無(wú)線通信技術(shù)在城市軌道交通通信中的應(yīng)用

摘要 無(wú)線通信技術(shù)在通信系統(tǒng)中發(fā)揮了關(guān)鍵的功能和作用，提升了信息通信效率，可在短時(shí)間內(nèi)完成大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸，為車(chē)站內(nèi)部運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的完善打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。該文通過(guò)對(duì)無(wú)線通信技術(shù)在城市軌道交通通信中的應(yīng)用進(jìn)行分析，明確無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用要求，包括安全性、可靠性、覆蓋面廣以及帶寬，常用的無(wú)線通信技術(shù)包括ZigBee技術(shù)、LTE技術(shù)、SDH技術(shù)、WiFi技術(shù)、5G通信技術(shù)。該研究成果可為城市軌道交通通信系統(tǒng)優(yōu)化提供重要參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞 無(wú)線通信技術(shù)；城市軌道交通；通信系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào) U285 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）14-0014-03

0 引言

中國(guó)軌道交通業(yè)自20世紀(jì)80年代開(kāi)始發(fā)展，近年來(lái)線路長(zhǎng)度、機(jī)車(chē)數(shù)量、客運(yùn)數(shù)量等指標(biāo)持續(xù)攀升，完善了我國(guó)交通體系，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2020年3月《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中提出：在自主創(chuàng)新基礎(chǔ)上推進(jìn)軌道交通向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，將城軌交通與各類(lèi)新型技術(shù)進(jìn)行全面融合。無(wú)線通信技術(shù)在通信系統(tǒng)中發(fā)揮了關(guān)鍵的功能和作用，提升了信息通信效率，可在短時(shí)間內(nèi)完成大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸，為車(chē)站內(nèi)部運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的完善打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)人員應(yīng)重視對(duì)無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，不斷對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，強(qiáng)化通信及時(shí)性、有效性。

1 城市軌道交通通信功能的實(shí)際體現(xiàn)

1.1 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

在視頻監(jiān)視系統(tǒng)中，利用智能監(jiān)控的方式能夠針對(duì)車(chē)站的重點(diǎn)區(qū)域?qū)嵤┍O(jiān)控，代替人工進(jìn)行全天候監(jiān)控管理，對(duì)監(jiān)控中的視頻信息進(jìn)行綜合分析后針對(duì)存在的異?，F(xiàn)象進(jìn)行告警處理，可以為車(chē)站管理提供有效參考。該系統(tǒng)以車(chē)站視頻前端攝像機(jī)、視頻管理平臺(tái)為基礎(chǔ)，融合了智能分析服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)通信流程（如圖1所示）。這一通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)四種功能：

（1）大客流感知。對(duì)出入口、電扶梯、安檢點(diǎn)、換乘通道等重點(diǎn)位置人流量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，分析數(shù)值經(jīng)CCTV平臺(tái)SDK協(xié)議統(tǒng)一上傳于綜合運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，以此為基礎(chǔ)對(duì)擁擠度的閾值進(jìn)行定義。

（2）視頻巡查。經(jīng)CCTV基礎(chǔ)視頻平臺(tái)對(duì)車(chē)站內(nèi)部輔助線路實(shí)施檢查，巡視重點(diǎn)區(qū)域，其通信過(guò)程與大客流感知功能相同。

（3）視覺(jué)監(jiān)護(hù)。針對(duì)資產(chǎn)信息進(jìn)行分析，了解站內(nèi)重點(diǎn)資產(chǎn)的具體情況，智能判斷是否存在資產(chǎn)搬移及遷移行為，同時(shí)可對(duì)翻越欄桿、跌倒、物品遺留、人員逗留情況實(shí)施分析。經(jīng)過(guò)分析后若存在異常行為便會(huì)向平臺(tái)發(fā)出相應(yīng)的警告，告警結(jié)果利用SDK完成和綜合運(yùn)管平臺(tái)的信息傳輸。

（4）啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。當(dāng)車(chē)站內(nèi)部管理系統(tǒng)感知有突發(fā)事件出現(xiàn)后，會(huì)利用預(yù)測(cè)仿真技術(shù)啟動(dòng)預(yù)案，并向相關(guān)人員推送有關(guān)預(yù)案處理的文件信息，保證車(chē)站內(nèi)部各類(lèi)設(shè)備得以有效聯(lián)動(dòng)。通信CCTV系統(tǒng)會(huì)將客流感知信息以及視覺(jué)監(jiān)護(hù)信息經(jīng)SDK完成數(shù)據(jù)上傳。

1.2 乘客信息系統(tǒng)

（1）智能導(dǎo)向。在車(chē)站內(nèi)部PIS與信號(hào)接口內(nèi)增加了其他新的指標(biāo)，在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)針對(duì)車(chē)廂滿載率以及溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行智能測(cè)量和分析，將所獲取的數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到PIS屏系統(tǒng)中，乘客可以通過(guò)屏幕了解車(chē)廂的人員數(shù)量以及溫度狀況，讓乘客有選擇性地進(jìn)入車(chē)廂，防止車(chē)廂出現(xiàn)局部過(guò)度擁擠的現(xiàn)象。各節(jié)車(chē)廂擁擠度和溫度以文字、圖形的方式顯示。

（2）一鍵開(kāi)關(guān)站。PIS系統(tǒng)對(duì)設(shè)備實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)的能力，在綜合監(jiān)控的過(guò)程中利用發(fā)布命令的方式完成觸發(fā)，數(shù)據(jù)通信分析結(jié)果從而達(dá)到一鍵開(kāi)關(guān)站的目的，有效檢查設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)[1]。

（3）車(chē)地?zé)o線系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)列車(chē)與控制中心實(shí)時(shí)通信的通道，通過(guò)區(qū)間AP的無(wú)線信號(hào)覆蓋，實(shí)現(xiàn)車(chē)載AP與區(qū)間AP的無(wú)線連接，保持無(wú)線鏈路不中斷，將列車(chē)行進(jìn)過(guò)程中的圖像、高清視頻節(jié)目、動(dòng)態(tài)廣告、到站信息等傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心。

2 無(wú)線通信技術(shù)在城市軌道交通通信中的應(yīng)用要求

2.1 安全性

城市軌道交通的通信過(guò)程中涉及大量的數(shù)據(jù)信息，不僅包括車(chē)站的運(yùn)營(yíng)信息，同時(shí)有大量乘客的面部數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)等信息內(nèi)容，一旦信息內(nèi)容被篡改或者系統(tǒng)受到攻擊，就有可能引起安全問(wèn)題。因此，無(wú)線通信技術(shù)在使用過(guò)程中務(wù)必要保證其具備安全性，對(duì)車(chē)載以及地面數(shù)據(jù)的交互過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)評(píng)估硬件、軟件以及組網(wǎng)是否存在安全隱患。

2.2 可靠性

城市軌道交通每日所收集的數(shù)據(jù)規(guī)模較大，對(duì)于通信系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性要求較高，可靠的通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)才能夠滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求，防止出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或者數(shù)據(jù)分析、處理滯后的問(wèn)題。通信系統(tǒng)中車(chē)載以及軌道旁的所安裝的無(wú)線設(shè)備處于持續(xù)通信狀態(tài)，并且列車(chē)的運(yùn)行速度快，此時(shí)設(shè)備在通信時(shí)需要在短時(shí)間內(nèi)完成漫游切換，提高了對(duì)系統(tǒng)丟包率的要求，務(wù)必要保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

2.3 覆蓋面廣

城市軌道交通線路跨越了城市的各個(gè)區(qū)域，中間需要在多個(gè)不同站點(diǎn)停靠，運(yùn)行線路長(zhǎng)，基于這一特點(diǎn)，要求無(wú)線通信技術(shù)覆蓋范圍隨之?dāng)U大，以此來(lái)確保列車(chē)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并在各個(gè)站點(diǎn)間完成信息傳輸，及時(shí)通過(guò)通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度站。多數(shù)乘客在乘坐地下城市軌道交通時(shí)存在網(wǎng)絡(luò)速度慢的現(xiàn)象，而擴(kuò)大無(wú)線通信技術(shù)的覆蓋范圍能夠有效解決這一問(wèn)題，提升乘客網(wǎng)絡(luò)使用滿意度。

2.4 帶寬要求

城市軌道交通建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始向著智能化的方向發(fā)展，重視打造自動(dòng)化的運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制，對(duì)通信業(yè)務(wù)活動(dòng)提出了新的需求，如車(chē)載視頻下發(fā)、日志數(shù)據(jù)回傳、監(jiān)控信息分析等。視頻信息的清晰度不斷提高，在大量視頻信息傳輸過(guò)程中要求無(wú)線傳輸帶寬持續(xù)增加，保證信息內(nèi)容得以快速傳輸，避免出現(xiàn)信息傳出滯后的問(wèn)題。

3 無(wú)線通信技術(shù)在城市軌道交通通信中的應(yīng)用

無(wú)線通信技術(shù)是保證數(shù)據(jù)通信活動(dòng)有序開(kāi)展的關(guān)鍵技術(shù)，也是城市軌道交通建設(shè)中所需要考慮的重點(diǎn)內(nèi)容。相關(guān)人員需要了解不同類(lèi)型無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和方向，根據(jù)城市軌道交通的建設(shè)需求優(yōu)化通信技術(shù)選擇方式，不斷強(qiáng)化通信系統(tǒng)建設(shè)力度。

3.1 ZigBee技術(shù)

列車(chē)運(yùn)行時(shí)，備電系統(tǒng)若處于電池狀態(tài)則會(huì)影響供電體系的整體穩(wěn)定性，當(dāng)電池?cái)?shù)量增加時(shí)，不能單獨(dú)通過(guò)電纜實(shí)施通信，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)成本整體上升的問(wèn)題，通信穩(wěn)定性也會(huì)有所下降，通信質(zhì)量無(wú)法達(dá)到預(yù)期要求，通信功能使用感受也會(huì)隨之受到不良影響。ZigBee技術(shù)在通信業(yè)務(wù)中的應(yīng)用能夠有效降低成本支出，監(jiān)管人員可以選擇在電池組處設(shè)置ZigBee終端模塊，利用自組網(wǎng)的方式對(duì)終端模塊進(jìn)行適當(dāng)組合，在形成群組后和ZigBee間進(jìn)行電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，保證軌道交通系統(tǒng)供電的可靠性。該項(xiàng)技術(shù)功耗相對(duì)較低，具有容量大以及安全性高的特點(diǎn)，可以滿足城市軌道交通通信業(yè)務(wù)需求。ZigBee技術(shù)在中短距離通信過(guò)程中應(yīng)用較多，距離在10～100 m之間均可以進(jìn)行信息傳輸，現(xiàn)階段隨著技術(shù)水平不斷提高，傳輸距離已經(jīng)達(dá)到了1 km～3 km之間，傳輸區(qū)間大幅度提高。該技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中能夠盡快完成響應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)便可從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)，并且狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為15 ms，如果要與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)接，經(jīng)30 ms便可完成。ZigBee技術(shù)在列車(chē)與站點(diǎn)、信號(hào)燈等不同類(lèi)型設(shè)備間構(gòu)建了一條無(wú)線通信渠道，可以做到精準(zhǔn)定位的功能，及時(shí)明確列車(chē)的具體位置，從而滿足列車(chē)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理要求。

3.2 LTE技術(shù)

LTE技術(shù)是以3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)所發(fā)展出的新型技術(shù)，將原有的RNC節(jié)點(diǎn)取消，針對(duì)無(wú)線接入框架進(jìn)行了完善和重構(gòu)，提升了無(wú)線通信技術(shù)的傳輸效率，強(qiáng)化了演進(jìn)系統(tǒng)，同時(shí)可以將該項(xiàng)技術(shù)與MIMO和OFDM同時(shí)使用。進(jìn)一步提高了頻譜效率[2]。在20 MHz帶寬條件之下，上下行峰值速率能夠提高到50 Mbit/s、100 Mbit/s，覆蓋區(qū)間最大半徑能夠增加到100 km，可以滿足長(zhǎng)線路軌道交通運(yùn)行中的數(shù)據(jù)傳輸需求。當(dāng)列車(chē)的運(yùn)行速度在120 km/h以內(nèi)，LTE技術(shù)應(yīng)用時(shí)的通信業(yè)務(wù)平均吞吐量能夠達(dá)到60 Mbit/s。PIS通信系統(tǒng)在城市軌道交通中發(fā)揮著重要的作用，通過(guò)將控制中心平臺(tái)以及列車(chē)PIS系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，可以在列車(chē)高速運(yùn)行的過(guò)程中完成終端數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)傳輸渠道較多，包括視頻、語(yǔ)音以及數(shù)據(jù)等多種不同類(lèi)型，能夠及時(shí)向乘客展示各類(lèi)與列車(chē)有關(guān)的信息，如流量信息、疏散命令以及列車(chē)到達(dá)發(fā)車(chē)時(shí)間等。在PIS通信系統(tǒng)中，LTE技術(shù)屬于核心技術(shù)，該技術(shù)的使用能夠在短時(shí)間內(nèi)完成信號(hào)切換，確保了通信信號(hào)的清晰度和準(zhǔn)確性，防止出現(xiàn)通信線路中斷的問(wèn)題。在通信活動(dòng)中LTE技術(shù)同時(shí)使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)，可以改善城市軌道交通中存在的多徑衰落問(wèn)題，確保通信效率得以提高。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)通信系統(tǒng)可以針對(duì)管理工作進(jìn)行階段和組域劃分，防止不同設(shè)備之間出現(xiàn)信號(hào)互相干擾的現(xiàn)象。

3.3 SDH技術(shù)

SDH技術(shù)在傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成過(guò)程中屬于重要的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)單元，為城市軌道交通運(yùn)行提供通信服務(wù)，可以確保信息交換的有效性，使傳輸網(wǎng)以及傳輸通道實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)間的信息傳輸，并將數(shù)據(jù)上傳到綜合管理平臺(tái)中。SDH技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可以于不同車(chē)站重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)部設(shè)置多個(gè)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)位，通過(guò)以太網(wǎng)和PCM接入方式能夠及時(shí)完成站點(diǎn)內(nèi)部列車(chē)運(yùn)行信息傳輸活動(dòng)，將數(shù)據(jù)傳送到控制中心上方，為城市軌道交通管理活動(dòng)的開(kāi)展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。SDH傳輸通道能夠讓相關(guān)部門(mén)及時(shí)針對(duì)所接收的數(shù)據(jù)實(shí)施綜合評(píng)估，及時(shí)解決流量問(wèn)題。SDH技術(shù)應(yīng)用可靠性優(yōu)勢(shì)較明顯，網(wǎng)絡(luò)管理能力較好，具備靈活分插分路的能力，組網(wǎng)靈活性高，能夠形成多種不同類(lèi)型的應(yīng)用，例如對(duì)點(diǎn)應(yīng)用、鏈形應(yīng)用以及環(huán)形應(yīng)用等，并且還可以在較為復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中使用，如相交環(huán)以及相切環(huán)。設(shè)備兼容度高，同時(shí)適合TM、DXC等不同類(lèi)型的工作方式，能夠及時(shí)在不同工作方式中進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換[3]。

3.4 WiFi技術(shù)

WiFi技術(shù)在日常生活中較為常見(jiàn)，當(dāng)前幾乎所有家庭內(nèi)部均已經(jīng)部署了WiFi，同時(shí)在人們外出時(shí)也需要通過(guò)連接WiFi的方式改善網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)，避免流量消耗過(guò)大，是最常用的無(wú)線通信技術(shù)手段之一。隨著WiFi技術(shù)的不斷改進(jìn)，每秒可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)持續(xù)擴(kuò)大，在城市軌道交通系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。WiFi技術(shù)使用較為靈活，技術(shù)體系成熟度高，通過(guò)在站點(diǎn)以及列車(chē)的不同終端能夠顯示有關(guān)于列車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以完成天氣預(yù)報(bào)、新聞播報(bào)等功能，為乘客的乘車(chē)體驗(yàn)增加一絲溫度。但是由于WiFi技術(shù)和移動(dòng)電視、PIS系統(tǒng)均在2.5 GHz頻段上，在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)互相干擾的問(wèn)題，不利于通信質(zhì)量的提高，通信效率也會(huì)因此受到影響。因此在使用該無(wú)線通信技術(shù)時(shí)需要做好抗干擾管理，針對(duì)WiFi頻段進(jìn)行調(diào)整，將其從2.5 GHz調(diào)整為5.8 GHz，保障技術(shù)使用的有效性。除此之外，可以將WiFi以及城市軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)分別設(shè)定于不同信道內(nèi)，可以有效防止干擾問(wèn)題的產(chǎn)生。

3.5 5G通信技術(shù)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)改革速度持續(xù)加快，5G通信技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的日常生活以及各個(gè)領(lǐng)域，相對(duì)于4G通信技術(shù)而言，相同時(shí)間內(nèi)可下載或者上傳的數(shù)據(jù)量有所提升，傳輸速度加快，傳輸穩(wěn)定性提高，為城市軌道交通活動(dòng)的開(kāi)展提供了重要的技術(shù)保障。在城市軌道交通通信過(guò)程中應(yīng)用5G通信技術(shù)通信速率已經(jīng)達(dá)到1 Gbit/s，同時(shí)基于MIMO技術(shù)的使用大幅度提升了無(wú)線接入層的頻譜效率，終端的接入數(shù)量也有所提高。5G通信技術(shù)可靠性高，延時(shí)短，這一優(yōu)勢(shì)能夠有效解決通信業(yè)務(wù)延遲高、故障發(fā)生率高、干擾問(wèn)題嚴(yán)重的現(xiàn)象。除去在通信質(zhì)量、通信效率方面的優(yōu)勢(shì)外，5G通信技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用可以強(qiáng)化通信工作的安全性，如納米技術(shù)、加密技術(shù)均可以和5G通信技術(shù)共同應(yīng)用，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中保證數(shù)據(jù)的隱私，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露或者丟失的現(xiàn)象。在乘客進(jìn)入車(chē)站以及列車(chē)車(chē)廂后同樣能夠使用高速的移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，改善了出行過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)使用感。在城市軌道交通管理過(guò)程中使用5G通信技術(shù)能夠確保傳輸文件、圖片以及視頻信息的清晰度，獲取高清信息內(nèi)容，針對(duì)列車(chē)的運(yùn)行活動(dòng)實(shí)施可視監(jiān)控，優(yōu)化了視頻監(jiān)控機(jī)制。高清信息可以使得監(jiān)控系統(tǒng)更加高效地識(shí)別視頻圖片中的人物、物品情況，強(qiáng)化了監(jiān)控管理有效性，達(dá)到了預(yù)期的通信功能要求。特別是在出現(xiàn)突發(fā)性安全事件時(shí)，5G通信技術(shù)能夠快速回傳城市軌道交通車(chē)站內(nèi)部的具體情況，為應(yīng)急處理活動(dòng)的開(kāi)展打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)通信業(yè)務(wù)中的技術(shù)應(yīng)用方式優(yōu)化可提升數(shù)據(jù)通信效率以及安全性，避免數(shù)據(jù)丟失，充分發(fā)揮現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，滿足城市軌道交通日益提升的通信需求。該研究尚未對(duì)通信系統(tǒng)中各類(lèi)無(wú)線通信技術(shù)以及其他智能化技術(shù)的交叉融合應(yīng)用進(jìn)行研究，后續(xù)研究中應(yīng)對(duì)技術(shù)融合應(yīng)用方式展開(kāi)深入剖析，強(qiáng)化通信系統(tǒng)智能化水平。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-03-07

作者簡(jiǎn)介：王海晉（1993-），男，本科，工程師，研究方向：通信智能化、無(wú)線通信傳輸。