TETRA技术在无人驾驶地铁线路中的应用

1、TETRA技术在无人驾驶地铁线路中的应用1 综述上海轨道交通10号线为列车无人驾驶线路，为实现TETRA数字集群无线列调系统通信的安全可靠，其分别在4号线东宝兴路和8号线中山北路设置主用交换控制中心（Main MSO）和备用交换控制中心（Backup MSO），还同时配置有线路的主用调度管控中心（Main OCC）和备用调度管控中心（Backup OCC），其中调度台和管理终端位于线路的OCC。基站和固定台位于线路的车站和车辆段/停车场，经过二次开发的车载台分别安装在10号线每列车的车头和车尾，而10号线的基站、降级使用固定台、车辆段/停车场远端调度台通过本线路的传输系统回联到线路的OCC，再

2、通过上层传输网回联到主用交换控制中心（Main MSO）。在线路上的车载台和手持便携台可与位于OCC的调度台进行非常可靠的通信和应用（语音调度和二次开发应用）。10号线的二次开发系统在摩托罗拉TETRA数字集群系统提供的API（应用程序接口）上进行定制，开发出符合列车无线调度实际操作需求的系统功能。经过二次开发之后，调度台、车载台的用户界面可以支持中文，操作能更贴近地铁用户的使用习惯和工作特点，并实现地铁行业用户的特色的功能需求。2 系统设计针对10号线TETRA数字集群无线系统，配备了主用OCC、备用OCC、基站、车站固定台、降级使用固定台、车载台和便携台。主备OCC、基站、以及降级使用固定

3、台的链路通过本线的传输系统相连，同时主备OCC、基站的链路通过上层传输回到主备MSO。具体如下图所示：在主用交换控制中心（Main MSO）出现故障的情况下，通过上层传输的手动转换，将来自10号线OCC的链路全部转接到备用交换控制中心（Backup MSO）。10号线同时采用主备OCC的方式来实现调度台系统的热备份，主备OCC之间的切换是由主应用服务器、主用OCC的CAD服务器、备用OCC的CAD服务器协同工作来实现的，切换的触发可以采用GUI界面手动触发，以及故障情况下的自动触发两种方式。主备OCC冗余配置了CAD服务器、行车调度台、乘客调度台、总调台、维修调度台、数字录音机、网管终端等设备

4、。通过OCC相关设备和二次开发应用，可实现以下一些调度功能，包括：n 列车广播（Live PA）n 列车预录广播播放（Pre-recordable Announcement）n 无人驾驶情况下，车厢应急对讲电话（IPH）n 监控电视的控制（CCTV Control）n 旅客信息（PIS）n 有人驾驶情况下，接收RTT请求通话针对10号线无人驾驶的安全行驶和可靠性需求，和特殊的覆盖需求，10号线全线采用全基站的方案。同时每个基站下设置降级使用固定台，进入降级使用模式后的基站所提供的功能与上海轨道交通其他有人驾驶的线路相同，仅提供基本的话音通信，在降级使用模式下列车需由无人驾驶转为有人驾驶。10号

5、线车头/车尾分别配备车载台，两个车载台的硬件配置完全相同。如图所示，每个车载台主要由2部TETRA数字集群电台、2根车载台天线、列车控制接口（TCI）、操作面板（RCP）等组成。车载台具备与车上其它设备通信的外部接口，包括：n Data/RS485/TCI<->TMS：一路双向数据接口，辅助实现列车广播（Live PA）、列车预录广播播放（Pre-recordable Announcement）、车厢应急对讲电话（IPH）n Voice/TCI<->TMS：一路双向话音接口，为列车广播（Live PA）、车厢应急对讲电话（IPH）提供话音通道n Data/RS485/T

6、CI<->TISCS：一路双向数据接口，实现监控电视的控制（CCTV Control）、旅客信息（PIS）具体如下图所示：车载台可完成10号线的特有功能，包括：n 列车预录广播播放（Pre-recordable Announcement），预录话音由TMS提供n 车厢应急对讲电话（IPH）n 监控电视的控制（CCTV Control）n 旅客信息（PIS）n 向分线网管终端报告车载台故障信息（汇总）在无人操作的情况下，除操作面板被锁定不能使用外，车载台会实现特有功能，一旦位于车头的车载台出现任何问题，CAD系统便会停止其工作，转而启动位于车尾的车载台，保持无线通信的畅通。同时，车载

7、台通知TISCS发生了车头/车尾车载台的切换，并向TMS报告故障信息(汇总)。在TMS通知车载台进入有人操作的前提下，车载台进入有人操作的状态，通过操作面板上的登录操作，操作面板可以使用。此时，车载台不再支持车厢应急对讲电话（IPH）3 重叠覆盖设计10号线采用全基站重叠覆盖方案，一期包括29个车站和1个停车场共30个基站。除停车场的地面基站为2载频外，其余均为地下4载频基站。每个基站通过泄漏同轴电缆向线路区间提供信号，车辆段和停车场安装室外天线满足覆盖需求。用于无线覆盖的射频覆盖组件分为以下几类：n 基站n 光纤直放站主站(BDA MU)n 光纤直放站远端站(BDA RU)n 泄漏电缆和天线

8、(LCX&ANT)基站基站为系统提供无线覆盖，使移动台（MS）在系统的无线覆盖范围中移动时能够获得无线服务。光纤直放站主站直放站主站与基站设备（BTS）安装在同一地点，为了向直放站主站提供信号，用30dB 的耦合器来耦合射频信号，耦合路径则通向光单元，用于向远端站提供输入信号。在下行路径中，接口单元把来自BTS 的射频信号分开并将其传递给光单元。光单元是一个控制、提供信号并监视光纤连接远程单元的中央单元。本单元将射频信号转换为光信号，并通过光纤传输给远端设备。所有射频线路的阻抗都是50 欧姆。光纤是单模光纤1310nm。将一或多个远端站与主站结合起来便可形成射频信号光分布系统。通过这样

9、一套系统，可实现室内、室外覆盖，提供高质量通信。在上行路径中，光单元将传入的光信号转换为射频信号并将其发送给上行合路器。光纤直放站远端站远端站包括远端光单元和直放站。远端光单元提供必要的光学-射频信号转换功能。此外，该单元还包含报警处理板。报警处理板综合各种直放站报警和状态信息，以便通过光纤分配给主站接口单元。泄漏电缆和天线在整个地下隧道区域、车站站台的轨道、中央大厅及车辆段/停车场区域，泄漏电缆和天线都是信号分布的骨干。在一个完整的解决方案中，泄漏电缆和天线系统包括功率分配器、耦合器及其它射频组件。为了提供射频覆盖，轨道都使用泄漏电缆。泄漏电缆的尺寸为1 5/8 英寸，根据所覆盖轨道长度进行

10、敷设。泄漏电缆是同轴电缆，其外部铜箔为外导线。在外导线上的铣槽使能量通过电缆进行辐射和耦合，其充当了分布天线和传输线路的双重角色。天线是一种无源设备，无线信号从天线辐射至自由空间。车辆段/停车场室内和车站利用天线实现射频覆盖。室内天线将安装在车站适当位置，使射频信号可覆盖中央大厅、站台及入口区域。室外天线将安装在车辆段/停车场，用于覆盖车辆段/停车场室外区域。设计方法为了确保轨道沿线覆盖的一致性，地下部分均使用LCX 系统。开放区域（如车辆段）依靠室外天线提供覆盖，而车站的覆盖则依靠泄漏电缆和室内天线系统提供。具体覆盖视具体情况而定。· 漏缆在隧道内为单侧敷设，上下行隧道各一条。&#

11、183; TETRA系统的工作频率为806-821MHz （上行） 和851-866MHz （ 下行 ）针对不同的区域采用不同的方式正线全线采用漏缆敷设，岛式车站穿过站台。站台覆盖分为两种方式，岛式站台由穿过站台的区间漏缆来覆盖，侧式站台采用室内吸顶天线覆盖。站厅、设备层、车站控制室、换乘通道均采用室内吸顶天线覆盖。车辆段/停车场原则上采用基站室外天线进行覆盖。考虑到频率复用以及库内覆盖的问题，考虑增加库内覆盖用光纤直放站。漏缆在隧道内为单侧敷设，上下行隧道各一条。在地面段及高架区间为单侧敷设，根据摩托罗拉在上海轨道交通无线覆盖方面的实施经验及实际试验计算结果，对于较长的区间，为了避免在长区间

12、增设直放站（超长区间除外），则采用功分过轨的方式，即将射频信号同时引入到轨道两边的女儿墙上，这样可以延长区间覆盖长度。针对10号线的可靠性要求，在地面和高架区段采用双侧敷设漏缆。在采取了全基站覆盖方案后提高了覆盖可靠性因此在线路区间可实现重叠覆盖，重叠覆盖计算：取漏缆2 米处95%的耦合损耗进行计算，那么如果按照基站有效输出功率40dBm 车载台沿线下行最低可用电平门限为103dBm。 这意味着，如果信号强度低于103dBm，则无线链路将中断计算，通过链路预算，计算结果为两个基站间的最大区间距离为2.8km，最小区间长度不小于0.9km，将可满足车载台在区间的重叠覆盖使用。站厅、站台（个别侧式

13、站台需天线覆盖的站台）不在重叠覆盖使用计算范围内。因车载台的接收天线及电平门限与手持台设置不同。手持台不在重叠覆盖使用计算考虑中。同时由于采取了重叠覆盖方案，使得每个基站的覆盖区域得以延伸，因此移动台的越区切换时将不发生两站区间的中心位置（一般发生在车站上）。4 二次开发特色应用车厢应急对讲电话（IPH）车厢内乘客按下IPH按钮，车载台通过TMS与车载台的数据接口获得申请呼叫信息，车载台通过短消息将该请求信息发送到OCC调度台。如果同时有多个呼叫申请，则没有被调度允许的呼叫申请将进行排队等候。调度通过短消息通知车载台已被选择的呼叫信息，车载台再通过TMS与车载台的数据接口将该信息通知IPH系统

14、，同时车载台建立一个全双工的呼叫。乘客和调度的话音信号通过IPH系统和车载台之间的音频通路传送。监控电视的控制调度台可以通过车载台与CCTV之间的数据接口实现对列车CCTV系统的选择操作和控制。车载台与CCTV间通过双向的数据通道连接，当调度员需要选择某个操作时，调度台通过短消息发送到车载台，车载台再将调度员操作信息通过数据通道传送至CCTV系统，同时，将CCTV系统的反馈信息发送至调度台。列车预录广播播放当调度员操作列车预录广播信息时，调度台将调度员的操作信息通过短消息发送到车载台，车载台通过TMS与列车预录广播系统的单向数据连接，将该信息发送至广播系统。同时车载台向调度发送确认信息。调度员

15、通过该接口也可实现对预录广播重复播放功能。旅客信息（PIS）车载台与PIS系统进行单向数据连接，调度台可通过车载台实现对列车PIS系统的文字信息传送。调度台将要发送给PIS系统文字信息以短消息形式发送给车载台，车载台再通过数据接口发送给PIS系统进行显示。为确保数据安全到达，当车载台发送完数据后需要对调度台发送确认消息，如果调度台在规定时间内未收到确认消息，调度台采用重发消息等措施降低故障。向分线网管终端报告车载台故障信息 车载设备将定时的将车载的故障及状态信息通过二次开发系统内部网络上传十号线分线网管。故障及状态信息包括车载运行状态、车载设备对外接口的连接状态等。一旦位于车头的车载台出现任何

16、问题，CAD系统便会停止其工作，转而启动位于车尾的车载台，保持无线通信的畅通。同时，车载台通知TISCS发生了车头/车尾车载台的切换，并向TMS报告故障信息。5 10号线TETRA数字集群无线列调系统在9.27事故中的表现2011年9月27日14：10分，上海地铁10号线新天地站电源系统设备故障，交通大学至南京东路上下行采用电话闭塞方式，列车限速运行。期间14：51分列车豫园至老西门下行区间两列车不慎发生追尾，14点51分，虹桥路站至天潼路站9站路段实施临时封站措施，其余两端采取小交路方式保持运营，启动公交配套应急预案，公安、武警等赶赴现场协助疏散。在整个事故发生期间TETRA数字集群系统一直工作正常并在后续的应急处理过程中,发挥了重要的作用。这样突出的表现归功于重叠覆盖设计。其实，事发车站的所有设备因为电源故障，已经全部中断，但是该站所覆盖的无线信号是由两侧临站车站的设备延伸过来的，因此，从使用者角度来说，似乎系统一切正常，为使用者提供了可靠的通信保障。6 小结上海轨道交通10号线作为国内第一条无人驾驶线路，也激发了很多新的应用，新的设计思路。比如：n 重叠覆盖设计：在一个车站区域，除了本站的无线信号之外，还有两侧临站车站的信号延伸过来，保证一旦该站出现故障，本站区域还有无线信号覆盖，不影响使