通信系統與設備12.1概述城市軌道交通信息通信系統是直接為軌道交通運營和管理服務的,是指揮列車運行、進行運營管理、公務聯絡和傳遞各種信息的重要手段,是保證列車安全、快速、高效運行的不可缺少的綜合系統。城市軌道交通通信系統按用途可分為通信傳輸系統、電話系統、調度系統、時鐘系統、閉路電視系統、廣播系統、商用通信系統和旅客信息系統。圖12-1調控中心畫面2.通信傳輸系統的結構通信傳輸系統是系統各站點與中心及站與站之間的信息傳輸、不同線路的信息交換的通道。因為擔負著城市軌道交通幾乎所有通信系統信息傳輸的重任，所以在城市軌道交通中通信系統的地位非常重要。（1）傳輸系統結構通信傳輸系統由光纖骨干網絡、網絡節點、用戶接口卡、網絡管理系統組成。圖12-3通信傳輸系統結構（2）網絡結構城市軌道交通通信傳輸系統，要為其他系統提供可靠靈活的傳輸通道。城市軌道交通的網絡一般采用環形網絡結構，如圖12-4所示。這種結構由兩個環路連接：一個環路運行，負責傳送信息；另一個環路備用。圖12-4環形網絡結構

同時根據業務的不同，控制中心和車站業務點的連接還可能有總線型和星形的網絡結構。星形網絡結構是以中心節點為中心，很形象，這種結構需要更多的設備、電纜，并且受地理環境影響大。圖12-5星形網絡結構

總線型拓撲結構，當發生故障時，故障節點即從網絡中去除，但受地理條件限制，其成本高。圖12-6總線型結構

（3）節點間的連接方式環路連接方式，每個光／電收發器模塊分別和前一節點和后一節點通信。圖12-7環路連接方式鏈路連接方式，一個光／電收發器負責與前一節的通信，而另一個光／電收發器負責和后一節點通信。圖12-8鏈路連接方式

（4）傳輸系統的運行方式和故障恢復通信傳輸系統采用雙環路運行方式：一個環路運行，負責傳送信息；另一個環路備用。兩個環路功能一致，系統運行時，不斷監測備用環路，確保備用環路能隨時啟動，主路若出現故障，備用環路將立即啟動。1）當主環故障時，系統自動將信息傳輸通道切換到備用環路。圖12-9主環故障配置

2）當次環故障時，系統不采取網絡重組動作，但是會將次環路狀況信息報告控制中心。圖12-10次環故障配置3）雙環路故障（同點）時，采用回環措施，即一節點將輸出的主環信息接人到次環，另一節點將次環信息接入主環。圖12-11雙環路故障（同點）配置4）節點故障，也可使用回環措施。圖12-12節點故障配置

5）多故障同時發生時，自動恢復機制執行，將系統分隔成獨立的子系統，各子系統進行正常操作。圖12-13多故障同時發生配置3.傳輸介質城市軌道交通通信傳輸系統的傳輸介質，有雙絞線電纜、同軸電纜、微波波導和光纖纜。(1)雙絞線電纜雙絞線電纜是將一對或一對以上的雙絞線封裝在一個絕緣外套中而形成的一種傳輸介質，是目前局域網最常用的一種布線材料。圖12-14雙絞線電纜雙絞線分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）兩大類。

雙絞線常見的有3類線、5類線和超5類線，以及最新的6類線。前者線徑細而后者線徑粗。1）一類線：主要用于語音傳輸（一類標準主要用于20世紀80年代初之前的電話線纜），不用于數據傳輸。2）二類線：傳輸頻率為1MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbit/s的數據傳輸。3）三類線：電纜的傳輸頻率16MHz，用于語音傳輸及最高傳輸速率為lOMbit/s的數據傳輸。

4）四類線：該類電纜的傳輸頻率為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbit/s的數據傳輸。

5)五類線：該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質量的絕緣材料，傳輸率為100MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為IOOMbit/s的數據傳輸，這是最常用的以太網電纜。

6)超五類線：此類線具有衰減小、串擾少，并且具有更高的衰減與串擾的比值和信噪比，更小的時延誤差，性能得到很大提高。此類線主要用于千兆位以太網(lOOOMbit/s)。

7)六類線：該類電纜的傳輸頻率為1~250MHz。六類布線系統在200MHz時綜合衰減串擾比應該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠遠高于超五類標準，最適用于傳輸速率高于1Gbit/s的應用。(2)同軸電纜同軸電纜是由相互絕緣的同軸心導體構成的電纜，內導體為銅線，外導體為銅管或網。電磁場封閉在內外導體之間，故輻射損耗小，受外界干擾影響小。圖12—15同軸電纜

同軸電纜的得名與它的結構相關。同軸電纜也是局域網中最常見的傳輸介質之一。它用來傳遞信息的一對導體是按照一層圓筒式的外導體套在內導體（一根細芯）外面，兩個導體間用絕緣材料互相隔離的結構制選的，外層導體和中心軸芯線的圓心在同一個軸心上，所以叫做同軸電纜。同軸電纜之所以設計成這樣，也是為了防止外部電磁波干擾異常信號的傳遞。同軸電纜的構成。圖12-16同軸電纜的構成（3）光導纖維（光纖）（1）光導纖維的概念及其優點光纖是光導纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導工具。微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖一端的發射裝置使用發光二極管(LightEmittingDiode，LED)或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。在日常生活中，由于光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。光纖和其他幾種介質的比較。表12-1光纖和其他幾種介質的比較光纖具有以下一些優點：

①

頻帶寬。

②

損耗低。

③

質量輕。

④

抗干擾能力強

⑤

保真度高。

⑥

工作性能可靠。

⑦

成本不斷下降。

2）光導纖維的組成及均勻光纖導光原理

圖12-17光纖的結構光纖內層為光內芯，直徑在幾微米至幾十微米，外層的直徑0.1~0.2nm。一般內芯玻璃的折射率比外層玻璃大1%。根據光的折射和全反射原理，當光線射到內芯和外層界面的角度大于產生全反射的臨界角時，光線透不過界面，全部反射。這時光線在界面經過無數次的全反射，以鋸齒狀路線在內芯向前傳播，最后傳至纖維的另一端。均勻光纖導光原理。圖12-18均勻光纖導光原理3）光導纖維的種類及其區別多模光纖：中心玻璃芯較粗（50或62.5μ.m），可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/km的光纖在2km時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距離就比較近，一般只有幾公里。單模光纖：中心玻璃芯較細（芯徑一般為9μm或lOμm），只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通信，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩定性要好。

4）光導纖維傳輸的過程光纖傳輸系統通常是將傳輸的信息加載到激光上，將激光調制傳輸到目的地后再解調出來。光端機及時對來自信息源的信號進行處理，發送光端機將光源通過電信號調制成光信號，輸入光纖傳輸到遠方；接收端的光端機內有光檢測器將來自光纖的光信號還原成電信號，經過放大、整形、再恢復原形，輸送到電端機的接收端。

5）使用光導纖維的注意事項光纖在使用的過程中需要注意自身的安全，光纖及其接收器中傳輸的是激光，所以不要試圖調整或改變激光設備及其控制電路，不要用眼睛直接去看光端口或光纖末端，在準備好連接的電纜不要刪除或插頭防護帽，處理使用過的光纖要注意破碎纖維非常尖銳，可能會導致眼睛或皮膚損傷。如圖12-19所示，為光纖使用的特殊警示標識。圖12-19光纖使用的特殊警示標識12.2城市軌道交通通信主干傳輸網現代城市軌道交通的專用通信網應是一個能傳輸語言、圖像、數據等各種類型信息的綜合業務數字通信網。為了使各子系統能夠相互聯系，協同工作，一個可靠、合理、先進的傳輸主干及組網結構是必不可少的。傳輸主干及組網結構的優劣，直接關系到各個通信子系統的運行效能。目前廣泛使用的有以下集中主干網。1.SDH傳輸技術光同步數字傳送網（SDH）是由一些網元（NE）組成、在光纖上進行同步傳輸信息傳輸、復用和交叉連接的網絡。2.ATM（異步傳輸模式）傳輸技術 異步轉移模式（ATM）技術是未來寬帶綜合業務數字網的基本傳送方式，它是在同步轉移模式（STM）技術基礎上發展起來的，且進一步改進了SDH傳輸和業務連接方面的弱點，并集傳輸、交換、復接及有效支持各種業務接入于一體。3.OTN開放式傳輸網絡傳輸技術西門子公司的開放式傳輸網（OTN）是一種靈活和支持多協議的開放式網絡。它根據語音、數據、LAN以及視頻等業務的相關標準設計了接口卡，從而使符合這些標準的設備可以通過OTN結點機毫無限制地直接互連。4.一體化SDH

一體化SDH是基于TDM、吸收了SDH標準傳輸機制、自愈環保護盒OTN的豐富通信協議接口類型的優點，它克服了傳統SDH設備在城市軌道交通應用中的不足，在光纖網絡上直接傳輸語音、寬帶音頻、數據、視頻和LAN業務。軌道交通系統的不同業務對系統的帶寬、時延、可靠性等各不相同,這就要求傳輸系統有足夠的靈活性和可靠性以保證各種業務的順利完成。業務按不同的類型可分為:車站-中心業務和鄰站業務兩種。

在軌道交通系統中,需要通信業務的一般是控制中心、車場和各個車站。由于車場和車站業務比較相似,可將其歸為同一類業務。具體業務流程。圖12-20控制中心、車場和各個車站業務流程12.3電話系統電話系統為城市軌道交通的管理、運營和維修人員提供語音服務。電話系統主要分為公務電話系統和專用電話系統。公務電話相當于企業的內部電話網，其核心是程控數字交換機，再通過中繼線路與城市市話網相連，實現城市軌道交通內部對外通話。程控交換機的分機，分布在城市軌道交通的各辦公管理部門、OCC、車站、設備室等需要通話的區域。專用電話包括調度、站內、站間和軌旁電話。調度電話是為城市軌道交通的調度人員，如行調、維調、環調、電調等提供專用的直達通話，具有單呼、組呼、全呼、緊急呼叫等功能，并配備維護終端和數字錄音等設備。站內電話主要是滿足車站內部的通話需要，提供站內各區域和車站值班員之間的直達通話。1.公務電話系統城市軌道交通信息通信系統公務電話子系統,是軌道交通運營控制的重要通信工具。一般公務電話系統根據軌道交通的規模具有不同的容量。通常情況而言,一個車站基本上為一個2Mbit通路(30個電話)。公務電話系統可設1～2個交換局,通常交換機置于控制中心,各個車站通過遠端模塊實現電話的接入。此時,需應用傳輸系統提供的2Mbit通道。圖12-23程控數字交換機的結構示意圖圖12-24公用電話系統2.專用電話系統專用電話系統由樞紐主系統和車站分系統兩級結構組成。樞紐主系統和車站分系統通過數字傳輸設備提供2Mbit數字通道,將調度電話、站間電話、站內集中電話和緊急電話等業務綜合起來,便于安裝、調試、使用、維護和管理。圖12-25專用電話系統（1）調度電話城市軌道交通調度電話，由調度總機、調度臺和調度分機組成，并通過傳輸系統電纜相連。調度電話的組成。圖12-26調度電話的組成

①

按鍵式調度臺，有的調度臺提供互相獨立的雙手柄，可由兩個調度員共用一個調度臺進行調度。調度臺可單鍵完成單呼、固定組呼全呼功能，并有會議功能，能對分機進行任意的編組呼叫。②基于PC屏幕的軟調度臺在PC機中加入調度臺應用軟件，外接揚聲器和電話手柄等。軟調度臺改進軟件和增加攝像頭可以組成多媒體調度臺，提供可視調度電話。圖12-27按鍵式調度臺圖12-28基于PC屏幕的軟調度臺（2）站內電話1）站內電話的必要性及連接方式在車站內的站廳、站臺、售票廳、客服中心和站控室等不同的工作地點和工作人員通常有頻繁的通信聯系，若這些車站內通信通過公務電話會加重公務電話交換機和傳輸系統負荷，二則撥號連接的方式不適合站內通信，所以在車站內部配置相對獨立的電話交換系統。2）站內電話的作用站內電話可提供車站內部人員的直接通話和本站值班員與相鄰車站或大區間值班員的雙向熱線通話；同時也能使乘客或車站工作人員在緊急情況下使用緊急電話。

3）站內電話的組成站內電話由車站電話交換機、車站值班臺和電話分機組成。（3）站間電話站間電話是供相鄰車站值班員之間聯系的直通電話，行車電話機的雙方任何一方摘機即可與對方通話；站間行車電話通話范wei限于兩個車站值班員之間，不允許越站通話。站間電話。圖12-29站間電話（4）軌旁電話軌旁電話是為系統運營和維護及應急需要，安裝在隧道里的電話，它是列車司機和維修人員在緊急情況下及時聯系車站及相關部門的一種手段。軌旁電話由軌旁電纜連接與站內交換機機，軌旁電話機具有抗沖擊性和防潮等特性，區間內150~200m安裝一部電話，3—4部軌旁電話機并接使用同一號碼，并且用多部電話交叉配置的方式以增加可靠性。軌旁電話可同時接站內電話和公務電話，通過插座或開關實現號碼轉換。

（5）錄音系統錄音系統應確保城市軌道交通控制中心調度員與車站運營人員之間調度指令和安全指令的正確保存，可對每個話路進行錄音、監聽、回放及識別來電號碼，圖12-30軌旁電話圖12-31集中錄音12.4廣播系統在城市軌道交通運營中，廣播系統主要用于控制中心調度人員、車站值班員、站臺值班員向車站旅客進行：（1）公眾語音廣播。（2）通告城市軌道交通列車運行。（3）安全、向導等服務信息。（4）向工作人員發布作業通知。（5）當車站發生火災等災難時，廣播系統可兼作消防廣播用途，廣播包括防災內容緊急廣播。廣播系統采用二級廣播控制方式,由控制中心一級和車站一級組成。一般分為三個部分:控制中心廣播系統,車站廣播系統(可根據實際需要連接多個車站子系統),停車場廣播系統。控制中心通過綜合接入系統提供的RS422或RS485通道與車站廣播系統互連。一般情況下,廣播業務為中心到車站的點到多點業務,而中心對車站系統的監控維護通道則為點對點業務。圖12-32廣播系統的構成

1.廣播系統的功能（1）操作功能（2）多級優先廣播功能（3）預示音功能（4）廣播編組及設定功能（5）平行廣播功能（6）應急廣播功能（7）監聽功能（8）一鍵取消功能（9）集中錄音功能（10）列車到發自動廣播功能（11）無線廣播功能（12）廣播與旅客信息系統聯動功能（13）雙語廣播功能表12-2廣播優先權處理圖12-33廣播系統各功能的轉換圖12-34廣播系統各功能的轉換操作2.控制中心廣播系統控制中心廣播系統包括中心廣播控制終端、中心廣播控制臺、中心廣播機柜設備、中心網絡管理服務器。圖12-35控制中心廣播系統實物圖3.車站廣播系統車站廣播系統包括車站廣播控制終端及車站廣播控制臺、站臺監察亭控制終端及站臺監察亭廣播控制臺、廣播機柜設備(含車站廣播控制單元、功率放大器、電源時序控制器)、噪聲傳感器、揚聲器及線纜等。圖12-36車站廣播實物圖12.5閉路電視監控系統閉路電視監控系統（CCTV）是安全技術防范體系中的一個重要組成部分，是一種先進的、防范能力極強的綜合系統，它可以通過遙控攝像機及其輔助設備（鏡頭、云臺等）直接觀看被監視場所的一切情況，可以把被監視場所的情況一目了然。1.CCTV系統的組成：CCTV系統一般由前端，傳輸。終端組成。2.閉路電視的主要設備（1）攝像機。（2）攝像機鏡頭。（3）云臺。（4）防護罩（防塵罩）和支架、解碼器。（5）監視器。（6）信號傳輸。軌道交通電視監控系統為二級結構,分為車站電視監控和控制中心電視監控。圖12-37控制中心閉路電視監控

12.6時鐘系統1.時鐘系統的構成時鐘系統為控制中心調度員、車站值班員、列車駕駛員、各部門工作人員及乘客提供統一的標準時間信息，為城市軌道交通其他系統的中心設備提供統一的時間信號。時鐘系統的設置對保證地鐵運行計時準確、提高運營服務質量起到了重要的作用。系統采用GPS標準時間信息。

CPS是全球衛星定位系統，全稱為GlobePositionSystem。GPS的空間部分是由24顆工作衛星組成，它位于距地表20200km的上空，均勻分布在6個軌道面上（每個軌道面4顆），軌道傾角為550。此外，還有4顆有源備份衛星在軌運行。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖像。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。

當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后，就可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。圖12-38CPS是全球衛星定位系統系統采用控制中心與車站／車輛段／停車場兩級組網方式。由中心一級母鐘、車站／車輛段／停車場母鐘（二級母鐘）、時間顯示單元（子鐘）及傳輸通道、接口設備、電源和時鐘系統網管設備組成。圖12-39時鐘系統的構成傳輸通道服務于一級母鐘與二級母鐘之間時鐘信號和故障告警信號的發送和接收。傳輸系統控制中心、各車站、車輛段、停車場分別為時鐘系統提供點對點RS422數據通道，用于傳送自控制中心至各車站、車輛段、停車場的校時信號，同時傳送各車站、車輛段、停車場至控制中心的網絡管理信號，由時鐘系統一級母鐘負責實現由各車站、車輛段、停車場至控制中心信息的匯聚功能。2.時鐘系統的設備及運行時鐘系統的設備主要有中央級設備和車站級設備組成。3.時鐘系統的控制模式（1）中央控制運行模式（2）車站降級控制模式圖12-40時鐘系統的構成框圖12.7無線調度系統無線通信系統為行車調度員與司機、車站值班員與司機、司機與司機以及公安、環控、維修等用戶提供移動通信手段。無線通信將主要采用數字集群式調度系統,信道集中控制方式。1.無線通信的通信方式無線通信的通信方式分為單工、半雙工和全雙工。

2.專用頻道和集群方式

(1)專用頻道方式(2)集群方式3.線通信的多址方式

(1)頻分多址(FDMA)

(2)時分多址(TDMA)

(3)碼分多址(CDMA)4.無線集群調度系統可滿足的通信需求根據城市軌道交通運營組織和管理需求，無線通信系統能夠滿足以下用戶群的通信需要：

(1)控制中心行車調度員與在線司機之間的通話；

(2)列車司機之問的通話（通過行車調度員調度操作控制臺轉接）；

(3)綜合控制室值班員與站內移動工作人員之間的通話；

(4)各維修小組移動維修作業人員之間的通話（包括車輛維修小組、機電維修小組、工建維修小組、供電維修小組、生產管理組等）；

(5)防災作業人員之間的通話；

(6)車輛段／停車場行調值班員與車輛段／停車場內列車司機之間的通話；

(7)車輛段／停車場值班員與車輛段／停車場內持便攜臺作業人員之間的通活；

(8)車輛段／停車場防災值班員與相關移動人員之間的通話；

(9)車輛段／停車場內持便攜臺作業人員之間的通話；

(10)公務電話用戶與移動用戶之間的通話（經授權）；

(11)不同組員之間通過調度操作控制臺轉接通話。

5.無線集群調度系統的結構無線集群調度系統，主要為下列三種用戶提供服務：無線用戶；調度臺用戶；系統管理員。圖12-42多個基站同時提供系統覆蓋電波在隧道中傳輸很困難，它被隧道墻壁很快吸收，從而使電波的傳輸衰耗大大增加，限制了通信距離。據有關試驗表明，隧道中傳播電波的頻率越高，衰耗越小，例如在長3000m、寬80m、高4m的隧道中，在153MHz和300MHz的頻率上，傳播的衰減速度分別為40dB/300m和20dB/300m。為了解決電磁波在隧道中傳輸的問題，通常采用沿隧道敷設波導線的方法，是電磁波沿著波導線傳播，從而減少傳播衰耗。最常用的波導線，是漏泄同軸電纜。漏泄同軸電纜，外導體為皺紋鋁管，內導體是鋁管或軟銅軸線單線，并在外導體沿縱向周期性設置具有電波漏泄作用的槽孔，使電纜內的電磁能的一部分作為電波均勻地向外輻射。如圖l0-43漏泄同軸電纜的工作原理6.無線集群調度系統的功能（1）基本通話功能調度與移動臺之間的短信傳送功能；調度與移動臺之間的緊急呼叫功能；列車在車廠與正線之間組別自動和手動轉換，動態構組功能；組呼及全呼功能；調度臺與有線電話的轉接功能。（2）基本入網功能入網時間短，按壓PPT0.5s接入語音信道，呼叫申請自動重發，遇忙排隊自動回叫，緊急呼叫，限時通話。（3）可選功能

1)新近用戶優先。為剛剛脫離語音信道的用戶提供信道，以重返系統完成通話，保持通話的完整。

2)動態重組。組呼設置需對用戶臺編程，用戶臺配發后，很難再對其重新進行編程，對用戶重新編組就需要動態重組。

3)位置登記及漫游。多區網聯網工作，用戶在大網內進行位置登記和漫游。

4)連續信道指配更新。通話組未使用分配的語音信道，控制信道就發送信道分配信息；個別成員未能及時進入本組通話的，在控制信道收到連續分配信令后進入本組通話。（4）誤導移動臺保護用戶識別碼不正確自動退回信令信道，保證信道用戶通話的私密性。（5）遙斃消除由于丟失或被竊移動臺引起的潛在危險，中央控制器定時或不定時發送控制信令“遙斃”移動臺。禁用，限制移動臺使用功能；斃掉，移動臺程序清除。（6）系統容錯中央控制器熱備份，備用控制信道，故障弱化；連接終端，系統降級運行。7.系統維護管理功能（1)主要功能

1)修改運