城市轨道交通通信系统的应用模式及功能研究

天津市地下铁道运营有限公司　田　伟

1　轨道交通通信系统的设计特点

现代轨道交通通信系统应当具有技术先进、传输快捷、抗干扰能力强、灵活可靠性高的特点，能充分满足各种数据对传输的要求，同时可以方便的进行升级和维护，以保证系统使用寿命的长久稳定。通过各种先进技术的应用和合理的管理方法的实施，确保了轨道交通系统的运营能够为乘客的出行提供舒适的感知体验和高质量服务。

2　轨道交通通信系统的应用发展

2.1　信息传输系统

在城市轨道交通的运行过程中，需要及时的将各种信息如语音、图像、文字等数据依据不同的目标传送给轨道交通管理单位的各个对应部门和公众，信息传输系统便应运而生。为了保证能及时的给各种应用业务提供传输通道，传输系统在设计时应当考虑到各种业务对传输系统的宽带、时延和可靠性要求不同而进行灵活可靠的设计，以确保各种信息及时在传送端和接收端传送。

传输功能一般用于车站和控制中心的联络，整体的业务流程可以参考图1。

图1　通信系统业务流程示意图

安全性是传输系统的主要设计要求之一。为了保证传输系统的安全可靠，在组网设计方面，传输系统应采用环形组网的方式，在这种组网方式下，整个通信控制系统就形成了一个完整的自愈环，例如图2的示意图就是一种环形组网。

图2　通信系统环形组网方案

上述案例中的环形组网是双层环，通过这种设计方式，当其中一个环出现故障时，通信行为就会自动跳到另一个环上，如图a；双层环的安全性还表现在当两个环的同一个地方断开时，会自动在断开的地方把内外层环从两端的通信节点连接起来，从而构成一个完整的通信链路，保证了通信的继续进行，如图b。

2.2　公务电话系统

公务电话系统是轨道交通系统中的一个重要组成部分，为了保证电话数量充足可用，轨道交通的通话容量应根据运营规模来确定，一般来说，每个车站都会配备大约30个电话，即一个通路，其具有2Mbit的通话数据传送能力。随着当前城市人口的增加，电话系统的规模会有不同程度的增长。在实际运营过程中，公务电话系统包括2个交换局，具备2Mbit的传送能力，一般将交换机安装在轨道交通通系统的控制中心，这样的话，通过列车上的远端传输模块便可以互相之间进行语音联络。

一般来说，公务电话系统都通过2Mbit通道接入市局。语音的呼入和呼出采用不同的通信技术，呼入采用部分半自动接续、部分全自动直拨的混合方式，呼出采用全自动呼叫的方式。在信息化时代，各个城市之间的通信联络日益紧闭，在这种情况下，为了促进城市间轨道交通部门的信息畅通交流和衔接，需要增加网关设备已解决信令不一的问题。近几年，随着网络技术和信息计算机技术的迅猛推进，公务电话系统与电信运营商的合作越来越深入，大大的提高了信息通信交互能力。

2.3　专用电话系统

行车调度是直接关系着列车运营的安全，为了保证列车调度员和车站值班员之间能够进行安全可靠的设备通信联络，在轨道交通通信系统中发展了专用电话系统。专用电话系统包括如下几部分：调度电话系统、站间电话系统、站内电话系统和紧急电话系统等子系统。

这里重点介绍一下调度电话系统，调度电话系统由3部分组成：列车调度电话系统，电力调度电话系统，公安调度电话系统。列车调度电话系统用于控制中心调度员和车站、列车员进行与行车安全方有关的业务方面的信息通讯。电力调度电话系统主要是电力调度员为了保证轨道交通用电安全，与供电单位各分管部门工作人员进行联系所依赖的通信设施；公安调度电话系统是为了确保轨道交通行车及其他安全，控制中心公安指挥部门与各分管场所值班人员进行通信。

专用电话系统网络分布在各车站和主要控制中心，由此形成了枢纽主系统和车站分系统，两个系统之家通过2Mbit的数字式通信通道将调度电话、站内电话和站间电话等分系统有机的整合在一起，从而方便统一维护和管理。

2.4　视频监控系统

轨道交通的视频监控系统是一种实时的动态图像监控设备，根据其体系结构分为车站一级监视和中心一级监视。视频监控通信系统属于图像通信，通过该系统可对交通系统的各个部分进行24小时不间断的现场监控，具有独特的管理效果，近年来已经成为轨道交通监控的必备设备。

车站一级监视有两种信号接收端，一种是车站控制器，一种是车站前端处理器。车站值班员在车站控制中心可以对本站的不同部位的现实情况图像进行分析查看，车站前端处理器将图像通过MPEG-2编码技术进行压缩编码后把图像传输至控制中心，然后控制中心对图像再进行解码，最终会送到图像监视器中。

通过视频监控系统，控制中心的行车调度员可以根据需要调取一个或多个车站的任意多个摄像机的图像存储数据，而图像数据的彩色信号也更有利于调度员可以更直观、更清晰对数据进行分析和查看。

图像数据在上行和下行方向上的传输带宽要求是不一样的，视频数据从车站传输到控制中心（上行）需要更大的带宽，约为2到5Mbit，而从控制中心到车站（下行）一般只发送图像调取和摄像机选择控制命令，对数据的传输要求比较低，一般采用RS422/RS485传输通道。

2.5　无线通信系统

为了满足轨道交通管理人员与公安、环控、检修维护等社会相关部门之间的业务联系，在通信系统中又增加了无线通信系统。

无线通信系统通过传输通道将移动交换器、中继器、基站、车载台、同轴电缆和便携台等通信设备进行连接，基站之间利用电磁波在现实空间的传播性质进行互相通信，基站的组成形式可根据轨道交通的运营规模确定使用大区制或小区制。

无线通信系统采用数字化集群技术实现行车调度的系统化操作，通过将通信信道集中控制的方式来方便对信息传输的管理。无线调度系统具体包括公安调度组，行车安全调度组，检修维护调度组、环控调度组等通话组。由于轨道交通系统各部门在整个系统中的地位和作用不同，这就使得各通话组在开展相关工作时具有不同的优先权，需要注意的是，各组之间不能进行交叉呼叫，必须遵守无线通信流程和各项技术规范。

2.6　广播系统

广播控制系统和视频监控系统的组成相类似，都有控制中心一级和车站一级两层控制形式。在实际组成构成中，广播系统一般由控制中心广播系统和车站广播系统组成，控制中心和车站广播系统通过RS422或RS485传输通道进行连接，从而形成一个互相交互的整体。

在业务运行上，控制中心的行车调度员和环控调度员可根据业务需求对任意车站提供行车安全广播服务，当发生行车安全事故或故障时，广播系统还能及时向现场发送安全疏导指引命令，将危险事故的消极影响降到最低，从而避免人员和交通设备的更大损失。

车站广播系统是广播系统的重要组成部分，负责为乘客提供列车的到发信息、应急逃生指引信息等服务。在实际工作中，该系统经常被车站控制中心的总调、防灾调和各车站的值班员使用。车站广播覆盖的范围主要包括：上下行车站、车站出入口、售票区、候车区等区域，通过使用广播系统，显著加强了车站管理者之间、车站和乘客之间的信息沟通，保证了列车的安全稳定运行。

2.7　时钟系统

高精度时钟系统采用GPS技术，加上GPS信号接收机和安装在控制中心的母钟和各车站的子钟，共同来实现时间的同步更新。由于信号传输需要极为精确的时间，因此，一般来说GPS接收机都要使用一套，备用一套，以备随时更换。该系统的运作过程是：控制中心的母钟接收来自GPS信号接收机上的标准时间，然后将数据通过传输系统传送给各车站的子钟，当GPS出现故障时，还可以使用高精度的晶振供时钟源来代替GPS。

3　结束语

现代轨道交通系统是一个比较复杂的大系统，而其中的通信系统是其运行系统中最主要的构成部分，对轨道交通的安全、稳定运行起着决定性的作用。这就要求在实现轨道交通现代化建设的过程中，需要深入研究通信系统在轨道交通中的应用模式和发展趋势，不断发现阻碍通信体系发展的障碍，提出针对性的解决措施和方案，以促进轨道交通系统的安全、高效和健康运行。

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