浅谈城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案.docx
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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
哈尔滨铁道职业技术学院
毕业设计
毕业题目：
浅谈城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案
学生：
指导教师：
_______
专业：
铁道通信信号专业（城市轨道交通方向）
班级：
10信号
2013年2月
哈尔滨铁道职业技术学院
毕业设计
开题报告
专业铁道通信信号专业（城轨方向）
设计方向浅谈城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案
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
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
三、参考文献
[1]林瑜筠，6502电气集中学习指导[M].北京：
中国铁道出版社，2003
[2]王秉文，6502电气集中工程设计[M].北京：
中国铁道出版社，2010年
[3]赵志熙，车站信号控制系统[M]北京：
中国铁道出版社，2005
[4]林瑜筠，铁路信号基础北京：
中国铁道出版社
[5]林瑜筠，区间信号自动控制北京：
中国铁道出版社
[6]王永信，车站信号自动控制，中国铁道出版社，2011
[7]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：
2010.9至2010.10
（2）现场调研：
2010.11至2011.1
（3）查阅文献：
2011.1至2011.2
（4）资料整理分析：
2011.2至2011.3
（5）编写设计、总结：
2011.3至2011.4
（6）打印、提交、送审设计，准备答辩：
2011.5至2011.6
哈尔滨铁道职业技术学院
毕业设计任务书
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
指导教师
专业铁道通信信号专业（城市轨道交通方向）
学生
2013年3月20日
题目名称：
车站6502电气集中工程设计
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.设计内容轨道交通通信网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
2.工作进度计划
2012年10月1日—31日，查阅资料，熟悉设计内容，掌握设计方法
2012年11月1日—30日，撰写开题报告
2012年12月1日—31日，开始设计，用相关软件完成各种技术图纸。
2013年1月1日—31日，整理文档，设计，总结。
2013年2月20日—3月10日完善改进
2013年4月1日—22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：
7
图纸张数：
9
说明书字数：
21000
专业负责人意见
签名：
年月日
浅谈城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案设计
摘要
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。
轨道交通通信网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
关键词：
轨道交通运营维护
摘要
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8
3.1 传输系统9
3.1.1 传输制式比较9
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。
10
3.1.3 系统构成10
3.2 无线通信系统10
3.2.1采用无线数字集群方式：
11
3.2.2无线通信系统以专用频道方式:
11
3.3 公务通信系统11
3.4闭路电视监视系统11
3.5专用通信系统12
3.5.1控制中心主系统设备12
3.5.2站段分系统设备12
3.6广播系统广播系统13
3.7 时钟分配系统13
3.8 车站信息显示系统14
3.9 综合信息网络系统14
3.10通信电源及接地系统14
3.11 集中监视告警系统14
3.12 其他一些要说明的问题:
15
4、结论15
浅谈城市轨道交通专用通信系统设计总体解决方案设计
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
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可能产生的故障。
在各个子系统功能和接口的设计中应充分考虑到如下设计准则技术先进性、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在不同的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应该建设成为一个安全可靠、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、时钟子系统、广播子系统、乘客导乘子系统、专用无线子系统公安/消防无线子系统组成。
其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。
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
图1 基于SDH的多业务平台
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。
图2国内某轻轨电视监控系统图
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。
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
图3闭路电视监视系统示意图
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
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。
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。
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）
图4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 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、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。
参考文献
[1]林瑜筠，6502电气集中学习指导[M].北京：
中国铁道出版社，2003
[2]王秉文，6502电气集中工程设计[M].北京：
中国铁道出版社，2010年
[3]赵志熙，车站信号控制系统[M]北京：
中国铁道出版社，2005
[4]林瑜筠，铁路信号基础北京：
中国铁道出版社
[5]林瑜筠，区间信号自动控制北京：
中国铁道出版社
[6]王永信，车站信号自动控制，中国铁道出版社，2011
[7]铁道信号运营基础，中国铁道出版社，2011
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
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
车站6502电气集中工程设计车站
学生姓名
雷浩
专业班级
10信号城轨2班
指导教师评语:
建议成绩：
指导教师（签字）：
年月日
答辩委员会意见:
答辩委员会（教师姓名、职称）：
毕业设计成绩：
升级会员 