模块四城市轨道交通通讯信号_城市轨道交通概论

《城市轨道交通概论》自编讲义模块四：城市轨道交通通讯信号引领问题：列车为什么可以高速的安全运行？第一讲名称：通讯系统、信号系统教学目标：了解通讯系统、信号系统的各基本结构、基本设备课时分配：6学时教学方法：讲述法教学手段：多媒体辅助教学重点难点：理解通讯信号的作用教学内容：6-1通信系统的作用为保证城市轨道交通系统列车运行的安全、可靠、准点、高密度和高效率，实现运输的集中统一指挥，行车调度自动化和列车运行自动化，城市轨道交通系统必须配备专用的、完整的、独立的通信系统，供构成城市轨道交道系统的各职能部门之间的有机联系和行车的调度指挥。对城市轨道交通专用通信系统的要求是能迅速、准确、可靠地传递和交换各种信息。例如，将各站的客流量、沿线列车的运行状况等信息及时地传送到调度所，并将调度所发布的各项调度命令以及各种控制信号传送至各个车站的执行部门和机构，从而使轻轨系统的运行始终处于有条不紊的状态。城市轨道交通专用通信系统应是一个既能传输语音信号，又能传输文字、数据和图像等各种信息的综合业务数字通信网。城市轨道交通专用通信系统，按其功能来分，大致可分为：供一般公务联系用的自动电话通信子系统；直接指挥列车运行的专用通信子系统；向乘客报告列车运行信息的广播子系统；用以监视车站各部位、客流情况及列车停靠、车门开闭和起动状况的闭路电视子系统；用以传送文件和数据的传真及数据通信子系统等。在控制中心和各车站均配备相应的设备以构成各子系统。在控制中心与各车站间，通过电缆、光缆及电磁波等传输媒体将上述各子系统联成一个整体，从而构成一个完整的通信系统，为城市轨道交通系统提供综合通信的能力。城市轨道交通系统通信网的组成6-2通信网的基本结构构成通信网的基本要素是终端设备、传输设备和交换控制设备。将终端设备、传输设备和交换控制设备按照适当的方式连接起来，就可构成各种形式的通信网。城市轨道交通系统的通信网的构成方式必须与城市轨道交通系统本身的构成方式相适应。根据城市轨道交通系统中控制中心和各车站的地理位置分布及线路的构成情况，城市轨道交通系统的通信网大体上有总线型、星形一总线型和环型等几种基本构成形式，如图6-1所示。其中为总线型，控制中心设在线路的一端，各车站通信设备均接在总线上；（b）为星形一总线型，控制中心设在一条线路中间的某一车站或一个控制中心控制多条线路的运行；（c）为环型结构与环状线路相适应。无论采用哪一种形式，在控制中心和各车站均应配备相应的通信设备，组网原理及通信控制过程基本上差不多。为简便起见，下面以总线型为例进行讨论。6-3通信网的基本设备《城市轨道交通概论》自编讲义模块四：城市轨道交通通讯信号城市轨道交通的通信系统必须适应与满足轨道交通的运营管理。整个通信系统包括以下5个组成部分：6-3-1光纤数字传输系统光纤是光导纤维的简称，光纤通信是以光波为载体，以光导纤维为传输介质的一种通信方法，由于光纤传输具有频带宽、容量大、抗干扰性强，以及耐腐蚀，重量轻等特点，已成为城市轨道交通通信传输系统最主要的方式。光纤传输系统主要由光端机、光缆、光中继器以及PCM（脉冲编码调制-PulseCodeModulationdecoding）复接设备等组成。光端机由输入/输出接口、码型变换和反变换、光发送和光接收等部分组成。PCM复接设备将话音、数据图象信号等汇集起来，通过光端机将电信号变换成光信号，经光纤传送，在接收端，光端机将光信号变为电信号，送至PCM复接设备，并将各类信号分离。光中继器用以将传输中衰减了的光信号进行再生放大，保证传输距离。下图为.PCM光纤传输系统框图。6-3-2数字程控交换系统数字程控交换机是将输入的模拟信号，进行模/数转换，变成数字信号，再进入交换网络。进行数字交换接续的程控交换机，是系统的核心，它体积小而适应性强，交换网路阻塞小；它采用冗余结构，可靠性高，并具有自动故障诊断和处理；并且易于构成综合业务数字网，提供各种话音和非话通信业务，提供诸如：缩位拨号、热线服务、呼出限制、免打扰服务、闹钟服务、呼叫转呼、等待、遇忙回叫、会议电话等功能，所以在城市轨道交通中得到广泛的应用。数字程控交换网，除了提供一般公务电话通信外，还可实现其专用的通信业务。（1）专用电话系统专用电话系统是为控制中心调度员、车站值班员、车辆段值班员、以及车站保安人员等使用的内部专用电话提供自动交换功能。1.调度电话调度电话的调度台，设于控制中心的调度所内，调度台根据调度功能，设有列车调度台，电力调度台，防灾报警调度台及总调度台，总调度台只与其他三个分调度台通话，而三个分调度台都与调度分机相连，列车调度分机设在各个车站及车辆段；电力调度分机设在各变电站的值班室；而报警调度分机设在各车站及所属业务部门。调度电话系统框图，由图40所示。对调度电话系统的基本要求是，各调度台通过程控交换网与分机连接，它能迅速地单呼，或全呼下属分机，下达调度命令；各调度分机只要摘机，就可以呼叫各自的调度台，各调度台按下呼叫键，即可呼出或应答相应的调度分机，而各调度系统的分机之间，及其他系统的分机之间不允许通话。调度台通常采用带有液晶显示屏的数字式多功能电话机。2.站间行车电话利用程控交换网在站间建立双向热线的行车电话，以供相邻两站车站值班员之间联系有关的行车事务，它具有直线电话的功能，任一方只要摘机不必拨号，就可以与对方站建立通话。3.轨道沿线电话为保证城市轨道交通系统运行、维护及应急的需要，使工作人员在轨道沿线随时与调度中心及有关部门取得联系。在轨道沿线每隔500米左右间距，设置轨旁电话，每2～3个电话机并联后，通过专用电缆，连向最近的车站交换设备，程控交换网可为所有的沿线电话机，提供与其他分机，及各调度台联系的功能。4.车站集中电话机为了使车站的各职能部分，与车站或本地区的相关单位进行通信，各车站均设置集中电话机，集中电话机的控制台，可采用数字式多功能电话机，它可通过快速呼叫键，呼下属分机，自由地与其他分机联系，分机与集中电话机之间建立延时热线，分机呼叫集中台时，分《城市轨道交通概论》自编讲义模块四：城市轨道交通通讯信号机只需摘机，等数秒后，便可与集中台通话，如果分机在摘机后数秒内拨了其他分机的号码，则分机可以与其他分机通话。（2）传真通信与数据通信利用城市轨道交通的程控交换网还可以实现传真通信和数据通信业务。只要将传真机（FAX）与电话机并联，接入程控交换网，就可以进行传真通信，通信的建立是通过电话机拨号来实现的。利用传真机的存储和自动转发功能，与程控交换机的交换功能配合，还可以将同一份文件依次传送到各个车站的相关业务部门，实现同报传送。数据通信是传送数据为业务的一种通信方式，以实现计算机之间，计算机与数据终端，以及数据终端之间的通信，城市轨道交通系统中，控制中心与各车站之间可用数据通信方式，来传递文件和数据，数据通信可以通过程控交换网提供的交换，和传输功能予以实现，利用调制解调器，将数据终端设备接至交换机的模拟用户接口，如上图所示，调制解调器用以完成数据信号与模拟信号之间的交换，只要数据终端设备双方在传输速率、字符编码格式、同步方式、通信规程等完全兼容，就可以实现相互通信。6-3-3闭路电视监控系统为了确保列车的运行安全，及时向有关人员提供车站各部位的安全情况以及客流、列车停站、售、检票情况、列车门开启、关闭等现场实时图象信息，所以设置闭路电视监控系统。闭路电视监控系统由控制中心集中监控系统和车站闭路电视监控系统两部分组成。系统由摄像机、监视器、控制切换设备以及传输线路等部件构成。一般采用黑白摄像机，以达到较高的对比度和清晰度。为了扩大取景范围，根据需要而设置云台。监控室的控制台，可以进行控制操作，如调焦、控制云台上、下、左、右转动等，以达到最佳摄像效果。摄像机的视频信号，沿视频线送到监控室的监视器上，显示现场实时图象，当监视器数目与摄像机数相等时，可一一对应监视，当监视器数目少于摄像机数时，必须经切换器设备，进行有选择地监视。在监控室还配有录像设备，以记录重要的图象信息。（1）控制中心的集中监控系统在控制中心的各调度台上，配备一定数量的监视器，和一个带键盘的控制台，调度员可通过键盘，来选择所希望了解的车站，及车站某个部位的客流情况和突发事件图象；相应的选择信号，经PCM光纤传输系统，发到各个车站的控制单元，各个车站设备收到选择信号后，与本站的编码进行比较，若一致，进一步确定选择哪几个摄像机，然后经图象切换设备，将选中的图象输出，再经过调制器调制复用后，电/光转换，沿光纤送至控制中心，在控制中心，要进行光/电转换，再经过解调器，将几路图象信息，分开送入图象切换单元，图象信息送至相应的监视器；为了便于识别，各个车站备有图象字符发生器，以产生车站名，摄像机号码，日期、时间，并叠印在送往控制中心的个图象上。（2）车站闭路电视监控系统车站闭路电视监控系统为，车站值班人员提供车站现场的实时图象，它不仅受车站值班人员的控制，也受控制中心的控制。车站闭路电视监控系统的监视点，视车站构造而异，一般应在车站的站台区和站区、以及出、入口区、自动售、检票区，设置摄像机进行监视，其中车站站台区的图象，还为司机提供旅客上、下车，及车门关闭情况的信息。6-3-4无线通信系统为了使移动状态下工作的乘务人员，及时地与有关指挥部门取得联系，所以不仅应设置有线通信系统，还必须设置无线通信系统。（1）无线通信系统的组成及功能无线通信系统由基地台、天线及射频电线、隧道内的漏泄同轴电缆、列车无线电台设备、控制台、电源及便携式无线电台等组成。典型的地铁无线通信系统，为了实现双向通信，所以设置了4个频率对（每个频率间隔10MHZ）。《城市轨道交通概论》自编讲义模块四：城市轨道交通通讯信号（2）无线通信系统功能的实现为了说明无线通信系统如何实现通信功能，我们以列车调度无线通信为例，加以阐述。列车调度员欲与司机通话时，调度员可按下控制盘上的数字键，发出呼叫信息，沿线各列车的车载无线设备，收到呼叫信息后进行比较，当证实呼叫本列车时，接通驾驶室的专用广播。司机按下车载无线发射键时，列车无线电台的发射机被打开，自动地发射该列车的编号及数据信息，该信息经隧道内的漏泄同轴电缆，或地面上的天线传送到最近车站的基地台，由于基地台与车站的PCM一次群有接口，所以经PCM信道传送至控制中心，并在列调监视器上显示出来。呼叫建立后便可通话，通话的话音信息也通过上述途径传送。其信号传输途径示意如下：车载台←→泄漏电缆天线←→车站基地台←→PCM光纤传输系统←→控制中心基地台←→控制中心无线列调控制台。沿线的各个区段，是通过联向基地台的漏泄电缆，或天线实现覆盖的，所以列车运行过程中，可能涉及沿线几个基地台，在通话过程中通过设在控制中心的判决比较器，选择一个具有最好信噪比的基地台，实现通信，在整个通话过程中，判决比较器不断地进行判决。另外，当某个呼叫建立后，无线通信系统，会自动地向其他使用同一频道的移动电台，发出锁闭信号，以防新的呼叫打断正在进行的通话，直到该通话结束为止。移动台之间，禁止使用列调频道通话。当列车发生意外而无法使用车载无线台时，列车无线设备，每隔一固定时间，接通发射电路10秒钟，并将驾驶室环境声音发向控制中心，直到调度员取消选择为止。6-3-5车站广播系统车站广播系统是实现集中管理的重要组成部分。列车到站及离站的实时予告信息，非常情况下的疏导信息等，通过该系统及时向旅客通报，同时，为组织好行车，应及时将运行信息告之行车相关人员。为了实现集中管理，车站广播系统除了车站广播外，还可由控制中心集中播音。（1）车站播音下图为车站播音系统示意图。车站播音台，配有播音区域选择键盘和送话器，在通信室还设有前置发大器、功放及控制接口单元等设备。车站的控制键按下后，相应的选择信号，经控制和接口单元，使被选择区域的广播电路接通，并使控制中心来的播音信号中断，也即车站播音台对本站的播音具有优先权。在固定区域，可以根据列车运行实现自动广播。为了提高播音的可靠性，每个播音区域内的扬声器，分别由两个扩大器驱动，并以梳状方式排列，其中一个扩大器故障时，仍能不间