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市域轨道交通通信、AFC及综合监控系统设计创新

发布时间:2016-08-12 10:20:22 编辑:gaoweinew
本文摘要:无线通信系统采用基于TD-LTE的多网融合解决方案,通过同一张网统一承载语音调度、CCTV视频上传、PIS多媒体、车辆状态信息、AFC移动手持终端在线传送。


  各位领导、各位专家、各位同行,大家下午好。我是来自中铁四院的通号处的刘魁,很高兴有这样一个平台能给大家进行交流。我今天发言的题目是"温州市域铁路通信AFC和综合监控系统设计创新"。内容分为五个部分,一是介绍市域铁路的概况,二是介绍通信AFC和综合监控系统在市域铁路里面的设计创新,三是小结。

  一、概况

  (一)市域铁路介绍

  市域铁路是介于地铁和国铁之间的新型轨道交通模式。借用丁总的话来说,它是比地铁跑得稍微快一点的轨道交通。作用主要是市域铁路可拉大城市框架,为主城和卫星城、组团城市间以及沿途城镇的客流出行提供快速、大容量、公交化公共交通服务,能够带动周边城市的经济发展。

  市域铁路有哪些特点呢?主要有以"一小时效应"来覆盖周边城市的经济热点,平均站艰巨比一般地铁要大一些,行车密度比较适中。另外一个比较关键的是,它比地铁设计时速高一点,温州市域铁路设计时速是在120-160km/h。

  现在国内外市域铁路的建设概况,刚才边总也提到了,目前在国外城市里面市域铁路占了整个轨道交通线路的70%以上,在法国巴黎、日本东京、美国纽约、英国伦敦的市域铁路都已经成了规模。目前国内建设的主要是温州市域铁路(S1-S4线)、昆明市域铁路(安宁-嵩明线)、南京市域铁路(S1线),以及《浙江省都市圈城际铁路近期建设规划》的11条都市圈市域铁路。进气北京规划了1000公里的市域快轨,重庆市规划了近2000公里的市域铁路。

  (二)温州市域铁路情况简介

  这是温州市域铁路的一个线网图,我们近期在建设的是温州市域铁路S1线和S2线,一共规划了四条线,包括S3线和S4线。

  (三)市域铁路创新设计概览

  无线通信系统采用基于TD-LTE的多网融合解决方案,通过同一张网统一承载语音调度、CCTV视频上传、PIS多媒体、车辆状态信息、AFC移动手持终端在线传送。

  AFC系统首次引入了ACC-SC-SLE-车票四层架构,取消了线路层,打破了传统的点-线-面的说法。同时ACC采用了云架构,将资源进行整合,提高了资源利用率。

  综合监控系统采用了一体化车控室的设计,并引入了云架构的方案,实现了更高的服务器资源的利用率。

  市域铁路在车辆、信号系统设计等方面也有一定的创新。

  二、通信系统创新

  在介绍之前我先讲一下设计思路的来源,温州S1线初步设计完成于2012年底,当时的现状是温州市域铁路设计时速为120-160km/h,无线通信系统的主流方案是WLAN技术,它是基于静止的场景来设置的技术,无法适应市域铁路高速移动环境。当时还有TD-LTE、DVB-T、McWill等技术,都面临着技术成熟度不足,缺少在轨道交通与市域铁路的运用案例。TD-LTE技术在郑州地铁1号线2012年开始进行试点,到2013年年底试运营,运营商领域也选取了一部分城市处于试点阶段。频率资源尚未得到保证,1.8GHz专用频段未明确用于城市轨道交通。

  基于以上原因,当时我们考虑无线系统暂缓实施。随着技术发展大概也就是一两年的时间,LTE技术发展飞速。首先在郑州地铁1号线2013年年底试运营,LTE承载车地PIS业务经过验证,效果非常良好。运营商开始大规模建网,中国移动从2013年6月启动了TD-LTE基站招标,当时好像有27万基站的招标。在北京、天津、上海、南京等城市的政务网从2012年陆续开始采用TD-LTE承载集群和多媒体调度的一个视频监控业务。

  在中国城市轨道交通协会的推动下,频率资源慢慢放开,工信部专门发了一个文,指明了1.8GHz频段可用于城市轨道交通。2012年11月,中国通信标准化协会启动了基于LTE的B-TrunC标准制定,2015年3月轨交协牵头制定LTE-M标准。

  在LTE技术慢慢成熟的情况下,我们再来思考一下市域铁路里面无线通信的需求,主要包括两个部分,一部分是宽带数据业务,另外一个是语音集群业务。随着技术发展,从乘客和运营的角度,对业务需求也越来越多样化,要求也越来越高。如PIS系统开始基本上都是录播,后来慢慢发展成实时播放,标清视频慢慢也发展成高清视频在播放。视频系统现在主流的可能是上传两路D1格式的标清视频,以后也可能慢慢发展成高清视频,而且不单是一节车厢,而是一整列车的视频在上传。在集群调度方面,因为它讲的语音业务,可能占用的宽带小。现在随着多媒体调查需求的提出,对宽带要求也越来越高。

  总的来讲,我们对无线通信的需求正朝着需求的多样化、业务宽带化及管控实时化的方向发展。

  目前国内轨道交通线路无线通信系统的现状基本上都是各个专业单独组网、分之治之,主要包括承载集群语音调度的TETRA网络、承载CBTC车地无线WLAN网络以及登载PIS和车载视频监控的WLAN网络。三套网络一方面带来了资源浪费,另一方面区间轨旁设备比较多,我们在后期运营维护时比较麻烦。综合承载应该是未来的发展趋势,综合承载建议采用什么技术呢?

  目前在轨道交通里面应用比较多的是TETRA、LTE、WIFI,还有风河的DVB-T。TETRA属于窄带技术,不适合宽带业务成长;WIFI还存在诸多问题,像无法解决高速移动带来的频偏问题,区间AP覆盖距离比较短,在列车行驶过程中切换非常频繁,还存在一个安全性的问题,使用公共频段,易受到干扰,在日常设备、系统跟它有频道上的冲突;DVB-T是风河的私有技术,在轨道交通也用得不多;像McWill,只是在苏州和长沙磁悬浮在用。

  LTE的特点:首先是高带宽,在20MHz频段下,上行能达到50Mbps,下行可达100Mbps;它能够满足高速移动下的宽带接入,采用了自动频偏AFC的技术,在上海磁悬浮也做了一些相关的测试,也有一些相应的数据支撑;同时采用了小区线干扰调制,有效降低了小区边缘干扰;LTE的覆盖范围远远大于WLAN,覆盖范围在1.2公里以上,这样轨旁设备也比较少,易维护;LTE同时提供多级QOS,为综合承载提供差异化服务。总的来讲,TD-LTE比较适合综合承载技术。

  2014年我们做了一个变更设计,在2012年做初步实际时考虑车地无限系统暂缓实施,2014年LTE在政务网、轨道交通领域、商用领域里面都得到了很成熟的应用。综合承载是一个发展趋势,我们考虑承载PIS业务的同时是否还能进行一些综合承载的尝试。我们就想到了利用同一家网络去承载语音调度业务。当时的方案也通过了专家的评审,拿到了发改委的批复。温州最早提出综合承载概念的一个城市,有图有真相。

  这两年LTE在轨道交通的应用发展非常迅猛,从单一的PIS业务承载,包括语音调度、PIS和CCTV业务以外,还有一些综合承载的应用案例。如单独承载CBTC业务的有重庆地铁4、6和地铁环线,武汉地铁6号线等。单独承载语音调度业务的有广州地铁14号线和21号线。承载PIS业务的就比较多了,从中铁1号线成功试运行开始,接踵而至的有深圳地铁11号夏、厦门1号线、兰州1号线。综合承载目前主要有乌鲁木齐1号线、北京燕房线、17号线综合承载CBTC、PIS和CCTV业务;宁波地铁3号线综合承载CBTC和语音调度,温州S1、S2线综合承载语音调度和PIS、CCTV业务等。

  现在温州S1线LTE进展情况,已经在2014年招标了,在2015年拿到了省委频段批复,从1785-1805共15MHz。目前针对集群和二次开发两个方面的功能,我们通过了一系列测试,这些功能基本上都已经实现。

  三、AFC系统创新

  (一)系统架构

  AFC系统首先是在架构上的创新,目前国内城市轨道交通主要考虑五层架构,清分中心系统ACC,线路中央计算机系统LCC,车站计算机系统SC,车站现场设备SLE和车票。该架构具有层次分明,安全性高,不受其他线路建设工期影响等优点。但随着线路不断增加,每条线路都要新设LCC,从线网的角度来看,前期浪费了大量的人力、物力。

  温州取消了LCC层,采用了四层架构,通过ACC直接与LC进行联通。该架构的优势是打破了传统点-线-面的说法,ACC系统可以直接获取各个车站SC系统的数据。该架构简化了数据流程,提高了系统运行和响应速度,数据实时性能能够得到大幅度提高,能够适应大数据时代的要求。刚才也提到,它能够降低工程造价,减少后期的运营和维护费用。

  (二)云技术的引用

  ACC系统在全国首次采用云方案搭建平台,主要包括成存储池、计算池、网络池。

  (三)PCA在线传输

  AFC系统每个车站都设有PCA,传统方案为离线式,使用率很低,在一定程度上造成了资源的浪费。通信系统建设了TD-LTE网络,因此我们提出了在线式PCA方式,在线式PCA可以在大客流等特殊状况下与电控门配合使用,保证乘客快速进出付费区,提高通行效率。

  四、监控系统创新。

  (一)车控室一体化设计

  传统车控室在统筹供应协调情况下设备摆放凌乱,运营所需办公设备后期还需要进行二次采购,它在装修风格上可能跟其它存在一定差异,造成一个整体美观性较差的问题。如果采用分体式产品的话,也会对车控室的空间造成浪费。

  温州S1线车控室采用了一体化设计方案。在设置初期就充分考虑了各系统与设备集中放置的问题,它以IBP盘为中心向周围延伸临窗台、打印台、隔断墙及功能性组合机柜。各系统机柜、壁挂设备均采用嵌入式安装方式,并预留合理的维修空间。总体来讲,使得使车控室的整体布局操作便利、整体性更加美观。

  (二)综合监控云架构方案

  在传统的分布式架构中,综合监控系统在各车站、OCC、车辆段设置了大量的服务器等硬件资源,特别是车站服务器使用率极低,大概也就15-20%左右。服务器资源利用率低就带来高能耗、运维成本高、可管理性差等问题。

  综合监控系统采用云架构方案,取消了车站级的物理服务器,车站仅设FEP、工作站、交换机。各车站的服务器、中央级服务器均由在设备控制站的云平台进行一个虚拟化的技术实现。全线各站点的监控数据直接通过主干网络传送至控制中心的云平台服务器统一进行处理、存储和管理。

  具体的部署是在OCC搭建了两套云平台,互相独立或互为冗余。在车站取消了物理服务器,车站实时服务器通过虚拟化部署在中心主、备服务器群中。通过软件云部署,所有服务均可提供1:2或者1:N的冗余,保证系统的可靠性。

  五、总结及展望

  从2011年以来,温州市域铁路在无任何现行规范可循,无现成案例参考的情况下,渐渐摸索出了一条自主创新的道路,在业主的正确引导下,很多系统在市域铁路这个平台上都有一定程度的创新。

  市域铁路的功能定位和特点使得其势必成为二三线城市的主流建设模式。在各城市地铁线网逐渐完善的情况下,市域铁路应该会是未来主流轨的道交通建设模式。加强市域铁路的技术创新和技术交流,推进市域铁路的规范化和标准化,具有非常深刻的意义。

 

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