城市軌道交通通信系統運行現狀與發展趨勢探究

陳 卓

（陜西交通職業技術學院， 陜西 西安 710018）

引言

如今，我國不斷提升的經濟實力成為了城市軌道交通事業發展的堅強后盾。人們更加依賴城市軌道交通的同時，也對其提出了更高的使用需求，特別是軌道交通通信系統。然而智能化城市軌道交通通信系統的建立與完善并不是一項簡單的工程。雖然目前城市軌道交通通信系統存在功能定位相對單一、通信網絡不夠完整、受眾多因素影響等問題，但今后的發展中5G 無線通信技術的應用將會越來越多，網絡結構會不斷優化，通信系統更加完整和可靠，我國城市軌道交通通信系統會向著智能化方向持續發展。

1 城市軌道交通通信系統運行現狀

1.1 對軌道交通發展整體性認識不足

城市軌道交通的發展初期，對很多的問題認識不足，不夠重視通信系統的運營與管理。在當前的軌道交通行業發展階段，未能有效結合互聯網技術、計算機技術等，將城市軌道交通看做一個完整的系統工程。不能只將通信的本質看作一個單純的電子通信技術，應以更加整體的觀念將其看作通信系統。在城市軌道交通通信系統的開發與應用過程中，應對投資建設和建后運營管理進行綜合考慮，加強軌道交通通信系統的發展整體性。當前，我國城市軌道交通通信系統的主要內容可分為三方面，首先，確保城市軌道交通系統的正常、安全運行；其次，在運營過程中進一步保障所有乘客的生命和財產安全；最后，保障使用城市軌道交通的人員能夠正常使用公共通信系統，滿足人員的正常通信需求。只有為城市軌道交通使用人員提供全面的服務，才能夠在此基礎上完善城市軌道交通通信系統的運營[1]。

1.2 功能定位相對單一

在目前的城市軌道交通通信系統建設中，通信系統的功能定位相對單一，城市軌道交通規劃理念不夠先進與合理。軌道交通是城市發展的重要基礎設施，常會出現因過于看重公共交通因素對城市規劃建設帶來的影響，而使得軌道交通通信系統自身的功能定位不清晰的現象。軌道交通通信系統經常被當作一種服務設施，這種現象阻礙了其功能的全面發揮，也使得其后續的升級與維護往往被忽略。隨著城市的快速發展，人們對城市軌道交通設施的功能需求增多，對城市軌道交通通信系統的多元化發展做出了更高的期待。

1.3 城市軌道交通發展受較多因素影響

城市軌道交通通信系統的發展需要良好解決眾多因素，隨著時代的發展，影響因素也越來越多，這些因素主要體現在三方面。一是城市的底蘊，城市的建設與發展離不開城市的歷史文化底蘊，軌道交通的發展也應有效結合城市內在歷史文化底蘊，與城市的文化建設有效統一。二是交通運行的安全性，安全出行是首要任務，如果通信系統運行不良，無法保證列車的正常運行。軌道交通安全性的提升是一個長期的過程，只有不斷完善安全機制與體系，才能促進軌道交通系統的綜合發展。三是便民服務功能，城市軌道交通系統需要滿足多樣化的服務需求，為人們的出行提供更好的條件，才能緩解日益嚴重的城市交通壓力[2]。

2 城市軌道交通通信系統發展趨勢

2.1 5G 無線通信技術應用越來越多

無線通信技術的發展，使得通信系統更加完善，便利了城市交通的通信監管與指揮調度，在城市軌道交通通信系統的改進中將會發揮更大的作用，因此，政府和技術人員都應足夠重視對TETRA 技術的研究與應用[3]。在今后的發展中，新一代無線通信技術的開發與應用將會成為重點研究方向。如今，相較于4G，5G 技術的通信性能指標更高，將5G 技術與城市軌道交通通信系統建設相結合，將有力推進通信系統的通信效率、可靠性以及穩定性的提升。5G 無線通信技術應用必將是引領未來發展的基礎方式。可基于5G 無線通信技術，設計一種城市軌道交通信息傳輸系統。

2.1.1 系統框架設計

信息傳輸系統的整體結構主要由存儲子系統、監控子系統、交換子系統等組成。采用UDP/IP 傳輸協議構建DCS（集散控制系統）的數據通信子系統，完成信號系統各設備之間數據的雙向安全交換。城市軌道交通信息傳輸系統框架設計如圖1 所示。

由圖1 可知，接入交換機實現系統內部設備的連接。整個數據傳輸過程中，系統均通過消息地址發送數據信息。

2.1.2 硬件設計

一般會將監控子系統設在中央自動監控系統的控制中心，以更好監測列車的運行情況。依據線路長度，可設定一個總調度站和多個分調度站，各調度站在一定的權限下對線路中的某一部分進行控制，也可以為工作站授權，使其接管其他工作站的管理權限。

控制器的天線采用TI 天線，可很好掌握數據之間的位置。通過數據控制器內部的信息反饋功能，駕駛員可及時對列車的運行進行合理調整。

數據通信子系統由有線通信子系統與無線通信子系統兩部分組成。有線通信負責與控制中心和各通信終端建立有效連接，地面無線接入點AP 設備可與無線通信子系統建立連接，負責整個通信系統的數據傳輸與接收[4]。

2.1.3 軟件設計

該城市軌道交通信息傳輸系統主要利用Socket（套接字）實現網絡協議下應用程序的數據通信功能。將軟件分為客戶端和服務器兩部分，當服務器收到來自客戶端的連接請求后,服務器會處理并向客戶端返回響應消息。軟件程序發送的數據包可包含眾多信息，例如，車載信息標識、列車位置、速度信息以及5G通信數據編號等等。

2.2 通信系統綜合化

城市軌道交通通信系統的建設過程中，首要考慮系統運行的穩定性和安全性因素，另外，還應結合城市的發展現狀與未來規劃。將ONT 技術、MSTP 技術以及RPR 技術等綜合運用到城市軌道交通通信系統的建設中，可促進通信系統與信號系統的有效融合，提高城市軌道交通通信系統的智能化程度，并完善系統的通信、控制以及指揮等各項功能，有助于建成一個完整的城市軌道交通通信網絡，保證信息存儲、行程調度、運營管理的高效性。MSTP（多業務傳送平臺）技術發展至今，已經集PDH、SDH、以太網和RPR 等多項技術于一體，可將其應用到城市軌道交通通信系統的建設與發展中，為提升通信系統的可靠性打下堅實的基礎。從設備選型和系統組網兩方面對該技術的應用進行分析。

2.2.1 設備選型

可采用TSS-320 和1660SM多業務傳送平臺，以光纖通信為主進行傳輸系統網絡的構建。TSS-320 設備的總容量可以達到320 Gb/s，其承載的業務可以在100%的TDM 業務到100%的數據業務間靈活改變，創新的統一矩陣使得業務交換不需要任何映射和轉換。1660SM設備具有完備的MSTP 功能，支持的數據業務和功能較多，例如，MPLS、ATM、10M/100M 以太網、千兆以太網等。軌道交通通信系統全套MSTP 設備都配置為10 Gb/s 速率的STM-64 系統。

2.2.2 系統組網

以某軌道交通為例，其交通線路全長達23.4 km，設有控制中心1 座，地下站19 座，停車場1 座。城市軌道交通傳輸系統MSTP 組網圖如圖2 所示。

在控制中心、停車場和各車站都配備一套MSTP1660SM設備，在控制中心還需新設一套MSTP TSS-320 設備。以控制中心為切點，采用隔站跳接的方式，建立2 個MSTP 兩纖復用段保護環。同時也要注意在設備擴展能力、通道帶寬、以太網端口數量等方面預留擴容空間，并為之后通信業務的接入預留一定的設備擴展能力[5]。

2.3 網絡結構不斷優化

以往的層次化網絡結構已不再適應現代通信網絡IP 化的發展，通信系統開始以更加扁平化、IP 化的方向進行改進，才能保障列車在行駛過程中對通信需求的滿足。扁平化的網絡結構已成為當下研究熱點，如LTE 網絡技術的研發與應用。運營商已經將未來發展的主要目標與趨勢放到扁平化網絡結構上。LET可靠切換技術在城市軌道交通中的應用，采用了先進的空中接口技術和扁平化的網絡結構，可以提升城市軌道交通通信的有效性，提升通信系統的服務水平和質量。核心網、基站和用戶設備是LET 系統的主要組成部分。可靠切換技術的應用順序為切換測量、切換判決和切換執行。

2.3.1 切換測量階段

首先要進行測量配置。確定測量對象和方式，確定報告的配置，可選周期性的報告或觸發性的報告。然后測量濾波。在UE 進行物理層的測量后，對測量值進行濾波處理，保證數據的有效性，不同時間段內參考信號接受功率測量值計算公式為：

2.3.2 切換判決階段

該階段主要以最終的測量報告為依據，判決是否進行切換。當有很多區域同時滿足切換條件時，需要對這些區域進行準則判斷，做出排序，選取質量最佳的區域作為最終的切換目標。對這項切換進行判決時，需要考慮區域的位置因素和對信號的接收強度與質量的控制因素[6]。

2.3.3 切換的執行階段

切換的執行為最終階段，通過三個方面進行：一是對基站內的區域進行切換，這是最基本的切換方式，因此，不需要申請就能夠直接切換。二是基站間的區域進行切換，該切換的執行需要基于兩個基站之間的接口才能實現。三是在eNB 與eNB 之間的連接接口（X2 接口）不可用的情況下，基于LTE 系統中無線網與核心網的接口（S1 接口）的基站進行切換。

3 結語

隨著科技的進步和時代的發展，城市軌道交通通信系統得到了快速發展，人們也對系統的運行提出了更高要求。通信系統為行車安全、運輸效率、旅客舒適度以及應急處理等方面，提供了重要的保障。針對城市軌道交通通信系統的運行現狀，相關部門應加強對通信系統的完善，積極引進互聯網技術、云計算、大數據等技術，不斷創新技術應用，增多5G 無線通信技術的應用，優化網絡結構，構建綜合性的通信系統，促進城市軌道交通通信系統運行效率和穩定性的提升。