時間：2023-06-19 16:29:06
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1.1城軌交通通信技術概述
城市軌道交通專用通信系統，是城市軌道交通系統的核心，其功能強大，涵蓋面廣，為保障軌道交通安全正常運營、順利實時調度調整、智能監控提供有力支持。現根據當代國內城市發展建設中所涉及城市軌道交通通信系統實際的設計情況匯總按其功能分為十二大交通專用子系統。首先，作為城市軌道交通通信系統的整體構架，這些子系統在設計上相互依托、相互作用，之間的調度能協調工作，在不同的運營環境下能夠智能的相互調節。其次，作為整體構架的分支，各個子系統又擁有對各自子系統內的故障進行檢測和報警的功能，由此來保證整個系統的可靠性。如軌道交通通信系統中電話通信子系統，承載著運營管理中的一般性公務聯系，而常規性質的城市軌道交通運營服務管理大都通過電話通信子系統來完成。這種輔助型子系統能將自身的作用發揮到極致，而后以一種輔助的方式來確保行車安全、提高運輸效率和現代化管理水平、提升旅客舒適度以及突況下提供應急處理手段等方面響應速率，以此成為整個通信系統的重要分支。考慮到實際工程中的軌道交通線路建設為分段式及今后逐步實行三期延伸的工程建設特點，該線路的通信系統應該建設成一個安全可靠、功能合理、技術先進、經濟實用并易于擴展的通信網絡，這也是我們做進一步規劃研究的目的。
1.2關鍵技術
1.2.1MSTP
MSTP（Multi-ServiceTransferPlatform）（基于SDH的多業務傳送平臺）是指基于SDH平臺同時實現TDM、ATM、以太網等業務的接入、處理和傳送，提供統一網管的多業務節點。利用MSTP可以為各個車站站臺與控制中心建立保護環路，這種基于MSTP的2.SG環路具有為各站點提供2M業務與10M/100M業務的總線型或點對點式傳輸信道。通信系統的整體設計思路就是利用這些由MSTP搭建的傳輸通道將車站設備與中心設備連在一起，從而實現該系統的整體功能。
1.2.2IPoverSDH
由于，數據傳輸系統是軌道通信系統的重中之重，既要考慮通信技術的發展，又要考慮軌道交通運行安全，還要考慮軌道交通中通信業務種類繁多、面對情況復雜，其對通信系統業務接口的要求很高，因此傳輸系統選用IPoverSDH和綜合業務接入相結合是最佳選擇。SDH是當前傳輸網絡中比較好的一種方式，優點是：精準、靈活、簡單易用、可靠性強；但它也有缺點：點對點、多點對點的數據傳輸以及圖像視頻信號的傳輸不是很理想。而IP技術則正好彌補了SDH的缺點，所以采用IPoverSDH是解決軌道交通通信網絡系統的最佳方案之一。根據城市軌道通信數據傳輸系統的設計可知，在軌道車站的網絡中承載六種相對獨立的業務：1、SCADA業務；2、BAS、OA業務；3、乘客誘導、錄像回放、廣播下載、電源設備監控及專用電話預留業務；4、AFC票務業務；5、公安業務；6、OCC調度業務，在OCC既要接受處理各個分站點的業務，同時還需控制整個行車網絡，因此網絡管理在OCC控制中心必不可少。SDH數據傳輸網是由SDH網絡單元節點組成，在光纖、微波或衛星上進行同步的信息數據傳遞、交換等功能于一身，并由統一網絡管理系統進行管理維護的綜合性信息網。這種網絡技術可實現網絡的高效管理、實時網絡維護、實時業務性能監控等功能，可有效的提升網絡數據、帶寬等的利用率，能滿足城市軌道交通數據傳輸網的數據傳輸和交換需求，因此設計基于IPoverSDH技術的網絡，能夠在很大程度上滿足城市軌道交通通信系統的技術要求。在這項技術具體的實施上，采取IPoverSDH來執行多種業務，在每個不同的城市軌道車站和車輛段作為數據信息采集節點，通過公共或者私有網絡接入將本節點的數據通過SDH傳輸信道送至OCC控制中心，在OCC控制中心將采用專有的網絡數據分析管理系統對各個節點的信息進行處理。在城市軌道交通的業務中，除了由IP技術處理的業務外，還有時效性很強的業務，這樣的業務就必須采用綜合業務接入的方式來進行處理。對于綜合業務網絡的接入，可以選用合適的網絡通信設備，利用常規的數據傳輸通道，采用PCM30/32的方案，就可以方便的提供語音、圖像數據等多種系統接口，網絡構建十分靈活，可構成點對點、鏈路、環形等多種拓撲結構。具有64K交互能力，在這種方式下上下電路不會阻塞，也在沿路可根據實際需要設置上下電路。采用雙系統供電，可以使整個系統的穩定性及安全系數更高。
2城市軌道交通無線通信系統
當前城市軌道交通網絡尤其是無線網絡的發展目標是在穩定快速的接入基礎上，同時提供可靠語音業務和更寬的寬帶數據業務。當前藍牙、WIFI等各類無線技術的迅速發展普及，讓這一目標的實現成為可能。
2.1城市軌道交通下一代無線通信系統關鍵技術研究下一代城市軌道交通無線網絡通信系統的實現，依賴于下列關鍵技術：大容量快速寬帶技術、數字語音集群通信技術、信道切換優化技術、集散式基站及載波復用聚合技術等。這些技術有著各自的特點和要求，而這些技術最終融合于正交頻分多址技術。正交頻分多址技術有時又稱為分離復頻變調技術具備高速率資料傳輸的能力，加上能有效對抗頻率選擇性衰減通道,每個用戶可以使用各自的載波，通過不同頻率正交方式來區別每個不同用戶。其基本思路是把一高速資料串行分割成數個低速資料串行，并將這數個低速串行同時調制在數個彼此相互正交載波上傳送。
2.2多輸入多輸出（MIMO）技術多輸入多輸出技術（MIMO）是一種新型的移動通信關鍵技術。這種技術可在不提升網絡負擔的情況下成倍的提高通信系統的帶寬容量和頻譜利用率。MIMO技術包括空間復用、空分多址、預編碼以及開環發射分集。MIMO技術將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，比較接近最優的空域時域聯合的分集和干擾對消處理。MIMO技術目前最基本的配置是采用下行雙發雙收的2×2天線配置和上行單發雙收的1×2天線配置，高端配置則是下行鏈路MIMO和天線分集支持四發四收的4×4天線配置或者四發雙收的4×2天線配置。當前MIMO技術已經廣泛的用在LTE等寬帶技術中，日趨成熟，在未來城市軌道交通的通信中也會起著巨大的作用。
3結語
科學技術在迅猛發展，給人民生活產生了巨大變化，人們的生活開始向高科技發展。很多的科技都融入到了人們的生活之中，如信息技術和多媒體體技術都開始服務于人們的生活。科技在城市建設中也發揮了越來越重要的作用。本文主要研究通信技術在軌道交通中的運用。
【關鍵詞】
通信技術；城市軌道交通；運用；研究
當今，經濟在迅猛發展，工業化的程度也在不斷加快。城市化之路也更加快速，隨之而來的是人口的增多，各地往來更加頻繁，在人們的日常生活中，就會運用軌道交通作為出行工具，這樣才能更加方便人們的出行，才能緩解路面交通的壓力，使之更加的順暢，因此，軌道交通發展成為一個非常朝陽的行業。軌道交通在交通中是一個非常重要的工具，它對于緩解人們的出行壓力起到了非常大的作用。在當代網絡技術發展的今天，信息化也必將融入到軌道交通上，這樣才能促進其更加高效和迅速，才能保證交通安全和可靠，保障人們的出行安全和便捷。
1對城市軌道通信系統進行整體規劃
在對城市軌道交通專用通信系統構建的時候，要從以下幾個方面進行規劃和設計：①運營的相關人員和系統設備之間的交互方式，要保證所提供的數據信息穩定、可靠；②要制定目標，要保證所運輸的物質安全、有效的送到目的地。另外，要盡量保證系統的安全和可靠，這樣才能保證系統的暢通運行。在通信系統的每個子系統中，要安置系統報警或者是自行檢測系統，從而保證整個系統的通暢運行。在軌道交通機電系統中，通信系統不僅僅是要提供數據、文字和圖像的服務，更重要的是運用這些資源保證系統的安全可靠，盡量提升交換的效率，保證客戶能夠準時安全到達目的地。通信系統有很多的子系統。比如，公務電話，視頻監控、廣播等，這些系統共同組成了通信系統，每個子系統都有各自的功能，都對整個通信系統起著至關重要的作用，所以每個子系統都要進行詳細的制定，都要做到其安全性、可靠性滿足運營的要求，這樣才能使整個通信系統在運營中有效運行。通信系統的核心是傳輸系統，它對整個通信系統起著非常關鍵的作用，制約著其他系統的發展，只有它安全有序的運行，才能保證整個系統的有效便捷運行。
2城市軌道交通通信系統中的關鍵技術
2.1通信系統中的傳輸框架設計研究
傳輸系統中2.5G的MSTP構成的保護環路，能使每個車站和控制中心以及各個車站之間提供2M到10M/100M總線型業務或者是能夠保持點點之間進行數據的傳輸途徑，保持車站能夠與控制中心的設備相連通的，進而可以讓傳輸通信系統從整體上保持其功能的優良性。公用電話系統是能夠利用較遠的端口與控制中心相連接的，交換機可以利用交換數據來達到公務電話相連接的目的，還可以實現就中控交換機與市話中繼續連接進而達到公務用電話還具有向外連接的功能；專用電話可以實現控制中心和每個車站相互之間的音頻調節實現互相之間的通訊聯系，并且由控制中心的調節控制臺發出來調控的指令；視頻監控系統是能夠作為車站和控制中心的第二級監控網絡的或者控制中心的。涉及到公安控制系統中心在控制車站中的監控的，可以將采集到的視頻截圖等送達至核心的綜合性的顯示平臺或者車站里面的監控室里面的監控中心的；廣播控制臺是由車站與控制中心鏈接的，廣播系統可以在廣播控制臺上進行緊急信息的臨時的。廣播系統是可以分析出來控制中心的ATS指令來采集所有車輛在運行中的全部信息的，最終實現了對正在運行的列車的到離站時間來進行自動型的預告廣播；時鐘系統指的是利用控制中心里面第一級別的母鐘給每個分級站的第二級別來進行同步的操作，并且還能夠向子系統發出與之相關的信號，二級母鐘可以再向更低級別的子鐘進行同步操作。
2.2對通信接口進行設計研究
從上面我們可以得知，在整個通信系統中，傳輸系統是整個系統的骨架，是最重要的一部分。它在整個系統中，引領著其他子系統的方向，對其他部分有重要的指導性，它對其他系統的安全和可靠有著非常重要作用。所以要把IPoverSDH和綜合業務介入融為一體，這是最好的選擇方式。SDH有很多的優點，它成熟，標準，可靠，又靈活通用。這是其他系統無法比擬的，但是也有自身的缺點，比如點對點的傳送不是非常好，圖像的傳輸也不是很佳。IP技術對它的缺點正好能夠彌補。
3結束語
隨著經濟的發展，城市也在不斷建設和發展。在城市建設中，通信系統的設計和建設是非常重要的，只有迅速建立起通信系統平臺，才能保證軌道交通的有效、快速運行，才能保證每個出行人的生命和財產安全，讓他們的出行有一個更加安全的保證。本文對通信系統的設計進行深入的研究，根據軌道交通通信系統的一些特點，闡述了如何把通信系統運用到軌道交通上來，從而提升我國的軌道交通的安全運行，提升客運的質量，保證每個出行人員的交通安全，促進我國的經濟和社會發展，為城市的美好明天而不懈努力。
作者：李川一 單位：中車建設工程有限公司
參考文獻
[1]鐘治國．通信技術在城市軌道交通中的應用[D]．上海：上海海運學院，2013．
【關鍵詞】軌道交通；城市；無線通信技術；應用；措施
引言
現代城市交通建設中，軌道交通建設是尤為重要的內容，這是因為軌道交通具有用地省、運能大、運行時間穩定的特點，對促進城市發展、交通發展都具有重要的意義。但是軌道交通在建設過程中也具有一定的局限性，比如城市軌道交通的地下空間較為狹小、緊張，所以不利于各類通信電纜的敷設。而通信系統對軌道交通建設而言尤為重要，其直接關系到軌道交通的運行和安全。基于此，就需要根據城市軌道交通的特點和需求，加強對通信系統建設方面的研究。無線通信技術是利用電磁波信號進行信息傳播、交換的一種通信方式，其傳播不受通信電纜敷設的限制，所以可以解決城市軌道交通通信系統建設的問題。而分析現代城市軌道交通無線通信技術與應用也顯得十分重要。
1現代城市軌道交通對通信系統的要求
現代城市軌道交通堵通信系統的要求較高，其不僅要滿足軌道交通的安全穩定運行需求，同時還需要滿足乘客對通信的多樣化需求。所以現代城市軌道交通通信系統必須要達到相應的要求，比如無線網絡系統的覆蓋面要更廣，要實現全覆蓋；車載通信系統單元要與控制基站相聯系并授權，以此確保系統信息的交流穩定性；基本的通信要保障信息的及時性和雙向信息通信的穩定性等[1]。另外，城市軌道交通通信系統中還需要包括PIS系統，以此來為乘客提供媒體服務，如視頻播放、廣播廣告等。基于此，在城市軌道交通建設中，如圖1所示，加強對通信系統的建設就顯得十分重要。
2現代城市軌道交通無線通信技術與應用措施
2.1Zigbee技術及應用措施
Zigbee技術也成為紫峰協議，是基于IEEE802.15.4標準的一種無線通信技術，其具有短距離、低功耗、低數據速率、自組織的特點，目前在各種工業現場的遙測遙控領域中都有著廣泛的應用，且發揮著重要的作用。Zigbee在室內可以達到30~50m的作用距離，如在室外空曠地帶，其作用距離可以達到400m[2]。基于Zigbee技術低功耗、低成本、低速率、遠距離的特點，也可以加強其在城市軌道交通無線通信系統中的應用。城市軌道交通備用系統電池狀態的監測對地鐵供電系統的運行起到了至關重要的作用，但是地鐵備電系統電池組數量較多，如果每個電池采用專用電纜的方式進行通信，則會造成較大的成本，而通過應用Zigbee技術就可以有效解決這些問題。在具體應用過程中，可以在每個被檢測電池組及測量端子處安裝Zigbee終端模塊，通過自組網方案，以一定數量的終端模塊作為群組，向中繼Zigbee傳輸檢測數據，最終將傳輸的監測數據上傳至檢測系統微機管理系統中，就可以對備電系統電池狀態進行有效監測，進而為地鐵供電系統的可靠運行提供保障。
2.2WiFi技術及應用措施
目前在生活生產中，WiFi技術都屬于一種非常常見的無線通信技術，其在通信方面具有較高的靈活性和可靠性，可以滿足人們多樣化的通信需求。作為一種高效可靠的無線通信技術，其也可以在城市軌道交通無線通信系統中發揮作用和價值。但是在WiFi技術應用于城市軌道交通無線通信系統實踐中也發現了一些問題，WiFi技術與列車移動電視、信號系統CBTC、PIDS乘客信息系統的同在2.5GHz頻段，所以會產生一定的干擾。對此，就需要在WiFi技術應用過程中采取一定的措施來保證無線通信質量和效率。比如在WiFi技術應用過程中，為了保證城市軌道交通通信的穩定性和可靠性，可以將WiFi頻段固定在5.8GHz，這對于減少干擾問題具有重要的作用[3]。在WiFi技術應用過程中，也可以應用PIDS和CBTC系統，這對于提高WiFi技術的整體應用可靠性也具有重要的作用。但是如果應用PIDS和CBTC系統，則需要對軌道交通系統進行較大的改造，所以這需要根據軌道交通系統的建設需求和現狀慎重實施。為了更好地避免干擾問題，也可以對WiFi技術進行創新和完善，比如可以將WiFi與地鐵的信號系統設置在不同的信道當中，以此來起到避免干擾的效果。
2.35G通信技術及應用措施
第五代移動通信技術是現代通信的前沿技術，如圖2所示，5G通信技術的出現和應用，可以為城市軌道交通的無線通信系統帶來技術上的革命，對提高城市軌道交通無線通信系統的整體水平具有重要的意義。比如基于5G移動通信技術的軌道交通無線通信系統，可以實現高達1Gbit/s的通信速率。MIMO大規模天線技術的應用，可以使得無線接入層的頻譜效率和接入終端數量有10倍以上的提升，且通過引入MEC技術，還可以將業務“下沉”到車站接入網側，為乘客帶來零時延的體驗[4]。作為新一代移動通信技術，其具有高可靠、低時延的特點，對解決目前城市軌道交通無線通信系統存在的時延長、故障頻繁、干擾多的問題具有重要的作用。在5G通信技術具體應用中，可以利用LTE-A技術構建車地無線通信系統核心網絡，LTE-A技術具有融合性高的特點，有利于構建高可靠、低延時的軌道交通無線通信系統。在5G通信技術具體應用中，還可以利用MIMO增強技術來實現接入層的大規模高密度的無線網絡覆蓋，MIMO增強技術的應用可以在很大程度上提高頻率效率和系統容量[5]。不過目前對于5G通信技術的應用還處于研究和開發階段，所以為了提高5G通信技術的應用水平，還需要結合軌道交通無線通信系統的需求和要求，加強對5G通信技術的研究，如圖2所示。
關鍵詞：軌道交通；無線通信技術；LTE；應用
隨著城市快速發展，城市交通壓力越來越大，發展公共交通、軌道交通則成為城市建設的重中之重，高速移動狀態下的車地無線傳輸性能是提升軌道交通通信質量的瓶頸。目前國內城市軌道交通車地無線系統受技術標準體制限制，車地無線實時通信效果不佳，存在著圖像傳輸不連續不清晰、上下行視頻并發圖像質量差等嚴重問題，影響運營使用，探討城市軌道交通中無線通信技術的應用有重要參考價值。
1.城市軌道交通無線通信技術面臨挑戰
城市軌道交通作為城市建設的重中之重，高速移動狀態下的車地無線傳輸對于通信提供提出了更高的要求，以確保安全運營的實現，滿足業務多樣化需求。車地無線通信系統要求主要以業務寬帶化、運行高速化、管控實時化等為主，城市軌道交通中流媒體、高清廣告實時播放等寬帶業務需要車地無線網絡提供足夠寬的傳輸管道；隨著軌道交通最高設計時速從60km/h向120km/h的邁進平均時速可高達200km/h，對高速移動場景下的網絡性能力提出挑戰；為滿足安全運營需求，需將運行列車車廂實時視頻監控回傳，管控實時化要求較高。以上這些高要求使得無線通信技術的應用遭遇了諸多平靜，致使城市軌道車地無線業務的開展受到影響。
目前城市軌道交通行業應用的車地無線專網WLAN解決方案，不僅安全性、可靠性欠佳，在滿足行業需求方面更是有著諸多不足，比如抗干擾性能差、安全隱患多、多網絡共存且覆蓋范圍有限、部署和管理維護難度增大、無法保障高移動態下的穩定帶寬等，都嚴重制約了軌道交通建設中無線通信的發展與應用。
2.城市軌道交通中無線通信技術的應用
LTE無線專網是軌道交通車地無線理想選擇，以LTE為代表的無線通信技術在解決城市軌道交通無線通信問題方面發揮了重要作用，有利于城市軌道交通建設的推進，下面結合鄭州市地鐵工程對城市軌道交通中LTE的應用進行分析。
2.1LTE技術優勢
LTE是3GPP標準組織制定的目前最先進的無線通信技術，是無線通信技術的發展趨勢。城市軌道交通中LTE技術具有以下應用優勢：一是抗干擾性能強，有助于保證整體網絡環境穩定性，二是無線覆蓋范圍大，單小區覆蓋范圍可達1.2km，降低了小區切換頻度和設備維護成本，三是支持高可靠性的無損切換和快速及時的無縫切換，以及基于非競爭的快速隨機接入，越區切換時延、丟包率低，四是支持高達9級的業務優先級控制，同一張網上可承載多業務，并對不同的業務分配不同的優先級，實現全方位QoS保障。
2.2地鐵應用環境
鄭州市地鐵工程建設中無線通信技術的應用主要面臨三個典型挑戰，一是乘客信息系統（PIS）數據傳輸實時性、穩定性無法保證，二是車載視頻監控數據無法實時回傳，三是設備故障率高、維護困難。軌道交通復雜且專業性較強，對于可靠性、安全性有較高要求，因此無線通信技術的應用必須考慮到與系統內列車控制、乘客信息、行車調度、安全監控、車輛和路軌設備檢測等模塊的對接，尤其是在快速移動情況下，必須確保通信技術的可靠性，基于4G技術的eLTE成為必然選擇，對于實現軌道交通系統的高寬帶、多功能、智能化的發展有積極促進作用。eLTE通信技術方案在解決軌道交通運營通信過程中要對系統內業務應用層、承載網絡層和終端層等進行優化，三個層面設備互有接口，聯合協作，共同支撐軌道交通系統的高效運營，同時聯合該其他子系統與設備確保高速運行狀態下通信傳輸的實時性與可靠性。
2.3業務層應用
LTE無線通信技術在提供CBTC（基于無線通信的列車自動控制系統）業務承載的同時，可滿足城市軌道交通大流量寬帶數據業務，如PIS（乘客信息系統）、CCTV（視頻監控系統）、數據采集等。列車自動控制系統作為神經中樞需要切實的安全保障，業務應用層中列車控制信號系統肩負著調節列車運行間隔和運行時分、提高列車運行效率等責任，CBTC系統的應用借助無線通信技術代替了傳統軌道電路作為傳輸媒體來實現列車運行控制，CBTC與eLTE無線通信系統接口的性能、可靠性都為列車運行安全服務。應用WiFi來承載面臨著無線干擾問題，采用4G移動通信技術可有效解決干擾問題，通過對eLTE系統相關參數的優化和調整可滿足列車控制運行的專業要求。乘客信息系統有承載多媒體需求，eLTE系統為適應PIS系統高清視頻實時廣播的特點以及不同行車區間的業務需求，通過集成在TAU中的無線通信模塊，對接車載的視頻播放系統以及視頻監控系統，滿足實時動態信息的傳播與輸送需求。
2.4應用實踐
LTE端到端技術方案在鄭州地鐵工程的應用滿足了PIS高清化車地無線傳輸需求，利用匹配軌道應用場景的增強覆蓋技術減少了設備數量，利用AFC頻偏糾正技術保證了高速場景下的穩定數據傳輸，利用漏纜、天線、室分多種覆蓋方式實現了不同區域的無縫覆蓋。超寬帶無線車地通信解決方案充分利用了LTE在高速移動狀態下接入性能好、業務帶寬高的特性，結合專業的無線規劃方案，為地鐵提供了近20Mbps的下行無線帶寬，開創了軌道交通領域乘客信息系統實時高清化的先河，為改善地鐵乘車環境、提升運營安全與效率提供了有利保障。另外華為與Funkwerk積極合作，開發了基于LTE模塊的同時支持GSM-R和LTE的雙模車載臺，進一步實現了基于LTE的車載終端的技術突破，為推動eLTE商用提供了強有力支持。
3.結束語
綜上所述，城市軌道交通建設中LTE無線通信技術的應用有效規避了傳統技術弊端，解決了車地無線實時通信中的諸多問題，為優質地鐵乘車環境的建設與軌道交通系統高效管理提供了有力支持，有利于全面提升軌道交通運營工作質量。
【參考文獻】
[1]聶淼.淺談現代城市軌道交通無線通信技術與應用[J].通訊世界：下半月，2015（5）：12-14.
【關鍵詞】 車――車通信 CBTC 通信 自動控制 信號控制系統
引言：
目前，大多數城市軌道交通信號系統都采用了CBTC系統，CBTC系統是基于通信的列車自動控制系統，其結構與應用已非常成熟。
隨著技術的進一步發展，基于車――車通信技術的新型軌道交通信號控制系統將很有可能取代現有的CBTC系統，成為主流的軌道交通信號系統。
一、基于通信的CBTC信號控制系統原理及缺點
基于通信的CBTC系統的核心是列車自動控制系統（ATC），它由算機聯鎖子系統（CI）、列車自動防護子系統（ATP）、列車自動駕駛子系統（ATO）及列車自動監控子系統（ATS）構成。
各子系統之間通過數據通信傳輸子系統（DCS）作為信息交換網絡，實現地面與車上控制相結合、現地控制與中央控制相結合，構成一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調整以及列車自動駕駛自動化等功能等為一體化的自動控制系統。
其業務主要為：對列車實施調度、防護、操縱、多子系統通過計算機網絡連接實現網絡化信息化。具體功能表現為：列車按照運營圖自動運行；為列車門、站臺屏蔽門的開閉提供安全監控信息；全線列車及信號設備的自動監控；列車運行及信號運行的日志及數據收集存儲；與外部接口系統（如：綜合監控系統、時鐘系統、乘客信息系統（PIS）、無線通信系統、TCC系統）的數據交互等。
雖然CBTC系統已日趨成熟且在軌道交通領域大量應用，但仍有不少問題亟待解決：如前后車運行聯動的問題。CBTC系統雖支持不同控制級別列車的混跑，但當CBTC級別的列車與點式列車互相追蹤時，前車車載設備在不同控制級、不同故障類型、不同駕駛模式下對后車運行的影響，以及前后車追蹤間隔的設置等，都是需要進一步解決的問題。又如闖紅燈防護問題。
在點式級別下，因為沒有連續的車-地通信，且應答器作用范圍有限，司機很難做到對列車的誤啟動保護。再如車-地無線傳輸及同站臺換乘車站無線干擾的問題。車-地之間的無線傳輸對信號傳輸質量穩定性的影響，以及現場不同系統的復雜信號干擾對線路開通調試帶來的困難，甚至在運營階段由于通信不穩定而導致的列車緊急制動等問題，也需進一步優化。
為了進一步優化結構，解決以上問題，更新一代的基于車――車通信技術的新型城市軌道交通信號系統方案已悄然登場。
二、基于車――車通信的信號控制系統結構分析
基于車一車通信的新型信號控制系統，其本質是以列車為中心的新型CBTC系統。
根據ALSTOM在法國里爾l號線提出的基于車――車通信的新型CBTC系統概念，與傳統CBTC系統相比，其結構中去掉了聯鎖子系統和區域控制器子系統，ATS直接與車載控制器VOBC進行通信，將進路信息發送給車載，車載根據進路信息，直接控制道岔的轉動和進路的開放，以及移動授權的計算等與軌旁相關的安全功能。這一設計不但減少了聯鎖子系統，而且減少了系統的接口數量，從而降低了系統的復雜性。
由于精簡了軌旁的設備，基于車一車通信的新型CBTC系統與傳統CBTC系統在功能分配上差別很大：CBTC系統中大多數軌旁核心功能，都移至車載控制器上實現，大大簡化了系統數據交互的復雜度，減少了信號系統網絡負荷，縮短了通信時延，提高了系統整體性能。
在車――車通信方式中，后續列車根據自己的狀態，向前行列車請求前車的位置信息。后續列車可根據收到的前車位置信息自行計算移動授權和相關的制動曲線。因此，前后列車之間，僅僅通過交互列車位置信息的簡單動作便可實現列車移動授權的計算等功能，而無需由軌旁系統計算后再通過網絡發送給車載控制器，這樣就大量減少了數據通信量，降低了車載控制器的反應時間，并且能快速更新后續列車的速度曲線。
三、基于車――車通信的信號控制系統的優勢
3.1結構簡單成本低廉
車――車通信系統省略了聯鎖子系統和區域控制器子系統，其余各個子系統之間的數據流交互和接口簡單清晰，避免了繁瑣的流程，降低了各個子系統之間的耦合度，防止了各子系統的干擾，而且系統不用過多的連接，也解決了系統接口不兼容的問題，使系統在使用的過程中比較簡單，維護過程中成本低廉。
3.2聯鎖功能更加靈活
車――車通信系統車載控制器的聯鎖功能可以在列車運行的過程中使之更加的靈活，可以對道岔道的轉動進行控制，讓列車能夠及時地運行決策，提升列車的運行效率。
在確保運行安全的基礎上，防止對各類設備的干擾，節省了大量管理設備的時間，而且在具體的運行設計中也節省了時間。
3.3信息交互能力大幅提升
基于車一車通信的新型信號控制系統取消了軌道旁的控制器設備，所以也不用存儲聯鎖的數據，客觀上精簡了車――地之間交互的信息量以及交互時間，減少了車載控制器的系統反應時間，使得車載控制器反應的速度非常快，而且會及時地建立速度曲線，列車會將自己的運行狀態調整，在列車發出請求后，迅速獲得周圍列車和設備的位置，在接收到相關的信息后，通過對移動授權的分析，繪制制動曲線。所以，在列車之間，其交互性大大的提高，而且，通過移動授權的計算，完成了各項功能。
3.4運行時間間隔進一步縮短
由于車――車通信系統減少了車載控制器的系統反應時間，于是它能提供更小的運行時間間隔。可以在保證安全的前提下，可以為運營提供更加靈活和多樣化的運輸組織方案。
3.4節省大量空間
車――車通信系統去掉了聯鎖子系統和區域控制器子系統，節省了大量的空間，不但提高了整個系統的運行性能，而且使列車在運行的過程中更加的安全。
總體而言，車――車通信系統對傳統CBTC系統實現了創新，使信息的交互性更好，有效控制了車載控制器反應時間，使整個系統的運行性能更有保障。
四、結語
基于車一車通信的新型信號控制系統，能夠大幅度提高系統的快速反應性能、機動靈活性能及安全穩定性能，具有很大的發展空間和潛力，將是未來城市軌道交通信號系統的發展趨勢和方向。
參 考 文 獻
[1]安靜，王令群，吳汶麒. 基于無線通信的列車控制系統研究及應用綜述[J]. 上海應用技術學院學報（自然科學版），2016，02：132-138.
[2]陸[，朱翔，紀文莉，鄭國莘. CBTC系統無線通信采用UHF低頻段的可靠性分析[J]. 城市軌道交通研究，2016，04：15-20.
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
Abstract： This paper starts from the composition of urban rail transit engineering communication system， combs the cost composition and proportion of communication system， analyzes the technical and economic indicators of each subsystem and the main factors influencing the indicators， and provides reference for the follow-up project.
關鍵詞：城市軌道交通工程；通信系統；技術經濟指標；分析
Key words： urban rail transit engineering；communication system；technical and economic indicators；analyze
中圖分類號：U239.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0055-02
1 概述
城市軌道交通通信系統是一個適應城市軌道交通運輸效率、保證行車安全、提高現代化管理水平，并能迅速、準確、可靠地傳遞語音、數據、圖像和文字等各種信息的機電系統。
通信系統由專用通信系統、公安通信系統、民用通信引入系統組成[1]。
專用通信系統包括傳輸系統、無線通信系統、公務電話系統、專用電話系統、視頻監視系統、廣播系統、乘客信息系統、時鐘系統、辦公自動化系統、電源系統及接地、集中告警系統等子系統。
公安通信系統包括公安視頻監視系統、公安無線通信引入系統、公安數據網絡、公安電源系統等子系統。部分城市根據公安部門的要求增設了公安傳輸系統。
民用通信引入系統包括民用傳輸系統、移動通信引入系統、民用電源系統等子系統。
2 總指標及費用比例
通信系統由專用通信、公安通信及民用通信引入系統三部分組成。由于4B、6B、6A、8A等4種編組類型車站規模不一樣，導致各項目通信系統正線公里指標存在一定差異。
目前約100多個在建或規劃建設城市軌道交通的大中型城市主要采用6B編組，本文以6B編組的通信系統作為分析對象。工程實例經歷了實踐檢驗，具有代表性。合肥市軌道交通3號線為6B編組，線路全長37.20公里，設站33座，站間距1.16km，設車輛段及停車場各1座，其通信系統包括專用通信、公安通信及民用通信引入系統3部分，是6B編組通信系統的典型代表，其初步設計概算費用及指標如表1所示，編制期為2014年10月。本文以合肥市軌道交通3號線通信系統為例，分析通信系統的主要技術經濟指標、費用組成及比例。
各城市對民用通信引入系統是否納入城市軌道交通投資做法不統一。有些城市，例如武漢，民用通信引入系統由運營商自行建設、維護，費用由運營商承擔，不納入城市軌道交通投資，有些城市，例如合肥，民用通信引入系統由地鐵集團建設、維護，費用納入城市軌道交通投資。
通信系統費用一般由專用通信、公安通信及民用通信引入系統3部分組成。專用通信、公安通信及民用通信引入系統分別占通信系統費用的60%、20%、20%，如圖1所示。
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3 主要技術經濟指標
合肥軌道交通3號線通信系統指標為1552.76萬元/正線公里，通信系統指標主要受站間距、公安系統方案、民用通信引入系統是否列入、線路敷設方式、移動通信新技術等因素影響。一般6B編組城市軌道交通工程通信系統指標約為1450萬元/正線公里，較合肥軌道交通3號線低，主要原因是其站間距較合肥軌道交通3號線大。
3.1 專用通信系統
專用通信系統費用指標約為930萬元/正線公里，指標主要受站間距等影響，其指標如表2所示。
3.2 公安通信系統
公安通信系統指標約300萬元/正線公里，公安通信系統指標主要受站間距、公安通信系統方案等影響，其指標如表3所示。
3.3 民用通信引入系統
民用通信引入系統指標約為320萬元/正線公里，主要受站間距、線路敷設方式及移動通信新技術等影響，其指標如表4所示。
4 指標分析
通過費用組成及比例分析，得出專用通信、公安通信、民用通信引入系統分別約占通信系統費用的60%、20%、20%。
專用通信系統方案比較穩定，主要設備是影響其指標的關鍵因素；公安通信系統指標主要受系統方案影響；民用通信引入系統指標主要受線路敷設方式、移動通信新技術影響，因此，公安通信系統方案、線路敷設方式、移動通信新技術等是影響通信系統指標的重要因素。
4.1 公安通信系統指標分析
公安通信系統指標與系統方案有關。以公安視頻監視系統為例，公安通信系統視頻監視系統的服務器、存儲設備、攝像機可以與專用通信系統視頻監視系統共用，也可以獨立設置。武漢軌道交通11號線東段公安通信系統與專用通信系統共用視頻監視系統的服務器、存儲設備和攝像機等設備，僅新設少量視頻監視終端，公安通信系統指標為169.86萬元/正線公里，合肥軌道交通3號線獨立設置公安視頻監視系統的的服務器、存儲設備和攝像機等設備，公安通信指標為305.13萬元/正線公里，較武漢軌道交通11號線指標高135.27萬元/正線公里。
4.2 民用通信引入系統指標分析
民用通信引入系統指標與線路敷設方式有關，當線路采用高架或地面敷設時，不需設置民用通信引入系統車站級設備。以寧波至奉化城際鐵路工程（以下簡稱“寧奉城際”）民用通信引入系統為例，該線僅在寧波軌道交通3號線陳婆渡站引出處有一小段地下區間，僅需在此地下區間設置民用通信引入系統，其民用通信引入系統指標僅為10.65萬元/正線公里，其指標如表5所示。
民用通信引入系統指標與移動通信新技術有關。隨著移動通信技術的發展，新的移動通信制式也需引入到城市軌道交通中，民用通信引入系統指標增加。以4G信號引入為例，工業和信息化部于2013年12月4日向中國移動、中國電信、中國聯通發放4G牌照，在此之前的城市軌道交通未考慮4G信號引入，如武漢軌道交通7號線初步設計于2013年10月批復，未考慮4G信號引入，民用通信引入系統指標為260.35萬元/正線公里，而合肥軌道交通3號線考慮引入4G信號，民用通信引入系統指標為316.60萬元/正線公里，較武漢軌道交通7號線指標高約56.25萬元/正線公里。
參考文獻：
[1]建設部標準定額司.城市軌道交通工程設計概預算編制辦法[S].北京：中國計劃出版社，2007.
關鍵詞：城市軌道交通；LTE；車地無線通信系統
1 背景
近年來，我國城市軌道交通建設已經進入了快速發展階段，其安全性和舒適性得到社會的普遍關注。一方面，乘客已不滿足于少量的類型單一的文本、聲音信息服務，城市軌道交通迫切需要提高信息服務水平，從服務上吸引乘客。另一方面，國外城市軌道交通惡性事件頻發，地鐵列車需要增加足夠的監控措施，以防范于未然，城市軌道交通需要直觀地了解現場情況，迫切需要高速率的車載視頻信息傳輸。總之，隨著城市軌道交通服務水平和管理水平的不斷提高，城市軌道交通對車地無線通信系統的性能，諸如：上下行的傳輸帶寬、高速移動接入、場強可控性、無線干擾等提出了更高的要求。
2 當前主流技術比較
城市軌道交通車地無線通信系統作為傳輸網絡的延伸，提供地面與列車之間的通信，為視頻監控系統、乘客信息系統等提供車輛與車站、控制中心之間的無線傳輸通道。車地無線通信系統需要具有高可靠性，支持列車運行速度80公里/小時或更高速度下的視頻信息、多媒體信息的實時傳輸，且系統應具備防止黑客和非法信息入侵的功能，確保播出信息的安全。
當前可供選擇的無線傳輸技術主要有：TETRA、GSM、CDMA、3G、TRainCom-MT、WLAN、WiMax、LTE等。
TETRA、GSM、CDMA均為非常成熟的無線技術，有著廣泛的應用實例，但是這三種技術對于車地之間無線數據傳輸的要求均存在速率不足的缺陷：TETRA的下行速率約為幾十Kb/s，上行速率約為幾Kb/s；GSM和CDMA的上下行速率大致相當，下行速率約為幾十Kb/s，上行速率約為十幾Kb/s。三者均無法滿足車地無線通信系統所需要的傳輸速率。
WLAN作為一種寬帶無線接入網技術，其網絡化、寬帶化等特點具有相當的優勢。WLAN目前存在多種標準，如：802.11a、802.11b、802.11g等。802.11a工作在5.8G頻段，干擾較少，傳輸速率可以達到54Mb/s，但5.8G頻段屬于非免費開放頻段，需要申請。802.11b工作在2.4G頻段，傳輸速率最高達11Mb/s。802.11g也工作在2.4G頻段，由于使用OFDM調制技術，其數據傳輸速率提高至54Mb/s。但WLAN天線覆蓋范圍較小，軌旁AP在直線隧道一般每間隔200米布設一個，系統越區切換頻繁。
LTE（Long Term Evolution，長期演進） 是3G的演進，是3G與4G技術之間的一個過渡，是3.9G的全球標準，如下圖1-1所示。它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。與3G相比，LTE具有高數據速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等技術優勢，被視作從3G向4G演進的主流技術。載波聚合技術，在頻譜靈活分配、系統容量、覆蓋等綜合方面，有著無可比擬的優勢。而采用漏纜覆蓋模式的2X2MIMO的傳輸，將會實現速率的倍增。從目前看，主流運營商幾乎一致支持LTE標準。
圖1-1
3 基于WLAN技術的車地無線通信網絡兼容性分析
基于IEEE 802.11標準的WLAN技術是目前城市軌道交通通信系統主要可用的寬帶數據無線通信技術，該技術于2004年在國內開始使用，并且逐漸成為國內城市軌道交通通信系統主流的車地通信技術，已經在北京、上海、廣州等很多大城市運用。近年來，通信PIS系統可用的寬帶數據無線通信技術制式相對通信系統來說較多，但是國內的城市軌道交通已經開通的和正在實施中的線路采用WLAN方案占多數。綜上，目前城市軌道交通環境中車地無線通信系統以兩張WLAN網絡共存的情況為主。
兩個無線通信網絡電磁兼容是工程實施中必須考慮的問題。根據已經實施項目的實際使用情況，信號系統和PIS系統的電磁兼容主要有以下三個方案：
（1）信號系統和PIS系統分別使用不同的頻段，例如，PIS系統采用4.2GHZ的頻段，而信號系統采用3.1GHZ的頻段。
（2）信號系統和PIS系統采用同一家WLAN供應商，將信號系統和PIS系統集成建設。
（3）信號系統和PIS系統采用相同頻段，當兩個系統采用相同頻段的時候，在工程實施中一般采取以下三個措施來減少相互之間的干擾：合理規劃無線頻點；協調AP點位置；選擇不同天線極化方向。
4 WLAN技術車地無線通信中存在的問題
車地無線通信系統采用2.4GHZ開放頻段，所有使用2.4GHZ WLAN技術的設備均為車地無線通信系統的干擾源，系統不可避免的會受到民用通信設備（如WiFi、MiFi、藍牙）的干擾，嚴重的可能會導致車地無線傳輸系統無法正常工作，影響車地無線通信系統的可靠性。而且隨著無線智能城市的建設以及手機上網應用的普及，將會有更多的干擾源出現。
5 LTE技術優勢
若要從根本上解決車地無線通信中的干擾問題，保證通信系統可靠、穩定的工作，智能通過采用專用頻段及更新進的無線通信技術來解決，如圖1-2。因此，LTE技術的出現，堪稱車地無線通信干擾問題的救星，其主要具備以下幾個優勢：
（1）以分組域業務為主要目標，系統在整體架構上基于分組交換。
（2）在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。0～120 km/h移動場景下平均吞吐速率達到60Mbps，上行速率16Mbps，下行速率44Mbps。
（3）LTE技術的數據業務速率和頻譜利用率高。
（4）支持成對或非成對頻譜，可靈活配置1.4MHz-20MHz間的多種系統帶寬。TDD LTE可以調整上下行流量。
（5）扁平化組網方案，網絡架構簡單，網元節點少，系統可靠性高。
（6）增加小區邊界比特速率，提供1bps/Hz的小區邊緣速率。小區覆蓋半徑可達100km。
（7）嚴格的QoS機制保證實時業務（如VoIP）的服務質量。
（8）采用頻偏補償機制，有效克服多普勒效應，確保高速移動場景下的無線鏈路質量。
（9）切換時參考頻率偏移變化，提高切換成功率，保證高速切換場景下的帶寬穩定。
（10）多RRU共小區，減少由于切換帶來的時延、抖動、丟包，保證高速切換場景下的帶寬穩定。
（11）無須在隧道中另外布設天線，可共用商用通信的泄漏電纜。隧道內單個RRU覆蓋1.2KM漏纜，能夠提供穩定的覆蓋。
（12）LTE技術采用扁平化網絡結構，有效地縮短了端到端的數據傳輸時延，更加滿足城市軌道交通特別是信號系統的應用需求。
6 結語
本文通過介紹城市軌道交通車地無線通信技術，主要針對WLAN技術和LTE技術進行比較，突出LTE技術在當今的各種優勢，由以上分析并結合各種無線傳輸技術的特點及城市軌道交通的業務需求，推薦采用LTE作為城市軌道交通車地無線傳輸技術。LTE使用專用頻段，抗干擾能力強，可以共用商用通信系統的泄漏電纜，施工難度小，且未來可以承載更多的業務，如：語音集群。雖然LTE系統初期投資較大，但核心網設備可為多條線路所共用，隨著城市軌道交通線路的不斷新建，系統的總體建設投資將與采用其它無線傳輸技術基本持平。
參考文獻
[1]TD-LTE無線通信系統在鐵路上的應用 尹福康 鐵路通信信號工程技術 2013年。
關鍵詞：軌道交通；通風空調；發展趨勢
中圖分類號：C913文獻標識碼： A
一、城市軌道交通通風空調系統的功能
通風空調系統作為城市軌道交通中的重要設備系統之一,擔負著對城市軌道交通內部空間的空氣溫度、濕度、空氣流速、空氣壓力和空氣品質進行控制的任務。列車正常運行時,為乘客和工作人員提供一個適宜的人工環境,滿足其生理和心理要求；當列車阻塞在區間隧道時,向阻塞區間提供一定的通風量,保證列車空調等設備正常工作,維持車廂內乘客在短時間內能接受的環境條件；當發生火災事故時,提供迅速有效的排煙手段,為乘客和消防人員提供足夠的新鮮空氣,并形成一定的迎面風速,引導乘客安全迅速地撤離火災現場；為各種設備提供必要的空氣溫度、濕度以及潔凈度等條件,保證其正常運轉。
從系統功能上可以看出,以滿足乘客出行為目的的城市軌道交通需要通風空調系統為乘客和工作人員營造一個安全良好的內部空氣環境,這是保證其開通運轉必不可少的基礎條件。
二、城市軌道交通通風空調系統的現狀
國外城市軌道交通通風空調系統是隨著工程建設不斷發展的,從最初完全采用自然通風到后來設置機械通風,再發展到空調降溫,基本上與地面建筑設備技術是同步前行的。國內城市軌道交通從1969年北京地鐵一期工程的通風系統開始,經過上海、廣州等城市的工程建設和運營,通風空調系統不斷完善,并在工程實踐中學習和借鑒歐洲國家和美國的技術和經驗,目前城市軌道交通通風空調系統已經能夠滿足功能需求,技術比較成熟和可靠。
目前城市軌道交通通風空調系統廣泛采用（1）通風系統(含自然通風、活塞通風和機械通風)；（2）站臺不設屏蔽門的通風空調系統；（3）站臺設置屏蔽門的通風空調系統這三種形式。具體到某個地下車站或某段地下隧道,通風空調系統的布局可能差異較大,但系統構成則是相同的。
城市軌道交通通風空調系統存在諸多問題,其中最主要的問題包括:
1、系統設置構成復雜,控制運行不便；
2、占用面積和空間巨大,地下機房面積一般在1200～2500m2左右,占地下車站總面積的12%～30%；
3、系統運行能耗巨大,以地鐵為代表的城市軌道交通的電力能源消耗主要體現在地鐵列車的牽引用電和通風空調系統用電兩個方面,在現有地鐵線的實際耗能統計中,通風空調系統的能耗已經達到了地鐵總能耗的50%左右；
4、系統優化和技術創新,以及新產品、新技術、新工藝的應用進展緩慢。
三、城市軌道交通通風空調系統發展展望
1、安全健康
通風空調系統擔負著城市軌道交通內部的空氣環境控制的重任,事關乘客和工作人員的健康與安全,系統設置和設備配置上一定要以此為最基本的出發點。以往工程上采用的系統形式也都是以此為前提的,但隨著工程建設速度的加快,遇到的復雜實際情況越來越多,例如城市地下長大隧道、山嶺隧道、過江(河、海)隧道等。山嶺隧道經常伴隨著大埋深情況,過江(河、海)隧道經常具有較大長度,因此在隧道中部設置中間風亭的代價將極其巨大,甚至技術上不可實施；長大隧道由于結構施工的要求,其結構形式多種多樣,隧道通風和排煙僅依賴已有的技術措施已不能完全滿足要求或技術經濟合理性很差,這些都導致傳統的系統設置和運行模式無法適應實際的需要。中庭式車站、雙洞或三洞式全暗挖車站等多種新型建筑和結構形式車站目前也屢見不鮮,通風空調系統必須根據實際需要不斷改進,實現既滿足人員健康要求又保證安全的目標。
在實際工程建設的地質勘察過程中,不斷遇到地下氣壓較高的有害氣體的情況。當城市軌道交通線路穿越儲氣層時,在設計、施工和未來運營過程中,一定要認真考慮有害氣體對工程的危害以及對工程后期運營帶來的不利影響,這是通風空調系統面臨的新問題,如果沒有合理可靠的技術手段,將會威脅人員的健康尤其是安全。現實問題要求通風空調系統適應新情況,發展新技術,解決新問題。隨著列車運行速度的提高,隧道內的空氣壓力也隨之發生變化,國內已經有若干條城市軌道交通線路列車最高運行時速達到了120km/h,空氣壓力的波動對人員的舒適造成較大影響,情況嚴重時會危及健康。通風空調系統需要針對空氣壓力的變化,結合人員的健康要求,提出合理有效的控制標準,并會同有關專業共同加以解決。
2、經濟節能
傳統的城市軌道交通通風空調系統存在兩大突出特點,一是占用面積和空間巨大,一般來說地下車站設備及管理用房一半的面積被通風空調機房占用。二是運行能耗極高,南方城市約50%的運營能耗為通風空調系統耗能；而北方城市通風空調系統的能耗也達到運行總能耗的近1/3。
設計、科研單位和生產企業應高度重視這兩大難題,并加以解決。目前出現的集成系統等就是在這方面作出的有益嘗試,但這些與工程建設的需要,尤其是國家節能減排的國策要求還有很大差距,還需要繼續努力,繼續探索,要從系統的精確計算、系統制式的選擇、系統設備的配置、系統控制、系統運行模式以及新設備的研發與應用等多個角度來做大量的工作。
從系統制式的選擇上看,合理的系統方式設置對節省所占用的土建空間和運營節能至關重要,應當結合氣候條件、運力因素、土建結構類型、地質情況、建設標準和經濟實力進行綜合的技術經濟比較,發展和采用合理的系統制式。例如,日前通過由國內多位著名專家鑒定的課題---“可調通風型站臺門通風空調系統”就是一項意義重大的創新和探索。課題組開創性地提出了可調通風型站臺門的理念,研制了相應的產品,并且提供了基于可調通風型站臺門的適用于不同氣候條件的新型環控系統形式,能夠很好地滿足城市軌道交通各種正常及事故工況下通風空調系統的全部功能需求,節能效果顯著；同時,還可以有效解決嚴寒地區冬季站內溫度偏低的技術難題。
在系統方式和系統構成方案確定后,系統設備的選用及配置就成為重要的環節,在工程建設中,考慮到不同運營時期客流量和熱負荷的不同,通風空調應采用不同的設備配置標準以適應負荷的變化,達到最大的運行節能效果,因此,應該大力提倡設備的科學分期安裝實施,盡管這樣增加建設管理上的事務。另外,應從建設和運營管理及投資體制方面綜合研究適當的對策和政策。
3、環保美觀
從城市景觀角度考慮,凸出地面的風亭和設置在地面的冷卻塔、風冷機組等設施與設備無疑會對城市景觀造成影響。在一些敏感區域和道路、建筑物布局緊張地段,以及居民集中地區,這些矛盾極為突出。這就需要在風亭位置的選擇、風亭尺寸的選用、風亭建筑形式等方面多加研究。對于通風空調系統也應進行創新性研究,以利于解決此類問題。例如目前出現的蒸發冷凝式系統就是其中的一項實際舉措,這項技術采用蒸發冷凝機組取代傳統意義上的冷卻塔裝置,設置在地下,并充分利用水的汽化潛熱將熱量散發,實現制冷效率的提高,也有利于節能。
城市軌道交通通風空調系統對城市環境的噪聲與振動影響也不容忽視。城市軌道交通線路可能穿越城市不同環境要求的區段,其對周邊的環境噪聲與振動影響應滿足環保的要求。從這個意義上分析,城市軌道交通通風空調設備應低噪聲、低振動和低能耗。
結束語
城市軌道交通通風空調系統技術需要總結國內外城市軌道交通通風空調系統的實際應用經驗,結合新的理念,采用新的技術,改造和提升傳統系統方式,加快系統技術的更新和促進技術進步,并充分結合工程建設的具體情況,解決在技術上和運行上存在的諸多不足,實現通風空調技術在城市軌道交通領域的科學理性探索和符合工程實際、滿足國家需要的高水平發展。
參考文獻
[1]付維綱.深圳地鐵空調通風系統的設計[J].廣西質量監督導報，2008.
