廣州市地下鐵道總公司 廣東廣州 514000
摘要:隨著客流量的增加,地鐵的安全保障難度也隨之加大,所以在地鐵列車(chē)監(jiān)控中引入先進(jìn)可靠的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)成為提高監(jiān)控效率的重要選擇。對(duì)此,本文對(duì)常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作了分析,并就其在地鐵列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:無(wú)線(xiàn)通信技術(shù);地鐵列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用
引言
地鐵已經(jīng)成為人們出行的重要交通工具。隨著地鐵事業(yè)的不斷發(fā)展,客運(yùn)量不斷增加,地鐵安全問(wèn)題受到了社會(huì)各界越來(lái)越廣泛的關(guān)注,保障地鐵安全運(yùn)行,需要一套穩(wěn)定、可靠、高效的監(jiān)控系統(tǒng)支持。地下空間相對(duì)較窄,列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)路卻很長(zhǎng),沿途站點(diǎn)又多,需要地鐵列車(chē)與地面指揮中心進(jìn)行很好的配合。因此,相互通信顯得尤為重要。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展,為地鐵列車(chē)高質(zhì)量、高速率的安全運(yùn)行提供了良好的契機(jī)。
1、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)定義
無(wú)線(xiàn)通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無(wú)線(xiàn)電波,它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬,通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個(gè)微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個(gè)或多個(gè)地球站之間或移動(dòng)體之間建立微波通信聯(lián)系。
2、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)原理
任何導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的變化都會(huì)產(chǎn)生電磁波。利用這一物理現(xiàn)象,通過(guò)調(diào)制可將信息加載于電磁波之上。當(dāng)電磁波通過(guò)空間傳播到達(dá)收信端,電磁波引起的電磁場(chǎng)變化又會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生變化的電流,通過(guò)解調(diào)將信息從電流變化中提取出來(lái),就達(dá)到了信息傳遞的目的。
3、常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)
隨著對(duì)地鐵列車(chē)監(jiān)控效率、質(zhì)量、水平等要求的不斷提高,促使無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)被提上議程,但在探討如何將其應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)中之前,需要先了解其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。即無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是一種借助電磁波信號(hào)在自由空間內(nèi)完成信息傳播和交換的通信方式,并以100m為界定分為近程和遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信[1]。當(dāng)下地鐵行業(yè)中常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)有:
3.1DVB-T技術(shù)
該技術(shù)不僅容量較大,而且便于接入,目前已在地面數(shù)字開(kāi)路電視中得到了廣泛應(yīng)用。具體而言,在列車(chē)行駛時(shí),該系統(tǒng)會(huì)及時(shí)接收來(lái)自地面的信號(hào),經(jīng)數(shù)字機(jī)頂盒加以解碼后成為視頻信號(hào)或模擬復(fù)合音頻信號(hào),最后在視音分配器的作用下呈現(xiàn)在終端顯示器中。
3.23G技術(shù)
3G這一支持?jǐn)?shù)據(jù)高速傳輸?shù)牡谌苿?dòng)通信技術(shù),不僅有著良好的傳輸速率,而且可同時(shí)傳送實(shí)時(shí)通信、電子郵件等信息和通話(huà)等聲音。如當(dāng)頻譜寬帶為20MHz時(shí),其傳輸速率可達(dá)到50-100Mbit/s,而且在保持350km/s的狀態(tài)下以100kbit/s的速率為移動(dòng)用戶(hù)提供接入服務(wù),同時(shí)對(duì)成對(duì)和非成對(duì)頻譜具有支持作用,可在806-960MHz、1900-1920MHz、2110-2170MHz等不同寬帶范圍內(nèi)進(jìn)行靈活配置[2]。
3.3WLAN技術(shù)
WLAN技術(shù)就是我們常說(shuō)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng),其無(wú)需連接傳輸電纜或任何導(dǎo)線(xiàn),只需借助無(wú)線(xiàn)電波這一媒介便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送,主要采用的是IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11b等IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn),其中11a和11b分別有著5.8GHz和2.4GHz的工作頻段與54Mbit/s和11Mbit/s的最大接入速率。但在數(shù)據(jù)速率、通信保密、可靠性、兼容性、移動(dòng)性、經(jīng)濟(jì)性、電磁環(huán)境等方面有著一定的技術(shù)要求。
3.4TETRE技術(shù)
TETRE技術(shù)無(wú)需通過(guò)用戶(hù)接口便可獲得寬帶支持,能夠滿(mǎn)足電子郵件、圖形傳輸、圖像傳輸?shù)榷喾N數(shù)據(jù)通信需求,從而可以接受并發(fā)送數(shù)據(jù)和話(huà)音,而且350MHz和806-866MHz的工作頻率、寬帶分配的動(dòng)態(tài)性、7.2kbit/s的時(shí)隙通信能力以及較好的加密技術(shù),促使通信質(zhì)量和水平得到了明顯改善,因而可在同一平臺(tái)中提供數(shù)字傳輸、電話(huà)服務(wù)、指揮調(diào)度等服務(wù),故公開(kāi)、開(kāi)放特點(diǎn)突出。
此外,WIMAX技術(shù)不但支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu),也可以向固定站點(diǎn)和移動(dòng)站點(diǎn)提供無(wú)線(xiàn)寬帶接入服務(wù),故在地鐵行業(yè)中也有所應(yīng)用[3]。而無(wú)線(xiàn)Mesh技術(shù)因會(huì)在擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的同時(shí)增加數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù),故不符合地鐵監(jiān)控對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。
4、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在地鐵列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
在地鐵監(jiān)控系統(tǒng)中,最明顯的客觀條件就是系統(tǒng)本身常常會(huì)受到很大的限制,因此,無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應(yīng)用非常重要。要想使列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)的核心保持正常運(yùn)行,就要運(yùn)用高速穩(wěn)定的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。地鐵列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)的要求有以下幾個(gè)方面:高數(shù)據(jù)傳輸速率、支持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋領(lǐng)域廣泛、需要利用漫游來(lái)進(jìn)行切換、安全穩(wěn)定性高等。
4.1無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在地鐵列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中
移動(dòng)節(jié)點(diǎn)STA安裝在車(chē)上,列車(chē)速度可以達(dá)到120公里/小時(shí),并且能夠沿著多個(gè)鋪設(shè)的AP向STA提供視頻和音頻數(shù)據(jù)服務(wù),用于監(jiān)控列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)、控制速度等。在列車(chē)提速的過(guò)程中,需要多個(gè)AP進(jìn)行快速的切換,由于切換過(guò)程中很容易產(chǎn)生丟包、延遲現(xiàn)象,都會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量產(chǎn)生很?chē)?yán)重的影響,甚至導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)溝通障礙,引起交通事故。因此,AP和STA之間信息的成功交換是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在地鐵中應(yīng)用的重要目標(biāo)。
4.2攝像頭模塊本系統(tǒng)
用于現(xiàn)場(chǎng)圖像采集的PTC08攝像頭是一款集視頻捕捉、圖像采集、拍攝控制、JPEG圖像壓縮、串口傳輸于一體的圖像采集處理模塊,其內(nèi)置的高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始圖像的高比例壓縮。攝像頭拍攝的圖片采用標(biāo)準(zhǔn)JPEG格式輸出,數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232串口與單片機(jī)相連,此外自帶的簡(jiǎn)單圖像傳輸協(xié)議使得攝像頭可以方便地實(shí)現(xiàn)與電腦以及各種嵌入式系統(tǒng)的連接,并可以直接匹配標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)的串口電平。該串口攝像頭具有上電休眠功能,即上電時(shí)只有通信接口和圖片存儲(chǔ)器部分工作,耗電較多的圖像處理部分處于休眠狀態(tài)。向攝像頭發(fā)出拍照命令前應(yīng)喚醒然后再發(fā)送拍照命令,圖像處理部分開(kāi)始正常工作。正常工作后,除非接收到休眠命令,否則攝像頭不會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。在異步串行接口中,一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)由1個(gè)起始位,8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位組成。起始位始終為0,數(shù)據(jù)位低位先發(fā),停止位始終為1,最后發(fā)送。
4.3GPRS通信模塊
GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng),具有通信速度快、永遠(yuǎn)在線(xiàn)、收費(fèi)合理等優(yōu)點(diǎn),使得GPRS通信模塊在遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信控制中得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)控制GPRS通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,一方面要求所用的GPRS通信模塊能夠連接到GPRS網(wǎng)絡(luò),另一方面要求在GPRS通信模塊支持實(shí)現(xiàn)TCP/IP傳輸協(xié)議,以實(shí)現(xiàn)在Internet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)的GPRS通信模塊選用SIMCOM公司的SIM300S,尺寸小、功耗低、性能突出。該模塊內(nèi)置TCP/IP傳輸協(xié)議,省去了外部繁瑣的編程,同時(shí)它集成了標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口以及SIM卡,采用AT指令集通過(guò)串口對(duì)它進(jìn)行初始化設(shè)置。
4.4監(jiān)控中心
監(jiān)控中心主要由行車(chē)調(diào)度中心、車(chē)廠調(diào)度中心、視頻監(jiān)控中心以及車(chē)站控制室共同組成。監(jiān)控中心通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)接收列車(chē)傳輸過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)位置信息、車(chē)廂內(nèi)的視頻圖像等,了解列車(chē)的運(yùn)行情況。列車(chē)也可以按照監(jiān)控中心發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)在監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程控制下運(yùn)行。
4.5紅外探測(cè)模塊
為了滿(mǎn)足在出現(xiàn)非法入侵時(shí)自動(dòng)對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍照的需求,本系統(tǒng)采用了紅外人體感應(yīng)探測(cè)器。感模塊工作電壓范圍可在4.5~20V,靜態(tài)工作電流小于50μA,可通過(guò)跳線(xiàn)方式設(shè)置探測(cè)模塊工作在可重復(fù)觸發(fā)方式或不可重復(fù)觸發(fā)方式。當(dāng)有人非法進(jìn)入紅外模塊感應(yīng)范圍時(shí),紅外感應(yīng)模塊輸出高電平,用以啟動(dòng)圖像采集模塊進(jìn)行拍照,并將所拍圖片通過(guò)GPRS通信模塊發(fā)往指定號(hào)碼的手機(jī),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
5、結(jié)束語(yǔ)
總之,狹窄的地下空間、增長(zhǎng)的客流量、較多的沿途站點(diǎn)和較長(zhǎng)的運(yùn)行線(xiàn)路要求地鐵列車(chē)和地面指揮中心之間保持良好的通信與配合,這就要求我們認(rèn)真分析無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn),努力研究其在地鐵列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)中的最佳應(yīng)用途徑和方式,以此優(yōu)化通信條件、提升通信速率、改善通信效益,進(jìn)而促進(jìn)地鐵列車(chē)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。
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