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综合交通枢纽无线信息系统解决方案

http://www.c114.com.cn ( 2018/9/11 10:26 )

【摘要】针对目前的综合交通体内无线对讲及信息共享等有关问题进行了调研,提出了一种基于DMR技术的综合交通枢纽无线信息系统解决方案。该系统方案采用全数字化技术,在实现基本的无线语音通话功能的基础上,提供了多种丰富的语音业务功能,同时可以通过接口获取各交通行业的运输信息,为综合交通枢纽的运输组织提供了良好的技术支持。

【关键词】交通枢纽;数字无线;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

综合交通体是各种运输方式在社会化的运输范围内和统一化的运输过程中,根据其具备的技术经济特点组成分工协作、有机结合、连续贯通、布局合理的交通运输综合体。一般是由铁路、公路、水路、航空等各种运输方式及其线路、站场等组成的综合体系。

目前综合交通体内的各交通体系相对独立运作,系统之间沟通方式单一。比如在公路、铁路系统中的客运作业一般采用400 MHz频段的模拟无线对讲系统,该系统是运输作业人员在日常作业和设备维护中必不可少的联络工具和使用最频繁的通信系统,无论是接发车、检票、查票、旅客引导和服务,均需要通过对讲系统进行联系交流、沟通、确认。

目前正在使用的模拟系统存在着通信技术较落后、频率干扰较严重、信道较少、发起呼叫较困难、覆盖盲区较多而且语音不清晰等诸多问题。模拟无线通信系统的使用已经不适应现代化综合交通体内的运输作业与组织需求,存在管理部门不能及时准确掌握交通体内的运输组织动态,各种交通系统运输信息不能分享,不能及时有效互联互通,且应急状态下不能联网指挥的问题。可以说模拟系统已经无法应对飞速发展的综合交通体内的运输指挥调度。

DMR(Digital Mobile Radio)数字集群通信标准是ETSI(欧洲通信标准协会)为了满足欧洲各国的中低端专业及商业用户对移动通信的需要而设计并制订的开放性标准。数字集群通信标准采用的是TDMA(双时隙)多址方式,12.5 kHz的信道间隔,调制方式采用4FSK,数据传输速率为9.6 kb/s,提供语音、数据及其他辅助服务。

针对目前的综合交通体内无线对讲及信息共享等有关问题进行了调研,提出了一种基于DMR技术的综合交通枢纽无线信息系统解决方案,以下简称为综合交通体数字无线信息系统。系统采用全数字化技术,在实现综合交通体无线对讲功能的基础上,整合各交通行业无线对讲功能,实现数字无线对讲全覆盖和综合交通信息综合处理及自动推送等功能。

2   研究方案对比

虽然传统的模拟通信技术仍具有不少优势,如成本低廉,可自定义的功能和简便的搭建方式等,但模拟通信技术已受到来自其自身技术政策上的限制,主要的限制包括工业和信息化部通信产业政策上明确了由模拟方式转为数字方式的时间进程。模拟系统经常会被不知来源的信号干扰,严重时会直接影响到调度及指挥,其存在保密性差,电池使用寿命短等问题。

2.1  覆盖及保密性对比

模拟对讲机频点一般是25 kHz,且只支持一个模拟信道话音通信,无法分组,成了一呼全通,如果想要设置不同的组,需要手动转换频点,否则无法通信。相互影响大,而且不利于个别情况私密通信的需求。采用数字化对讲技术,可有效地加强无线指挥的保密性,提高抗干扰能力,提高工作效率。

DMR数字对讲机是基于数字传输技术而设计的,其工作原理是先将语音信号进行数字化,再以数字编码方式进行传播。数字对讲机具有语音清晰、保密性强、节省频率资源、功能强大等特点,因此受到交通行业用户的普遍关注和喜爱。采用数字无线基站,可有效地改善信号覆盖。数字基站有效覆盖范围一般在2~5 km,能有效地覆盖交通枢纽各工作区域;采用400 MHz无线通信,具备绕射能力及穿透能力,可有效地覆盖多层、地下、电梯间等工作区域;如遇盲区时可采用室内射频扩展延伸技术,补充盲区的覆盖。

图1    模拟覆盖与数字覆盖的对比

2.2  频谱利用率及抗干扰能力对比

模拟对讲机没有进行数字化处理,噪声会随着讲话声音一起被放大传输,抗噪能力差。数字化的TDMA系统,采用12.5 kHz频率,同时在此频率内将信道分成2个时隙(2个信道)进行工作。理论上比模拟系统节省了4倍的频率资源。同时可继续使用和模拟中继相同的天馈线及双工器,并使对讲机电池的工作时间延长了将近40%。DMR数字技术可提供更好的噪声抑制,并在更大范围内保持优于模拟技术的话音质量,特别是在传输范围的最边缘;同时采用参量特征值语音压缩合成技术,能有效地抑制噪声并可抑制多种环境噪音,在高噪声环境下通话仍然清晰。

2.3  运输业务及信息化拓展对比

传统模拟对讲系统无法完成诸如短信息传输及任务单派遣等信息化应用,仅能满足基本的语音对讲需求。基于DMR的数字系统提供语音、数据和其他辅助服务。所有工作在数字基站覆盖范围内的用户都可以通过配备的数字手持式终端实现对系统或基站覆盖范围内其他用户的管理,调度台的单呼、组呼、全呼等功能。

3   研究方案

3.1  综合交通体数字无线信息系统构成

综合交通体数字无线信息系统是一个数字平台,将数字无线通信技术和信息化技术进行有机结合,依据综合交通枢纽的实际应用,提供远程数字无线对讲、运输信息自动推送、丰富的语音呼叫等功能。系统由通信服务器、接口服务器、调度台、基站控制器、数字中继台、天馈系统及数字对讲机组成。具体如图2所示:

图2    综合交通体数字无线信息系统构成示意图

接口服务器提供了对综合交通枢纽内各运输行业的数据接口,负责接收各行业的数据,包括公路车次信息、铁路列车信息、航班信息等。接口服务器将收集到的各行业运输信息送至通信服务器。通信系统服务器是无线通信系统的交换控制、数据处理中心,负责系统内各种数据的交互及处理。无线通信系统服务器是系统的关键设备,系统应选用高安全、高可用、高性能以及多用户、多任务的系统平台。调度台主要通过调度台的技术功能(语音和数据),实现调度中心对系统终端的日常业务和紧急业务的调度管理。基站控制器用于接收通信服务器发送的调度通信数据,并依据调度业务的类型,将调度信息发送给指定的数字中继台。数字中继台通过天馈系统将调度信息发送至对应的移动终端。数字对讲机可以通过数字中继台建立语音呼叫业务。

3.2  丰富的无线对讲功能

无线终端(数字对讲机)可通过数字中继台实现语音互通,呼叫方式包括组呼、单呼、全呼、迟后进入、限时通话、呼叫显示等丰富的呼叫功能。

单呼是指对讲机具有单独的身份ID,可进行点到点的呼叫通话。如果想要呼叫某一特定用户,可以通过通讯录选择拨打要呼叫人员的单呼号码进行呼叫。单呼时,只有通话的双方能够通话,其他人员无法接收通话信息。

组呼是指用户可同时向多个用户发起呼叫的双向通信,是一点对多点的通信,以满足不同部门的工作划分。可按运输业务将对讲机用户分为多个组进行管理,一般可分管理组、运输作业组×N、保洁组、安保组等多个小组,业务管理效率高,且相互不干扰。

全呼是指调度员或经授权的用户可对所有用户发起呼叫,指挥人员需要向所有人员下达指令时,可发起系统全呼,系统中的所有成员都可以接收到指挥人员下达的指令,保证在紧急情况下做到“一呼百应”。

3.3  调度指挥功能

运输组织作业信息自动推送功能通过接口服务器获取各不同运输行业的班车车次信息、火车到发信息、地铁班次信息、航空航班信息等运输相关信息。信息在通信服务器汇总并经数据处理后可自动发送到相应的运输作业人员数字对讲机中进行显示。

同时相关信息可以直观地反应到调度员操作台上,调度员可通过获取的信息制定跨行业的综合运输组织方案,可实现针对不同方向和不同运输方式间客货运输的连续性,完成运输服务的全过程。

调度员可以通过调度台客户端软件,向所有无线终端发起单呼、组呼、全呼等语音指挥调度呼叫,无线终端可以根据需要进行汇报回话。向所有移动终端用户发起短信单发、组发或全发操作,将调度指令等内容发送给目标终端。全部终端都能够收到调度台发送的调度短信,并且能够将短信回复到调度台客户端软件。

调度员可以通过调度台的客户端软件,查询系统用户的通话记录。调度员可以通过调度台客户端软件,向所有数字对讲机终端用户发起遥闭、激活、呼叫提示、用户检测数字指令。

4   研究案例

4.1  研究案例概况

合肥南交通枢纽地处合肥市包河区,位于包河大道以西,宿松路以东,南广场位于高速公路以南繁华大道以北,北广场临龙川路。这是一座集铁路、城市轨道、城市道路交通换乘功能于一体的现代化大型交通枢纽。最高聚集人数2万人,2020年、2030年高峰小时客流量分别为5 200人/h和9 500人/h。

合肥南交通枢纽主体建筑含地下一层,地上二层,主体建筑总高度38.05 m,规模超过1.8×105m2。地下一层为城市轨道交通合肥南地铁站,地面层包括城市道路公共交通及铁路车站出站厅,地上二层为高铁合肥南站。

4.2  研究案例分析

对系统的研究结合工程设计的实际情况,在合肥南交通枢纽初步采用了本文介绍的系统方案。

首先确定系统覆盖范围应涵盖整个交通枢纽,根据合肥南高铁站建筑设计图,了解到地上二层空间较为空旷,无线电信号传输过程中遮挡物较少,信号衰减程度较小;地面层空间较为空旷,信号传输问题不大;地下一层各个轨道间遮挡物如支柱楼梯马道较多,信号衰减较为严重。架设一根天线于地上二层的中部偏北,用于二层及地面层偏北区域,又架设两根天线于地面层和地下一层中部,信号的覆盖可以满足全站内的使用。实际电测数据如表1所示:

表1    合肥南交通枢纽实际电测数据表

 

注:-100 dB以下信号均为合格,数字越小表示信号越强。

为了方便合肥南枢纽的本地维护,该系统中心设在合肥南的铁路客运主机房内。主要中心设备有:两台基站控制器、一个外置双工器、一个二合一合路器、一个一分二分路器、一台通信服务器、一台语音网关、一套模数转换设备及吸盘天线等。另外,枢纽综合控制室架设一套有线调度台,并给客运人员配备了数字便携台。基站控制器提供了4信道的无线通信容量,通过双工器、合路器、分路器连接天馈,给交通枢纽提供了无盲区覆盖。通信服务器运行系统管理、中心控制和录音服务的软件,并通过接口服务器获取实时的到发信息,并经信道机无线发送到便携台上进行显示。目前已经接入了高铁列车到发数据、轨道交通运行数据、公交运行数据,并初步实现了数据的共享与交互。考虑到各行业管理权限及安全责任的划分,数据之间的融合还需要进一步完善。

合肥南交通枢纽根据用户的实际需求设置了一套模数转换设备,虽然本系统为基于DMR的全数字无线系统,但由于铁路、公交系统在使用中还存在大量模拟用户,城市轨道交通的部分用户也使用了模拟手持台,为了满足这些用户的需求,保护已经投入的建设成本,并提供向下兼容的系统功能,在工程实际运用中还是设置了一套模数转换设备。经过数模转换设备的转换,数字系统将原有模拟对讲作为一个用户组进行管理,原来的模拟对讲设备可以继续使用,数字系统设备与模拟设备之间可以实现互联互通,系统实现基本的语音通话功能,但是组呼、全呼、限时通话、呼叫显示等数字系统功能都不能在模拟用户和数字用户之间实现,调度指挥功能也不能在模拟机上完成。该方案的意义在于保留了大量模拟用户,用于广泛地支持基本用户的通信需求,而对于部分优先级别更高,有调度指挥需求的岗位又提供了功能强大,安全高效的数字系统。

合肥南交通枢纽综合无线系统已经投入使用一年,系统经过了春运、暑运的考验,目前系统运行情况良好,得到了用户的肯定。

5   结束语

综合交通枢纽是整合铁路、公路、航空、内河航运、海港和运输管道为一体的海陆空协同枢纽系统。综合交通枢纽是交通运输系统的重要组成部分,是连接多种运输方式,辐射一定区域的客、货转运的中心。

本文对多种运输行业的无线通信方案进行了调研,提出了一种基于DMR技术的综合交通枢纽无线信息系统解决方案。系统采用全数字化技术,在实现基本的无线语音通话功能的基础上,提供了多种丰富的语音业务功能,同时可以通过接口获取各交通行业的运输信息,为综合交通枢纽的运输组织提供了良好的技术支持。本系统基于网络和信息化实现了对各种运输方式的一体化管理,完成了运输服务全过程,提高了运输效率,降低了运输成本,节约了资源,实现了交通枢纽的可持续发展。

交通行业通信技术发展较快,基于DMR技术的综合交通枢纽无线信息系统解决方案虽然解决了部分实际问题,但是还有很大的提升空间。DMR系统的优势在于语音传输效果好,缺点在于数据传输带宽较窄,无法提供高数据量的无线通信服务。目前对基于WLAN的无线信息系统方案也有一定的研究,但是由于WLAN技术的局限性,如大型交通枢纽无线覆盖实现困难,工程造价偏高等原因,方案可实施性不高。下一步考虑继续研究基于LTE技术的综合交通枢纽无线信息系统。

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作者简介

李雪:副教授,硕士毕业于武汉理工大学,现任职于武汉职业技术学院电子信息工程学院,主要研究方向为移动通信技术。

王雪:高级工程师,学士毕业于中国地质大学(武汉),现任职于中铁第四勘察设计院集团有限公司,主要研究方向为轨道通信技术。

作者:李雪 王雪   来源:《移动通信》2018年2月

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