城市軌道交通信息通信系統技術

　　摘　要　針對城市軌道交通系統的特點,介紹了城市軌道交通信息通信系統的各個分系統技術,包括: 傳輸系統,公務電話系統,專用電話系統,廣播系統,電視監控系統,電源系統,時鐘系統,無線通信系統。
關鍵詞　城市軌道交通,信息通信系統,信息傳輸系統
城市軌道交通信息通信系統是直接為軌道交通運營和管理服務的,是指揮列車運行、進行運營管理、公務聯絡和傳遞各種信息的重要手段,是保證列車安全、快速、高效運行的不可缺少的綜合系統。它主要由以下分系統組成:傳輸系統、公務電話系統、專用電話系統、廣播系統、電視監控系統、電源系統、時鐘系統和無線通信系統。這是一個復雜的大系統,各個部分互相結合、協調,以完成具體的功能。現代城市軌道交通之所以具有快捷、高效、可靠、安全等眾多的優點,是與完善而先進的通信系統分不開的。城市軌道交通信息通信系統將向兩個方向發展:一是寬帶化趨勢。為了提高各種業務的質量,勢必要增加帶寬。二是各種新系統的開發應用。為了不斷完善城市軌道交通的服務,相應功能的分系統將不斷融合入現有城市軌道交通信息通信系統中。本文將依次對城市軌道交通信息通信系統的各個分系統進行闡述,并分析其技術構成和發展趨勢。
1 　傳輸系統
傳輸系統是城市軌道交通信息通信系統的核心,它負責為各種應用業務提供通道。軌道交通系統的主要業務包括:語言、數據和圖像。不同業務對系統的帶寬、時延、可靠性等各不相同,這就要求傳輸系統有足夠的靈活性和可靠性以保證各種業務的順利完成。業務按不同的類型可分為:車站-中心業務和鄰站業務兩種。
在軌道交通系統中,需要通信業務的一般是控制中心、車場和各個車站。由于車場和車站業務比較相似,可將其歸為同一類業務。具體業務流程如圖1 。

圖1 　通信系統業務流程示意圖
圖1 是邏輯上的業務流程示意圖。在物理上為了保證傳輸系統的安全可靠,須采取環形組網的方案,以利于自動保護的需要。這樣,控制中心連同所有的車站和車場組成一個自愈環,即使某段光纖壞掉,也可保證業務在備用通道上正常進行。其實現機制如圖2 。圖中,傳輸環一般有兩個光纖環組成,當一個環中斷時,系統自動跳到另一個環上, 即圖a 情形;而當兩個環在同一個地方斷開時,則兩側的節點自動打環,形成如圖b 的通路。
城市軌道交通信息通信系統可分為兩部分:傳輸部分和接入部分。其模型如圖3 。其中,傳輸層只負責提供各種通道,保證各種業務能安全可靠的從一個節點傳到另一個節點;接入層需完成業務的接入和業務的匯聚兩個基本功能;然后把匯聚好的業務交由傳輸節點完成傳輸。 技術將會在未來的城市軌道交通信息通信系統中被采用。
(1) 千兆以太網技術( GE) 。GE 與以太網、快速以太網兼容。GE 的實施具有直接、快速和千兆位的特點,設備便宜,傳輸距離長,可以滿足城市軌道交通通信系統組網的要求[2 ] 。同時,原來以太網的不足,如多媒體應用無QoS 、多鏈路負載分享、

圖2 　通信系統環形組網方案虛擬網等,隨著新技術、新標準的出現已經和正在得到解決。10 Gbit 以太網的出現和成熟也為GE 的升級擴容提供了強有力的支持。
(2) CWDM (粗波分復用) 技術。DWDM 技術已經成為大容量電信骨干網的首選,其優點是技術簡單、大容量、易擴容等。而且隨著DWDM 技術

圖3 　城市軌道交通信息通信系統模型圖的成熟和廣泛使用,它的價格也將逐步降低,其性
傳輸系統作為整個通信系統的核心部分,它的價比將更具優勢。所以,當未來城市軌道交通通信技術選擇十分重要。隨著通信技術的不斷發展,用帶寬需求進一步提高的時候,DWDM 技術將是很于城市軌道交通的傳輸技術也不斷的更新換代,尤好的方案。同時,由于考慮到城市軌道交通通信的其近幾年通信技術的迅猛發展,為傳輸技術的選擇實際需要, 可以選擇成本更低, 使用更可靠的了提供了更廣闊的范圍。我國現在使用的各種傳CWDM 技術。CWDM 的特點是波長數量較少(一輸技術及其優缺點如表1 。般在4～12 波),波長間隔較大,價格便宜[3 ] 。最但是,隨著通信新技術的涌現和成熟,隨著軌后,隨著各種新興的電信技術的涌現和采用,城市道交通新業務的出現和帶寬需求的上升,以下幾種軌道交通信息通信也完全可以借鑒和運用。
表1 　各種傳輸方式的比較

2 　公務電話系統
城市軌道交通信息通信系統公務電話子系統, 是軌道交通運營控制的重要通信工具。一般公務電話系統根據軌道交通的規模具有不同的容量。通常情況而言,一個車站基本上為一個2Mbit 通路(30 個電話) 。公務電話系統可設1～2 個交換局, 通常交換機置于控制中心,各個車站通過遠端模塊實現電話的接入。此時,需應用傳輸系統提供的2Mbit 通道。
公務電話系統通過2Mbit 中繼線接入市局,并從中獲取時鐘。呼出可采用全自動DOD1 方式,呼入采用部分全自動直撥DID 、部分采用半自動接續BID(人工/ 自動話務員) 的混合進網中繼方式或其它方式。考慮到與其它城市軌道交通系統的互連, 可采取2Mbit 中繼線連接的方式,為解決信令不一致可增加網關設備。近幾年,交換機已趨于成熟, 公務電話系統的選擇余地十分寬廣,但要注意選擇穩定可靠、擴容方便的交換機,以適應軌道交通的高速增長和話務量及其它業務上升需求。同時,也可考慮選擇合適的電信運營商,由公共通信網以虛擬網方式解決,以節省建設投資與運營成本。
公務電話子系統還兼有其自身的特點 區間電話設置。區間電話用于列車司機或維修人員與有關單位進行聯系及一般通話用。每隔300 m 左右設置一臺戶外電話機,1～3 臺話機使用一個用戶號碼。軌道兩邊各敷設一條電纜,每3 個電話使用同一對線,同一個號,電話采用熱線方式。
3 　專用電話系統
專用電話子系統是調度員和車站(車場) 值班員指揮列車運行和指導設備操作的重要通信工具。行車調度直接關系到行車安全,需要設備高度安全可靠,操作方便快捷。專用電話系統由調度電話系統、站間電話系統、站內集中電話系統、緊急電話系統、市內直線電話等組成。調度電話系統中又分為:列車調度電話系統,用于控制中心列車調度員與各車站、車場值班員及行車業務直接有關的工作人員進行業務聯絡,并可兼管防災調度系統;電力調度電話系統,用于控制中心電力調度員與各主變電站、牽引變電所、降壓變電所等處工作人員進行業務聯絡;公安調度電話系統,構成公安指揮中心值班員與各車站(場) 警務值班室警官之間的直接通信聯絡,調度臺一般設在控制中心內。站間電話是直接為行車服務的,要求能及時、迅速溝通相鄰兩車站的通話。相鄰兩車站值班員之間通話利用交換系統的熱線功能提供,用戶摘機即能及時、迅速溝通兩車站值班室,站間電話由車站電話總機完成。站內集中電話類似調度電話系統,總機設在車站控制室,采用多功能數字電話機,分機設置在車站值班員所控制的部門,采用模擬電話機,系統功能由調度交換機及站內集中機功能來完成。緊急電話是在緊急狀態下供乘客或車站工作人員使用, 每臺電話都設置成熱線電話,用戶摘機即連接至車控室值班員數字話機上。在主變電所、控制中心至供電局調度之間可設置專線直通錄音電話。在每個車站站長室和警務室各設置市內直線電話,控制中心和派出所設置市內直線電話。
專用電話系統由樞紐主系統和車站分系統兩級結構組成。樞紐主系統和車站分系統通過數字傳輸設備提供2Mbit 數字通道,將調度電話、站間電話、站內集中電話和緊急電話等業務綜合起來, 便于安裝、調試、使用、維護和管理。2Mbit 數字通道同樣由傳輸系統提供,考慮到專用系統的小容量特點,為了節約帶寬,可采用多個車站組成一個2Mbit 環合用一個2Mbit 通道的方案。
4 　廣播系統
廣播系統采用二級廣播控制方式,由控制中心一級和車站一級組成。一般分為三個部分:控制中心廣播系統,車站廣播系統(可根據實際需要連接多個車站子系統),停車場廣播系統。控制中心通過綜合接入系統提供的RS 422 或RS 485 通道與車站廣播系統互連。一般情況下,廣播業務為中心到車站的點到多點業務,而中心對車站系統的監控維護通道則為點對點業務。
控制中心行車調度員和環控調度員可對全線各站進行監聽及選站和選區廣播。當軌道交通發生故障或災害時,廣播系統自動轉為搶險通信設備。停車場廣播系統由值班員、運轉值班員和檢修庫值班員向工作人員播放車輛調度、列車編組等有關作業音訊。
車站廣播系統由控制中心的總調、列調、防災調(列調兼) 和各車站的正副值班員使用,為旅客播放列車到發信息、導向信息及緊急狀態信息等服務音訊,為工作人員播放作業命令及管理音訊。車站廣播區分為上行站臺、下行站臺、售票區、站廳、出入口和辦公區等。車站行車值班員和環控值班員可通過廣播控制臺對本站區進行選區廣播或全站廣播。
5 　電視監控系統
閉路電視監控系統作為一種圖像通信,具有直觀、實時的動態圖像監視、記錄和跟蹤控制等獨特功能,是通信指揮系統的重要組成部分,具有其獨特的指揮和管理效能,已成為城市軌道交通實現自動化調度和管理的必備設施[ 5 ] 。
軌道交通電視監控系統為二級結構,分為車站一級監視和中心一級監視。車站攝像機輸出的圖象信號分成兩路,一路送車站控制器,車站值班員可選擇本站不同位置攝像機的圖像。另一路送車站前端處理機進行圖像編碼、壓縮,然后經傳輸系統送至控制中心,在控制中心解碼后送至圖像監視器。控制中心行車調度員可選擇任一車站的任何一個攝像機的圖像信號,也可將車站幾路圖像信號送至控制中心。彩色圖像信號的傳送一般采用MPEG-2 圖像編碼技術。
電視監控系統的傳輸為不對稱傳輸,車站到中心傳輸圖像信息,需要大帶寬(2～6Mbit) ;而中心到車站,只發送控制命令(圖像選取和攝像機控制命令),為低速數據業務,只需采用RS 422/ RS 485 通道即可。充分考慮到圖像業務的實時寬帶性質, A TM 技術是目前最佳的傳輸機制,采用A TM 作為傳輸媒介傳輸數字視頻,可以利用A TM 按需分配帶寬、按需連接的特點,在保證圖象質量(QoS) 的情況下,大大節省所占帶寬[ 1 ] 。
6 　電源系統
電源系統是保證通信系統正常工作的必要條件,因此通信電源必須安全可靠。電源系統由配電設備、整流設備和蓄電池組成。系統配置不間斷電源(U PS) 交流供電設備,為各自動控制系統的計算機提供不間斷220 V 交流電壓。U PS 的工作原理為:同時有兩路市電輸入,取其一路,當該路出現故障時,自動切換至另一路;當兩路都出現故障時,啟動蓄電池繼續供電。
整個電源系統設有電源集中監控。在控制中心,所有U PS 將通過傳輸系統的低速數據通道進行信號傳輸,監控中心的計算機也將通過傳輸系統的低速數據通道進行信號采集,在監控中心計算機上裝有軟件,可實時監控到當前各個站點U PS 的狀態及使用情況。各站點使用現場的U PS 和開關電源一旦發生故障,警鈴將提醒現場有關人員進行及時的處理,同時在監控中心的計算機上同樣可看到輸出故障的警告顯示。
7 　時鐘系統
為了統一整條城市軌道交通系統的時間,通信系統設有專門的時鐘系統。時鐘系統由GPS 全球衛星標準時間接收單元、主控母鐘、各站輔助母鐘、子鐘及傳輸設備組成。主、備GPS 信號接收機向中心母鐘提供同步時鐘源。當GPS 系統出現故障,還可以使用高精度的晶振供時鐘源。主控母鐘輸出的標準時間信號通過接入網提供的低速數據信道(RS 422/ RS 485) 傳給各站輔助母鐘,以供車站各系統和子鐘的使用。中心母鐘產生精確的標準同步時間碼,通過傳輸網提供給通信傳輸系統、無線系統、調度電話系統、公務電話系統、有線廣播系統、電視監視系統、信號系統、售檢票系統、防災報警系統、設備監控系統、電力監控系統等。
8 　無線通信系統
無線通信系統為行車調度員與司機、車站值班員與司機、司機與司機以及公安、環控、維修等用戶提供移動通信手段。無線通信將主要采用數字集群式調度系統,信道集中控制方式。集群式調度系統由移動交換控制器、基站、中繼器、漏泄同軸電纜、車載臺、便攜臺和有線傳輸通道組成,可采用單基站大區制或多基站小區制。無線調度系統分為行車調度、環控調度、公安調度和維修調度等通話組。組間不能交叉呼叫,各組享有不同的優先權, 不同的無線用戶也擁有不同的優先權。

參　考　文　獻
1 　Timothy Kwok. A TM The Paradigm for Internet , Intranet , and Residential Broadband Services and Application. Prentice Hall PTR , 1998
2 　David G. Gunningham. 千兆位以太網組網技術. 北京:電子工業出版社,2001
3 　(美) 卡塔洛頗羅斯基. 密集波分復用技術導論. 北京:人民郵電出版社,2001
4 　肖雅君,吳汶麒. 用于軌道交通列車自動控制系統的通信技術. 城市軌道交通研究,2002 , (2) :59
5 　楊磊,李峰. 閉路電視監控系統. 北京:機械工業出版社,1999 。