傳輸的技術核心，地鐵的管理系統是通過TCP/IP與無線數據來進行傳輸裝置之間的通信。并基于TCP/IP的通信，通常情況下都是利用SOCKET套接字來進行數據通信的，一般程序會分為用戶端和服務器端兩個部分。

2.3 系統的有效應用

系統應用的是應答式的實時傳輸策略，也就是將當前數據按照規定的傳輸時間來進行傳輸，采用的是在傳輸當前的數據包結束以后才開始下一個數據包傳輸的方式：（1）無線傳輸裝置能夠將傳輸過來的主故障記錄信息立即的傳輸到地面中;（2）然后等待地面進行回應，如果向地面傳輸三次以后地面還是沒有回應的話，則認為超時，將故障信息進行緩存，按照先進先出的原則儲存條數一百條。

無線傳輸系統含有GPRS模塊、GPS和GIS技術，使地面的系統可以對列車當前的運行位置以及運行線路實現實時監測。另外，通過觀看電子地圖，地面工作人員能夠對當前列車的具體位置信息進行快速的定位和查詢，并能夠放大該區域內的信息[4]。通過點擊車輛的圖標，能夠將車輛的信息顯示出來，并且還可以調好實時監測的頁面，顯示出車輛的編號、運行狀態、速度、車次以及里程等各項數據。由于GPS自身的缺陷，從而致使在隧道內無法將位置進行實時的更新，所以定位的功能只適合用于地面上。那么當地鐵在隧道內運行的時候，可以選擇信號系統的定位信息定位當前地鐵的位置。

3 無線傳輸技術在地鐵車輛中的實際應用

將以上海軌道交通車輛智能運維系統中的車聯網系統為例，針對無線傳輸技術在軌道交通方面的具體應用進行詳細介紹。

3.1 車輛運維現狀

超大規模地鐵網絡的快速發展，對上海的軌道交通運維檢修模式提出了更高要求，單純效仿國外的運維模式已經無法滿足超大客流下乘客對高效、安全、準點、舒適的出行需求。而擺在當前的運維現狀：一是維修力量薄，隨著線路的不斷延伸，包括管理、技術、技能等在內的骨干力量逐漸攤薄;二是維修強度大，隨著運營車輛的使用時間的不斷增加，導致對設備維護的頻次和要求日益上升;三是檢修效率低，以人工檢查為主的檢修方式已經不能滿足現代城市軌道交通列車對檢修效率、質量、水平的高需求。

3.2 業務需求

在對現狀和運維需求做了詳細調研后，明確了以下幾點業務需求：（1）需適配多種車型協議。超大規模城市軌道交通面臨的是車型數量繁多，截至2018年，上海地鐵共計擁有車型40多種，每種車對應的網絡形式、數據協議均不相同。因此車地信息技術，采用地面服務器集中處理，由數臺服務器組成的集群共同處理信息，降低車載設備投入成本，服務器集群可使用資源動態分配，進一步降低建設成本[5]。（2）要求并行處理多。超大規模城市軌道交通網絡運營下，同時在途運行的列車可達數百甚至上千輛，列車在運行過程中實時與地面服務器進行數據交互，存在大量的并行計算，地面服務器需要在同一時刻完成大量的數據接收、解析處理。（3）要求延遲低。對于正線運營情況要求予以實時監控，并可及時對設備異常狀態，從數據接收、解析、處理、推送到監控頁面，需要在一定時間內完成，以達到實時監控的最佳預期[6]。

3.3 系統功能簡介

上海軌道交通車輛智能運維系統的車聯網系統，主要用于實時監控上海地鐵各線路列車的運行狀況、當前故障、預警信息，以及故障查詢統計和列車數據分析。在全網實時監控頁面，會有上海地鐵線路圖、各線路列表、各線路數據的統計圖（包括：里程、能耗、故障列車）、以及所選線路列車的數據統計圖（包括：里程、能耗、客流量）等全面數據顯示。其中的列表與統計圖中的數據是跟隨著車輛的變化實時更新的，并且地鐵線路圖其實是一個靜態的形式。

3.4 技術實現

（1）軟件架構。對于正線運營情況要求予以實時監控，并可及時對設備異常狀態，從數據接收、解析、處理到推送到監控頁面，需要在一定時間內完成，以達到實時監控的最佳預期。（2）模塊說明。系統分解視圖采用的原則是按功能分解，即負責一個業務功能的模塊將被分解為一個系統。從上面章節可看出，本系統共分解為五個功能模塊，分別是接數服務模塊Netty、數據解析模塊Sparkstreaming、實時數據推送模塊Websocket、實時數據展示模塊IOV和接口服務模塊主數據[7]。（3）運行邏輯。系統正常啟動后，除了Netty、Sparkstreaming解析、Websocket、IOV和主數據服務，還有規則引擎Sparkstreaming聚合服務等。規則引擎負責實時預警模塊