城市地铁通信系统

浅谈城市地铁通信系统
摘要：城市轨道交通是解决城市交通问题的根本。

本文简要介绍了地铁通信系统组成及作用，重点深入分析了地铁通信系统中的传输子系统、广播子系统、时钟子系统组成及其功能。

根据目前地铁的发展趋势，就某些技术问题提出了一些看法。

关键字：城市地铁；通信系统；传输子系统；广播子系统；时钟子系统
中图分类号：f291.1 文献标识码：a 文章编号：
一、地铁通信系统组成及作用
地铁通信系统是调度列车运行、运营管理、行政办公联络的重要手段，并为其它专业、系统提供通信平台，以传输和处理各种信息，并在地铁出现异常情况时，能迅速为防灾救援和事故处理提供指挥系统。

二、地铁通信系统传输子系统不同传输系统方案的比较
目前，国内外城市地铁采用的传输系统不是单一的，有多种体制，包括 s d h 、a t m 、o t n 和r p r 。

1. sdh 网络传输
sdh（同步数字体系）是公网上应用最为广泛的光纤传输技术，是一种将复接、线路传输及交换功能结合在一起并由统一网络管理系统进行管理操作的综合宽带信息网。

sdh由itu－t（国际电信联盟－电信委员会）综合了世界几大厂商的方案，形成国际统一的标
准。

2. atm 传输网络
atm（异步传输模式）是一种快速分组交换技术，带宽分配方便，拥有标准化的技术细则，不存在传输距离的限制，具有成熟可靠的多媒体通信网络国际标准，能与传统的网络连接，并可与传统的网络并连，允许用户建立多个虚拟电路，可同时运行多个宽带的应用程序，能满足地铁通信系统的业务要求。

atm cell（信元）、atm vc(虚电路)、atm switch（交换）构成了 a t m 的三大技术基础。

3. otn 传输网络
otn（开放式传输网络）是西门子公司推出的一种时分复用(tmd）技术，它的网络拓朴结构是一种双光纤双向通道环路，即网络中的节点是以双光纤链路（点到点）互连的，这些光纤构成了2个互为反向循环的环路。

数据帧在一个环网上不断地传递，这些帧包含了节点间通讯的数据（图1）。

在逻辑上，将图１中顺时针方向传送数据的环称为主环，逆时针方向传送数据的环称为副环或次环。

在正常工作时，所有数据都在主环上沿顺时针方向传送，而副环处于备份状态。

副环的工作主要是和主环保持同步，并时刻监视主环的工作状态。

在紧急情况下根据需要，它可以部分和全部替代主环所有的数据传输任务。

采用双环网结构可以在发生故障或网络配置变化时自动恢复正
常工作。

这种环具有自愈功能，就是环路保护功能，当有一段光纤
不通时，可在另一段上传输，保证每一个节点正常收发信息。

otn 支持大量接口标准和不同类型数据的同时传输，如模拟电话、数字电话、公共广播、cctv 监控、无线通信、lan 和 scada 各级系统等。

otn 的模块接口几乎涵盖了所有的物理接口，如语音、视频、数据、局域网等。

otn 有一定的限制，比如 otn体制不存在相关的国际标准，对与其他专业配合和以后的开发都存在一定开发工作量。

4.rpr传输网络
rpr（弹性分组环技术）是一种基于ip业务为核心的新兴传输体制，适应网络发展的方向，技术先进，互连方便，在网络可靠性、可管理性、支持传统业务等方面存在很大优势。

对城市地铁通信业务涉及到的视频信号、语音信号、各种数据业务、局域网等能提供良好的组网方案。

三、地铁广播子系统
地铁通信系统广播子系统完成车站值班员和控制中心调度员对
车站旅客进行公众语音广播功能，并且可以在车站旅客公共区播放背景音乐。

当车站发生火灾、毒气等灾难情况时，广播子系统可以兼做消防广播，及时疏散人群。

1. 广播子系统的基本组成及其作用
广播子系统由广播控制盒、设备机柜、扬声器网、录音计算机、维护管理终端计算机等组成。

广播控制盒有以下几种工作功能：广播选择功能、话筒/语音合成广播功能、编程功能、监听选择功能。

扬声器网的布置与车站广播区的划分一致，对于岛式车站,播音区按站台、站厅、办公用房3个区域进行设置；对于侧式车站，播音区按上行站台、下行站台、站厅、办公用房4个区域进行设置。

录音计算机可实时记录广播内容，记录的信息包括操作者、操作对象、广播内容、操作时间和操作结束时间。

当中心的广播控制盒有操作时，操作信号将经中心广播控制单元转发至录音微机，录音计算机收到后，将启动或停止录音，实现自动录音的功能。

中心的网管终端用于监测系统全线设备的运行状态，通过专用电缆与中心控制单元连接，接收控制单元发来的信息，可监测到中心及各车站每个模块及设备的状态。

利用系统配备的便携电脑，与车站数字汇接模块的数据口连接，可在任一站查看其他车站设备的运行状态，得到的信息和显示的结果与中心网管终端类似。

2.广播系统新技术
广播系统方案应该适应地铁系统的特殊要求。

首先是功能技术性能满足要求，地铁系统是公共交通设施，操作使用频繁，电磁环境复杂，因此，要求配套设备有极高的可靠性。

为了合理地权衡以上因素，根据地铁广播系统多年运营的经验，并参考一些厂家同类广播产品及现代新技术、新工艺的应用，对提高广播子系统可靠性、先进性提供了新的功能要求。

2.1 先进的控制总线技术
串行码总线技术与新一代单片机应用，非常适用于标准化与模块化的结构，电路结构简单，编程简洁，即可实现多种功能，又有非
常高的可靠性和可维护性。

在设计中，同时还有后退功能，带电插拔，掉电保护，自动复位等多项保护功能。

新一代器件具有更为优异的特性，外围电路更为简化，更多的智能化功能。

2.2 数字化信号处理技术
近几年来，有关 dsp（数字信号处理）技术逐年升级换代，功能日趋完善。

广播系统中，前级信号需调整的参数，可以全部由数字化处理实现，如电平调整、频响调整、通道选择，并可实现遥测、遥控功能，即在全线任何一个车站对其他各站进行调测，记录或检测增益、音调范围、失真度、输出电平等项指标。

2.3 实用的“看门狗”电路
广播系统控制板 cpu 设置“看门狗”电路，自动监测程序的运行，当程序运行出现异常情况时，“看门狗”电路及时发出控制信号，迫使程序回到正常的运行状态。

2.4 环境噪声的连续检测控制技术
传统的噪声检测方式是在广播声间断的瞬间状态下检测环境噪声，然后再经单片机测算后，实时控制广播输出声压。

新技术的特点是：在广播声不停止的情况下，连续的检测环境噪声，检测信息经 a/d 转换软件处理后，自动滤除广播声信息，保留实际的环境噪声数据，然后实时控制广播输出声压。

这种方式可以在环境噪声变化时，实时控制调整广播声压，广播声压可以即时跟踪环境噪声进行调整，保障广播声压总高于环境噪声。

四、地铁时钟子系统
为保证地铁列车的安全、准时、畅通，需要各部门、各专业的密切配合。

时钟子系统，就是为这种配合提供技术保障，所以必须具有高度的可靠性、准确性和各站点的统一性。

1.时钟系统构成
地铁的时钟系统由中心设备、车站2级母钟、子钟、传输通道组成。

中心设备包括中心母钟控制系统、中心传输接口及监控系统等，其中中心母钟控制系统包括 gps 校准模块、cctv 校准模块、切换模块和工作时钟模块等（图2）。

2.时钟子系统主要功能
时钟子系统主要功能有：同步校时功能、中心 1 级母钟的高稳显示驱动功能、2 级母钟的显示驱动功能、子钟显示功能。

在控制中心设置时钟系统监测管理终端设备，具有集中维护功能和自诊断功能，可进行故障管理、性能管理、配置管理、安全管理。

另设有便携式管理维护终端，可在车站通过 2级母钟的车站接口对时钟子系统进行维护管理。

结束语
地铁通信系统是整个地铁运行的平台，包括子系统较多，接口复杂，对其可靠性要求高。

目前通信系统设备国产化率虽然已经较高，但个别通信子系统，如传输、无线子系统主要设备还依赖国外进口，这不利于降低城市地铁建设造价。

面对可靠性要求极高的通信子系
统设备来说，国产产品还有待于进一步研发、提高。

参考文献
1 李棠之. 通信网络技术. 北京：科学技术文献出版社，2000
2 黄永峰. ip网络多媒体通信技术.北京：人民邮电出版社，2003
3 周德泽. 计算机智能监测控制系统的设计及应用. 北京：清华大学出版社，2002
4 杨仕平. sdh光同步数字传输设备与工程应用. 北京：人民邮电出版社，2001。