无线通信技术在地铁列车监控系统中的应用研究

摘要：近些年来城市轨道交通发展较快，在一定程度上也推进我国城市化进程，为了保证地铁的安全运行，需要在地铁列车监控系统之中应用无线通信技术，基于此，本文论述了无线通信技术在我国地铁列车监控系统之中的应用。

关键词：无线通信；地铁列车；监控系统

中图分类号：U231 文献标识码： A

引言

地铁已经成为人们生活的重要组成部分。随着地铁事业的不断发展，客运量不断增加，地铁安全问题受到了社会各界越来越广泛的关注，保障地铁安全运行，需要一套稳定、可靠、高效的监控系统支持。地下空间相对较窄，列车运行线路却很长，沿途站点又多，需要地铁列车与地面指挥中心进行很好的配合。因此，相互通信显得尤为重要。无线通信技术的快速发展，为地铁列车高质量、高速率的安全运行提供了良好的契机。

1、无线通信技术定义

无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。

2、无线通信技术原理

任何导体中电流强弱的变化都会产生电磁波。利用这一物理现象，通过调制可将信息加载于电磁波之上。当电磁波通过空间传播到达收信端，电磁波引起的电磁场变化又会在导体中产生变化的电流，通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。

3、无线通信技术的优点与缺点

无线通信技术有着有线通信技术无法比拟的优点，但基于现阶段的技术，无线通信技术也有无法超越有线通信技术的缺点。下面我们通过比较。

优点一：使用无线通信方式组网，通讯系统建设周期短，安装调试简单、快捷，同时减少投资。有线通信方式的建立必须通过架设通信电缆或光缆，而信号缆的架设一般通过挖掘电缆沟或建设通信杆的方式。这种方式需要花费大量的人力和物力、建设时间长，一旦遇到特殊的应用环境，如山地、湖泊、林区等特殊地理环境或是移动物体等，布线相当困难。有线网络的架构有很强的制约性。而无线通信方式只需在每个终端连接无线传输装置和建设适当高度的天线即可。

优点二：无线通信方式扩展性好。如无线网络已组网完毕，一旦需要增加新的用户而扩大网络，只需增加相应新的无线通信设备。而有线网络首先需要重新布线，其次增加通信设备和接口，不但施工周期长，而且大大增加投资。并且无线通信方式可方便增加动态使用者，这是有线组网无法企及的。来说明两者的优缺点。

缺点一：无线通信方式安全性较差，容易受到黑客攻击。这一点是无线通信方式最大的不足。任何事物都有两面性，无线通信方式就是因为有上述优点，就不可避免的容易被不法分子利用。例如，我们家庭利用无线网络交换机组建的局域网，经常被邻居“赠网”，即使通过设置密码，现也有相应途径破解。

缺点二：无线通信方式带宽较低，通信速率短期无法超越有线通信。以3G无线通信网络为例，3G无线通讯理论速率为：下行速度峰值理论可达3.6Mbit/s，上行速度峰值也可达384kbit/s。而光纤理论通讯速率为16Gbit/s以上，两者相差甚远。

3、无线通信技术在地铁列车监控系统中的应用

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1、地铁列车监控系统中的无线网络技术要求

在地铁监控系统中，最明显的客观条件就是系统本身常常会受到很大的限制，因此，无线通信技术的应用非常重要。要想使列车监控系统的核心保持正常运行，就要运用高速稳定的无线通信技术。地铁列车监控系统的要求有以下几个方面：高数据传输速率、支持运动状态、无线网络覆盖领域广泛、需要利用漫游来进行切换、安全稳定性高等。

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2、无线通信技术在地铁列车监控系统应用中的结构

地铁列车监控系统的无线通信模型如图1所示

图1地铁列车监控系统结构

移动节点STA安装在车上，列车速度可以达到120公里/小时，并且能够沿着多个铺设的AP向STA提供视频和音频数据服务，用于监控列车的运行状态、控制速度等。在列车提速的过程中，需要多个AP进行快速的切换，由于切换过程中很容易产生丢包、延迟现象，都会对无线网络的质量产生很严重的影响，甚至导致整个网络沟通障碍，引起交通事故。因此，AP和STA之间信息的成功交换是无线通信技术在地铁中应用的重要目标。

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3、摄像头模块本系统

图2RS232字节数据传输时序图

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4、GPRS通信模块

GPRS是通用分组无线业务的简称，具有通信速度快、永远在线、收费合理等优点，使得GPRS通信模块在远程无线通信控制中得到广泛应用。本系统通过单片机控制GPRS通信模块进行数据传输，一方面要求所用的GPRS通信模块能够连接到GPRS网络，另一方面要求在GPRS通信模块支持实现TCP/IP传输协议，以实现在Internet网络的数据传输。本系统的GPRS通信模块选用SIMCOM公司的SIM300S，尺寸小、功耗低、性能突出。该模块内置TCP/IP传输协议，省去了外部繁琐的编程，同时它集成了标准的RS232接口以及SIM卡，采用AT指令集通过串口对它进行初始化设置。

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5、监控中心

监控中心主要由行车调度中心、车厂调度中心、视频监控中心以及车站控制室共同组成。监控中心通过无线传输网络接收列车传输过来的实时位置信息、车厢内的视频图像等，了解列车的运行情况。列车也可以按照监控中心发送过来的信号在监控中心的远程控制下运行。

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6、红外探测模块

4、结语

随着地铁事业快速发展的要求，无线通信技术已经成为地铁监控系统建设中一个重要的、关键的技术手段。无线通信技术克服了传统有线网络受制于列车快速运行，距离跨度大等客观条件的缺陷，使地铁列车监控系统更为方便、实时和高效。但与此同时，无线通信技术相比传统有线网络仍然存在着传输有延迟、稳定性不足等缺点，在今后的工作中，如何有效提高无线通信技术应用的稳定性和可靠性，将成为研究的重点方向。