北京地鐵通信信號公司  楊海江

概述

專用無線通信系統(tǒng)是實現(xiàn)地鐵內(nèi)部無線用戶之間、固定臺與移動臺之間進行高效通信聯(lián)絡(luò)的手段。無線通信系統(tǒng)信號覆蓋全部地鐵線路、沿線各車站的站臺和站廳、車輛段、停車場以及控制中心大樓，保證列車運行全程沒有通信盲區(qū)，為中心調(diào)度員、列車司機、車站綜控員、車輛段及停車場內(nèi)的無線用戶提供話音通信和數(shù)據(jù)通信。

中國范圍內(nèi)城市軌道交通行業(yè)無線通信系統(tǒng)目前普遍采用的是摩托羅拉800MHz頻段TETRA數(shù)字集群Dimetra IP系統(tǒng)。通過使用該系統(tǒng)提供的安全可靠的通信功能，對軌道交通行業(yè)保障行車安全、提高運輸效率和管理水平、改善服務(wù)質(zhì)量提供了重要的技術(shù)保證。

Dimetra IP系統(tǒng)功能

Dimetra IP系統(tǒng)具有強大的用戶功能，這些功能劃分為基本語音、數(shù)據(jù)傳輸、虛擬專網(wǎng)、故障弱化等幾大類。Dimetra IP系統(tǒng)可以支持很多不同的用戶，所有的用戶根據(jù)其特定的操作需求分成不同的通話組。此系統(tǒng)除了具備傳統(tǒng)的話音通信，還可以提供豐富的數(shù)據(jù)通信功能，利用無線系統(tǒng)提供的無線數(shù)據(jù)信道，可以在地面系統(tǒng)與車載系統(tǒng)之間互相傳遞數(shù)據(jù)信息。

其中地鐵專用無線通信系統(tǒng)能夠提供如下基本通信功能：

1）行車調(diào)度員與在線列車司機間的通信；

2）車站綜控員與車站管區(qū)內(nèi)列車司機間的通信；

3）列車司機間的通信（通過行車調(diào)度員自動或手動轉(zhuǎn)接）；

4）車輛段信號樓值班員、運轉(zhuǎn)室值班員與段內(nèi)列車司機間的通信；

5）車輛段信號樓值班員、運轉(zhuǎn)室值班員與段內(nèi)有關(guān)維修作業(yè)人員間的通信；

6）維修調(diào)度員與其管轄范圍內(nèi)的各專業(yè)維修人員之間的通信；

7）各專業(yè)維修人員之間的通信；

8）環(huán)控（防災(zāi)）調(diào)度員與其管轄范圍內(nèi)的車站有關(guān)人員之間的通信；

9）環(huán)控（防災(zāi)）系統(tǒng)內(nèi)的車站有關(guān)人員之間的通信；

10）客運調(diào)度員與有關(guān)作業(yè)人員間的通信；

11）調(diào)度員之間的通信；

12）被授權(quán)的專業(yè)人員與有線自動電話間的通信；

13）各調(diào)度臺與移動用戶之間的分組數(shù)據(jù)和短數(shù)據(jù)通信。

無線通信系統(tǒng)服務(wù)示意圖如圖1所示：

無線通信系統(tǒng)服務(wù)示意圖

地鐵專用無線調(diào)度通信的典型應(yīng)用

地鐵通信是專用通信，利用Dimetra IP系統(tǒng)提供的標準接口，可以方便的同地鐵內(nèi)的ATS、時鐘系統(tǒng)、錄音設(shè)備、集中告警監(jiān)視系統(tǒng)、綜合網(wǎng)管系統(tǒng)等交換信息。同時在操作控制中心（OCC）還配置有接口與專用電話系統(tǒng)連接，完成兩系統(tǒng)的電話互聯(lián)。由于無線通信系統(tǒng)能夠和其它地鐵專業(yè)系統(tǒng)進行信息互通，可以更好的完成地鐵通信功能。

與其他行業(yè)的調(diào)度業(yè)務(wù)不同，軌道交通類調(diào)度要面臨較為復(fù)雜的需求。要求調(diào)度員可以根據(jù)列車當前位置確定它的歸屬調(diào)度臺（正線調(diào)度臺還是車輛段調(diào)度臺、停車場調(diào)度臺）。能夠使用功能號（車組號、司機號、車次號）呼叫機車臺。

1.列車調(diào)度區(qū)切換和位置信息顯示

根據(jù)地鐵調(diào)度規(guī)范要求，正線上行駛的列車應(yīng)歸屬正線調(diào)度臺管轄、調(diào)度；而進入車輛段/停車場內(nèi)的列車應(yīng)歸屬車輛段調(diào)度臺/停車場調(diào)度臺管轄調(diào)度；反之，正線調(diào)度臺只能對正線上行駛的列車進行調(diào)度；而車輛段調(diào)度臺/停車場調(diào)度臺只能對車輛段內(nèi)/停車場內(nèi)的列車進行調(diào)度。由于列車是在線路上移動，其位置隨時變更。這就存在系統(tǒng)如何對兩個調(diào)度區(qū)（正線調(diào)度區(qū)、車輛段調(diào)度區(qū)/停車場調(diào)度區(qū)）實施自動切換的問題。

我們采用依據(jù)ATS提供的信息的方法來解決上述問題。ATS系統(tǒng)提供實時位置信息，包括列車由正線進入車輛段或由車輛段進入正線時的列車位置信息。

自動列車監(jiān)控設(shè)備ATS的接口：

ATS接口模塊通過串行接口接收ATS系統(tǒng)的道軌信號，獲取地鐵列車的實時數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)進行實時更新，這是實現(xiàn)按車次號呼叫列車司機和自動確定列車所屬調(diào)度區(qū)段的關(guān)鍵技術(shù)之一。

ATS信號系統(tǒng)與無線CAD服務(wù)器之間為串行通信，而無線CAD服務(wù)器與無線CAD調(diào)度臺之間利用SOCKET進行通信，采用TCP/IP網(wǎng)際協(xié)議。參見下圖：

 ATS信息可以通過相應(yīng)數(shù)據(jù)接口（如RS422）連接到無線調(diào)度臺子系統(tǒng)的CAD服務(wù)器上，這樣無線CAD服務(wù)器也就可以實時跟蹤列車位置信息，同時不斷更新自己的數(shù)據(jù)庫，并依據(jù)此信息將特定調(diào)度區(qū)的機車呼叫引導(dǎo)到其所屬的無線調(diào)度臺。各無線調(diào)度臺也不斷根據(jù)數(shù)據(jù)庫的變化刷新自己實時界面上的當前在線車輛及其位置列表，使調(diào)度員只能呼叫本調(diào)度區(qū)段內(nèi)的機車，同時司機也只能呼叫到當前所屬區(qū)段的調(diào)度臺，從而實現(xiàn)調(diào)度區(qū)的自動切換。

當ATS信號故障或由于某種原因車載臺未進入信號設(shè)備覆蓋區(qū)時，可以采用手動方式處理。此時列車在開始運行前，由列車司機手動將當前位置發(fā)送給CAD服務(wù)器，由CAD服務(wù)器根據(jù)此信息更新服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫，形成列車位置與調(diào)度臺的對應(yīng)關(guān)系，從而使相應(yīng)調(diào)度區(qū)的調(diào)度臺能對其調(diào)度區(qū)內(nèi)的列車進行呼叫調(diào)度。  

調(diào)度區(qū)切換示意圖

2.在調(diào)度臺上用功能號（車組號、司機號、車次號）呼叫機車電臺

在地鐵應(yīng)用日常工作中，通常用到下列功能號：

1) 列車車次號(TRN)–根據(jù)列車運行線路和發(fā)車時間的不同，可將TRN動態(tài)分配給任何列車。

2) 列車司機號–列車司機號用于標識正在駕駛列車的司機。

3) 列車車組號–車組號是分配給每個車組的唯一ID，車組號是固定的，并用于標識機車。

（1）車組號呼叫

每趟列車都有自己固定的車組號，與之相對應(yīng)，安裝在每個機車上的車載臺也都有自己固定的電臺ID，它們之間的對應(yīng)關(guān)系是固定不變的。

車組號與車載臺之間的對應(yīng)關(guān)系可采用數(shù)據(jù)表格的形式反映在調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，這種對應(yīng)關(guān)系一旦確定，不會輕易改變，因此當調(diào)度員使用車組號呼叫列車時，實際上對應(yīng)于用機車車載臺ID號直接進行呼叫，這是Dimetra IP系統(tǒng)直接支持的功能。

列車車組號對應(yīng)車載臺ID的呼叫實現(xiàn)方式如表1所示。

表1

（2）車次號呼叫

與車組號不同的是，列車車次號（TRN）與車載臺ID之間的對應(yīng)關(guān)系是動態(tài)變化的。當調(diào)度員需要使用車次號呼叫列車時，首先必須確定它們之間的對應(yīng)關(guān)系，才能實現(xiàn)實時的車次號呼叫機車車載臺。

根據(jù)ATS信號提供的信息和調(diào)度員的手動干預(yù)，可以實現(xiàn)列車車次號與車組號之間對應(yīng)關(guān)系更新（自動或者手動），此時，列車車次號呼叫可以轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的車組號呼叫進行。即使是在列車手動轉(zhuǎn)組情況下，調(diào)度系統(tǒng)也能夠通過調(diào)度員獲得ATS信號接口能夠提供的車組號、車次號信息，因此，手動轉(zhuǎn)組并不影響調(diào)度員進行車次號呼叫列車。

列車車次號（TRN）通過機車ID對應(yīng)到機車車載臺ID呼叫列車的實現(xiàn)方式如表2。

表2

如上所述，ATS能提供車次號、司機號、機車號（車組號）的對應(yīng)關(guān)系信息。那么就可以在調(diào)度臺動態(tài)數(shù)據(jù)庫中實時更新映射車次號、司機號與機車電臺ID號的對應(yīng)關(guān)系，當調(diào)度員呼叫機車司機時，就能按照車次號、司機號呼叫到相應(yīng)的機車司機。

信息傳遞流程圖

關(guān)于無線頻點及覆蓋方式的建議

1.申請的頻點總數(shù)應(yīng)該合理的考慮復(fù)用，包括地下與地上的頻點也是可以進行復(fù)用的，之外再考慮1對備用，1對直通即可。

2.采用ABC三頻率復(fù)用較為合理，既考慮了用戶的話務(wù)量需求同時又考慮了載波同頻復(fù)用的問題，因為考慮到兩站區(qū)間內(nèi)的漏泄同軸電纜為一條電纜中間不斷開，為了防止載頻跨站區(qū)輻射，采用ABC 3對頻點較好，這也是國內(nèi)地鐵普遍采用的方式。

3.地鐵線路不論地上或地下都屬于帶狀覆蓋，采用沿著軌道線路敷設(shè)漏泄同軸電纜較好，這樣沿著軌道線路的電磁波場強均勻，并且對環(huán)境的要求較低，地面線路也不會受到以后周圍新蓋建筑物的遮擋的影響；車輛段、停車場屬于區(qū)域覆蓋，采用天線覆蓋較適合。

此作品來源于2011摩托羅拉解決方案大獎賽