城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案

哈尔滨铁道职业技术学院

毕 业 设 计

毕业题目： 城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案 学 生： 指导教师： 专 业： 铁道通信通信专业（城市轨道交通方向） 班 级：

2014年 4 月

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毕 业 设 计

开 题 报 告

专 业 铁道通信通信专业（城轨方向）

设计方向 城轨轨道交通方向

姓 名

指导教师审查意见：

审查合格，同意存档。

指导教师签字： 年 月 日

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浅谈城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案设计

一、选题的背景与意义

为了保证城市轨道交通系统能可靠、安全、高效运营，并有效地传输地铁运营、维护、管理相关的语音、数据、图像等各种信息，就必须建立可靠的、易扩充的、独立的通信网。

二、毕业设计的主要内容 它主要包括以下内容：

1．轨道交通通信系统总体解决方案 2．ATP,ATS和ATO内容的概述 3．城轨交通通信系统安全策略分析 三、参考文献

[1] 赵志熙，车站信号控制系统[M] 北京：中国铁道出版社，2005 [2] 林瑜筠，铁路信号基础 北京：中国铁道出版社 [3] 林瑜筠，区间信号自动控制 北京：中国铁道出版社 [4] 王永信，车站信号自动控制， 中国铁道出版社，2011 [5] 涂序跃 铁道信号运营基础， 中国铁道出版社，2006

四、设计时间安排

（1）确定题目：2014.9至2010.10 （2）现场调研：2012.11至2013.6 （3）查阅文献：2011.1至2011.2 （4）资料整理分析：2013.2至2014.1 （5）编写设计、总结：2014.3至2014.4

（6）打印、提交、送审设计，准备答辩：2014.5至2014.6

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毕 业 设 计 任 务 书

设计题目指导教师专 业学 生

城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案设计 铁道通信通信专业（城市轨道交通方向） 2014年 4月 15 日

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题目名称： 城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案设计 任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求） 1. 设计内容 城市轨道交通通信系统是直接为轨道交通运营、管理服务的，是保证列车及乘客安全、快速、高效运行的一种不可缺少的智能自动化综合业务数字通信网络系统。 2. 工作进度计划 2014年 2 月 5 日— 15 日，查阅资料，熟悉设计内容，掌握设计方法 2014年 2 月15 日—16 日，撰写开题报告 2014年 3 月 5 日— 20 日，开始设计，用相关软件完成各种技术图纸。 2014年 3 月 25 日— 28 日，整理文档，设计，总结。 2014年 4 月 1 日— 15 日 完善改进 2014年 5 月15 日— 25 日 完成资料统一归档，说明书整理、统编，全部资料的整理、复核、打印、装订。 其中： 参考文献篇数： 5 图 纸 张 数： 3 说明书字数： 22000 专业负责人意见 签名： 年 月 日

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城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案设计

摘 要

随着我国城市轨道交通的迅猛发展，通信系统作为控制运行安全的核心设备，对其安全、可靠性的分析评价显得尤为重要，本文从列车检测方式、机车通信选择、设备控制方式等方案的主要方面对描述了城巾轨道交通中通信系统的安全策略及可靠性分析。随着我国城市轨道交通的迅猛发展，运量日益增长，列车运行密度不断加大，为了保障运营系统的安全、高效，配置一套科学、合理的通信系统成为大家关注的核心。目前，对于通信系统设计方案的取舍，注重其功能的实现和价格的高低，而很少甚至没有从安全和可靠性方面进行分析比较，其结果是造成系统性能和用途不协调，投资大小和投资方向的准确性下降，通俗地说不是“大马拉小车”就是“小马拉大车”。本文将从列车检测方式、机车通信选择、设备控制方式等的安全和可靠，陛方面进行分析，希望能够对通信系统的方案设计提供—些借鉴。

关键词：通信系统 设计 方案

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目 录

1、绪论 ................................................................................................................................................................ 8 2、城市轨道通信系统总体设计 ........................................................................................................................ 8 3、城市轨道交通专用通信系统的组成及功能 .............................................................................................. 10

3.1 传输系统 ........................................................................................................................................... 11

3.1.1 传输制式比较 ..................................................................................................... 11 3.1.2 传输线路在上下行轨道均敷设一条单模光缆和一条电缆 ............................. 12 3.1.3 系统构成 ............................................................................................................. 13

3.2 无线通信系统 ................................................................................................................................... 13

3.2.1采用无线数字集群方式： .................................................................................... 13 3.2.2无线通信系统以专用频道方式: ........................................................................... 13

3.3 公务通信系统 ................................................................................................................................... 14 3.4闭路电视监视系统 .............................................................................................................................. 14 3.5 专用通信系统 ..................................................................................................................................... 14

3.5.1控制中心主系统设备 ............................................................................................ 15 3.5.2站段分系统设备 .................................................................................................... 15

3.6 广播系统广播系统 ............................................................................................................................. 16 3.7 时钟分配系统 ................................................................................................................................... 16 3.8 车站信息显示系统 ........................................................................................................................... 17 3.9 综合信息网络系统 ........................................................................................................................... 17 3.10通信电源及接地系统 ........................................................................................................................ 18 3.11 集中监视告警系统 ......................................................................................................................... 18 3.12 ATP系统 ......................................................................................................................................... 18

3.13 其他一些要说明的问题: ................................................................................................................ 19 4、城市轨道交通通信系统方案的安全策略 .................................................................................................. 20 5、结论 .............................................................................................................................................................. 22

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1、绪论

随着我国国民经济持续稳定向前发展，工业化进程加快，致使我国城市化速度不断加速，城市规模急剧扩张，人口飞速增加。居民出行频繁导致客运需求急剧增长。而我国大中城市交通设施建设却严重滞后，束缚和限制了城市经济的发展。在这种大环境下，发展“安全、便捷、准点、舒适”的城市轨道交通就成为了解决经济发展和民生问题瓶颈的重要手段。 发展城市轨道交通不仅能有效改善城市的交通环境，而且还有助于城市建设和经济的发展。为了保证建成后的轨道交通能安全、高效的运营，就必须建立可靠的、易扩充的、独立的通信网，传输和处理轨道交通运营所需的各种信息。 基于上述考虑，依据“安全可靠、升级灵活、面向运营”的总原则，城市轨道交通的专用通信系统必须基于可靠性、先进性、维修性、安全性等四方面进行系统设计和优化，同时在实施过程中依托专业项目管理，从工期、分包商／供应商和接口管理角度，加强风险控制，才能建设安全可靠、高效实用的轨道交通通信系统。

2、城市轨道通信系统总体设计

城市轨道交通是一个技术先进,具备相当程度自动化水平的运输体系。其中通信控制系统的构成必须与整个交通运输相适应。

在《城市快速轨道交通工程项目建设标准—试行本》中,把通信系统划分了三个层次:第一层次设备在运量较小、行车密度较低的线路上,可配置联锁设备、自动闭塞、机车通信和自动停车系统;第二层次设备在运量较大、行车密度较高的线路上,可配置列车自动监控(ATS) 系统和列车自动防护(ATP) 系统; 第三层次设备在运量大、行车密度高的线路上,配置列车自动监控系统、列车自动防护系统和列车自动运行(ATO) 系统。

上述第一层次系统配置属最低水平等级,只适于行车间隔大于3 min 的线路运用。也就是说,在行车密度较高时, 这种线路将面临整个系统的改造,造成大量的废弃工程;另一方面,由于机车通信和自动停车装置所能容纳的信息量少,列车运行的安全性很大程度上只能依赖于司机的驾驶;然而其国产化率水平是最高的,工程造价是最低的。应该说,该层次的设备适宜在近期运量小、行车密度低, 而且远期运量无明显变化的工程,如在中等城市或是郊区轨道交通系统中运用。

第二层次的通信系统配置,适于行车间隔在2 min 以上的线路运用,行车安全可以完全由列车自动防护系统来保证。虽然其国产化率水平降低,工程造价增高,但是该层次设备技术先进,便于向第三层次扩展,不存在明显的废弃工程,符合工程按近远期分步实施、

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合理预留的原则,所以系统的综合经济指标是合理的。这种系统能适应大多数城市轨道交通的运用需要,是大运量的城市轻轨交通的首选方案。

第三层次的系统配置具备很高的现代化技术水平,适于行车间隔小于2 min 的线路运用,不仅行车安全可以完全由列车自动防护系统来保证,而且列车自动运行系统还可以完成站间自动运行、定位停车,接收控制中心运行指令,实现列车运行自动调整,使整套通信系统能够满足列车高速、高密度运行的需要。这种系统的国产化率水平低,工程造价高,是其在工程运用中不利的一面,但系统高水平的自动化程度无疑将给日后的运营、管理带来巨大的经济和社会效益;另外,由于安装屏蔽门对列车精确定位停车功能和大运量对列车高折返能力等等方面的具体需求,这种线路的运行都要由列车自动运行(ATO) 系统来保证。所以只要条件许可,在城市轨道交通中,特别是高运量的地铁工程中,该系统方案非常值得推荐。

城市轨道交通工程为适应乘客运量大、行车密度高的特点,往往采取缩短行车间隔的办法。这样一方面有利于减少旅客候车时间以提高服务质量; 另一方面可以减少列车编组辆数,节省工程投资。但是由于通信ATP 系统技术的限制,如轨道区段的长度、“ 车-地”通信的有效速率、列车进路的建立和恢复时间等等因素,正常的行车间隔不可能无限制缩短。换言之,最小行车间隔极大地影响着通信的ATP 系统方案和工程造价。确定合理的行车间隔时分成为通信ATP 系统方案设计的控制参数。

根据一些发达国家城市轨道交通的运营经验, 通信ATP 系统可按满足高峰运营流量130 % 的能力标准进行设计。也就是说,如果线路的客流量在某个特殊时段增加到预测高峰值的130 % 时,ATP 系统仍有能力满足运营采取的临时措施,如临时增加运营列车等。表1 以某一条线路运营方案为例予以说明。

两种方案均可满足运量要求,但它们的运能余量,即单向运输能力与高峰小时单向最大断面客流量比是不同的。其中方案A 为1. 00 , 方案B 为1. 08 。那么,如果按方案A 实施,在高峰时间内的线路运营将处于全饱和状态, 按上述标准设计相应的ATP 系统应采用184 s 的设计行车间隔;如果按方案B 实施,在高峰时间内的线路运营尚有8 % 的调节余量,相应的ATP 系统只需采用245 s 的设计行车间隔。显而易见,从通信系统的设计角度来看,方案B 优于方案A 。

应该指出的是,ATS 系统所具备的行车间隔调控能力与上述的ATP 的设计行车间隔能力是有区别的。ATS 对列车运行的调控主要是当列车运行秩序有紊乱时,通过控制列车停站时分而使列车运行秩序尽快恢复的一种措施。当然,这种调控能力的实现也是要体

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现在ATP 行车间隔能力上的。

在实际的工程运用中,应结合线路近、远期运量,以及工程实施方案、ATS 调控能力等综合因素, 确定一个合理的满足运营要求、节省工程投资的设计行车间隔。 设计城市轨道交通专用通信系统应紧密围绕着为运营相关人员以及系统设备提供可靠的信息交互手段保障轨道交通系统“安全、可靠、正点”运送乘客的目标。整个系统的设计应该充分考虑系统安全可靠

消除各子系统的隐患以及由于各子系统间的接口匹配而

应充分考虑到如下设计准则技术先

在不同的

可能产生的故障。在各个子系统功能和接口的设计中

进性、高可靠性、易维护性、易扩展和升级。这些子系统在设计上能协调工作

运营环境下能正确地相互作用。 各个子系统能对各自子系统内的故障进行检测和报警保证整个系统的可靠性。轨道交通的通信系统

承载着运营管理中的语音、数据、图像和

文字等各种信息为确保行车安全、提高运输效率和现代化管理水平、提升旅客舒适度以及突发情况下提供应急处理手段等方面

提供重要的通信保障。此外

考虑到实际工程中

应该建设

的轨道交通建设线路为分段开通及今后三期延伸的特点该线路的通信系统

成为一个安全可靠、功能合理、技术先进、经济实用并易于扩展的通信网络。 城市轨道交通通信系统由传输系统

公务电话子系统、专用电话子系统、视频监控子系统、时钟子

公安/消防无线子系统组成。其

系统、广播子系统、乘客导乘子系统、专用无线子系统中

传输系统是整个通信系统的核心

承载了其他的业务子系统的业务传输功能。它的可

靠性直接关系着整个系统的稳定性和其他子系统业务是否可以正常运行。因此在系统设计中

传输系统的设备和方案选择成为重中之重。

3、城市轨道交通专用通信系统的组成及功能

城市轨道交通专用通信系统包含以下子系统:传输系统、无线通信系统、公务通信系统、调度及专用电话系统、闭路电视监视系统、广播系统、车站信息显示系统、时钟分配系统、综合信息网络系统、集中监视告警系统、通信电源及接地系统。（见图1）

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图1

3.1 传输系统

传输系统是专用通信系统的骨干,是最重要的子系统,作为通信系统主体的传输网络必须具备传输语音信号、数据信号、图像信号等信息的能力,为其它通信子系统和信号、SCADA、FAS、EMCS、AFC、主控系统及轨道交通信息管理系统等提供可靠、灵活的信道。因此需设置一个多功能、多用途、大容量和集中维护、统一管理的综合业务数字传输系统。以保证城市轨道交通正常运行所需信息准确无误地传递。 3.1.1 传输制式比较

根据传输系统的功能、传输业务类型以及当前通信技术的发展,并结合城市轨道交通的通信传输系统的具体要求,目前城市轨道交通通信传输网络的技术采用较多的有一体化SDH和OTN两种制式。

(1)一体化SDH制式。以SDH传输体制为基础,以宽带为开放平台,承载话音、数据、图像接入等多业务平台,多种业务在单台设备上接入、交叉、映射和传输。图1所示是基于SDH的多业务平台，在城市轨道交通专用通信中有很重要的应用

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SDH具有国际统一的网络节点接口标准,具有信号互通、传输、复用、交叉连接的功能;具有标准化的信息结构等级(STM-1、STM-4、STM-16…)和块状帧结构,丰富的开销比特有利于网络的维护管理;具有统一的光接口,能够实现横向兼容,允许不同厂商的设备在光路上互通;采用软件进行网络配置和控制,易于增加新功能和新特性,适于将来的不断发展;组网灵活,网络结构和设备简单,可组成点对点、链形、环形等拓扑结构的网络;扩容能力强,易于从155Mb/s升级至622Mb/s及更高速率;通过与接入设备配合能够提供丰富的接口;设备国产化程度高;接入透传:原有SDH基础上,增加宽带接口功能,实现数据业务的透明传输,IP/ATM捆绑成Nx2M或直接映射进VC4,独占VC4通道,点对点透传,将各类的通讯信息传输在一个平台上,如话音、音频、数据、视频及LAN业务等;交换汇聚:节点具有以太网/ATM二层交换功能,支持数据业务的汇聚。

(2)OTN制式。OTN是一种高速度、全透明、无阻塞的数字同步传输网,特别适用于封闭式专用传输网络。

OTN网由中心控制设备、节点机和光纤组成,通过连接节点机的光纤构成环路。OTN是全透明的传输网,多用户(设备)的不同速率可同时传送。可避免数据访问时间过长。可执行对实时性要求较高的系统。OTN可提供丰富的接口,如话音、数据、图像、以太网等。带宽分配灵活,所有的带宽分配由网管NCC完成。网络修改简便,模块化结构易于扩展。 3.1.2 传输线路在上下行轨道均敷设一条单模光缆和一条电缆。（见图2）

图 2

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3.1.3 系统构成

(1)一体化SDH方案。在控制中心、各车站、车辆段均设一套光分插复用设备,光纤传输网络分别以控制中心为起点,通过主备用光缆中各2根光纤相连组成一个二纤通道自愈保护环。将公务中继通道、调度、视频、广播信息、以及其他各专业所需信息传输至控制中心。至其它既有线控制中心的通道可通过换乘站设备与其它既有线的传输设备连通来实现。

(2)OTN方案。在控制中心、车辆段(综合基地)及各车站均设置OTN—2.5Gb/S节点机,以控制中心为起点,通过连接各站点节点机光收发器的一主一备2根光纤构成一个环网。各站点所需语音、数据、视频、2Mbit/s中继线及以太网信息由节点机界面卡直接引出。

3.2 无线通信系统

无线通信系统为轨道交通内部固定工作人员与流动工作人员之间提供高效短信息和话音通信。系统为运营控制指挥中心的行车调度员、环境控制调度员、公安值班员、维修调度员等对列车司机、运营人员、维护人员和现场工作人员等无线用户分别实施无线通信；为车辆段值班员对段内的无线用户实施无线通信；以及相应的无线用户之间必要的无线通信。同时还具有相应的呼叫、广播、录音、存储、显示、检测和优先权等功能。系统以调度组为通信为主，同时还可实现用户间一对一的单独通信。系统可以传递数字信息，根据列车的需要实时的传递列车状态信息。 3.2.1采用无线数字集群方式：

系统通常由多基站的集群系统组成，主要设备包括控制中心设备（中心控制设备、调度操作控制台、系统网络管理终端）、车站（基站、基地台、直放站）、便携设备（车载台、便携电台、手持台）和配套设备（漏泄同轴电缆、天线）组成，中心控制设备到基站之间采用有线传输系统所提供的通道连接，基站到移动台之间采用无线连接，无线电波通过漏泄电缆和空间辐射传播。系统在正常运行时各基站由设置在中心的主控制器控制，当基站与控制中器失去联系时，以单站集群方式支持单站系统的正常运行。 3.2.2无线通信系统以专用频道方式:

系统由控制中心（中心无线设备、调度操作控制台、系统网络管理终端）、车站（车

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站电台、固定台、直放站设备）、便携设备（车载台、便携电台、手持台）和配套设备（漏泄同轴电缆、天线）组成。

3.3 公务通信系统

为轨道交通管理部门、运营部门、维修部门提供一般公务联络（电话业务和非话业务），系统具备PSTN基本业务，具备各种新业务功能（热线、呼出限制、呼入限制、闹钟、呼叫等待、呼叫转移、缩位拨号、追查恶意呼叫、会议、ISDN），能够识别非话业务，并与无线系统连接，与当地公用电话网互联，可实现国内、国际长途通信；实现与市话局间的全自动呼入呼出，能够与当地119、120和110等特服业务相连，

系统主要由数字程控交换设备和电话终端设备组成，在控制中心、车辆段设置数字程控交换设备，在各车站设备程控交换机远端模块，各站电话业务通过远端交换模块接入。控制中心设置系统维护终端、测量台和计费终端等，用于公务电话系统的网络管理、话务测量和系统计费。

3.4闭路电视监视系统

闭路电视监视系统是城市轨道交通运营管理现代化的配套设备,供控制指挥中心调度管理人员、车站值班员实时监视车站客流、列车出入站、旅客上下车等情况,以提高运行组织管理效率,保证列车安全、正点地运送旅客。

系统构成如下:控制中心通信设备室设置控制工作站、数字压缩及交换设备、监视器等控制设备,在车站控制室设置监视和备用控制工作站等设备,站台层、站厅层、主要出入口及自动售检票等主要领域设置摄像机,利用传输系统提供的通道,构成一个闭路电视网络.

3.5 专用通信系统

专用电话子系统是调度员和车站（车辆段）值班员指挥列车运行和指导设备操作的重

要通信工具，是为列车运营、电力供应、日常维修、防灾救护提供指挥手段的专用通信系统。系统可为控制中心指挥人员，如行调、电调、环调等提供专用直达通信,并且具有单呼、组呼、全呼、紧急呼叫和录音等功能，同时可为站内各有关部门提供与车站值班员之间的直达通话，并且车站值班员可以呼叫相邻车站的车站值班员。

专用电话系统分控制中心主系统和站段分系统设备.

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3.5.1控制中心主系统设备

控制中心主系统设备包括数字程控调度机、调度台和调度分机。其中数字程控调度主机是专用电话系统的核心设备，可根据用户需求设置列车调度、电力调度、防灾环控调度等多个调度系统；同时设置行车值班调度台、电力调度和防灾环控调度台等；在控制中心设置网管系统实现专用电话系统的集中维护管理。设备控制方式指的是对沿钱各种通信设备控制点的设置方式，一般分为集中控制和分散控制两种。虽然控制方式的不同选择对设备本身的可靠性并不会产生变化，但对于整个系统运行的可用性带来影响。

采用设备集中控制方式，可以减少系统维护工作，并且减少沿线工区和人员配置；而采用设备分散控制，则可以减小系统故障时的影响面，从而提高全线运营的保障性。由此在系统设计时，可依据设备不同的重要性来选择，例如：ATS设备的故障—般不会对全线运行安全产生巨大影响，采用集中控制方式有利于发挥其优势；而ATP中央设备的故障可能造成全线范围的停运，其的后果是严重的，所以对于可靠性不是很高的ATP系统采用采用分散控制方式是个明智之举，即便设备故障其影响也是局部的，可以容忍的。

现代化的通信系统依赖于计算机之间大量的信息传递，所以系统通信的安全、可靠性必须得到保障。通信网络运行的安全问题是一个综合、复杂的问题，值得注意的是除了提供商所描述的系统功能外，用户必需关注系统的安全通信接口、升级能力、失败/恢复技术以及我国对密码进口的制度等等。 3.5.2站段分系统设备

站段分系统设备包括站段分系统主机、站内直通电话、站间行车电话和轨旁电话机（区间电话）。站段分系统主机是各站段分系统的核心；站内直通电话提供车站（车辆段）值班员与本站作业人员之间的呼叫通话；站间行车电话实现车站（段）值班员与相邻车站值班员、联锁站值班员或车辆段值班员进行直接相邻通话；轨旁电话实现轨道交通有关作业人员在轨道区间与相邻站车站值班员进行通话。

3.6 广播系统广播系统

由控制中心各调度员和各车站的值班员使用,为旅客播放列车信息、向导及紧急状态的安全等服务音讯,工作人员播放作业命令及管理音讯。平时以车站广播为主,发生灾情时强制转为防灾广播,紧急情况按优先级顺序控制。

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车站级广播由分布在站台区、站厅区和办公室区的喇叭、噪音传感器、设备室的功放设备及控制室的播音控制台组成。其中公共区喇叭采用小功率大密度的方式。 中心级广播是以车站级广播为基础,由控制指挥中心播音控制台以及传输通道构成。车站级至中心级的传输通道利用传输系统提供的语音通道(300Hz15KHz)和数据通道(RS422接口) （见图3）

图3广播系统广播系统示意图

3.7 时钟分配系统

时钟系统主要由控制中心设备包括GPS/CCTV信号接受单元、主备一级母钟系统、监控系统、车站（车辆段）主备二级母钟、子钟及传输通道等构成。

中心母钟：接收GPS标准时间信号、CCTV标准时间信号，将自身的时间精度与标准信号同步，中心母钟通过传输通道向各车站的二级母钟传送，统一校准二级母钟。并将同步信号通过接口送给监测系统及其他系统，为其它系统提供时间信号。

二级母钟：接收中心母钟发出的标准时间码信号，实现与中心母钟随时保持同步，并产生输出时间驱动信号，用于驱动本站所有的子钟，并能向中心设备回馈车站子系统及本站子钟的工作信息。

子钟：接收二级母钟发出的时间驱动脉冲信号，进行时间信息显示，并将自身状态信

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息回馈给二级母钟。

系统网管:实现时钟系统的网络管理。

3.8 车站信息显示系统

车站信息显示系统是城市轨道交通运营管理现代化的配套设备,乘客可以通过信息显示屏,及时了解列车的运行状态、安全事项及各种信息。可以有效的指导旅客的候车、乘车;在列车运行空隙时间可显示广告,天气预报、股票等信息,能够为城市轨道交通运营增加可观的效益。

系统构成在控制指挥中心通信设备室设置视频分配放大器和传输用数字光端机;在各车站通信设备室设置播放机、数据交换机、数字光端机、视频分配放大器和信息显示屏,传输通道由有线传输系统提供100M以太网通道。

信息显示屏与播放机之间采用总线或星型控制方式,经控制电缆连接。

3.9 综合信息网络系统

综合信息网络系统采用最新计算机网络技术,通过传输系统构成办公业务网和资源网,实现全线办公信息系统联网运行。在城市轨道交通公司内以信息化手段对其生产运营、客运经营、管理等各过程实现现代化,将信息化应用于城市轨道交通生产经营与管理决策的各项活动中,提高运输效率、提升市场竞争力,降低运营成本。

控制中心设置高速以太网核心数据交换机、各类服务器、磁盘存储设备及网络防火墙,采用传输系统提供的10/100M口与各车站的数据交换机相连,构成全线综合信息管理网络,并可接入本地各部门工作站及办公用计算机。设置路由器和防火墙并预留与INTERNET联接条件。在各车站设置以太网数据交换机、计算机终端、数据服务器设备等组成本站(段)LAN系统,数据交换机设置于通信设备室,采用10/100M口与传输系统相连,在本站站长室、车控室、票务室综合维护室等运营管理用房设置计算机终端(配备网卡),采用六类屏蔽电缆与数据交换机连接。

3.10通信电源及接地系统

为保证通信系统正常工作,一个安全可靠的通信电源及接地系统是必不可少的。通信电源系统应安全、可靠地向各通信设备不间断地供电。

控制中心、车辆段(综合基地)、车站各通信设备均采用交流供电方式,由交流不间断

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电源设备向负载供电,供电时间不小于4h。通信电源系统需要供电系统提供两路安全可靠的三相五线制交流电源。控制中心、各车站通信设备均要求按一级负荷供电。

一般所需的交流电源容量:控制中心通信电源室:40KVA车站通信电源室:25KVA,车辆段(综合基地)通信电源室:30KVA在各车站、车辆段及控制中心均设置一组通信接地系统,接地系统由室外接地体和室内地线盘组成。

在通信机械室内应设置地线盘,室外接地体在控制中心和车站与供电系统共用接地体,接地体与供电接地体之间的距离不小于20m。接地电阻应不大于1欧姆。

3.11 集中监视告警系统

通信系统配置的各子系统的设备分布在全线各车站、车辆段和控制中心,为保证各子系统的设备能正常运作,在控制中心可采用计算机网络技术将各子系统的网络管理终端进行连接,通过以太网接口将有关的告警信息集中在主控计算机终端上进行显示,实现不同等级故障的分级显示。对全线通信设备故障及时告警、具有声光告警并能记录、显示和记录,以期迅速组织力量进行维修,确保通信畅通和功能恢复正常,满足列车运行对通信的需要。

在控制中心设置集中监视操作终端和数据服务器,各车站、车辆段设置远端数据采集单元。

3.12 ATP系统

ATP 系统是确保列车运行安全的关键设备,它由轨旁设备和车载设备组成, 列车通过地面ATP 设备接收运行信息,实现列车的间隔控制。ATP 设备主要有两种划分方式,一是按“车-地”ATP 信息传输方式分为连续式和点式发码方式;另一种是按对列车控制方式分为模式曲线方式和阶梯式控制方式。其中按前一种划分的两种ATP 设备工程造价差异大,是选择ATP 系统方案的主要比较点。

连续式的ATP 设备一般可利用轨道电路或连续敷设的电缆向车载接收设备连续不断地传递地面信息。其特点是信息传递实时性高、技术复杂、造价昂贵。点式ATP 设备利用地面应答器或点式环线把地面信息传至列车。这种方式实时性较差, 但技术简单、造价低廉。 控制实时性较差高行车间隔大于90 s 可小于90 s 自动驾驶功能尚无产品有列车检测功能需另设轨道电路有系统扩展对行车干扰较小对行车干扰大安装调试周期较短周期

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长工程造价较低高维修成本低高生产厂家少多

在我国现有的地铁交通中,由于运量大、行车密度高、地铁隧道内驾驶条件较差等特点,均采用连续发码方式的ATP 系统是适宜的。

随着点式ATP 技术的发展,在城市轨道交通工程,特别是城市轻轨工程中采用点式ATP 设备显得越来越合理。在点式ATP 系统中,以目前较有代表性的西门子公司ZUB120 为例,其主要的技术指标如下: ·传输制式 移频键控(FSK) ,串行 ·传输速率 50k·-1 ·传输间距 130～210 mm

·电码可靠性 循环码多次判断,海明距为4 ·电码长度 可编程有用比特96 位 ·机车设备平均故障间隔时间 2 ×104 h ·地面应答器平均故障间隔时间 9 ×105 h

对于点式系统控制实时较差、缺乏紧急停车功能等缺点,则可以通过接近连续式发码方式进行弥补。上海莘闵轻轨交通线作为我国第一条城市轻轨线路就已按点式ATP 系统进行设计。另据西门子公司介绍,目前该公司新研制的点式ATP 系统不仅打破了90 s 行车间隔的限制,也具备了自动驾驶功能。

3.13 其他一些要说明的问题:

(1)通信线路。考虑传输通道与区间电话的通道要求,通信线路沿城市轨道交通线路上下行轨道一侧侧分别敷设一条单模光缆和一条电缆。

(2)网络同步。传输网同步结构采用主从同步方式,使所有网元时钟的定时都跟踪至全网的基准主时钟。在程控交换机与电信局间的局间中继开通后,控制中心的传输设备将从局间中继的2M提取时钟信号,作为基准主时钟,其他网络单元都由线路中提取时钟同步信号。在交换机与电信局间的中继开通前,SDH设备将利用自由振荡模式使全网处于伪同步状态。

城市轨道交通的专用通信系统是一个包含众多不同子系统的通信系统,在设计中只有全面考虑,才能设计出一个满足各子系统要求的通信系统。

4. 城市轨道交通通信系统方案的安全策略

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通信系统的安全性体现在两个方面，即方案的安全性和设备的安全性。—一般人们只注重了设备的安全性，而忽视了方案的安全性比较，也就是说在不同没备提供同样的安全性指标时，巾于方案选择的不同，也会造成整个通信系统安全性能的差异。 列车检测方式的选择

实时安全的列车检测是实现列车安全运行和其他系统安全工作的基础，合理选择列车检测方式也就成为确保运营安全、高效的关键课题。列车检测的方法有模拟轨道电路、音频数字轨道电路、查询应答器、感应电缆环线、计轴以及无线通信等。

传统的模拟轨道电路用于检测列车位置，虽然具有较高的安全性，但是由于不能提供“车—地’传输的足够多的信息，较长的应变时间也无法把行车间隔时间进一步缩短，而且存在钢轨绝缘接头，增加了维修工作量，并影响乘坐的舒适性，所以已几乎不在城市轨道交通的正线中运用。

音频数字轨道电路采用微处理器对地面信息进行数字编码，再传递到钢轨上，由于其编码可包含的信息量大，不仅可以检测列车位置，还可以作为“车—地’通信的方式，对列车进行较精确的控制，并且由于数字轨道电路的高度灵敏度和可靠性，所以该系统的安全性能是很高的。另外取消了钢轨绝缘接头，已使之成为城轨交通工程中采用的ATP系统的主要方式。 查询应答器也属于较实用的系统，在国外有较多的运用，我国上海莘闵轻轨交通工程已设计采用此方式。该系统工程造价较低，维护成本低，使之具备较强的竞争力。虽然查询应答器系统不能提供紧急制动功能以及钢轨的断轨检测功能，但是城市轨道交通属于封闭线路，一般能够进行良好的行车组织、车站管理和线路维护等工作，在一定程度上弥补了上述不足之处。当然，在繁忙的线路上，这种不连续的列车检测方式将降低整个运营系统的安全陛和效率，在系统设计时应充分考虑采用相应的补充设备，譬如在必要地点设置电缆环线。

感应电缆环线的检测列车的方法大多被用于移动闭塞系统中，它可以实现“车—地”的双向通信，并可以非常精确地定位列车的位置。目前，正在建设中的武汉轻轨一号线就是采用的这种设备。但与查询应答器一样，它也无法对钢轨的完整性进行检测，所以其本身是存在安全性缺陷的，当然可在采用这种系统时，增加轨道电路作为补充，可以提高运行的安全性。另一个问题是，感应电缆环线存在串码干扰问题，特别是在某段环线被损坏时，而环线的铺设也对工务维修带来不便，这些因素都是设计时应考虑的。

计轴设备一般作为主设备故障情况下的备用设备使用，它的安全性缺点在于无“记忆性”

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道区段有车占用情况下，当停电再恢复供电时，计轴信息会丢失，造成轨道区段无车的假象使用计轴设备时，一定要采用不停电措施或者其他手段以保证运行安全。

无线通信则由于技术和管理上的因素，目前尚难以在城市轨道交通工程中运用。机车通信的选择

由于在城市轨道交通的正线运营中，已基本取消地面通信，列车凭借ATP机车通信运行。依据ATP机车通信的“车—地”信息传输方式，可分为连续式还是点式ATP系统，虽然点式ATP系统和连续式ATP系统都属于“故障—安全”系统，并且在信息量、信息传输速度，信息码可靠性等技术参数均能满足城市轨道交通的需求，但是两者的区别仍对运行的安全性和行车效率产生影响。

点式ATP系统意味着“车—地”之间的信息传递是不连续的，显然这样造成了后续追踪列车无法及时得知前行列车的运行区段，也就不能及时改变运行速度，以保证列车运行的安全性并提高线路的通过能力。另一方面，由于“车—地”之间的信息传递是间断的，反过来，将对“车—地，’通信的设备的可靠性要求更高，以免遗漏某个点的信息。点式ATP系统对列车的高密度运行、加速效率以及紧急停车等都是不利。但考虑到工程投资和维护成本的约束，点式ATP在低密度等项目中仍具备一定的优势。

连续式ATP系统克服了点式ATP的缺点，能够及时得知前方区段占用或故障情况，以及时改变运行速度，保证运行的安全和高效。连续式ATP系统即能适用于固定闭塞，也能适用于移动闭塞。

需要指出的是，为了确保行车安全，“车—地”的信息传输可以是间断的或连续的，但列车的速度检测必须是连续的，只有连续的速度检测才能保证列车运行速度实时地控制在安全范围内。另一方面，在配有ATO系统的列车上，虽然ATO系统具备很高的可靠性，但其本身不是“故障—安全’设备，所以仍需要ATP系统的车载设备能够提供列车行进速度和安全速度的指示信息，以便司机监视和控制。

在通信系统的设计时，除了系统安全性外，可靠性评估也是非常重要的，高度的可靠性也是高安全性的一个重要保障。为了能够放心地在实际中运用，设计一个完善的通信系统必须定量地分析出系统的可靠性指标。例如：在国铁规范中，已明确了列车超速防护的车上设备的平均无故障时间(MTBF)不低于104h，地面设备的平均无故障时间不低于105h。

在城市轨道交通中由于ATP系统在正常驾驶模式下使用，是惟一能连续控制列车运行，并长期确保列车安全运行的驾驶模式。降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。不过，诙漠式并不能避免所有风险，特别是不能保护列车不

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闯关闭的通信机，所以要求正常驾驶模式必须非常稳定可靠，以尽量减少采用降级驾驶模式。鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的可靠必须高于99．99％。其中，月为系统可靠性概率；T为系统设计寿命；MTBF为平均无故陶司隔时间。

5、结论

城市轨道交通的运营离不开大量信息的交互，专用的通信系统是必不可少的．其中无线调度通信系统则是提高运输效率、确保行车安全及应对突发事件的必要手段。城市轨道无线通信系统是一个专用性很强、可靠性要求高、接口复杂的多功能调度系统，一般包括正线无线列调、维修、公安、环境控制等系统以及车辆段无线系统。

在城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案设计过程中还要结合城市轨道交通系统的管理体制及其经营管理特点，对之进行合理充分的评估和规划，才能保障国家和人民的财产，安全，才能造福人民，为科学的进步做出贡献。结论

城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案设计安全、可靠性都应以整个系统为对象，而不是某个具体设备。这就要求系统设计、设备制造和设备维护三位一体，以保证系统使用中的性能指标。 在许多发达国家都设有专门的系统安全工程师在方案设计时对整个系统的安全、可靠性作出科学的评价。我国虽然没有专门的系统设计安全工程师，但不应轻视对于通信系统的安全、可靠性分析，正确的分析有助于系统设计、设备选型以及科学投，并为维修工作量的确定和日常维护的重点提供参考。在实际的工程运用中,结合工程具体情况就不难设计出优秀的系统方案。例如:在天津市区至滨海新区轻轨工程招标中,我方依据轻轨客运量近、远期分别为18. 4 万人次/ 日、28. 4 万人次/ 日,列车运行近、远期3 min 的追踪间隔,以及列车4 列、6 列的不同编组,首先确定的投标方案中设计行车间隔为135 s , 采用点式ATP 和国产ATS , 预留ATO 方案;而结合本线列车运行速度高达100 km/h , 列车制动距离长的特点,从保证行车安全、节省工程造价的角度出发,我方又推荐了采用模拟无绝缘轨道电路加连续式环线的ATP 方案。两种方案的技术论证受到了评判专家组的一致好评。总之,在系统构成和主要的技术方案确定以后,通信系统虽已基本定型,但要真正全面地设计出一个良好的系统,还有许多细节需要考虑。例如:为发挥投资效益,根据城市轨道交通工程近、远期不同的建设规模和标准,通信系统的配置应考虑按不同阶段的运量要求分步实施、合理预留,并使之容易进行技术改造和升级;通信系统设计方案中应充分考虑到国家对机电设备国产化率的要求,除某些必须引进的设备外,尽量选用国产设备或与引进国外技术国内组装相结合的方式。另外,城市轨道交通通信系统的特殊技术指标也是应在设计过程中重点考虑的问题。如在长大坡道上设立的保护性延续进路对列车运行追踪时分的影响;为缩短折返进路建立时间,如何处理折返进路有关的渡线道岔等技术问题。

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附录

随着计算机和通信技术的发展，基于通信的列车运行控制系统(CBTC)是轨道交通信号及列车控制的发展方向，我国目前正在进行铁路CTCS和城市轨道交通CBT系统的研究攻关阶段，同时也将跟踪国际技术发展趋势，制定我国的安全标准，建立安全认证与评估体系，尽快使我国研制开发出具有自主知识产权的CBTC系统并得以应用

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参考文献

[1] 赵志熙，车站信号控制系统[M] 北京：中国铁道出版社，2005 [2] 林瑜筠，铁路信号基础 北京：中国铁道出版社 [3] 林瑜筠，区间信号自动控制 北京：中国铁道出版社 [4] 王永信，车站信号自动控制， [5] 涂序跃 铁道信号运营基础，

中国铁道出版社，2011 中国铁道出版社，2006

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哈尔滨铁道职业技术学院毕业设计评审意见表

毕业设计题目 浅谈城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案 学生姓名 指导教师评语: 王威 专业班级 建议成绩： 指导教师（签字）： 年 月 日

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答辩委员会意见:

答辩委员会(教师姓名、职称)：

毕业设计成绩：

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