無線通信技術在地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的應用探討

周睿

摘要：眾所周知，地鐵這一交通方式在便捷市民出行中發(fā)揮了重要作用，因而備受關注和喜愛，但是隨著客流量的成倍增加，地鐵的安全保障難度有所上升，故在地鐵列車監(jiān)控中引入先進可靠的無線通信技術已然成為提高監(jiān)控效率和質量的不二選擇。對此，本文對常見的無線通信技術作了分析，并就其在地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的應用進行了重點探討。

關鍵詞：無線通信；列車；遠程監(jiān)控；6PS；MVB

一、常見的無線通信技術

隨著對地鐵列車監(jiān)控效率、質量、水平等要求的不斷提高，促使無線通信技術被提上議程，但在探討如何將其應用于監(jiān)控系統(tǒng)中之前，需要先了解其特點和優(yōu)勢。即無線通信技術是一種借助電磁波信號在自由空間內完成信息傳播和交換的通信方式，并以100m為界定分為近程和遠程無線通信[1]。當下地鐵行業(yè)中常見的無線通信技術有：

（一）DVB-T技術

該技術不僅容量較大，而且便于接入，目前己在地面數(shù)字開路電視中得到了廣泛應用。具體而言，在列車行駛時，該系統(tǒng)會及時接收來自地面的信號，經數(shù)字機頂盒加以解碼后成為視頻信號或模擬復合音頻信號，最后在視音分配器的作用下呈現(xiàn)在終端顯示器中。

（二）4G技術

4G這一支持數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)牡谌苿油ㄐ偶夹g，不僅有著良好的傳輸速率，而且可同時傳送實時通信、電子郵件等信息和通話等聲音。如當頻譜寬帶為20MHz時，其傳輸速率可達到50-100Mbit/s，而且在保持350km/s的狀態(tài)下以100kbit/s的速率為移動用戶提供接入服務，同時對成對和非成對頻譜具有支持作用，可在806-960MHz.1900-1920MHz. 2110-2170MHz等不同寬帶范圍內進行靈活配置[2]。

（三）WLAN技術

WLAN技術就是我們常說的無線局域網，其無需連接傳輸電纜或任何導線，只需借助無線電波這一媒介便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，主要采用的是IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11b等IEEE802.11標準，其中11a和11b分別有著5.8GHz和2.4GHz的工作頻段與54Mbit/s和11Mbit/s的最大接入速率。但在數(shù)據(jù)速率、通信保密、可靠性、兼容性、移動性、經濟性、電磁環(huán)境等方面有著一定的技術要求。

（四）TETRE技術

TETRE技術無需通過用戶接口便可獲得寬帶支持，能夠滿足電子郵件、圖形傳輸、圖像傳輸?shù)榷喾N數(shù)據(jù)通信需求，從而可以接受并發(fā)送數(shù)據(jù)和話音，而且350MHz和806-866MHz的工作頻率、寬帶分配的動態(tài)性、7.2kbit/s的時隙通信能力以及較好的加密技術，促使通信質量和水平得到了明顯改善，因而可在同一平臺中提供數(shù)字傳輸、電話服務、指揮調度等服務，故公開、開放特點突出。

此外，WIMAX技術不但支持點對點和多點網絡通信結構，也可以向固定站點和移動站點提供無線寬帶接入服務，故在地鐵行業(yè)中也有所應用[3]。而無線Mesh技術因會在擴大網絡規(guī)模的同時增加數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)，故不符合地鐵監(jiān)控對實時性的要求。

二、無線通信技術在地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

（一）地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的無線通信結構

對于地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)而言，其主要受限于客觀條件，因此需要借助無線通信技術的高速穩(wěn)定優(yōu)勢予以改善，但在實際應用是要求無線技術必須滿足系統(tǒng)對其數(shù)據(jù)傳輸速率、可移動性、安全可靠性、漫游切換以及條形覆蓋等的要求，因此基于上述要求。其中可移動的STA節(jié)點均位于列車上，考慮到列車運行速度一般在80km/h，所以可在列車沿途設置多個AP，以此將音頻、視頻等數(shù)據(jù)更好的提供給STA，然后結合利用列車控制系統(tǒng)對列車的行使狀態(tài)和速度進行實時監(jiān)控；但值得一提的是，為有效避免因切換延遲、數(shù)據(jù)丟包等對無線網絡質量和通信系統(tǒng)的不良影響，關鍵在于應用無線通信技術解決STA和AP間的信息交換問題。

（二）無線通信技術在車載系統(tǒng)中的應用

地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的車載系統(tǒng)主要涉及圖像編解碼、圖像采集、傳輸網絡、數(shù)據(jù)的服務、服務器、顯示終端等結構單元，工作原理為：將兩個CCD（攝像機）置于每個車廂中，用于視頻信號的采集并將其傳輸至A/D轉化機，完成視頻信號轉化后經壓縮處理到達數(shù)據(jù)服務器，然后對上述數(shù)據(jù)進行二次封裝之后，經列車以太網網絡到達車頭服務器或車尾服務器，此時接收數(shù)據(jù)的服務器會在交替切換機的作用下實現(xiàn)數(shù)據(jù)項監(jiān)控中心的無線傳輸。其中圖像編碼結構單元主要負責編碼壓縮圖像視頻及其信號傳輸，而傳輸網絡可結合使用2.4G或5.8G的無線網絡和以太網、光纖等有線網絡，具體應視情況而定；列車司機室中的顯示設備可以將列車的運行狀態(tài)呈現(xiàn)在駕駛員面前，以此發(fā)揮預警等功能。

三、無線通信技術在軌旁網絡中的應用

地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的軌旁網絡主要有接入系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)之分，其中前者主要是指位于軌旁的AP、服務器、交換機等，即先由AP接收列車中經無線傳輸?shù)男盘?，然后在交換機的作用下到達服務器完成數(shù)據(jù)融合、冗余刪除、數(shù)據(jù)重組等處理以形成穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流，最后再經交換機達到控制中心；而傳輸系統(tǒng)則主要負責匯接軌旁交換機，如此一來，交換機既可以在整理信息后將其傳輸至服務器用于融合處理數(shù)據(jù)，也可以在線路交換機的支持下傳至外部網絡。

四、結語

隨著地鐵事業(yè)快速發(fā)展的要求，無線通信技術已經成為地鐵監(jiān)控系統(tǒng)建設中一個重要的、關鍵的技術手段。無線通信技術克服了傳統(tǒng)有線網絡受制于列車快速運行，距離跨度大等客觀條件的缺陷，使地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)更為方便、實時和高效。但與此同時，無線通信技術相比傳統(tǒng)有線網絡仍然存在著傳輸有延遲、穩(wěn)定性不足等缺點，在今后的工作中，如何有效提高無線通信技術應用的穩(wěn)定性和可靠性，將成為研究的重點方向。

參考文獻：

[1]鄭俊飛.軌道交通車地寬帶視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].南昌航空大學，2012.

[2]馬艷彬.地鐵列車防撞預警系統(tǒng)的研究[D].南京理工大學，2014.

[3]徐洪斌.無線定位技術在地下金屬礦監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究[D].西安建筑科技大學，2011.