無線傳輸技術(shù)在地鐵車輛中的有效應(yīng)用

傅嘉俊

摘? 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展和人口的不斷增加，越來越多的城市都建設(shè)了地鐵這一便利的交通工具。而當前的無線傳輸技術(shù)已經(jīng)在許多的領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用，同時在地鐵中也有所應(yīng)用。無線傳輸技術(shù)也就是無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是以無線數(shù)傳模塊為載體，然后對傳輸?shù)膶ο筮M行遠程的傳輸。大多數(shù)情況下是通過3G、4G、WiFi專網(wǎng)以及GPRS等設(shè)備來實現(xiàn)傳輸?shù)摹Ｔ诿裼檬袌霰粡V泛的應(yīng)用，例如，無線視頻的WiFi傳輸、遙控器中所含有的紅外傳輸?shù)鹊榷紝儆跓o線傳輸。文章主要介紹了無線傳輸技術(shù)，并對無線傳輸技術(shù)在地鐵車聯(lián)網(wǎng)（IOR）中的有效應(yīng)用開展分析。

關(guān)鍵詞：無線傳輸技術(shù);地鐵;車聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TN929.5? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）25-0157-03

Abstract： With the development of information technology and the continuous increase of population， more and more cities have built subway as a convenient means of transportation. The current wireless transmission technology has been widely used in many fields， at the same time， it has also been used in the subway. Wireless transmission technology， that is， wireless data transmission technology， is to take the wireless data transmission module as the carrier， and then carry on the remote transmission to the transmission object. In most cases， it is transmitted through 3G， 4G， WiFi private network and GPRS and other devices. It is widely used in the civil market， for example， the WiFi transmission of wireless video， the infrared transmission contained in the remote control and so on. This paper mainly introduces the wireless transmission technology， and analyzes the effective application of wireless transmission technology in subway Internet of Vehicles （IOV）.

Keywords： wireless transmission technology; subway; Internet of Vehicles （IOV）

中國已經(jīng)成為世界最大的城市軌道交通市場，其中，上海地鐵路網(wǎng)規(guī)模世界第一。截至2018年12月，上海軌道交通開通線路17條，全路網(wǎng)運營線路總長超700公里，投運車站415座，變電站678座，配屬列車856列，5116輛，路網(wǎng)規(guī)模位居全國第一。至2020年，預(yù)計上海地鐵將配屬列車1222列，7514輛。上海地鐵超常規(guī)模和體量的快速增長，對列車安全運營監(jiān)控提出了更高的要求，為此建設(shè)了上海軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)，其中通過車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在車輛安裝無線傳輸設(shè)備，對列車運行的狀態(tài)數(shù)據(jù)與故障數(shù)進行采集與封裝;在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制與數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸;應(yīng)用部分提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、在線升級、統(tǒng)計報表等管理和服務(wù)功能。

地鐵通過配置無線傳輸模塊，然后利用無線傳輸技術(shù)將地鐵的當前的運行狀態(tài)及時的傳遞給地面的中心數(shù)據(jù)庫。而地面中心數(shù)據(jù)庫的工作人員將接收到的數(shù)據(jù)信息首先進行解密，然后將數(shù)據(jù)信息還原，以此來實現(xiàn)實時獲取地鐵當前車況，并通過地面技術(shù)的支持對地鐵故障進行預(yù)判，這樣地鐵一旦發(fā)生問題時，就可以及時采取有效的解決措施，從而降低地鐵的運維損失。

1 無線傳輸技術(shù)

通用無線業(yè)務(wù)的英文簡稱是GPRS。GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上加以創(chuàng)新的一種承載業(yè)務(wù)，通常稱為2.5G，目的是為GSM用戶提供分組形勢的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。可以長時間的持續(xù)在線，并且是按照流量計費，這是GPRS的特點，并且能夠提供更為高效，更低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以這種傳輸方式非常的適合用在多點分散、中小流量以及連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸中[1]。

2 GPRS無線傳輸技術(shù)在地鐵中的技術(shù)架構(gòu)

GPRS無線監(jiān)控傳輸系統(tǒng)是由客戶端和服務(wù)器這兩部分所構(gòu)成的。一方面，地鐵的管理系統(tǒng)TCMS與車載客戶端之間交互數(shù)據(jù)，主要包括地鐵在運行過程中產(chǎn)生的操作信息以及各個系統(tǒng)的運行情況;另一方面，車載客戶端將收集到的數(shù)據(jù)信息封包，然后進行加密ip包，最后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)交換平臺上，經(jīng)過數(shù)據(jù)交換平臺最后傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)。然后服務(wù)器會對數(shù)據(jù)進行備份和后處理，將還原的數(shù)據(jù)自動寫入到數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)用戶的不同的需要，地面的應(yīng)用軟件會根據(jù)數(shù)據(jù)庫以往中的信息，自動生成列車運行的各種圖表，這樣工作人員能夠更加準確并快速的了解當前地鐵的運行狀況[2]。

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)是由監(jiān)控中心PC機與遠程監(jiān)控模塊所組合而成的，一般情況下是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)來開展通信的。由GPRS模塊、ARM模塊以及傳感器模塊所組合而成的無線傳輸模塊。其中，GPRS模塊用于數(shù)據(jù)的接收以及發(fā)送;完成傳感器數(shù)據(jù)的編碼，并控制GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，然后執(zhí)行監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令的是ARM模塊[3]。

2.2 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

通過控制軟件實現(xiàn)地鐵和地面無線傳輸?shù)募夹g(shù)核心，地鐵的管理系統(tǒng)是通過TCP/IP與無線數(shù)據(jù)來進行傳輸裝置之間的通信。并基于TCP/IP的通信，通常情況下都是利用SOCKET套接字來進行數(shù)據(jù)通信的，一般程序會分為用戶端和服務(wù)器端兩個部分。

2.3 系統(tǒng)的有效應(yīng)用

系統(tǒng)應(yīng)用的是應(yīng)答式的實時傳輸策略，也就是將當前數(shù)據(jù)按照規(guī)定的傳輸時間來進行傳輸，采用的是在傳輸當前的數(shù)據(jù)包結(jié)束以后才開始下一個數(shù)據(jù)包傳輸?shù)姆绞剑海?）無線傳輸裝置能夠?qū)鬏斶^來的主故障記錄信息立即的傳輸?shù)降孛嬷?（2）然后等待地面進行回應(yīng)，如果向地面?zhèn)鬏斎我院蟮孛孢€是沒有回應(yīng)的話，則認為超時，將故障信息進行緩存，按照先進先出的原則儲存條數(shù)一百條。

無線傳輸系統(tǒng)含有GPRS模塊、GPS和GIS技術(shù)，使地面的系統(tǒng)可以對列車當前的運行位置以及運行線路實現(xiàn)實時監(jiān)測。另外，通過觀看電子地圖，地面工作人員能夠?qū)Ξ斍傲熊嚨木唧w位置信息進行快速的定位和查詢，并能夠放大該區(qū)域內(nèi)的信息[4]。通過點擊車輛的圖標，能夠?qū)④囕v的信息顯示出來，并且還可以調(diào)好實時監(jiān)測的頁面，顯示出車輛的編號、運行狀態(tài)、速度、車次以及里程等各項數(shù)據(jù)。由于GPS自身的缺陷，從而致使在隧道內(nèi)無法將位置進行實時的更新，所以定位的功能只適合用于地面上。那么當?shù)罔F在隧道內(nèi)運行的時候，可以選擇信號系統(tǒng)的定位信息定位當前地鐵的位置。

3 無線傳輸技術(shù)在地鐵車輛中的實際應(yīng)用

將以上海軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)中的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為例，針對無線傳輸技術(shù)在軌道交通方面的具體應(yīng)用進行詳細介紹。

3.1 車輛運維現(xiàn)狀

超大規(guī)模地鐵網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，對上海的軌道交通運維檢修模式提出了更高要求，單純效仿國外的運維模式已經(jīng)無法滿足超大客流下乘客對高效、安全、準點、舒適的出行需求。而擺在當前的運維現(xiàn)狀：一是維修力量薄，隨著線路的不斷延伸，包括管理、技術(shù)、技能等在內(nèi)的骨干力量逐漸攤薄;二是維修強度大，隨著運營車輛的使用時間的不斷增加，導(dǎo)致對設(shè)備維護的頻次和要求日益上升;三是檢修效率低，以人工檢查為主的檢修方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城市軌道交通列車對檢修效率、質(zhì)量、水平的高需求。

3.2 業(yè)務(wù)需求

在對現(xiàn)狀和運維需求做了詳細調(diào)研后，明確了以下幾點業(yè)務(wù)需求：（1）需適配多種車型協(xié)議。超大規(guī)模城市軌道交通面臨的是車型數(shù)量繁多，截至2018年，上海地鐵共計擁有車型40多種，每種車對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)形式、數(shù)據(jù)協(xié)議均不相同。因此車地信息技術(shù)，采用地面服務(wù)器集中處理，由數(shù)臺服務(wù)器組成的集群共同處理信息，降低車載設(shè)備投入成本，服務(wù)器集群可使用資源動態(tài)分配，進一步降低建設(shè)成本[5]。（2）要求并行處理多。超大規(guī)模城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營下，同時在途運行的列車可達數(shù)百甚至上千輛，列車在運行過程中實時與地面服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互，存在大量的并行計算，地面服務(wù)器需要在同一時刻完成大量的數(shù)據(jù)接收、解析處理。（3）要求延遲低。對于正線運營情況要求予以實時監(jiān)控，并可及時對設(shè)備異常狀態(tài)，從數(shù)據(jù)接收、解析、處理、推送到監(jiān)控頁面，需要在一定時間內(nèi)完成，以達到實時監(jiān)控的最佳預(yù)期[6]。

3.3 系統(tǒng)功能簡介

上海軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，主要用于實時監(jiān)控上海地鐵各線路列車的運行狀況、當前故障、預(yù)警信息，以及故障查詢統(tǒng)計和列車數(shù)據(jù)分析。在全網(wǎng)實時監(jiān)控頁面，會有上海地鐵線路圖、各線路列表、各線路數(shù)據(jù)的統(tǒng)計圖（包括：里程、能耗、故障列車）、以及所選線路列車的數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖（包括：里程、能耗、客流量）等全面數(shù)據(jù)顯示。其中的列表與統(tǒng)計圖中的數(shù)據(jù)是跟隨著車輛的變化實時更新的，并且地鐵線路圖其實是一個靜態(tài)的形式。

3.4 技術(shù)實現(xiàn)

（1）軟件架構(gòu)。對于正線運營情況要求予以實時監(jiān)控，并可及時對設(shè)備異常狀態(tài)，從數(shù)據(jù)接收、解析、處理到推送到監(jiān)控頁面，需要在一定時間內(nèi)完成，以達到實時監(jiān)控的最佳預(yù)期。（2）模塊說明。系統(tǒng)分解視圖采用的原則是按功能分解，即負責(zé)一個業(yè)務(wù)功能的模塊將被分解為一個系統(tǒng)。從上面章節(jié)可看出，本系統(tǒng)共分解為五個功能模塊，分別是接數(shù)服務(wù)模塊Netty、數(shù)據(jù)解析模塊Sparkstreaming、實時數(shù)據(jù)推送模塊Websocket、實時數(shù)據(jù)展示模塊IOV和接口服務(wù)模塊主數(shù)據(jù)[7]。（3）運行邏輯。系統(tǒng)正常啟動后，除了Netty、Sparkstreaming解析、Websocket、IOV和主數(shù)據(jù)服務(wù)，還有規(guī)則引擎Sparkstreaming聚合服務(wù)等。規(guī)則引擎負責(zé)實時預(yù)警模塊