城市軌道交通通信系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)探究

陳 卓

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 西安 710018）

引言

如今，我國(guó)不斷提升的經(jīng)濟(jì)實(shí)力成為了城市軌道交通事業(yè)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)后盾。人們更加依賴城市軌道交通的同時(shí)，也對(duì)其提出了更高的使用需求，特別是軌道交通通信系統(tǒng)。然而智能化城市軌道交通通信系統(tǒng)的建立與完善并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工程。雖然目前城市軌道交通通信系統(tǒng)存在功能定位相對(duì)單一、通信網(wǎng)絡(luò)不夠完整、受眾多因素影響等問(wèn)題，但今后的發(fā)展中5G 無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)不斷優(yōu)化，通信系統(tǒng)更加完整和可靠，我國(guó)城市軌道交通通信系統(tǒng)會(huì)向著智能化方向持續(xù)發(fā)展。

1 城市軌道交通通信系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 對(duì)軌道交通發(fā)展整體性認(rèn)識(shí)不足

城市軌道交通的發(fā)展初期，對(duì)很多的問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足，不夠重視通信系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)與管理。在當(dāng)前的軌道交通行業(yè)發(fā)展階段，未能有效結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，將城市軌道交通看做一個(gè)完整的系統(tǒng)工程。不能只將通信的本質(zhì)看作一個(gè)單純的電子通信技術(shù)，應(yīng)以更加整體的觀念將其看作通信系統(tǒng)。在城市軌道交通通信系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)對(duì)投資建設(shè)和建后運(yùn)營(yíng)管理進(jìn)行綜合考慮，加強(qiáng)軌道交通通信系統(tǒng)的發(fā)展整體性。當(dāng)前，我國(guó)城市軌道交通通信系統(tǒng)的主要內(nèi)容可分為三方面，首先，確保城市軌道交通系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行；其次，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中進(jìn)一步保障所有乘客的生命和財(cái)產(chǎn)安全；最后，保障使用城市軌道交通的人員能夠正常使用公共通信系統(tǒng)，滿足人員的正常通信需求。只有為城市軌道交通使用人員提供全面的服務(wù)，才能夠在此基礎(chǔ)上完善城市軌道交通通信系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)[1]。

1.2 功能定位相對(duì)單一

在目前的城市軌道交通通信系統(tǒng)建設(shè)中，通信系統(tǒng)的功能定位相對(duì)單一，城市軌道交通規(guī)劃理念不夠先進(jìn)與合理。軌道交通是城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，常會(huì)出現(xiàn)因過(guò)于看重公共交通因素對(duì)城市規(guī)劃建設(shè)帶來(lái)的影響，而使得軌道交通通信系統(tǒng)自身的功能定位不清晰的現(xiàn)象。軌道交通通信系統(tǒng)經(jīng)常被當(dāng)作一種服務(wù)設(shè)施，這種現(xiàn)象阻礙了其功能的全面發(fā)揮，也使得其后續(xù)的升級(jí)與維護(hù)往往被忽略。隨著城市的快速發(fā)展，人們對(duì)城市軌道交通設(shè)施的功能需求增多，對(duì)城市軌道交通通信系統(tǒng)的多元化發(fā)展做出了更高的期待。

1.3 城市軌道交通發(fā)展受較多因素影響

城市軌道交通通信系統(tǒng)的發(fā)展需要良好解決眾多因素，隨著時(shí)代的發(fā)展，影響因素也越來(lái)越多，這些因素主要體現(xiàn)在三方面。一是城市的底蘊(yùn)，城市的建設(shè)與發(fā)展離不開城市的歷史文化底蘊(yùn)，軌道交通的發(fā)展也應(yīng)有效結(jié)合城市內(nèi)在歷史文化底蘊(yùn)，與城市的文化建設(shè)有效統(tǒng)一。二是交通運(yùn)行的安全性，安全出行是首要任務(wù)，如果通信系統(tǒng)運(yùn)行不良，無(wú)法保證列車的正常運(yùn)行。軌道交通安全性的提升是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，只有不斷完善安全機(jī)制與體系，才能促進(jìn)軌道交通系統(tǒng)的綜合發(fā)展。三是便民服務(wù)功能，城市軌道交通系統(tǒng)需要滿足多樣化的服務(wù)需求，為人們的出行提供更好的條件，才能緩解日益嚴(yán)重的城市交通壓力[2]。

2 城市軌道交通通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 5G 無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越多

無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，使得通信系統(tǒng)更加完善，便利了城市交通的通信監(jiān)管與指揮調(diào)度，在城市軌道交通通信系統(tǒng)的改進(jìn)中將會(huì)發(fā)揮更大的作用，因此，政府和技術(shù)人員都應(yīng)足夠重視對(duì)TETRA 技術(shù)的研究與應(yīng)用[3]。在今后的發(fā)展中，新一代無(wú)線通信技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用將會(huì)成為重點(diǎn)研究方向。如今，相較于4G，5G 技術(shù)的通信性能指標(biāo)更高，將5G 技術(shù)與城市軌道交通通信系統(tǒng)建設(shè)相結(jié)合，將有力推進(jìn)通信系統(tǒng)的通信效率、可靠性以及穩(wěn)定性的提升。5G 無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用必將是引領(lǐng)未來(lái)發(fā)展的基礎(chǔ)方式?？苫?G 無(wú)線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)一種城市軌道交通信息傳輸系統(tǒng)。

2.1.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

信息傳輸系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)主要由存儲(chǔ)子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)、交換子系統(tǒng)等組成。采用UDP/IP 傳輸協(xié)議構(gòu)建DCS（集散控制系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，完成信號(hào)系統(tǒng)各設(shè)備之間數(shù)據(jù)的雙向安全交換。城市軌道交通信息傳輸系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)如圖1 所示。

由圖1 可知，接入交換機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的連接。整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，系統(tǒng)均通過(guò)消息地址發(fā)送數(shù)據(jù)信息。

2.1.2 硬件設(shè)計(jì)

一般會(huì)將監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)在中央自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，以更好監(jiān)測(cè)列車的運(yùn)行情況。依據(jù)線路長(zhǎng)度，可設(shè)定一個(gè)總調(diào)度站和多個(gè)分調(diào)度站，各調(diào)度站在一定的權(quán)限下對(duì)線路中的某一部分進(jìn)行控制，也可以為工作站授權(quán)，使其接管其他工作站的管理權(quán)限。

控制器的天線采用TI 天線，可很好掌握數(shù)據(jù)之間的位置。通過(guò)數(shù)據(jù)控制器內(nèi)部的信息反饋功能，駕駛員可及時(shí)對(duì)列車的運(yùn)行進(jìn)行合理調(diào)整。

數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)由有線通信子系統(tǒng)與無(wú)線通信子系統(tǒng)兩部分組成。有線通信負(fù)責(zé)與控制中心和各通信終端建立有效連接，地面無(wú)線接入點(diǎn)AP 設(shè)備可與無(wú)線通信子系統(tǒng)建立連接，負(fù)責(zé)整個(gè)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與接收[4]。

2.1.3 軟件設(shè)計(jì)

該城市軌道交通信息傳輸系統(tǒng)主要利用Socket（套接字）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)通信功能。將軟件分為客戶端和服務(wù)器兩部分，當(dāng)服務(wù)器收到來(lái)自客戶端的連接請(qǐng)求后,服務(wù)器會(huì)處理并向客戶端返回響應(yīng)消息。軟件程序發(fā)送的數(shù)據(jù)包可包含眾多信息，例如，車載信息標(biāo)識(shí)、列車位置、速度信息以及5G通信數(shù)據(jù)編號(hào)等等。

2.2 通信系統(tǒng)綜合化

城市軌道交通通信系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，首要考慮系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性因素，另外，還應(yīng)結(jié)合城市的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)規(guī)劃。將ONT 技術(shù)、MSTP 技術(shù)以及RPR 技術(shù)等綜合運(yùn)用到城市軌道交通通信系統(tǒng)的建設(shè)中，可促進(jìn)通信系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的有效融合，提高城市軌道交通通信系統(tǒng)的智能化程度，并完善系統(tǒng)的通信、控制以及指揮等各項(xiàng)功能，有助于建成一個(gè)完整的城市軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)，保證信息存儲(chǔ)、行程調(diào)度、運(yùn)營(yíng)管理的高效性。MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)集PDH、SDH、以太網(wǎng)和RPR 等多項(xiàng)技術(shù)于一體，可將其應(yīng)用到城市軌道交通通信系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展中，為提升通信系統(tǒng)的可靠性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從設(shè)備選型和系統(tǒng)組網(wǎng)兩方面對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.2.1 設(shè)備選型

可采用TSS-320 和1660SM多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)，以光纖通信為主進(jìn)行傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。TSS-320 設(shè)備的總?cè)萘靠梢赃_(dá)到320 Gb/s，其承載的業(yè)務(wù)可以在100%的TDM 業(yè)務(wù)到100%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)間靈活改變，創(chuàng)新的統(tǒng)一矩陣使得業(yè)務(wù)交換不需要任何映射和轉(zhuǎn)換。1660SM設(shè)備具有完備的MSTP 功能，支持的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和功能較多，例如，MPLS、ATM、10M/100M 以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)等。軌道交通通信系統(tǒng)全套MSTP 設(shè)備都配置為10 Gb/s 速率的STM-64 系統(tǒng)。

2.2.2 系統(tǒng)組網(wǎng)

以某軌道交通為例，其交通線路全長(zhǎng)達(dá)23.4 km，設(shè)有控制中心1 座，地下站19 座，停車場(chǎng)1 座。城市軌道交通傳輸系統(tǒng)MSTP 組網(wǎng)圖如圖2 所示。

在控制中心、停車場(chǎng)和各車站都配備一套MSTP1660SM設(shè)備，在控制中心還需新設(shè)一套MSTP TSS-320 設(shè)備。以控制中心為切點(diǎn)，采用隔站跳接的方式，建立2 個(gè)MSTP 兩纖復(fù)用段保護(hù)環(huán)。同時(shí)也要注意在設(shè)備擴(kuò)展能力、通道帶寬、以太網(wǎng)端口數(shù)量等方面預(yù)留擴(kuò)容空間，并為之后通信業(yè)務(wù)的接入預(yù)留一定的設(shè)備擴(kuò)展能力[5]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化

以往的層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已不再適應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)IP 化的發(fā)展，通信系統(tǒng)開始以更加扁平化、IP 化的方向進(jìn)行改進(jìn)，才能保障列車在行駛過(guò)程中對(duì)通信需求的滿足。扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)，如LTE 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)將未來(lái)發(fā)展的主要目標(biāo)與趨勢(shì)放到扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上。LET可靠切換技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，采用了先進(jìn)的空中接口技術(shù)和扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提升城市軌道交通通信的有效性，提升通信系統(tǒng)的服務(wù)水平和質(zhì)量。核心網(wǎng)、基站和用戶設(shè)備是LET 系統(tǒng)的主要組成部分?？煽壳袚Q技術(shù)的應(yīng)用順序?yàn)榍袚Q測(cè)量、切換判決和切換執(zhí)行。

2.3.1 切換測(cè)量階段

首先要進(jìn)行測(cè)量配置。確定測(cè)量對(duì)象和方式，確定報(bào)告的配置，可選周期性的報(bào)告或觸發(fā)性的報(bào)告。然后測(cè)量濾波。在UE 進(jìn)行物理層的測(cè)量后，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行濾波處理，保證數(shù)據(jù)的有效性，不同時(shí)間段內(nèi)參考信號(hào)接受功率測(cè)量值計(jì)算公式為：

2.3.2 切換判決階段

該階段主要以最終的測(cè)量報(bào)告為依據(jù)，判決是否進(jìn)行切換。當(dāng)有很多區(qū)域同時(shí)滿足切換條件時(shí)，需要對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)則判斷，做出排序，選取質(zhì)量最佳的區(qū)域作為最終的切換目標(biāo)。對(duì)這項(xiàng)切換進(jìn)行判決時(shí)，需要考慮區(qū)域的位置因素和對(duì)信號(hào)的接收強(qiáng)度與質(zhì)量的控制因素[6]。

2.3.3 切換的執(zhí)行階段

切換的執(zhí)行為最終階段，通過(guò)三個(gè)方面進(jìn)行：一是對(duì)基站內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行切換，這是最基本的切換方式，因此，不需要申請(qǐng)就能夠直接切換。二是基站間的區(qū)域進(jìn)行切換，該切換的執(zhí)行需要基于兩個(gè)基站之間的接口才能實(shí)現(xiàn)。三是在eNB 與eNB 之間的連接接口（X2 接口）不可用的情況下，基于LTE 系統(tǒng)中無(wú)線網(wǎng)與核心網(wǎng)的接口（S1 接口）的基站進(jìn)行切換。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，城市軌道交通通信系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，人們也對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行提出了更高要求。通信系統(tǒng)為行車安全、運(yùn)輸效率、旅客舒適度以及應(yīng)急處理等方面，提供了重要的保障。針對(duì)城市軌道交通通信系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)通信系統(tǒng)的完善，積極引進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，不斷創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，增多5G 無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建綜合性的通信系統(tǒng)，促進(jìn)城市軌道交通通信系統(tǒng)運(yùn)行效率和穩(wěn)定性的提升。