1、城市轨道交通信息通信系统技术城市轨道交通信息通信系统技术摘要针对城市轨道交通系统的特点,介绍了城市轨道交通信息通信系统的各个分系统技术,包括: 传输系统,公务电话系统,专用电话系统,广播系统,电视监控系统,电源系统,时钟系统,无线通信系统。关键词城市轨道交通,信息通信系统,信息传输系统城市轨道交通信息通信系统是直接为轨道交通运营和管理服务的,是指挥列车运行、进行运营管理、公务联络和传递各种信息的重要手段,是保证列车安全、快速、高效运行的不可缺少的综合系统。它主要以下分系统组成:传输系统、公务电话系统、专用电话系统、广播系统、电视监控系统、电源系统、时钟系统和无线通信系统。这是一个复杂的大系统,
2、各个部分互相结合、协调,以完成具体的功能。现代城市轨道交通之所以具有快捷、高效、可靠、安全等众多的优点,是与完善而先进的通信系统分不开的。城市轨道交通信息通信系统将向两个方向发展:一是宽带化趋势。为了提高各种业务的质量,势必要增加带宽。二是各种新系统的开发应用。为了不断完善城市轨道交通的服务,相应功能的分系统将不断融合入现有城市轨道交通信息通信系统中。将依次对城市轨道交通信息通信系统的各个分系统进行阐述,并分析其技术构成和发展趋势。1 传输系统传输系统是城市轨道交通信息通信系统的核心,它负责为各种应用业务提供通道。轨道交通系统的主要业务包括:语言、数据和图像。不同业务对系统的带宽、时延、可靠性
3、等各不相同,这就要求传输系统有足够的灵活性和可靠性以保证各种业务的顺利完成。业务按不同的类型可分为:车站-中心业务和邻站业务两种。在轨道交通系统中,需要通信业务的一般是控制中心、车场和各个车站。于车场和车站业务比较相似,可将其归为同一类业务。具体业务流程如图1 。图1 通信系统业务流程示意图图1 是逻辑上的业务流程示意图。在物理上为了保证传输系统的安全可靠,须采取环形组网的方案,以利于自动保护的需要。这样,控制中心连同所有的车站和车场组成一个自愈环,即使某段光纤坏掉,也可保证业务在备用通道上正常进行。其实现机制如图2 。图中,传输环一般有两个光纤环组成,当一个环中断时,系统自动跳到另一个环上,
4、 即图a 情形;而当两个环在同一个地方断开时,则两侧的节点自动打环,形成如图b 的通路。城市轨道交通信息通信系统可分为两部分:传输部分和接入部分。其模型如图3 。其中,传输层只负责提供各种通道,保证各种业务能安全可靠的从一个节点传到另一个节点;接入层需完成业务的接入和业务的汇聚两个基本功能;然后把汇聚好的业务交传输节点完成传输。 技术将会在未来的城市轨道交通信息通信系统中被采用。(1) 千兆以太网技术( GE) 。GE 与以太网、快速以太网兼容。GE 的实施具有直接、快速和千兆位的特点,设备便宜,传输距离长,可以满足城市轨道交通通信系统组网的要求2 。同时,原来以太网的不足,如多媒体应用无Qo
5、S 、多链路负载分享、图2 通信系统环形组网方案虚拟网等,随着新技术、新标准的出现已经和正在得到解决。10 Gbit 以太网的出现和成熟也为GE 的升级扩容提供了强有力的支持。(2) CWDM (粗波分复用) 技术。DWDM 技术已经成为大容量电信骨干网的首选,其优点是技术简单、大容量、易扩容等。而且随着DWDM 技术图3 城市轨道交通信息通信系统模型图的成熟和广泛使用,它的价格也将逐步降低,其性传输系统作为整个通信系统的核心部分,它的价比将更具优势。所以,当未来城市轨道交通通信技术选择十分重要。随着通信技术的不断发展,用带宽需求进一步提高的时候,DWDM 技术将是很于城市轨道交通的传输技术也
6、不断的更新换代,尤好的方案。同时,于考虑到城市轨道交通通信的其近几年通信技术的迅猛发展,为传输技术的选择实际需要, 可以选择成本更低, 使用更可靠的了提供了更广阔的范围。我国现在使用的各种传CWDM 技术。CWDM 的特点是波长数量较少(一输技术及其优缺点如表1 。般在412 波),波长间隔较大,价格便宜3 。最但是,随着通信新技术的涌现和成熟,随着轨后,随着各种新兴的电信技术的涌现和采用,城市道交通新业务的出现和带宽需求的上升,以下几种轨道交通信息通信也完全可以借鉴和运用。表1 各种传输方式的比较2 公务电话系统城市轨道交通信息通信系统公务电话子系统, 是轨道交通运营控制的重要通信工具。一般
7、公务电话系统根据轨道交通的规模具有不同的容量。通常情况而言,一个车站基本上为一个2Mbit 通路(30 个电话) 。公务电话系统可设12 个交换局, 通常交换机置于控制中心,各个车站通过远端模块实现电话的接入。此时,需应用传输系统提供的2Mbit 通道。公务电话系统通过2Mbit 中继线接入市局,并从中获取时钟。呼出可采用全自动DOD1 方式,呼入采用部分全自动直拨DID 、部分采用半自动接续BID(人工/ 自动话务员) 的混合进网中继方式或其它方式。考虑到与其它城市轨道交通系统的互连, 可采取2Mbit 中继线连接的方式,为解决信令不一致可增加网关设备。近几年,交换机已趋于成熟, 公务电话系
8、统的选择余地十分宽广,但要注意选择稳定可靠、扩容方便的交换机,以适应轨道交通的高速增长和话务量及其它业务上升需求。同时,也可考虑选择合适的电信运营商,公共通信网以虚拟网方式解决,以节省建设投资与运营成本。公务电话子系统还兼有其自身的特点 区间电话设置。区间电话用于列车司机或维修人员与有关单位进行联系及一般通话用。每隔300 m 左右设置一台户外电话机,13 台话机使用一个用户号码。轨道两边各敷设一条电缆,每3 个电话使用同一对线,同一个号,电话采用热线方式。3 专用电话系统专用电话子系统是调度员和车站(车场) 值班员指挥列车运行和指导设备操作的重要通信工具。行车调度直接关系到行车安全,需要设备
9、高度安全可靠,操作方便快捷。专用电话系统调度电话系统、站间电话系统、站内集中电话系统、紧急电话系统、市内直线电话等组成。调度电话系统中又分为:列车调度电话系统,用于控制中心列车调度员与各车站、车场值班员及行车业务直接有关的工作人员进行业务联络,并可兼管防灾调度系统;电力调度电话系统,用于控制中心电力调度员与各主变电站、牵引变电所、降压变电所等处工作人员进行业务联络;公安调度电话系统,构成公安指挥中心值班员与各车站(场) 警务值班室警官之间的直接通信联络,调度台一般设在控制中心内。站间电话是直接为行车服务的,要求能及时、迅速沟通相邻两车站的通话。相邻两车站值班员之间通话利用交换系统的热线功能提供
10、,用户摘机即能及时、迅速沟通两车站值班室,站间电话车站电话总机完成。站内集中电话类似调度电话系统,总机设在车站控制室,采用多功能数字电话机,分机设置在车站值班员所控制的部门,采用模拟电话机,系统功能调度交换机及站内集中机功能来完成。紧急电话是在紧急状态下供乘客或车站工作人员使用, 每台电话都设置成热线电话,用户摘机即连接至车控室值班员数字话机上。在主变电所、控制中心至供电局调度之间可设置专线直通录音电话。在每个车站站长室和警务室各设置市内直线电话,控制中心和派出所设置市内直线电话。专用电话系统枢纽主系统和车站分系统两级结构组成。枢纽主系统和车站分系统通过数字传输设备提供2Mbit 数字通道,将
11、调度电话、站间电话、站内集中电话和紧急电话等业务综合起来, 便于安装、调试、使用、维护和管理。2Mbit 数字通道同样传输系统提供,考虑到专用系统的小容量特点,为了节约带宽,可采用多个车站组成一个2Mbit 环合用一个2Mbit 通道的方案。4 广播系统广播系统采用二级广播控制方式,控制中心一级和车站一级组成。一般分为三个部分:控制中心广播系统,车站广播系统(可根据实际需要连接多个车站子系统),停车场广播系统。控制中心通过综合接入系统提供的RS 422 或RS 485 通道与车站广播系统互连。一般情况下,广播业务为中心到车站的点到多点业务,而中心对车站系统的监控维护通道则为点对点业务。控制中心
12、行车调度员和环控调度员可对全线各站进行监听及选站和选区广播。当轨道交通发生故障或灾害时,广播系统自动转为抢险通信设备。停车场广播系统值班员、运转值班员和检修库值班员向工作人员播放车辆调度、列车编组等有关作业音讯。车站广播系统控制中心的总调、列调、防灾调(列调兼) 和各车站的正副值班员使用,为旅客播放列车到发信息、导向信息及紧急状态信息等服务音讯,为工作人员播放作业命令及管理音讯。车站广播区分为上行站台、下行站台、售票区、站厅、出入口和办公区等。车站行车值班员和环控值班员可通过广播控制台对本站区进行选区广播或全站广播。5 电视监控系统闭路电视监控系统作为一种图像通信,具有直观、实时的动态图像监视
13、、记录和跟踪控制等独特功能,是通信指挥系统的重要组成部分,具有其独特的指挥和管理效能,已成为城市轨道交通实现自动化调度和管理的必备设施 5 。轨道交通电视监控系统为二级结构,分为车站一级监视和中心一级监视。车站摄像机输出的图象信号分成两路,一路送车站控制器,车站值班员可选择本站不同位置摄像机的图像。另一路送车站前端处理机进行图像编码、压缩,然后经传输系统送至控制中心,在控制中心解码后送至图像监视器。控制中心行车调度员可选择任一车站的任何一个摄像机的图像信号,也可将车站几路图像信号送至控制中心。彩色图像信号的传送一般采用MPEG-2 图像编码技术。电视监控系统的传输为不对称传输,车站到中心传输图
14、像信息,需要大带宽(26Mbit) ;而中心到车站,只发送控制命令(图像选取和摄像机控制命令),为低速数据业务,只需采用RS 422/ RS 485 通道即可。充分考虑到图像业务的实时宽带性质, A TM 技术是目前最佳的传输机制,采用A TM 作为传输媒介传输数字视频,可以利用A TM 按需分配带宽、按需连接的特点,在保证图象质量(QoS) 的情况下,大大节省所占带宽 1 。6 电源系统电源系统是保证通信系统正常工作的必要条件,因此通信电源必须安全可靠。电源系统配电设备、整流设备和蓄电池组成。系统配置不间断电源(U PS) 交流供电设备,为各自动控制系统的计算机提供不间断220 V 交流电压
15、。U PS 的工作原理为:同时有两路市电输入,取其一路,当该路出现故障时,自动切换至另一路;当两路都出现故障时,启动蓄电池继续供电。整个电源系统设有电源集中监控。在控制中心,所有U PS 将通过传输系统的低速数据通道进行信号传输,监控中心的计算机也将通过传输系统的低速数据通道进行信号采集,在监控中心计算机上装有软件,可实时监控到当前各个站点U PS 的状态及使用情况。各站点使用现场的U PS 和开关电源一旦发生故障,警铃将提醒现场有关人员进行及时的处理,同时在监控中心的计算机上同样可看到输出故障的警告显示。7 时钟系统为了统一整条城市轨道交通系统的时间,通信系统设有专门的时钟系统。时钟系统GP
16、S 全球卫星标准时间接收单元、主控母钟、各站辅助母钟、子钟及传输设备组成。主、备GPS 信号接收机向中心母钟提供同步时钟源。当GPS 系统出现故障,还可以使用高精度的晶振供时钟源。主控母钟输出的标准时间信号通过接入网提供的低速数据信道(RS 422/ RS 485) 传给各站辅助母钟,以供车站各系统和子钟的使用。中心母钟产生精确的标准同步时间码,通过传输网提供给通信传输系统、无线系统、调度电话系统、公务电话系统、有线广播系统、电视监视系统、信号系统、售检票系统、防灾报警系统、设备监控系统、电力监控系统等。8 无线通信系统无线通信系统为行车调度员与司机、车站值班员与司机、司机与司机以及公安、环控
17、、维修等用户提供移动通信手段。无线通信将主要采用数字集群式调度系统,信道集中控制方式。集群式调度系统移动交换控制器、基站、中继器、漏泄同轴电缆、车载台、便携台和有线传输通道组成,可采用单基站大区制或多基站小区制。无线调度系统分为行车调度、环控调度、公安调度和维修调度等通话组。组间不能交叉呼叫,各组享有不同的优先权, 不同的无线用户也拥有不同的优先权。参考文献1 Timothy Kwok. A TM The Paradigm for Internet , Intranet , and Residential Broadband Services and Application. Prentice Hall PTR , 19982 David G. Gunningham. 千兆位以太网组网技术. 北京:电子工业出版社,20013 (美) 卡塔洛颇罗斯基. 密集波分复用技术导论. 北京:人民邮电出版社,20014 肖雅君,吴汶麒. 用于轨道交通列车自动控制系统的通信技术. 城市轨道交通研究,2002 , (2) :595 杨磊,李峰. 闭路电视监控系统. 北京:机械工业出版社,1999 。
