傅嘉俊

摘? 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展和人口的不斷增加，越來越多的城市都建設(shè)了地鐵這一便利的交通工具。而當(dāng)前的無線傳輸技術(shù)已經(jīng)在許多的領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在地鐵中也有所應(yīng)用。無線傳輸技術(shù)也就是無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是以無線數(shù)傳模塊為載體，然后對傳輸?shù)膶ο筮M(jìn)行遠(yuǎn)程的傳輸。大多數(shù)情況下是通過3G、4G、WiFi專網(wǎng)以及GPRS等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)摹Ｔ诿裼檬袌霰粡V泛的應(yīng)用，例如，無線視頻的WiFi傳輸、遙控器中所含有的紅外傳輸?shù)鹊榷紝儆跓o線傳輸。文章主要介紹了無線傳輸技術(shù)，并對無線傳輸技術(shù)在地鐵車聯(lián)網(wǎng)（IOR）中的有效應(yīng)用開展分析。

關(guān)鍵詞：無線傳輸技術(shù);地鐵;車聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TN929.5? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）25-0157-03

Abstract： With the development of information technology and the continuous increase of population， more and more cities have built subway as a convenient means of transportation. The current wireless transmission technology has been widely used in many fields， at the same time， it has also been used in the subway. Wireless transmission technology， that is， wireless data transmission technology， is to take the wireless data transmission module as the carrier， and then carry on the remote transmission to the transmission object. In most cases， it is transmitted through 3G， 4G， WiFi private network and GPRS and other devices. It is widely used in the civil market， for example， the WiFi transmission of wireless video， the infrared transmission contained in the remote control and so on. This paper mainly introduces the wireless transmission technology， and analyzes the effective application of wireless transmission technology in subway Internet of Vehicles （IOV）.

Keywords： wireless transmission technology; subway; Internet of Vehicles （IOV）

中國已經(jīng)成為世界最大的城市軌道交通市場，其中，上海地鐵路網(wǎng)規(guī)模世界第一。截至2018年12月，上海軌道交通開通線路17條，全路網(wǎng)運(yùn)營線路總長超700公里，投運(yùn)車站415座，變電站678座，配屬列車856列，5116輛，路網(wǎng)規(guī)模位居全國第一。至2020年，預(yù)計(jì)上海地鐵將配屬列車1222列，7514輛。上海地鐵超常規(guī)模和體量的快速增長，對列車安全運(yùn)營監(jiān)控提出了更高的要求，為此建設(shè)了上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)，其中通過車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在車輛安裝無線傳輸設(shè)備，對列車運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)與故障數(shù)進(jìn)行采集與封裝;在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制與數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;應(yīng)用部分提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動、調(diào)度指揮、在線升級、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等管理和服務(wù)功能。

地鐵通過配置無線傳輸模塊，然后利用無線傳輸技術(shù)將地鐵的當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)的傳遞給地面的中心數(shù)據(jù)庫。而地面中心數(shù)據(jù)庫的工作人員將接收到的數(shù)據(jù)信息首先進(jìn)行解密，然后將數(shù)據(jù)信息還原，以此來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取地鐵當(dāng)前車況，并通過地面技術(shù)的支持對地鐵故障進(jìn)行預(yù)判，這樣地鐵一旦發(fā)生問題時(shí)，就可以及時(shí)采取有效的解決措施，從而降低地鐵的運(yùn)維損失。

1 無線傳輸技術(shù)

通用無線業(yè)務(wù)的英文簡稱是GPRS。GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上加以創(chuàng)新的一種承載業(yè)務(wù)，通常稱為2.5G，目的是為GSM用戶提供分組形勢的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。可以長時(shí)間的持續(xù)在線，并且是按照流量計(jì)費(fèi)，這是GPRS的特點(diǎn)，并且能夠提供更為高效，更低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以這種傳輸方式非常的適合用在多點(diǎn)分散、中小流量以及連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸中[1]。

2 GPRS無線傳輸技術(shù)在地鐵中的技術(shù)架構(gòu)

GPRS無線監(jiān)控傳輸系統(tǒng)是由客戶端和服務(wù)器這兩部分所構(gòu)成的。一方面，地鐵的管理系統(tǒng)TCMS與車載客戶端之間交互數(shù)據(jù)，主要包括地鐵在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的操作信息以及各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況;另一方面，車載客戶端將收集到的數(shù)據(jù)信息封包，然后進(jìn)行加密ip包，最后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)交換平臺上，經(jīng)過數(shù)據(jù)交換平臺最后傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)。然后服務(wù)器會對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和后處理，將還原的數(shù)據(jù)自動寫入到數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)用戶的不同的需要，地面的應(yīng)用軟件會根據(jù)數(shù)據(jù)庫以往中的信息，自動生成列車運(yùn)行的各種圖表，這樣工作人員能夠更加準(zhǔn)確并快速的了解當(dāng)前地鐵的運(yùn)行狀況[2]。

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)是由監(jiān)控中心PC機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊所組合而成的，一般情況下是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)來開展通信的。由GPRS模塊、ARM模塊以及傳感器模塊所組合而成的無線傳輸模塊。其中，GPRS模塊用于數(shù)據(jù)的接收以及發(fā)送;完成傳感器數(shù)據(jù)的編碼，并控制GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，然后執(zhí)行監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令的是ARM模塊[3]。

2.2 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

通過控制軟件實(shí)現(xiàn)地鐵和地面無線傳輸?shù)募夹g(shù)核心，地鐵的管理系統(tǒng)是通過TCP/IP與無線數(shù)據(jù)來進(jìn)行傳輸裝置之間的通信。并基于TCP/IP的通信，通常情況下都是利用SOCKET套接字來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的，一般程序會分為用戶端和服務(wù)器端兩個(gè)部分。

2.3 系統(tǒng)的有效應(yīng)用

系統(tǒng)應(yīng)用的是應(yīng)答式的實(shí)時(shí)傳輸策略，也就是將當(dāng)前數(shù)據(jù)按照規(guī)定的傳輸時(shí)間來進(jìn)行傳輸，采用的是在傳輸當(dāng)前的數(shù)據(jù)包結(jié)束以后才開始下一個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)姆绞剑海?）無線傳輸裝置能夠?qū)鬏斶^來的主故障記錄信息立即的傳輸?shù)降孛嬷?（2）然后等待地面進(jìn)行回應(yīng)，如果向地面?zhèn)鬏斎我院蟮孛孢€是沒有回應(yīng)的話，則認(rèn)為超時(shí)，將故障信息進(jìn)行緩存，按照先進(jìn)先出的原則儲存條數(shù)一百條。

無線傳輸系統(tǒng)含有GPRS模塊、GPS和GIS技術(shù)，使地面的系統(tǒng)可以對列車當(dāng)前的運(yùn)行位置以及運(yùn)行線路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。另外，通過觀看電子地圖，地面工作人員能夠?qū)Ξ?dāng)前列車的具體位置信息進(jìn)行快速的定位和查詢，并能夠放大該區(qū)域內(nèi)的信息[4]。通過點(diǎn)擊車輛的圖標(biāo)，能夠?qū)④囕v的信息顯示出來，并且還可以調(diào)好實(shí)時(shí)監(jiān)測的頁面，顯示出車輛的編號、運(yùn)行狀態(tài)、速度、車次以及里程等各項(xiàng)數(shù)據(jù)。由于GPS自身的缺陷，從而致使在隧道內(nèi)無法將位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，所以定位的功能只適合用于地面上。那么當(dāng)?shù)罔F在隧道內(nèi)運(yùn)行的時(shí)候，可以選擇信號系統(tǒng)的定位信息定位當(dāng)前地鐵的位置。

3 無線傳輸技術(shù)在地鐵車輛中的實(shí)際應(yīng)用

將以上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)中的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為例，針對無線傳輸技術(shù)在軌道交通方面的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1 車輛運(yùn)維現(xiàn)狀

超大規(guī)模地鐵網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，對上海的軌道交通運(yùn)維檢修模式提出了更高要求，單純效仿國外的運(yùn)維模式已經(jīng)無法滿足超大客流下乘客對高效、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適的出行需求。而擺在當(dāng)前的運(yùn)維現(xiàn)狀：一是維修力量薄，隨著線路的不斷延伸，包括管理、技術(shù)、技能等在內(nèi)的骨干力量逐漸攤薄;二是維修強(qiáng)度大，隨著運(yùn)營車輛的使用時(shí)間的不斷增加，導(dǎo)致對設(shè)備維護(hù)的頻次和要求日益上升;三是檢修效率低，以人工檢查為主的檢修方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城市軌道交通列車對檢修效率、質(zhì)量、水平的高需求。

3.2 業(yè)務(wù)需求

在對現(xiàn)狀和運(yùn)維需求做了詳細(xì)調(diào)研后，明確了以下幾點(diǎn)業(yè)務(wù)需求：（1）需適配多種車型協(xié)議。超大規(guī)模城市軌道交通面臨的是車型數(shù)量繁多，截至2018年，上海地鐵共計(jì)擁有車型40多種，每種車對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)形式、數(shù)據(jù)協(xié)議均不相同。因此車地信息技術(shù)，采用地面服務(wù)器集中處理，由數(shù)臺服務(wù)器組成的集群共同處理信息，降低車載設(shè)備投入成本，服務(wù)器集群可使用資源動態(tài)分配，進(jìn)一步降低建設(shè)成本[5]。（2）要求并行處理多。超大規(guī)模城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營下，同時(shí)在途運(yùn)行的列車可達(dá)數(shù)百甚至上千輛，列車在運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)與地面服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，存在大量的并行計(jì)算，地面服務(wù)器需要在同一時(shí)刻完成大量的數(shù)據(jù)接收、解析處理。（3）要求延遲低。對于正線運(yùn)營情況要求予以實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可及時(shí)對設(shè)備異常狀態(tài)，從數(shù)據(jù)接收、解析、處理、推送到監(jiān)控頁面，需要在一定時(shí)間內(nèi)完成，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的最佳預(yù)期[6]。

3.3 系統(tǒng)功能簡介

上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)控上海地鐵各線路列車的運(yùn)行狀況、當(dāng)前故障、預(yù)警信息，以及故障查詢統(tǒng)計(jì)和列車數(shù)據(jù)分析。在全網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控頁面，會有上海地鐵線路圖、各線路列表、各線路數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)圖（包括：里程、能耗、故障列車）、以及所選線路列車的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖（包括：里程、能耗、客流量）等全面數(shù)據(jù)顯示。其中的列表與統(tǒng)計(jì)圖中的數(shù)據(jù)是跟隨著車輛的變化實(shí)時(shí)更新的，并且地鐵線路圖其實(shí)是一個(gè)靜態(tài)的形式。

3.4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）軟件架構(gòu)。對于正線運(yùn)營情況要求予以實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可及時(shí)對設(shè)備異常狀態(tài)，從數(shù)據(jù)接收、解析、處理到推送到監(jiān)控頁面，需要在一定時(shí)間內(nèi)完成，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的最佳預(yù)期。（2）模塊說明。系統(tǒng)分解視圖采用的原則是按功能分解，即負(fù)責(zé)一個(gè)業(yè)務(wù)功能的模塊將被分解為一個(gè)系統(tǒng)。從上面章節(jié)可看出，本系統(tǒng)共分解為五個(gè)功能模塊，分別是接數(shù)服務(wù)模塊Netty、數(shù)據(jù)解析模塊Sparkstreaming、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)推送模塊Websocket、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示模塊IOV和接口服務(wù)模塊主數(shù)據(jù)[7]。（3）運(yùn)行邏輯。系統(tǒng)正常啟動后，除了Netty、Sparkstreaming解析、Websocket、IOV和主數(shù)據(jù)服務(wù)，還有規(guī)則引擎Sparkstreaming聚合服務(wù)等。規(guī)則引擎負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)預(yù)警模塊