戴克平，韓志永

（1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100037；2.河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200）

國(guó)產(chǎn)化數(shù)字集群系統(tǒng)在北京軌道交通的應(yīng)用

戴克平1，韓志永2

（1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100037；2.河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200）

針對(duì)國(guó)產(chǎn)陸地集群無(wú)線電（TETRA）數(shù)字集群系統(tǒng)在北京軌道交通中的應(yīng)用，圍繞TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)已有功能，提出了3種適合于城市軌道交通使用需求的特殊功能：專用無(wú)線通信系統(tǒng)的全網(wǎng)錄音功能、慣導(dǎo)組合GPS接收模塊利用TETRA短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)車輛定位的功能和乘客緊急對(duì)講功能。通過(guò)對(duì)這3種功能的深入分析，描述了實(shí)現(xiàn)這3種功能所需要解決的核心問(wèn)題，并給出相應(yīng)的解決方案。通過(guò)在示范線路的實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，驗(yàn)證了功能的可靠性和適用性。

TETRA；軌道交通；錄音；車輛定位；緊急呼叫

0 引言

陸地集群無(wú)線電（TETRA）是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）制定的空口開(kāi)放的數(shù)字集群移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)［1，2］。目前我國(guó)的城市軌道交通專用無(wú)線通信系統(tǒng)均采用TETRA標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字集群系統(tǒng)，為軌道交通提供安全、高效的無(wú)線語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為行車安全、提高運(yùn)輸效率和管理水平、改善服務(wù)質(zhì)量提供了重要保證；同時(shí)，在軌道交通運(yùn)營(yíng)出現(xiàn)異常情況和有線通信出現(xiàn)故障時(shí)，亦能迅速提供防災(zāi)救援和事故處理等指揮所需要的通信手段。

目前我國(guó)軌道交通專用無(wú)線通信系統(tǒng)大多采用進(jìn)口的TETRA數(shù)字集群設(shè)備［3，4］。一方面，進(jìn)口設(shè)備使用成本高，而且二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用受限；另一方面，專用通信系統(tǒng)對(duì)通信安全等機(jī)密性要求很高，國(guó)外設(shè)備存在潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，所以使用國(guó)產(chǎn)化的數(shù)字集群系統(tǒng)才能更好地滿足這些特殊行業(yè)需求，有效地保護(hù)國(guó)家信息安全，防止國(guó)家秘密和商業(yè)秘密的泄漏［5，6］。

本文描述了國(guó)產(chǎn)化數(shù)字集群系統(tǒng)為北京軌道交通開(kāi)發(fā)的新功能，并對(duì)這3種功能的實(shí)現(xiàn)方式和關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了闡述。

1 總體設(shè)計(jì)

由于使用進(jìn)口設(shè)備，系統(tǒng)的接口相對(duì)封閉，在針對(duì)軌道交通應(yīng)用需求的二次開(kāi)發(fā)中，存在諸多不便，一些重要的功能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。而國(guó)產(chǎn)設(shè)備可以方便的根據(jù)用戶的需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，滿足用戶在實(shí)際使用中的需要。目前國(guó)產(chǎn)化數(shù)字集群系統(tǒng)在軌道交通中的典型新功能應(yīng)用有以下幾種。

1.1 TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)全網(wǎng)錄音

目前進(jìn)口的數(shù)字集群系統(tǒng)本身不具備完整的全網(wǎng)錄音功能，它的錄音功能是通過(guò)在調(diào)度臺(tái)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的，將調(diào)度臺(tái)的語(yǔ)音發(fā)給專用電話系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)錄音，該方式僅能錄制調(diào)度臺(tái)參與呼叫的語(yǔ)音，且無(wú)法根據(jù)號(hào)碼和時(shí)間段進(jìn)行查詢，使用起來(lái)很不方便。

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)手臺(tái)、調(diào)度臺(tái)和有線電話等不同終端的互聯(lián)互通。而TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)全網(wǎng)錄音的一大特點(diǎn)就是能夠?qū)@些不同終端進(jìn)行錄音［7］。

TETRA數(shù)字集群全網(wǎng)錄音系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。功能分為錄音配置和錄音查詢兩方面［8］。通過(guò)錄音配置能夠指定被錄音終端的類型，如手臺(tái)、調(diào)度臺(tái)和固定電話等，還能夠通過(guò)指定個(gè)人號(hào)碼或組號(hào)碼進(jìn)行針對(duì)性的錄音；通過(guò)錄音查詢調(diào)取特定的用戶或組的錄音存檔，也可以指定時(shí)間段進(jìn)行錄音回放。

圖1 TETRA全網(wǎng)錄音系統(tǒng)

1.2 TETRA短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)車輛定位

在軌道交通的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控在線列車的運(yùn)行位置，方便調(diào)度中心的調(diào)控，以免發(fā)生追尾等事故。

通過(guò)對(duì)TETRA終端、TETRA交換中心分別進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。在TETRA二次開(kāi)發(fā)車載臺(tái)內(nèi)集成慣導(dǎo)組合GPS接收模塊［9］，車載臺(tái)將接收到的位置信息通過(guò)TETRA短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送給TETRA交換中心，TETRA交換中心將位置信息傳送給GPS信息處理和位置顯示系統(tǒng)，將車輛的實(shí)時(shí)位置顯示到顯示器或大屏幕上。

為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度、減少車載設(shè)備種類及接口，TETRA二次開(kāi)發(fā)車載臺(tái)內(nèi)置慣導(dǎo)組合GPS接收模塊，如圖2所示，采用一體化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定位信息的上傳。

圖2 基于TETRA短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的車輛定位系統(tǒng)

1.3 乘客緊急對(duì)講功能

北京地鐵燕房線是試驗(yàn)列車無(wú)人駕駛技術(shù)的一條試驗(yàn)線路，通過(guò)對(duì)列車無(wú)人駕駛模式的論證，發(fā)現(xiàn)乘客緊急對(duì)講功能十分重要，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，車廂內(nèi)的乘客可以通過(guò)車載PA設(shè)備呼叫中心的TIAS調(diào)度臺(tái)，建立雙向語(yǔ)音通話，使調(diào)度中心能夠及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的情況，進(jìn)行有針對(duì)性的處置。

乘客緊急對(duì)講系統(tǒng)組成如圖3所示。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在這個(gè)功能中充當(dāng)車載PA系統(tǒng)和TIAS系統(tǒng)的橋梁，建立兩者之間的通話鏈路。與車載PA系統(tǒng)的接口位置在車載臺(tái)上，與TIAS系統(tǒng)的接口位置位于TETRA交換中心。

圖3 乘客緊急對(duì)講功能系統(tǒng)

2 需要解決的問(wèn)題

這3個(gè)功能是基于TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要解決如下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

①TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)手臺(tái)、調(diào)度臺(tái)、PSTN等不同類型終端的互通，各種類型終端適用的協(xié)議各不相同，語(yǔ)音編碼方式也不相同，所以要實(shí)現(xiàn)TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)全網(wǎng)錄音功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種協(xié)議的呼叫流程進(jìn)行統(tǒng)一的錄音處理，是該功能需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

②TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在傳送話音和短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，都要占用業(yè)務(wù)信道。列車在高速行駛過(guò)程中，如果要實(shí)時(shí)顯示列車位置，就要頻繁的通過(guò)短數(shù)據(jù)發(fā)送位置信息。由于車載臺(tái)要同時(shí)發(fā)送語(yǔ)音和短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如何使車載臺(tái)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)能夠高效進(jìn)行而又不相互干擾，是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

③乘客緊急對(duì)講的實(shí)現(xiàn)過(guò)程涉及TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)、車載PA系統(tǒng)和TIAS系統(tǒng)，系統(tǒng)間協(xié)商一致的接口是要解決的首要問(wèn)題。同時(shí)乘客緊急對(duì)講功能只有在列車出現(xiàn)緊急狀況下才能使用，需要制定策略防止誤操作。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 全網(wǎng)錄音

為了滿足TETRA全網(wǎng)錄音功能，對(duì)該功能采用層次化和模塊化的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 TETRA全網(wǎng)錄音結(jié)構(gòu)

TETRA全網(wǎng)錄音結(jié)構(gòu)包括消息適配模塊、邏輯處理模塊、狀態(tài)管理模塊、錄音條件管理模塊、錄音服務(wù)器狀態(tài)管理模塊和語(yǔ)音處理模塊。

①消息適配模塊負(fù)責(zé)把從外部接收到的消息分發(fā)給邏輯處理模塊、錄音條件管理模塊等進(jìn)行處理；同時(shí)還從各個(gè)模塊接收消息進(jìn)行適配，將消息發(fā)送給其他外部模塊。

②邏輯處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)外部模塊發(fā)來(lái)的錄音操作進(jìn)行處理，包括錄音開(kāi)始、錄音結(jié)束和錄音暫停等操作，控制語(yǔ)音處理模塊進(jìn)行錄音并生成錄音文件

③狀態(tài)管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)錄音管理的狀態(tài)進(jìn)行管理。通過(guò)與系統(tǒng)管理交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)錄音管理的狀態(tài)進(jìn)行管理和控制，并保持與系統(tǒng)管理的消息交互，將錄音管理的狀態(tài)實(shí)時(shí)上報(bào)給系統(tǒng)管理。

④錄音條件管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)錄音條件進(jìn)行管理。錄音管理支持對(duì)錄音條件的添加、刪除、查詢和修改等操作，并將設(shè)置好的錄音條件保存到本地硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中，保證系統(tǒng)重新啟動(dòng)后不需要對(duì)錄音條件進(jìn)行重新設(shè)置。

⑤錄音服務(wù)器管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)錄音服務(wù)器的狀態(tài)進(jìn)行管理。錄音管理通過(guò)與錄音服務(wù)器的定時(shí)握手消息，獲取錄音服務(wù)器的狀態(tài)，并以此來(lái)判斷是否向錄音服務(wù)器發(fā)送錄音信令消息。

⑥語(yǔ)音處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)不同終端的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行適配，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的格式進(jìn)行存儲(chǔ)。解決終端協(xié)議和語(yǔ)音編碼方式不同的問(wèn)題［10］。

3.2 車輛定位

在列車運(yùn)行的過(guò)程中，列車的行駛速度很快，為了能夠?qū)嵤┍O(jiān)控列車的位置，列車需要每隔1 s上報(bào)一次列車的位置信息，位置信息經(jīng)過(guò)傳輸和處理后顯示在調(diào)度中心的屏幕上。

為了解決車載臺(tái)在發(fā)送語(yǔ)音業(yè)務(wù)和短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相互影響的問(wèn)題。利用TETRA時(shí)隙挪用的方式，在業(yè)務(wù)信道傳送語(yǔ)音的時(shí)候，挪用半個(gè)時(shí)隙用來(lái)傳送短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的同時(shí)傳送。

系統(tǒng)在處理短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)挪用時(shí)隙的時(shí)候，會(huì)做如下判斷，如果要傳輸?shù)亩虜?shù)據(jù)業(yè)務(wù)能夠通過(guò)2次挪用發(fā)送完畢，就會(huì)通過(guò)挪用的方式發(fā)送；如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)度過(guò)大，通過(guò)2次挪用不能將數(shù)據(jù)發(fā)完，就會(huì)通過(guò)特殊幀，第18幀發(fā)送；當(dāng)一個(gè)第18幀仍然不能發(fā)送完成時(shí)，就會(huì)將數(shù)據(jù)分片，通過(guò)多個(gè)第18幀發(fā)送。

3.3 乘客緊急對(duì)講

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)負(fù)責(zé)在TIAS系統(tǒng)和車載廣播系統(tǒng)之間提供語(yǔ)音通道，支持TIAS調(diào)度臺(tái)對(duì)車載PA進(jìn)行列車乘客緊急對(duì)講功能［11，12］。由于涉及到不同系統(tǒng)之間的通信，需要統(tǒng)一定義通信接口，系統(tǒng)間定義的接口格式如表1所示。

表1 系統(tǒng)接口定義表

乘客緊急對(duì)講功能的工作流程如圖5所示。

圖5 緊急對(duì)講工作流程

通過(guò)TIAS調(diào)度臺(tái)進(jìn)行列車乘客緊急對(duì)講功能時(shí)，需要遵循一個(gè)調(diào)度臺(tái)、一套車載PA僅支持一個(gè)列車乘客緊急對(duì)講任務(wù)，即當(dāng)某個(gè)調(diào)度臺(tái)參與到乘客緊急對(duì)講時(shí)，必須保證其他調(diào)度臺(tái)沒(méi)有對(duì)該列車執(zhí)行上述操作。由TIAS調(diào)度臺(tái)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的閉鎖，防止出現(xiàn)任務(wù)沖。TIAS可以拒絕后發(fā)起的呼叫，也可以先結(jié)束正在進(jìn)行的呼叫然后繼續(xù)處理后續(xù)的呼叫。特別的，乘客發(fā)起的緊急呼叫請(qǐng)求可能同時(shí)呈現(xiàn)到多個(gè)TIAS操作臺(tái)，當(dāng)一個(gè)TIAS操作用戶處理該請(qǐng)求時(shí)應(yīng)該通知其他TIAS操作臺(tái)，以保持該呼叫任務(wù)狀態(tài)同步，防止其他TIAS調(diào)度臺(tái)重復(fù)操作。

當(dāng)多個(gè)乘客操作車載PA發(fā)起緊急呼叫時(shí)，這些請(qǐng)求都將被TETRA轉(zhuǎn)發(fā)給TIAS系統(tǒng)，由TIAS調(diào)度席位選擇先應(yīng)答處理那一個(gè)呼叫，其他呼叫繼續(xù)排隊(duì)等待。

乘客緊急對(duì)講信息帶有車組號(hào)、車廂號(hào)和話筒號(hào)標(biāo)識(shí)信息，需要注意的是，同一列車車廂的同一個(gè)話筒只能有一個(gè)正在處理的呼叫。

4 應(yīng)用結(jié)果分析

目前，TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)全網(wǎng)錄音功能已經(jīng)在北京地鐵7號(hào)線應(yīng)用實(shí)施。如圖6所示，可以在錄音終端添加需要錄音的設(shè)備。填寫(xiě)錄音設(shè)備的號(hào)碼，系統(tǒng)能在該設(shè)備發(fā)起呼叫的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行錄音。如圖7所示，按照設(shè)置的查詢條件，可以查詢滿足相應(yīng)條件的錄音內(nèi)容。

圖6 錄音終端設(shè)置

圖7 錄音查詢條件設(shè)置

基于TETRA短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的慣導(dǎo)組合GPS定位功能計(jì)劃應(yīng)用于北京地鐵西郊線。按照地鐵列車80 km／h的運(yùn)行速度，系統(tǒng)接收到一條車載臺(tái)的位置短消息的平均時(shí)間是150 ms，這樣短消息發(fā)送的過(guò)程中，列車的移動(dòng)距離不超過(guò)4m，即位置的顯示誤差小于4 m。

通過(guò)對(duì)乘客緊急對(duì)講功能的測(cè)試，車載PA系統(tǒng)和TIAS系統(tǒng)之間的信令傳輸時(shí)延小于500 ms，能有效保證呼叫及時(shí)建立，滿足在緊急情況下乘客報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)情況的需求。該功能將應(yīng)用于北京地鐵燕房線。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文描述了國(guó)產(chǎn)化數(shù)字集群系統(tǒng)在北京軌道交通中的應(yīng)用。這些新的功能都是基于國(guó)產(chǎn)化數(shù)字集群系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)，為地鐵的運(yùn)營(yíng)工作提供了很大的幫助，打破了國(guó)外設(shè)備在這個(gè)領(lǐng)域的壟斷，取得了良好的效果。體現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)設(shè)備在信息的安全性和功能的靈活性上的優(yōu)勢(shì)。對(duì)北京軌道交通數(shù)字集群系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化起到了推動(dòng)作用。

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Application of Domestic Digital Trunked System in Beijing Rail Transit

DAI Ke-ping1，HAN Zhi-yong2
（1．Beijing Urban Rail Transit Construction Management Co，Ltd，Beijing 100037，China；2．Hebei Far-east Communication System Engineering Co．Ltd，Shijiazhuang Hebei 050200，China）

In view of the application of domestic TETRA digital trunked system in Beijing rail transit，this paper puts forward three special functions suitable for urban rail transit based on existing functions of TETRA digital trunked system，such as whole recording function of private wireless communication system，vehicle positioning function implemented by INS and GPS receiving model based on TETRA short data service and emergency intercom function of passengers.Based on the in-depth analysis on these three functions，this paper describes the core problems to be resolved for these three functions，and presents the appropriate solution.The actual application test on the model lines verifies the reliability and applicability of these three functions.

TETRA；rail transit；record；vehicle positioning；emergency call

TN929.52

A

1003－3106（2015）10－0019－04

10.3969／j.issn.1003－3106.2015.10.05

戴克平，韓志永.國(guó)產(chǎn)化數(shù)字集群系統(tǒng)在北京軌道交通的應(yīng)用［J］.無(wú)線電工程，2015，45（10）：19－22.

戴克平男，（1959—），高級(jí)工程師。主要研究方向：軌道交通無(wú)線通信技術(shù)。

2015-07-08

河北省重大科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目（13040405Z）。

韓志永男，（1967—），工程師。主要研究方向：行業(yè)專網(wǎng)通信系統(tǒng)與裝備。