摘要 無線通信技術(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，可在短時間內(nèi)完成大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸，為車站內(nèi)部運營管理系統(tǒng)的完善打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。該文通過對無線通信技術(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。

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

中圖分類號 U285 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0014-03

0 引言

中國軌道交通業(yè)自20世紀(jì)80年代開始發(fā)展，近年來線路長度、機(jī)車數(shù)量、客運數(shù)量等指標(biāo)持續(xù)攀升，完善了我國交通體系，推動了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2020年3月《中國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，將城軌交通與各類新型技術(shù)進(jìn)行全面融合。無線通信技術(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，可在短時間內(nèi)完成大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸，為車站內(nèi)部運營管理系統(tǒng)的完善打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)人員應(yīng)重視對無線通信技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，不斷對通信系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，強(qiáng)化通信及時性、有效性。

1 城市軌道交通通信功能的實際體現(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)控的方式能夠針對車站的重點區(qū)域?qū)嵤┍O(jiān)控，代替人工進(jìn)行全天候監(jiān)控管理，對監(jiān)控中的視頻信息進(jìn)行綜合分析后針對存在的異常現(xiàn)象進(jìn)行告警處理，可以為車站管理提供有效參考。該系統(tǒng)以車站視頻前端攝像機(jī)、視頻管理平臺為基礎(chǔ)，融合了智能分析服務(wù)器，實現(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)可以實現(xiàn)四種功能：

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

（2）視頻巡查。經(jīng)CCTV基礎(chǔ)視頻平臺對車站內(nèi)部輔助線路實施檢查，巡視重點區(qū)域，其通信過程與大客流感知功能相同。

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

（4）啟動應(yīng)急預(yù)案。當(dāng)車站內(nèi)部管理系統(tǒng)感知有突發(fā)事件出現(xiàn)后，會利用預(yù)測仿真技術(shù)啟動預(yù)案，并向相關(guān)人員推送有關(guān)預(yù)案處理的文件信息，保證車站內(nèi)部各類設(shè)備得以有效聯(lián)動。通信CCTV系統(tǒng)會將客流感知信息以及視覺監(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。在車站內(nèi)部PIS與信號接口內(nèi)增加了其他新的指標(biāo)，在列車運行過程中會針對車廂滿載率以及溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行智能測量和分析，將所獲取的數(shù)據(jù)及時上傳到PIS屏系統(tǒng)中，乘客可以通過屏幕了解車廂的人員數(shù)量以及溫度狀況，讓乘客有選擇性地進(jìn)入車廂，防止車廂出現(xiàn)局部過度擁擠的現(xiàn)象。各節(jié)車廂擁擠度和溫度以文字、圖形的方式顯示。

（2）一鍵開關(guān)站。PIS系統(tǒng)對設(shè)備實施狀態(tài)監(jiān)測的能力，在綜合監(jiān)控的過程中利用發(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)到一鍵開關(guān)站的目的，有效檢查設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)[1]。

（3）車地?zé)o線系統(tǒng)。實現(xiàn)列車與控制中心實時通信的通道，通過區(qū)間AP的無線信號覆蓋，實現(xiàn)車載AP與區(qū)間AP的無線連接，保持無線鏈路不中斷，將列車行進(jìn)過程中的圖像、高清視頻節(jié)目、動態(tài)廣告、到站信息等傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心。

2 無線通信技術(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程中涉及大量的數(shù)據(jù)信息，不僅包括車站的運營信息，同時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題。因此，無線通信技術(shù)在使用過程中務(wù)必要保證其具備安全性，對車載以及地面數(shù)據(jù)的交互過程進(jìn)行優(yōu)化，重點評估硬件、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，對于通信系統(tǒng)的運行穩(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、處理滯后的問題。通信系統(tǒng)中車載以及軌道旁的所安裝的無線設(shè)備處于持續(xù)通信狀態(tài)，并且列車的運行速度快，此時設(shè)備在通信時需要在短時間內(nèi)完成漫游切換，提高了對系統(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區(qū)域，中間需要在多個不同站點?？浚\行線路長，基于這一特點，要求無線通信技術(shù)覆蓋范圍隨之?dāng)U大，以此來確保列車能夠穩(wěn)定運行，并在各個站點間完成信息傳輸，及時通過通信系統(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存在網(wǎng)絡(luò)速度慢的現(xiàn)象，而擴(kuò)大無線通信技術(shù)的覆蓋范圍能夠有效解決這一問題，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)開始向著智能化的方向發(fā)展，重視打造自動化的運營管理機(jī)制，對通信業(yè)務(wù)活動提出了新的需求，如車載視頻下發(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程中要求無線傳輸帶寬持續(xù)增加，保證信息內(nèi)容得以快速傳輸，避免出現(xiàn)信息傳出滯后的問題。

3 無線通信技術(shù)在城市軌道交通通信中的應(yīng)用

無線通信技術(shù)是保證數(shù)據(jù)通信活動有序開展的關(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內(nèi)容。相關(guān)人員需要了解不同類型無線通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢和方向，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)

列車運行時，備電系統(tǒng)若處于電池狀態(tài)則會影響供電體系的整體穩(wěn)定性，當(dāng)電池數(shù)量增加時，不能單獨通過電纜實施通信，此時會出現(xiàn)成本整體上升的問題，通信穩(wěn)定性也會有所下降，通信質(zhì)量無法達(dá)到預(yù)期要求，通信功能使用感受也會隨之受到不良影響。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)測數(shù)據(jù)的傳輸，保證軌道交通系統(tǒng)供電的可靠性。該項技術(shù)功耗相對較低，具有容量大以及安全性高的特點，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)傳輸過程中能夠盡快完成響應(yīng)，在短時間內(nèi)便可從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到運行狀態(tài)，并且狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間僅為15 ms，如果要與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對接，經(jīng)30 ms便可完成。ZigBee技術(shù)在列車與站點、信號燈等不同類型設(shè)備間構(gòu)建了一條無線通信渠道，可以做到精準(zhǔn)定位的功能，及時明確列車的具體位置，從而滿足列車遠(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)點取消，針對無線接入框架進(jìn)行了完善和重構(gòu)，提升了無線通信技術(shù)的傳輸效率，強(qiáng)化了演進(jìn)系統(tǒng)，同時可以將該項技術(shù)與MIMO和OFDM同時使用。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，可以滿足長線路軌道交通運行中的數(shù)據(jù)傳輸需求。當(dāng)列車的運行速度在120 km/h以內(nèi)，LTE技術(shù)應(yīng)用時的通信業(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，通過將控制中心平臺以及列車PIS系統(tǒng)進(jìn)行對接，可以在列車高速運行的過程中完成終端數(shù)據(jù)傳輸，同時傳輸渠道較多，包括視頻、語音以及數(shù)據(jù)等多種不同類型，能夠及時向乘客展示各類與列車有關(guān)的信息，如流量信息、疏散命令以及列車到達(dá)發(fā)車時間等。在PIS通信系統(tǒng)中，LTE技術(shù)屬于核心技術(shù)，該技術(shù)的使用能夠在短時間內(nèi)完成信號切換，確保了通信信號的清晰度和準(zhǔn)確性，防止出現(xiàn)通信線路中斷的問題。在通信活動中LTE技術(shù)同時使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)，可以改善城市軌道交通中存在的多徑衰落問題，確保通信效率得以提高。在實際應(yīng)用時通信系統(tǒng)可以針對管理工作進(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)成過程中屬于重要的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)單元，為城市軌道交通運行提供通信服務(wù)，可以確保信息交換的有效性，使傳輸網(wǎng)以及傳輸通道實現(xiàn)站點間的信息傳輸，并將數(shù)據(jù)上傳到綜合管理平臺中。SDH技術(shù)在實際應(yīng)用中可以于不同車站重點區(qū)域內(nèi)部設(shè)置多個負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的點位，通過以太網(wǎng)和PCM接入方式能夠及時完成站點內(nèi)部列車運行信息傳輸活動，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的開展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。SDH傳輸通道能夠讓相關(guān)部門及時針對所接收的數(shù)據(jù)實施綜合評估，及時解決流量問題。SDH技術(shù)應(yīng)用可靠性優(yōu)勢較明顯，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型的應(yīng)用，例如對點應(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，同時適合TM、DXC等不同類型的工作方式，能夠及時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，當(dāng)前幾乎所有家庭內(nèi)部均已經(jīng)部署了WiFi，同時在人們外出時也需要通過連接WiFi的方式改善網(wǎng)絡(luò)使用體驗，避免流量消耗過大，是最常用的無線通信技術(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，通過在站點以及列車的不同終端能夠顯示有關(guān)于列車的運行數(shù)據(jù)，同時也可以完成天氣預(yù)報、新聞播報等功能，為乘客的乘車體驗增加一絲溫度。但是由于WiFi技術(shù)和移動電視、PIS系統(tǒng)均在2.5 GHz頻段上，在運行過程中容易出現(xiàn)互相干擾的問題，不利于通信質(zhì)量的提高，通信效率也會因此受到影響。因此在使用該無線通信技術(shù)時需要做好抗干擾管理，針對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系統(tǒng)分別設(shè)定于不同信道內(nèi)，可以有效防止干擾問題的產(chǎn)生。

3.5 5G通信技術(shù)

隨著移動通信技術(shù)改革速度持續(xù)加快，5G通信技術(shù)已經(jīng)開始進(jìn)入了人們的日常生活以及各個領(lǐng)域，相對于4G通信技術(shù)而言，相同時間內(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的開展提供了重要的技術(shù)保障。在城市軌道交通通信過程中應(yīng)用5G通信技術(shù)通信速率已經(jīng)達(dá)到1 Gbit/s，同時基于MIMO技術(shù)的使用大幅度提升了無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，延時短，這一優(yōu)勢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)入車站以及列車車廂后同樣能夠使用高速的移動通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)活動，改善了出行過程中網(wǎng)絡(luò)使用感。在城市軌道交通管理過程中使用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，針對列車的運行活動實施可視監(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，5G通信技術(shù)能夠快速回傳城市軌道交通車站內(nèi)部的具體情況，為應(yīng)急處理活動的開展打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

綜上所述，針對通信業(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)代無線通信技術(shù)的優(yōu)勢，滿足城市軌道交通日益提升的通信需求。該研究尚未對通信系統(tǒng)中各類無線通信技術(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)對技術(shù)融合應(yīng)用方式展開深入剖析，強(qiáng)化通信系統(tǒng)智能化水平。

參考文獻(xiàn)

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[2]顧曉峻，印峰，耿雷.關(guān)于城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)分段開通可行性研究[J].信息系統(tǒng)工程，2023（12）：16-19.

[3]王建邦.5G通信系統(tǒng)在城市軌道交通車車通信中的應(yīng)用探究[J].中國新通信，2023（23）：4-6.

收稿日期：2024-03-07

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