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1、城市轨道交通的通信系统与设备目录目录概述概述地铁通信主干传输网（传输系统）地铁通信主干传输网（传输系统）电话系统电话系统广播系统广播系统电视监控系统电视监控系统时钟系统时钟系统无线通信系统无线通信系统概述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服务的,是指挥列车运行、进行运营管理、公务联络和传递是指挥列车运行、进行运营管理、公务联络和传递各种信息的重要手段各种信息的重要手段,是保证列车安全、快速、高效运行的是保证列车安全、快速、高效运行的不可缺少的综合系统。不可缺少的综合系统。这是一个复杂的大系统这是一个复杂的大系统,各个部分互
2、相结合、协调各个部分互相结合、协调,以完成以完成具体的功能。现代城市轨道交通之所以具有快捷、高效、具体的功能。现代城市轨道交通之所以具有快捷、高效、可靠、安全等众多的优点可靠、安全等众多的优点,是与完善而先进的通信系统分不是与完善而先进的通信系统分不开的。开的。城市轨道交通信息通信系统将向两个方向发展城市轨道交通信息通信系统将向两个方向发展:一是宽带化一是宽带化趋势。为了提高各种业务的质量趋势。为了提高各种业务的质量,势必要增加带宽。二是各势必要增加带宽。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
3、城市轨道交通信息通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。信系统中。地铁通信主干传输网地铁通信主干传输网现代地铁的专用通信网应是一个能传输语言、图像、数据等各种类型信息的综合业务数字通信网。为了使各子系统能够相互联系，协同工作，一个可靠、合理、先进的传输主干及组网结构是必不可少的。传输主干及组网结构的优劣，直接关系到各个通信子系统的运行效能。目前广泛使用的有以下集中主干网。SDH光同步数字传送网（SDH）是由一些网元（NE）组成、在光纤上进行同步传输信息传输、复用和交叉连接的网络。这种网络技术今天已经十分成熟。SDH的分插复用器（ADM）可以通过软件方式上下电路，省去大量复
4、用设备，还具有一定的交叉能力。数字交叉连接设备（DXC）可在软件的控制下完成电路的交叉、调度，在电路出现阻断时，通过交叉方式进行路由迂回，实现网络恢复功能，而且，ADM和DXC网管功能较强时，可通过网管信道在远距离对其进行配置。ATM异步转移模式（ATM）技术是未来宽带综合业务数字网的基本传送方式，它是在同步转移模式（STM）技术基础上发展起来的，且进一步改进了SDH传输和业务连接方面的弱点，并集传输、交换、复接及有效支持各种业务接入于一体。在以ATM为基础的网络上，信元的复用与交换处理方式和所传送的信息类型（语音、数据、视频等）无关。因为ATM网络所处理的是形式相同的固定长度信元，所以可省去
5、许多不必要的检验，能直接运用硬件加快处理速度，并提高了交换与复用效率。信元的复用与交换处理方式与实际信息类型无关这一特性，使相同设备理论上可处理低频宽和高频宽的信息。因此，ATM可以按需分配频宽。同时，由于使用很短的信元和高速传输速率，使得传输延迟及延迟抖动量都非常小，故ATM的服务范围非常广泛。OTN西门子公司的开放式传输网（OTN）是一种灵活和支持多协议的开放式网络。它根据语音、数据、LAN以及视频等业务的相关标准设计了接口卡，从而使符合这些标准的设备可以通过OTN结点机毫无限制地直接互连。若能直接接入普通电话机、数据终端设备、影像设备（摄像机、显示器等），还可与交换机用户电路或2Mb/s
6、的E1口连接。此外它还提供带宽达15kHz的音频接口，在网络方面支持10M/100M以太网的接入。传输系统是城市轨道交通信息通信系统的核心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、数据语言、数据和图像。不同业务对系统的带宽、时延、可靠性等各不相同和图像。不同业务对系统的带宽、时延、可靠性等各不相同,这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利完成。业务按不同的类型可分为:车站车
7、站-中心业务和邻站业务两中心业务和邻站业务两种。种。在轨道交通系统中在轨道交通系统中,需要通信业务的一般是控制中心、车场和需要通信业务的一般是控制中心、车场和各个车站。由于车场和车站业务比较相似各个车站。由于车场和车站业务比较相似,可将其归为同一类业可将其归为同一类业务。具体业务流程如下图务。具体业务流程如下图。在在物理物理上为了保证传输系统的安全可靠上为了保证传输系统的安全可靠,须采须采取环形组网的方案取环形组网的方案,以利于自动保护的需要。以利于自动保护的需要。这样这样,控制中心连同所有的车站和车场组成一控制中心连同所有的车站和车场组成一个自愈环个自愈环,即使某段光纤坏掉即使某段光纤坏掉,
8、也可保证业务在也可保证业务在备用通道上正常进行。其实现机制如下图备用通道上正常进行。其实现机制如下图。图中图中,传输环一般有两个光纤环组成传输环一般有两个光纤环组成,当一个环当一个环中断时中断时,系统自动跳到另一个环上系统自动跳到另一个环上,即图即图a情形情形;而当两个环在同一个地方断开时而当两个环在同一个地方断开时,则两侧的节则两侧的节点自动打环点自动打环,形成如图形成如图b的通路。的通路。城市轨道交通信息通信系统可分为两部分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。其模型如下图。其传输部分和接入部分。其模型如下图。其中中,传输层只负责提供各种通道传输层只负责提供各种通道,保
9、证各种业保证各种业务能安全可靠的从一个节点传到另一个节务能安全可靠的从一个节点传到另一个节点点;接入层需完成业务的接入和业务的汇聚接入层需完成业务的接入和业务的汇聚两个基本功能两个基本功能;然后把汇聚好的业务交由传然后把汇聚好的业务交由传输节点完成传输输节点完成传输。电话系统城市轨道交通信息通信系统公务电话子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是轨道交通运营控制的重要通信工具。一般公务电话系统根据轨道交通的规模具有不同的容量。通常通信工具。一般公务电话系统根据轨道交通的规模具有不同的容量。通常情况而言情况而言,一个车站基本上为一个一个车站基本上为一个2Mbit通
10、路通路(30个电话个电话)。公务电话系统可。公务电话系统可设设12个交换局个交换局,通常交换机置于控制中心通常交换机置于控制中心,各个车站通过远端模块实现电各个车站通过远端模块实现电话的接入。此时话的接入。此时,需应用传输系统提供的需应用传输系统提供的2Mbit通道。通道。公务电话系统公务电话系统专用电话系统专用电话系统 专用电话系统由枢纽主系统和车站分系统两级结构组成。枢纽主系统专用电话系统由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和车站分系统通过数字传输设备提供2Mbit 数字通道数字通道,将调度电话、站将调度电话、站间电话、站内集中电话和紧急电话等业
11、务综合起来间电话、站内集中电话和紧急电话等业务综合起来, 便于安装、调试、便于安装、调试、使用、维护和管理。使用、维护和管理。2Mbit 数字通道同样由传输系统提供数字通道同样由传输系统提供,考虑到专用考虑到专用系统的小容量特点系统的小容量特点,为了节约带宽为了节约带宽,可采用多个车站组成一个可采用多个车站组成一个2Mbit 环合环合用一个用一个2Mbit 通道的方案。通道的方案。专用电话系统公用电话系统广播系统广播系统采用二级广播控制方式广播系统采用二级广播控制方式,由控制中由控制中心一级和车站一级组成。心一级和车站一级组成。一般分为三个部分一般分为三个部分:控制中心广播系统控制中心广播系统
12、,车站车站广播系统广播系统(可根据实际需要连接多个车站子可根据实际需要连接多个车站子系统系统),停车场广播系统。控制中心通过综合停车场广播系统。控制中心通过综合接入系统提供的接入系统提供的RS422或或RS485通道与车通道与车站广播系统互连。一般情况下站广播系统互连。一般情况下,广播业务为广播业务为中心到车站的点到多点业务中心到车站的点到多点业务,而中心对车站而中心对车站系统的监控维护通道则为点对点业务。系统的监控维护通道则为点对点业务。控制中心广播系统控制中心行车调度员和环控调度员可对全线各控制中心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。当轨道交通发站进行监听及选站和选
13、区广播。当轨道交通发生故障或灾害时生故障或灾害时,广播系统自动转为抢险通信设广播系统自动转为抢险通信设备。停车场广播系统由值班员、运转值班员和备。停车场广播系统由值班员、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。编组等有关作业音讯。车站广播系统车站广播系统车站广播系统由控制中心车站广播系统由控制中心的总调、列调、防灾调的总调、列调、防灾调(列调兼列调兼)和各车站的正副和各车站的正副值班员使用值班员使用,为旅客播放为旅客播放列车到发信息、导向信息列车到发信息、导向信息及紧急状态信息等服务音及紧急状态信息等服务音讯讯,为工作人员
14、播放作业为工作人员播放作业命令及管理音讯。车站广命令及管理音讯。车站广播区分为上行站台、下行播区分为上行站台、下行站台、售票区、站厅、出站台、售票区、站厅、出入口和办公区等。车站行入口和办公区等。车站行车值班员和环控值班员可车值班员和环控值班员可通过广播控制台对本站区通过广播控制台对本站区进行选区广播或全站广播。进行选区广播或全站广播。电视监控系统电视监控系统闭路电视监控系统作为一种图像通信闭路电视监控系统作为一种图像通信,具有直观、实时具有直观、实时的动态图像监视、记录和跟踪控制等独特功能的动态图像监视、记录和跟踪控制等独特功能,是通信是通信指挥系统的重要组成部分指挥系统的重要组成部分,具有
15、其独特的指挥和管理效具有其独特的指挥和管理效能能,已成为城市轨道交通实现自动化调度和管理的必备已成为城市轨道交通实现自动化调度和管理的必备设施。设施。轨道交通电视监控系统为二级结构轨道交通电视监控系统为二级结构,分为车站电视监分为车站电视监控和控制中心电视监控。车站摄像机输出的图象信号控和控制中心电视监控。车站摄像机输出的图象信号分成两路分成两路,一路送车站控制器一路送车站控制器,车站值班员可选择本站不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、压缩图像编码、压缩,然后经传输系统送至控制中心然后经传输系统送至控制中
16、心,在控制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选择任一车站的任何一个摄像机的图像信号,也可将车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一般采用MPEG-2图像编码技术。图像编码技术。车站电视监控控制中心电视监控时钟系统主要由控制中心设备包括时钟系统主要由控制中心设备包括GPS/CCTV信号接受单元、信号接受单元、主备一级母钟系统、监控系统、车站（车辆段）主备二级母主备一级母钟系统、监控系统、车站（车辆段）主备二级母钟、子钟及传输
17、通道等构成。钟、子钟及传输通道等构成。中心母钟：接收中心母钟：接收GPS标准时间信号、标准时间信号、CCTV标准时间信号，将标准时间信号，将自身的时间精度与标准信号同步，中心母钟通过传输通道向自身的时间精度与标准信号同步，中心母钟通过传输通道向各车站的二级母钟传送，统一校准二级母钟。并将同步信号各车站的二级母钟传送，统一校准二级母钟。并将同步信号通过接口送给监测系统及其他系统，为其它系统提供时间信通过接口送给监测系统及其他系统，为其它系统提供时间信号号二级母钟：接收中心母钟发出的标准时间码信号，实现与中二级母钟：接收中心母钟发出的标准时间码信号，实现与中心母钟随时保持同步，并产生输出时间驱动信
18、号，用于驱动心母钟随时保持同步，并产生输出时间驱动信号，用于驱动本站所有的子钟，并能向中心设备回馈车站子系统及本站子本站所有的子钟，并能向中心设备回馈车站子系统及本站子钟的工作信息。钟的工作信息。子钟：接收二级母钟发出的时间驱动脉冲信号，进行时间信子钟：接收二级母钟发出的时间驱动脉冲信号，进行时间信息显示，并将自身状态信息回馈给二级母钟。息显示，并将自身状态信息回馈给二级母钟。时钟系统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、维修等用户提供移机、司机与司机以及公安、环控、维修等用户提供移动通信手段。无线
19、通信将主要采用数字集群式调度系动通信手段。无线通信将主要采用数字集群式调度系统统,信道集中控制方式。集群式调度系统由移动交换信道集中控制方式。集群式调度系统由移动交换控制器、基站、中继器、漏泄同轴电缆、车载台、便控制器、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携台和有线传输通道组成,可采用单基站大区制或多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、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各组享有不同的优先权,不同的无线用户也拥有不同
20、不同的无线用户也拥有不同的优先权的优先权。目前，在全球范围内，应用较多解决专用无线调目前，在全球范围内，应用较多解决专用无线调度通信的技术体制大概有三种：度通信的技术体制大概有三种：GSM-R、TETRA数数字集群及字集群及MPT1327模拟集群体制模拟集群体制GSM-R是在公网是在公网GSM技术基础上融合了调度通信技术基础上融合了调度通信功能的专门用于铁路无线通信的数字集群信号系统。功能的专门用于铁路无线通信的数字集群信号系统。在欧洲高速铁路大量应用，但少用于间隔短、密度在欧洲高速铁路大量应用，但少用于间隔短、密度大的城市轨道交通。大的城市轨道交通。TETRA数字集群系统和数字集群系统和MP
21、T1327模拟集群系统都能模拟集群系统都能够满足地铁的要求，但选用够满足地铁的要求，但选用TETRA数字集群系统。数字集群系统。1、模拟系统不及数字系统的利用率高，数字通信、模拟系统不及数字系统的利用率高，数字通信技术终归是未来的发展方向。技术终归是未来的发展方向。2、北京、上海、广州等都是用了、北京、上海、广州等都是用了TETRA数字集群系数字集群系统，为了统一考虑。统，为了统一考虑。上海地铁二号线上海地铁二号线ATC信号系统中信号系统中TWC子系统子系统硬件设备硬件设备轨旁TWC与车载TWC之间的通信轨旁TWC与车载TWC之间的通信,通过轨旁环线和车载天线完成,信息内容遵循表1所示的信息头
22、定义。轨旁TWC通过其接收/发送板、耦合单元、TWC环线,与车载串行通信控制板之间进行信息交换。车载串行通信控制板通过车载TWC接收/发送板、接收/发送天线与轨旁串行通信控制板之间进行信息交换。轨旁TWC与车载TWC之间的通信采用基于线圈感应的移频键控半双工通信方式,传输速率为4800b/s,信号载频为64kHz。轨旁TWC的串行通信控制板将收到来自NVLE的信息,经过缓冲、编码和格式化后,由轨旁Rx/Tx板把RS2232串行数据变成移频键控信号,再通过耦合单元发送到轨旁TWC环线上。轨旁TWC发送给车载TWC的信息格式包括:信息头、PVID、控制数据、CRC16位校验码及信息结束符等,其中控制数据包括轨道编号、目的地编号、主控时钟、ATP命令和ATO命令。表1轨旁TWC 与车载TWC 之间的信息头定义综上所述,上海地铁二号线TWC系统车地通信的信息量比较大,特别是车载ATC的状态信息、故障信息和诊断信息发送到轨旁后,可以让行车和维护人员及时了解车辆信息,更好地进行运营组织和设备维护。特别在支持列车程序停车功能方面,与其他通过标志线圈、对位天线修正的程序停车系统相比较,轨旁TWC能保持连续传输模式,实现列车程序停车功能,提高了列车对位停车的精确度和列车程序停车曲线的平滑度,使乘客在列车自动程序停车时更加感到舒适。
