无线通信技术在地铁列车监控系统中的应用探讨

摘要：众所周知，地铁这一交通方式在便捷市民出行中发挥了重要作用，因而备受关注和喜爱，但是随着客流量的成倍增加，地铁的安全保障难度有所上升，故在地铁列车监控中引入先进可靠的无线通信技术已然成为提高监控效率和质量的不二选择。对此，本文对常见的无线通信技术作了分析，并就其在地铁列车监控系统中的应用进行了重点探讨。

关键词：无线通信技术；地铁列车监控系统；应用

中图分类号：TS801.8 文献标识码： A

较之其他交通方式，地铁在快捷性、方便性、环保性等方面占有一定的优势，这一点不容置疑。可是其狭小的空间、拥挤的人群等无疑对治安工作提出了更高的要求，所以构建一套安全、高效而可靠的监控系统十分关键。而借助无线通信技术，可通过线状覆盖率、快速移动性以及通信质量的改善实现地铁列车与地面指挥中心的快速、优质通信，故值得推广应用。

一、常见的无线通信技术

随着对地铁列车监控效率、质量、水平等要求的不断提高，促使无线通信技术被提上议程，但在探讨如何将其应用于监控系统中之前，需要先了解其特点和优势。即无线通信技术是一种借助电磁波信号在自由空间内完成信息传播和交换的通信方式，并以100m为界定分为近程和远程无线通信[1]。当下地铁行业中常见的无线通信技术有：

1.DVB-T技术

该技术不仅容量较大，而且便于接入，目前已在地面数字开路电视中得到了广泛应用。具体而言，在列车行驶时，该系统会及时接收来自地面的信号，经数字机顶盒加以解码后成为视频信号或模拟复合音频信号，最后在视音分配器的作用下呈现在终端显示器中。

2.3G技术

3G这一支持数据高速传输的第三代移动通信技术，不仅有着良好的传输速率，而且可同时传送实时通信、电子邮件等信息和通话等声音。如当频谱宽带为20MHz时，其传输速率可达到50-100Mbit/s，而且在保持350km/s的状态下以100kbit/s的速率为移动用户提供接入服务，同时对成对和非成对频谱具有支持作用，可在806-960MHz、1900-1920MHz、2110-2170MHz等不同宽带范围内进行灵活配置[2]。

3.WLAN技术

WLAN技术就是我们常说的无线局域网，其无需连接传输电缆或任何导线，只需借助无线电波这一媒介便可实现数据传送，主要采用的是IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11b等IEEE802.11标准，其中11a和11b分别有着5.8GHz和2.4GHz的工作频段与54Mbit/s和11Mbit/s的最大接入速率。但在数据速率、通信保密、可靠性、兼容性、移动性、经济性、电磁环境等方面有着一定的技术要求。

4.TETRE技术

TETRE技术无需通过用户接口便可获得宽带支持，能够满足电子邮件、图形传输、图像传输等多种数据通信需求，从而可以接受并发送数据和话音，而且350MHz和806-866MHz的工作频率、宽带分配的动态性、7.2kbit/s的时隙通信能力以及较好的加密技术，促使通信质量和水平得到了明显改善，因而可在同一平台中提供数字传输、电话服务、指挥调度等服务，故公开、开放特点突出。

此外，WIMAX技术不但支持点对点和多点网络通信结构，也可以向固定站点和移动站点提供无线宽带接入服务，故在地铁行业中也有所应用[3]。而无线Mesh技术因会在扩大网络规模的同时增加数据传输跳数，故不符合地铁监控对实时性的要求。

二、无线通信技术在地铁列车监控系统中的应用

1.地铁列车监控系统中的无线通信结构

对于地铁列车监控系统而言，其主要受限于客观条件，因此需要借助无线通信技术的高速稳定优势予以改善，但在实际应用是要求无线技术必须满足系统对其数据传输速率、可移动性、安全可靠性、漫游切换以及条形覆盖等的要求，因此基于上述要求，构建了如图1所示的无线通信结构模型[4]。其中可移动的STA节点均位于列车上，考虑到列车运行速度一般在120km/h，所以可在列车沿途设置多个AP，以此将音频、视频等数据更好的提供给STA，然后结合利用列车控制系统对列车的行使状态和速度进行实时监控；但值得一提的是，为有效避免因切换延迟、数据丢包等对无线网络质量和通信系统的不良影响，关键在于应用无线通信技术解决STA和AP间的信息交换问题。

图1地铁列车监控系统中的无线通信结构模型

2.无线通信技术在车载系统中的应用

地铁列车监控系统中的车载系统主要涉及图像编解码、图像采集、传输网络、数据的服务、服务器、显示终端等结构单元，工作原理为：将两个CCD（摄像机）置于每个车厢中，用于视频信号的采集并将其传输至A/D转化机，完成视频信号转化后经压缩处理到达数据服务器，然后对上述数据进行二次封装之后，经无线网络到达车头服务器或车尾服务器，此时接收数据的服务器会在交替切换机的作用下实现数据项监控中心的无线传输。其中图像编码结构单元主要负责编码压缩图像视频及其信号传输，而传输网络可结合使用2.4G或5.8G的无线网络和以太网、光纤等有线网络，具体应视情况而定；列车司机室中的显示设备可以将列车的运行状态呈现在驾驶员面前，以此发挥预警等功能。

3.无线通信技术在轨旁网络中的应用

地铁列车监控系统中的轨旁网络主要有接入系统和传输系统之分，其中前者主要是指位于轨旁的AP、服务器、交换机等，即先由AP接收列车中经无线传输的信号，然后在交换机的作用下到达服务器完成数据融合、冗余删除、数据重组等处理以形成稳定的数据流，最后再经交换机达到控制中心；而传输系统则主要负责汇接轨旁交换机，如此一来，交换机既可以在整理信息后将其传输至服务器用于融合处理数据，也可以在线路交换机的支持下传至外部网络，具体见图2。

此外由车控室、车站监控室、线路控制、轨道交通分局、应急联动等远程监控点构成的监控中心可以通过接收来自轨旁的视频图像数据和信息，实时掌握列车的运行情况，并在下行链路的作用下有效控制列车远端，同时将必要的图像、报警等相关信息快速传输至报警系统，以确保列车运行的安全性与可靠性。

图2 轨旁网络中的传输系统

结束语：

总之，狭窄的地下空间、增长的客流量、较多的沿途站点和较长的运行线路要求地铁列车和地面指挥中心之间保持良好的通信与配合，这就要求我们认真分析无线通信技术的优势特点，努力研究其在地铁列车监控系统中的最佳应用途径和方式，以此优化通信条件、提升通信速率、改善通信效益，进而促进地铁列车安全、高效、稳定运行。

参考文献：

[1] 谢 虎,李根胜.无线通信技术在铁路综合视频监控系统的应用[J].魅力中国,2010,(20):12-13

[2] 刘潍清,方鸣.地铁中的无线通信系统及其制式[J]. 技 术 装 备,2012,(08):21-22

[3] 张辉.无线局域网技术分析及在轨道交通建设中的应用[J].铁路通信信号工程技术,2011,(02):25-26

[4] 李佳祎,黄纯昉.地铁PIS系统车地无线技术的探讨[J].铁道工程学报, 2010,(04):07-09