地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋及場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算

中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司，北京 100043

地鐵工程由很多分項(xiàng)組成，既包括最基礎(chǔ)的土建施工、線路建設(shè)、給排水設(shè)計(jì)、供電保障，也包括無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與建設(shè)。由于地鐵具有修建在地面以下這一特殊性，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)經(jīng)常面臨傳輸不夠順暢、遭遇障礙物降低傳輸功率等問(wèn)題，這些問(wèn)題如果處理不當(dāng)，就會(huì)影響地鐵車(chē)輛行駛的安全性、地鐵線路的運(yùn)營(yíng)效率，因此研究地鐵工程中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、建設(shè)與維護(hù)，提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸?、速率和容量具有重要的意義。文章以石家莊市軌道交通1號(hào)線二期工程建設(shè)為例，分析了地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋及場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算方法，并有針對(duì)性地提出了改進(jìn)策略，旨在為相關(guān)工作的從業(yè)者提供借鑒和參考。

1 工程概況

石家莊市軌道交通1號(hào)線二期工程連接正定高新區(qū)，沿新城大道和秦嶺大街敷設(shè)，線路全長(zhǎng)約13km，其中，換乘站2座，設(shè)停車(chē)場(chǎng)1座，位于東洋站西側(cè)，設(shè)車(chē)輛段和車(chē)輛綜合基地1座，位于西莊站東側(cè)。該工程線路專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)需要完成連接供電系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、控制中心、監(jiān)控中心等分系統(tǒng)和部門(mén)的重要任務(wù)，保證各個(gè)系統(tǒng)之間信號(hào)的可靠傳遞，使其共同為地鐵線路的安全可靠運(yùn)營(yíng)提供保障。

2 地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

在該工程項(xiàng)目中，地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)主要由固定基站、列車(chē)車(chē)載臺(tái)、移動(dòng)人員便攜臺(tái)、調(diào)度臺(tái)、信號(hào)發(fā)射設(shè)備、連接電纜等組成。各個(gè)設(shè)備具有不同的功能，固定基站相互連接并且和控制中心連接（通過(guò)光纖），發(fā)揮著信號(hào)中轉(zhuǎn)傳送的作用；移動(dòng)人員便攜臺(tái)由地鐵車(chē)站相關(guān)管理人員隨身攜帶，用于接收無(wú)線控制信號(hào)；調(diào)度臺(tái)主要用來(lái)發(fā)布調(diào)度信息，通告列車(chē)運(yùn)行情況，還可以協(xié)調(diào)各個(gè)接收端之間的頻段占用情況，確保不發(fā)生頻段沖突；信號(hào)發(fā)射設(shè)備固定在地鐵車(chē)站內(nèi)部，通過(guò)大功率設(shè)備向外發(fā)射無(wú)線信號(hào)，傳送地鐵車(chē)輛運(yùn)行相關(guān)信息；無(wú)線通信系統(tǒng)為軌道交通內(nèi)部固定工作人員與流動(dòng)工作人員以及流動(dòng)工作人員之間提供可靠的話(huà)音和數(shù)據(jù)通信服務(wù)，設(shè)置行車(chē)調(diào)度、工程維護(hù)、防災(zāi)、車(chē)輛段設(shè)施以及綜合基地管理、停車(chē)場(chǎng)管理等用戶(hù)群。系統(tǒng)既要滿(mǎn)足正線列車(chē)運(yùn)行指揮以及沿線工作人員進(jìn)行日常運(yùn)營(yíng)、設(shè)備維護(hù)、事故維修的通信要求，還需要在災(zāi)害或事故情況下，滿(mǎn)足搶險(xiǎn)救災(zāi)對(duì)通信的需求?？傊罔F專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)各個(gè)設(shè)備之間相互連接和配合，共同構(gòu)成了一個(gè)發(fā)送和接收信息、連接不同設(shè)備確?；ヂ?lián)互通、保障地鐵線路順利運(yùn)行的有機(jī)環(huán)境。無(wú)線通信施工流程圖如圖1所示。

圖1 無(wú)線通信施工流程圖

3 地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋計(jì)算

3.1 地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標(biāo)

石家莊市軌道交通1號(hào)線二期工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)該工程地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等相關(guān)指標(biāo)參數(shù)提出了具體要求，如表1所示。

表1 該工程地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標(biāo)

3.2 車(chē)站場(chǎng)強(qiáng)覆蓋方案

為了確保地鐵車(chē)站無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋范圍盡可能大，減少覆蓋區(qū)域死角面積，石家莊市軌道交通1號(hào)線二期工程建設(shè)施工方案中對(duì)車(chē)站無(wú)線網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋方式進(jìn)行了規(guī)定。按照規(guī)定，站臺(tái)層的通信網(wǎng)絡(luò)采用同軸電纜進(jìn)行連接，確保站臺(tái)層可靠通信；站廳層、設(shè)備機(jī)房、出入及換乘通道采用隱蔽天線進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的傳輸，確保這些區(qū)域?qū)崿F(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋。

3.3 車(chē)輛段場(chǎng)強(qiáng)覆蓋方案

車(chē)輛段一般采取隱蔽天線發(fā)射和接受的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸，同時(shí)車(chē)輛上安裝有調(diào)制解調(diào)器，確保接收信號(hào)的安全與準(zhǔn)確。

3.4 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋計(jì)算

在電磁學(xué)中，一般采用Okumura-Hata模型對(duì)某區(qū)域無(wú)線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式如下：

式中：Lp為無(wú)線信號(hào)空間傳輸損耗均值，dB；f為信號(hào)工作頻率，MHz；hb為基站天線有效高度，m；hm為移動(dòng)天線有效高度，m；d為移動(dòng)天線與基站之間的距離，km；α為移動(dòng)天線高度補(bǔ)償因數(shù)。

在石家莊市軌道交通1號(hào)線二期工程建設(shè)施工方案中規(guī)定了以上參數(shù)的取值，如表2所示。

表2 該工程地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋參數(shù)

利用該工程中的相關(guān)參數(shù)，可以計(jì)算得到基站天線有效高度與無(wú)線信號(hào)空間傳輸損耗均值之間的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 無(wú)線信號(hào)空間傳輸損耗變化

由圖2可知，當(dāng)基站天線有效高度以5m的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行增加時(shí)，無(wú)線信號(hào)空間傳輸損耗均值逐漸減小。因此，在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，可以根據(jù)需要選擇合適的基站天線高度，確保無(wú)線信號(hào)空間衰減取得理想的效果。

在計(jì)算得到無(wú)線信號(hào)空間衰減的基礎(chǔ)上，可以估計(jì)出基站天線高度與無(wú)線信號(hào)傳輸距離之間的關(guān)系，如表3所示。

表3 該工程無(wú)線信號(hào)傳輸距離變化

由表3可知，無(wú)線信號(hào)傳輸距離與基站天線高度的變化關(guān)系是非線性的，因此無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)屬于非線性變化量，需要在實(shí)際工程建設(shè)中根據(jù)需要進(jìn)行靈活選擇。

4 結(jié)束語(yǔ)

地鐵工程建設(shè)過(guò)程中，為了確保指揮控制信號(hào)的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)傳輸，需要建立專(zhuān)用的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)地鐵車(chē)站及相關(guān)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。文章結(jié)合石家莊某地鐵工程項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際情況，分析了地鐵專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及場(chǎng)強(qiáng)覆蓋計(jì)算方法，得出了經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，希望對(duì)進(jìn)一步提升該工程及類(lèi)似工程項(xiàng)目無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)水平提供理論指導(dǎo)和借鑒。