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地鐵工程由很多分項組成，既包括最基礎(chǔ)的土建施工、線路建設(shè)、給排水設(shè)計、供電保障，也包括無線通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與建設(shè)。由于地鐵具有修建在地面以下這一特殊性，無線網(wǎng)絡(luò)信號經(jīng)常面臨傳輸不夠順暢、遭遇障礙物降低傳輸功率等問題，這些問題如果處理不當，就會影響地鐵車輛行駛的安全性、地鐵線路的運營效率，因此研究地鐵工程中無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、建設(shè)與維護，提升無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸?、速率和容量具有重要的意義。文章以石家莊市軌道交通1號線二期工程建設(shè)為例，分析了地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋及場強計算方法，并有針對性地提出了改進策略，旨在為相關(guān)工作的從業(yè)者提供借鑒和參考。

1 工程概況

石家莊市軌道交通1號線二期工程連接正定高新區(qū)，沿新城大道和秦嶺大街敷設(shè)，線路全長約13km，其中，換乘站2座，設(shè)停車場1座，位于東洋站西側(cè)，設(shè)車輛段和車輛綜合基地1座，位于西莊站東側(cè)。該工程線路專用無線通信網(wǎng)絡(luò)需要完成連接供電系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、控制中心、監(jiān)控中心等分系統(tǒng)和部門的重要任務(wù)，保證各個系統(tǒng)之間信號的可靠傳遞，使其共同為地鐵線路的安全可靠運營提供保障。

2 地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

在該工程項目中，地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)主要由固定基站、列車車載臺、移動人員便攜臺、調(diào)度臺、信號發(fā)射設(shè)備、連接電纜等組成。各個設(shè)備具有不同的功能，固定基站相互連接并且和控制中心連接（通過光纖），發(fā)揮著信號中轉(zhuǎn)傳送的作用；移動人員便攜臺由地鐵車站相關(guān)管理人員隨身攜帶，用于接收無線控制信號；調(diào)度臺主要用來發(fā)布調(diào)度信息，通告列車運行情況，還可以協(xié)調(diào)各個接收端之間的頻段占用情況，確保不發(fā)生頻段沖突；信號發(fā)射設(shè)備固定在地鐵車站內(nèi)部，通過大功率設(shè)備向外發(fā)射無線信號，傳送地鐵車輛運行相關(guān)信息；無線通信系統(tǒng)為軌道交通內(nèi)部固定工作人員與流動工作人員以及流動工作人員之間提供可靠的話音和數(shù)據(jù)通信服務(wù)，設(shè)置行車調(diào)度、工程維護、防災(zāi)、車輛段設(shè)施以及綜合基地管理、停車場管理等用戶群。系統(tǒng)既要滿足正線列車運行指揮以及沿線工作人員進行日常運營、設(shè)備維護、事故維修的通信要求，還需要在災(zāi)害或事故情況下，滿足搶險救災(zāi)對通信的需求?？傊?，地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)各個設(shè)備之間相互連接和配合，共同構(gòu)成了一個發(fā)送和接收信息、連接不同設(shè)備確保互聯(lián)互通、保障地鐵線路順利運行的有機環(huán)境。無線通信施工流程圖如圖1所示。

圖1 無線通信施工流程圖

3 地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)場強覆蓋計算

3.1 地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標

石家莊市軌道交通1號線二期工程建設(shè)標準中，對該工程地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等相關(guān)指標參數(shù)提出了具體要求，如表1所示。

表1 該工程地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標

3.2 車站場強覆蓋方案

為了確保地鐵車站無線通信網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋范圍盡可能大，減少覆蓋區(qū)域死角面積，石家莊市軌道交通1號線二期工程建設(shè)施工方案中對車站無線網(wǎng)絡(luò)場強覆蓋方式進行了規(guī)定。按照規(guī)定，站臺層的通信網(wǎng)絡(luò)采用同軸電纜進行連接，確保站臺層可靠通信；站廳層、設(shè)備機房、出入及換乘通道采用隱蔽天線進行無線信號的傳輸，確保這些區(qū)域?qū)崿F(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋。

3.3 車輛段場強覆蓋方案

車輛段一般采取隱蔽天線發(fā)射和接受的方式實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸，同時車輛上安裝有調(diào)制解調(diào)器，確保接收信號的安全與準確。

3.4 場強覆蓋計算

在電磁學(xué)中，一般采用Okumura-Hata模型對某區(qū)域無線信號場強覆蓋進行計算，具體計算公式如下：

式中：Lp為無線信號空間傳輸損耗均值，dB；f為信號工作頻率，MHz；hb為基站天線有效高度，m；hm為移動天線有效高度，m；d為移動天線與基站之間的距離，km；α為移動天線高度補償因數(shù)。

在石家莊市軌道交通1號線二期工程建設(shè)施工方案中規(guī)定了以上參數(shù)的取值，如表2所示。

表2 該工程地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋參數(shù)

利用該工程中的相關(guān)參數(shù)，可以計算得到基站天線有效高度與無線信號空間傳輸損耗均值之間的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 無線信號空間傳輸損耗變化

由圖2可知，當基站天線有效高度以5m的標準進行增加時，無線信號空間傳輸損耗均值逐漸減小。因此，在實際建設(shè)過程中，可以根據(jù)需要選擇合適的基站天線高度，確保無線信號空間衰減取得理想的效果。

在計算得到無線信號空間衰減的基礎(chǔ)上，可以估計出基站天線高度與無線信號傳輸距離之間的關(guān)系，如表3所示。

表3 該工程無線信號傳輸距離變化

由表3可知，無線信號傳輸距離與基站天線高度的變化關(guān)系是非線性的，因此無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋場強屬于非線性變化量，需要在實際工程建設(shè)中根據(jù)需要進行靈活選擇。

4 結(jié)束語

地鐵工程建設(shè)過程中，為了確保指揮控制信號的準確實時傳輸，需要建立專用的無線通信網(wǎng)絡(luò)，對地鐵車站及相關(guān)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。文章結(jié)合石家莊某地鐵工程項目建設(shè)實際情況，分析了地鐵專用無線通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及場強覆蓋計算方法，得出了經(jīng)驗數(shù)據(jù)，希望對進一步提升該工程及類似工程項目無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)水平提供理論指導(dǎo)和借鑒。