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                        綜合交通樞紐無線信息系統解決方案

                        http://www.vmoj.tw ( 2018/9/11 10:26 )

                        【摘要】針對目前的綜合交通體內無線對講及信息共享等有關問題進行了調研,提出了一種基于DMR技術的綜合交通樞紐無線信息系統解決方案。該系統方案采用全數字化技術,在實現基本的無線語音通話功能的基礎上,提供了多種豐富的語音業務功能,同時可以通過接口獲取各交通行業的運輸信息,為綜合交通樞紐的運輸組織提供了良好的技術支持。

                        【關鍵詞】交通樞紐;數字無線;DMR

                        Research On the Development and Teaching Reform of Capacity Unit for Mobile Communication Post Group

                        LI Xue, WANG Xue

                        (1. College of Electronic Information Engineering, Wuhan Polytechnic, Wuhan 430074, China;

                        2. China Railway Si Yuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

                        [Abstract] Based on the research of the current wireless communication and information sharing in the integrated traffic system, this paper puts forward a solution of the wireless information system based on DMR technology. The scheme adopts digital technology, in the realization of wireless voice basic call function basis, provides a variety of rich voice service function, and can get the transportation information through the interface, provides a good technical support for the transportation organization of comprehensive transportation hub.

                        [Key words] traffic hub; digital wireless; DMR

                        1   引言

                        綜合交通體是各種運輸方式在社會化的運輸范圍內和統一化的運輸過程中,根據其具備的技術經濟特點組成分工協作、有機結合、連續貫通、布局合理的交通運輸綜合體。一般是由鐵路、公路、水路、航空等各種運輸方式及其線路、站場等組成的綜合體系。

                        目前綜合交通體內的各交通體系相對獨立運作,系統之間溝通方式單一。比如在公路、鐵路系統中的客運作業一般采用400 MHz頻段的模擬無線對講系統,該系統是運輸作業人員在日常作業和設備維護中必不可少的聯絡工具和使用最頻繁的通信系統,無論是接發車、檢票、查票、旅客引導和服務,均需要通過對講系統進行聯系交流、溝通、確認。

                        目前正在使用的模擬系統存在著通信技術較落后、頻率干擾較嚴重、信道較少、發起呼叫較困難、覆蓋盲區較多而且語音不清晰等諸多問題。模擬無線通信系統的使用已經不適應現代化綜合交通體內的運輸作業與組織需求,存在管理部門不能及時準確掌握交通體內的運輸組織動態,各種交通系統運輸信息不能分享,不能及時有效互聯互通,且應急狀態下不能聯網指揮的問題。可以說模擬系統已經無法應對飛速發展的綜合交通體內的運輸指揮調度。

                        DMR(Digital Mobile Radio)數字集群通信標準是ETSI(歐洲通信標準協會)為了滿足歐洲各國的中低端專業及商業用戶對移動通信的需要而設計并制訂的開放性標準。數字集群通信標準采用的是TDMA(雙時隙)多址方式,12.5 kHz的信道間隔,調制方式采用4FSK,數據傳輸速率為9.6 kb/s,提供語音、數據及其他輔助服務。

                        針對目前的綜合交通體內無線對講及信息共享等有關問題進行了調研,提出了一種基于DMR技術的綜合交通樞紐無線信息系統解決方案,以下簡稱為綜合交通體數字無線信息系統。系統采用全數字化技術,在實現綜合交通體無線對講功能的基礎上,整合各交通行業無線對講功能,實現數字無線對講全覆蓋和綜合交通信息綜合處理及自動推送等功能。

                        2   研究方案對比

                        雖然傳統的模擬通信技術仍具有不少優勢,如成本低廉,可自定義的功能和簡便的搭建方式等,但模擬通信技術已受到來自其自身技術政策上的限制,主要的限制包括工業和信息化部通信產業政策上明確了由模擬方式轉為數字方式的時間進程。模擬系統經常會被不知來源的信號干擾,嚴重時會直接影響到調度及指揮,其存在保密性差,電池使用壽命短等問題。

                        2.1  覆蓋及保密性對比

                        模擬對講機頻點一般是25 kHz,且只支持一個模擬信道話音通信,無法分組,成了一呼全通,如果想要設置不同的組,需要手動轉換頻點,否則無法通信。相互影響大,而且不利于個別情況私密通信的需求。采用數字化對講技術,可有效地加強無線指揮的保密性,提高抗干擾能力,提高工作效率。

                        DMR數字對講機是基于數字傳輸技術而設計的,其工作原理是先將語音信號進行數字化,再以數字編碼方式進行傳播。數字對講機具有語音清晰、保密性強、節省頻率資源、功能強大等特點,因此受到交通行業用戶的普遍關注和喜愛。采用數字無線基站,可有效地改善信號覆蓋。數字基站有效覆蓋范圍一般在2~5 km,能有效地覆蓋交通樞紐各工作區域;采用400 MHz無線通信,具備繞射能力及穿透能力,可有效地覆蓋多層、地下、電梯間等工作區域;如遇盲區時可采用室內射頻擴展延伸技術,補充盲區的覆蓋。

                        圖1    模擬覆蓋與數字覆蓋的對比

                        2.2  頻譜利用率及抗干擾能力對比

                        模擬對講機沒有進行數字化處理,噪聲會隨著講話聲音一起被放大傳輸,抗噪能力差。數字化的TDMA系統,采用12.5 kHz頻率,同時在此頻率內將信道分成2個時隙(2個信道)進行工作。理論上比模擬系統節省了4倍的頻率資源。同時可繼續使用和模擬中繼相同的天饋線及雙工器,并使對講機電池的工作時間延長了將近40%。DMR數字技術可提供更好的噪聲抑制,并在更大范圍內保持優于模擬技術的話音質量,特別是在傳輸范圍的最邊緣;同時采用參量特征值語音壓縮合成技術,能有效地抑制噪聲并可抑制多種環境噪音,在高噪聲環境下通話仍然清晰。

                        2.3  運輸業務及信息化拓展對比

                        傳統模擬對講系統無法完成諸如短信息傳輸及任務單派遣等信息化應用,僅能滿足基本的語音對講需求。基于DMR的數字系統提供語音、數據和其他輔助服務。所有工作在數字基站覆蓋范圍內的用戶都可以通過配備的數字手持式終端實現對系統或基站覆蓋范圍內其他用戶的管理,調度臺的單呼、組呼、全呼等功能。

                        3   研究方案

                        3.1  綜合交通體數字無線信息系統構成

                        綜合交通體數字無線信息系統是一個數字平臺,將數字無線通信技術和信息化技術進行有機結合,依據綜合交通樞紐的實際應用,提供遠程數字無線對講、運輸信息自動推送、豐富的語音呼叫等功能。系統由通信服務器、接口服務器、調度臺、基站控制器、數字中繼臺、天饋系統及數字對講機組成。具體如圖2所示:

                        圖2    綜合交通體數字無線信息系統構成示意圖

                        接口服務器提供了對綜合交通樞紐內各運輸行業的數據接口,負責接收各行業的數據,包括公路車次信息、鐵路列車信息、航班信息等。接口服務器將收集到的各行業運輸信息送至通信服務器。通信系統服務器是無線通信系統的交換控制、數據處理中心,負責系統內各種數據的交互及處理。無線通信系統服務器是系統的關鍵設備,系統應選用高安全、高可用、高性能以及多用戶、多任務的系統平臺。調度臺主要通過調度臺的技術功能(語音和數據),實現調度中心對系統終端的日常業務和緊急業務的調度管理。基站控制器用于接收通信服務器發送的調度通信數據,并依據調度業務的類型,將調度信息發送給指定的數字中繼臺。數字中繼臺通過天饋系統將調度信息發送至對應的移動終端。數字對講機可以通過數字中繼臺建立語音呼叫業務。

                        3.2  豐富的無線對講功能

                        無線終端(數字對講機)可通過數字中繼臺實現語音互通,呼叫方式包括組呼、單呼、全呼、遲后進入、限時通話、呼叫顯示等豐富的呼叫功能。

                        單呼是指對講機具有單獨的身份ID,可進行點到點的呼叫通話。如果想要呼叫某一特定用戶,可以通過通訊錄選擇撥打要呼叫人員的單呼號碼進行呼叫。單呼時,只有通話的雙方能夠通話,其他人員無法接收通話信息。

                        組呼是指用戶可同時向多個用戶發起呼叫的雙向通信,是一點對多點的通信,以滿足不同部門的工作劃分。可按運輸業務將對講機用戶分為多個組進行管理,一般可分管理組、運輸作業組×N、保潔組、安保組等多個小組,業務管理效率高,且相互不干擾。

                        全呼是指調度員或經授權的用戶可對所有用戶發起呼叫,指揮人員需要向所有人員下達指令時,可發起系統全呼,系統中的所有成員都可以接收到指揮人員下達的指令,保證在緊急情況下做到“一呼百應”。

                        3.3  調度指揮功能

                        運輸組織作業信息自動推送功能通過接口服務器獲取各不同運輸行業的班車車次信息、火車到發信息、地鐵班次信息、航空航班信息等運輸相關信息。信息在通信服務器匯總并經數據處理后可自動發送到相應的運輸作業人員數字對講機中進行顯示。

                        同時相關信息可以直觀地反應到調度員操作臺上,調度員可通過獲取的信息制定跨行業的綜合運輸組織方案,可實現針對不同方向和不同運輸方式間客貨運輸的連續性,完成運輸服務的全過程。

                        調度員可以通過調度臺客戶端軟件,向所有無線終端發起單呼、組呼、全呼等語音指揮調度呼叫,無線終端可以根據需要進行匯報回話。向所有移動終端用戶發起短信單發、組發或全發操作,將調度指令等內容發送給目標終端。全部終端都能夠收到調度臺發送的調度短信,并且能夠將短信回復到調度臺客戶端軟件。

                        調度員可以通過調度臺的客戶端軟件,查詢系統用戶的通話記錄。調度員可以通過調度臺客戶端軟件,向所有數字對講機終端用戶發起遙閉、激活、呼叫提示、用戶檢測數字指令。

                        4   研究案例

                        4.1  研究案例概況

                        合肥南交通樞紐地處合肥市包河區,位于包河大道以西,宿松路以東,南廣場位于高速公路以南繁華大道以北,北廣場臨龍川路。這是一座集鐵路、城市軌道、城市道路交通換乘功能于一體的現代化大型交通樞紐。最高聚集人數2萬人,2020年、2030年高峰小時客流量分別為5 200人/h和9 500人/h。

                        合肥南交通樞紐主體建筑含地下一層,地上二層,主體建筑總高度38.05 m,規模超過1.8×105m2。地下一層為城市軌道交通合肥南地鐵站,地面層包括城市道路公共交通及鐵路車站出站廳,地上二層為高鐵合肥南站。

                        4.2  研究案例分析

                        對系統的研究結合工程設計的實際情況,在合肥南交通樞紐初步采用了本文介紹的系統方案。

                        首先確定系統覆蓋范圍應涵蓋整個交通樞紐,根據合肥南高鐵站建筑設計圖,了解到地上二層空間較為空曠,無線電信號傳輸過程中遮擋物較少,信號衰減程度較小;地面層空間較為空曠,信號傳輸問題不大;地下一層各個軌道間遮擋物如支柱樓梯馬道較多,信號衰減較為嚴重。架設一根天線于地上二層的中部偏北,用于二層及地面層偏北區域,又架設兩根天線于地面層和地下一層中部,信號的覆蓋可以滿足全站內的使用。實際電測數據如表1所示:

                        表1    合肥南交通樞紐實際電測數據表

                         

                        注:-100 dB以下信號均為合格,數字越小表示信號越強。

                        為了方便合肥南樞紐的本地維護,該系統中心設在合肥南的鐵路客運主機房內。主要中心設備有:兩臺基站控制器、一個外置雙工器、一個二合一合路器、一個一分二分路器、一臺通信服務器、一臺語音網關、一套模數轉換設備及吸盤天線等。另外,樞紐綜合控制室架設一套有線調度臺,并給客運人員配備了數字便攜臺。基站控制器提供了4信道的無線通信容量,通過雙工器、合路器、分路器連接天饋,給交通樞紐提供了無盲區覆蓋。通信服務器運行系統管理、中心控制和錄音服務的軟件,并通過接口服務器獲取實時的到發信息,并經信道機無線發送到便攜臺上進行顯示。目前已經接入了高鐵列車到發數據、軌道交通運行數據、公交運行數據,并初步實現了數據的共享與交互。考慮到各行業管理權限及安全責任的劃分,數據之間的融合還需要進一步完善。

                        合肥南交通樞紐根據用戶的實際需求設置了一套模數轉換設備,雖然本系統為基于DMR的全數字無線系統,但由于鐵路、公交系統在使用中還存在大量模擬用戶,城市軌道交通的部分用戶也使用了模擬手持臺,為了滿足這些用戶的需求,保護已經投入的建設成本,并提供向下兼容的系統功能,在工程實際運用中還是設置了一套模數轉換設備。經過數模轉換設備的轉換,數字系統將原有模擬對講作為一個用戶組進行管理,原來的模擬對講設備可以繼續使用,數字系統設備與模擬設備之間可以實現互聯互通,系統實現基本的語音通話功能,但是組呼、全呼、限時通話、呼叫顯示等數字系統功能都不能在模擬用戶和數字用戶之間實現,調度指揮功能也不能在模擬機上完成。該方案的意義在于保留了大量模擬用戶,用于廣泛地支持基本用戶的通信需求,而對于部分優先級別更高,有調度指揮需求的崗位又提供了功能強大,安全高效的數字系統。

                        合肥南交通樞紐綜合無線系統已經投入使用一年,系統經過了春運、暑運的考驗,目前系統運行情況良好,得到了用戶的肯定。

                        5   結束語

                        綜合交通樞紐是整合鐵路、公路、航空、內河航運、海港和運輸管道為一體的海陸空協同樞紐系統。綜合交通樞紐是交通運輸系統的重要組成部分,是連接多種運輸方式,輻射一定區域的客、貨轉運的中心。

                        本文對多種運輸行業的無線通信方案進行了調研,提出了一種基于DMR技術的綜合交通樞紐無線信息系統解決方案。系統采用全數字化技術,在實現基本的無線語音通話功能的基礎上,提供了多種豐富的語音業務功能,同時可以通過接口獲取各交通行業的運輸信息,為綜合交通樞紐的運輸組織提供了良好的技術支持。本系統基于網絡和信息化實現了對各種運輸方式的一體化管理,完成了運輸服務全過程,提高了運輸效率,降低了運輸成本,節約了資源,實現了交通樞紐的可持續發展。

                        交通行業通信技術發展較快,基于DMR技術的綜合交通樞紐無線信息系統解決方案雖然解決了部分實際問題,但是還有很大的提升空間。DMR系統的優勢在于語音傳輸效果好,缺點在于數據傳輸帶寬較窄,無法提供高數據量的無線通信服務。目前對基于WLAN的無線信息系統方案也有一定的研究,但是由于WLAN技術的局限性,如大型交通樞紐無線覆蓋實現困難,工程造價偏高等原因,方案可實施性不高。下一步考慮繼續研究基于LTE技術的綜合交通樞紐無線信息系統。

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                        作者簡介

                        李雪:副教授,碩士畢業于武漢理工大學,現任職于武漢職業技術學院電子信息工程學院,主要研究方向為移動通信技術。

                        王雪:高級工程師,學士畢業于中國地質大學(武漢),現任職于中鐵第四勘察設計院集團有限公司,主要研究方向為軌道通信技術。

                        作者:李雪 王雪   來源:《移動通信》2018年2月

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