信号与通信（精选12篇）
信号与通信 篇1
一、引言
1、城市轨道交通发展概况。
交通信号不仅是列车运行的通行证,更是安全运行的棒。轨道交通要实现安全运行和提高通过能力两大,离不开轨道交通信号的发展和应用。20世纪中叶以微电子技术,信息技术和计算机网络技术等科学技术展,给轨道交通信号技术带来了了一场颠覆性革命,轨道交通信号系统(即ATC)应运而生,它为轨道交全运行和通过能力的提高发挥了巨大作用。不仅提运行效率,同时实现了列车运行的自动化。
二、城市轨道交通信号系统
1、城市轨道交通信号系统组成和作用。
轨道交通信号系统是由各类信号显示、轨道电路、道完整的体系。目前城市轨道交通的信号系统一般包括两大部分:联锁装置和列车自动控制系统ATC(Automatic Train Control)。ATC系统包括三个子系统:列车自动监控系统(简称ATS)、列车自动防护系统(简称ATP)、列车自动运行系统(简称ATO)。
ATC系统是一种依据地面传送的信息,自动控制列车运行状态的信号设备。可实时监控列车的轨道运行速度,并参照允许速度及时作出反应,通过对列车的制动控制,自动降低列车速度,确保列车高效、安全的运行。城市轨道交通信号系统是确保列车安全运行,实现行车综合指挥和列车运行智能化,提高运输能力和效率的重要系统设备。
2、城市轨道交通ATC系统的特点。
传统的轨道交通信号系统是通过设置在地面的色灯信号机来传递不同的行车信息和命令,这种信号模式是依赖司机对列车进行速度控制和调整,人为因素占主导地位,安全性差,已经不适应轨道交通的发展。而ATC系统是一种智能化系统,它将列车信号作为主体信号,把具体的速度或距离信息传递给列车指挥系统,列车按调度人员设置的工作程序和时刻表,实现自动运行、自动调整停站时分,以及运用控制程序实现列车在车站的停靠要求。ATC系统大大提高了轨道运营效率和安全系数,具有广阔的发展和应用前景。
3、城市轨道交通信号系统的功能理解。
(1)联锁是指为确保列车运行的安全,将轨道线路中的所有交通信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系,即“联锁”关系。它主要是控制列车的确定路线和进出改变路线。
(2)ATC系统各部分的功能理解。(1)列车自动防护(ATP)子系统。ATP子系统可分级或连续对列车运行的速度状态进行防护,主要是针对列车运行进行防护,实行监控与安全有关的设备或系统,实现列车间隔保护、超速防护等功能,其主要工作原理是及时的将一些地面信息(如来自联锁设备和操作层面上的信息、地形信息、前方目标点的距离和允许速度等)传至车上,进行分析判断,从而得出此时所允许的安全速度,依此来监督和管理列车的速度状态。当列车实际速度大于安全速度时,ATP子系统就会通过全制动或紧急制动控制列车速度,使列车停在显示红灯信号机或停车指定位置。这种系统通过仪表指示方式向司机显示列车应有速度、目的地距离和目的速度等数字式信息,司机只要按列车的这些速度信息操作列车运行,就能保证列车的安全。这样可以有效缩短列车间隔,提高轨道线路的运行效率和行车的安全可靠性。(2)列车自动监控(ATS)子系统。ATS系统依靠ATP系统的支持完成对列车运行的自动监控。ATS子系统在电脑辅助下做出对列车基本运行图的编制及管理,并具有较强的人工介入能力。它主要实现对列车在轨运行的监督和控制,辅助行车调度人员对全线列车运行的状态进行管理。行车调度人员可以以此把控列车的运行情况,监督和记录运行图的执行情况,在列车因故偏离运行图时,及时提出调整建议或者自动修整运行图,作出处理反应,通过ATO系统的显示终端,向无线通信、广播、旅客向导系统提供必要的信息(例如:列车到达、出发时间,运行方向,中途停靠站名等)。(3)列车自动运行(ATO)子系统。ATO子系统是控制列车自动运行的设备,由车载设备和地面设备组成,它可以对列车进行自动驾驶,并实现行车安全和行车要求,可以避免不必要的、过于剧烈的加速和减速,使列车出于最优化运行状态,节约电能。ATO子系统主要用于实现“地对车控制”,即用地面信息实现对列车驱动和制动的控制。使用ATO子系统后,列车能根据停车站点的位置及停车精度,自动地对车门进行开关控制,因此明显提高了旅客的舒适度、列车准点率,提升了列车运行档次。
三个子系统是个有机的整体,通过信息共享网络构成一个安全指挥系统,实现地面控制与列车控制的有效结合,提高了运行效率。
三、通信信号系统的发展趋势
(1)系统的应用实现IP化。随着科技进步,轨道交通信号系统将逐步地实现IP化。多信息传输和共享平台以及虚拟专用局域网业务(MPLS/VPLS)等技术的成熟应用,使得IP服务质量将逐步得到保障,这将有力促进轨道交通运营的信号系统实现IP化,IP化可以使轨道交通运营的管理更加便捷,效率更高,进一步降低交通运行的成本。(2)通信、信号系统一体化。就目前而言,城市轨道交通的信号和通信系统还是相对独立的。这种局面不利于轨道交通的发展。近年来,轨道交通列车自动控制系统(ATC),需要经过多次数据处理和信息交换,才能实现安全防护功能,这种情况需要通信技术和信号技术的融合统一。实践证明,网络通信技术和信息技术的迅速发展为信号系统的进一步发展提供了有利条件。我们有理由相信,发展中的通信信号系统将逐步走向一体化,最大限度地实现信息共享和信息传输,发挥城市轨道交通通信信号系统的最大作用,体现系统一体化优势。
四、结语
根据发达国家城市轨道交通的发展现状,以及通信信号技术的发展趋势,通信信号系统将会进一步完善,集成化更高,会更有效地促进城市轨道交通的发展,这也是顺应时代发展的必然要求。我相信,我国的轨道交通建设以及通信信息技术会取得长足的发展,定会为城市繁荣和经济发展贡献更大力量。
摘要：20世纪中叶以来,微电子技术,信息技术和计算机网络技术等科学技术的发展,给轨道交通信号技术带来了一场颠覆性革命,城市轨道交通信号系统(即ATC)应运而生,它为轨道交通安全运行和通过能力的提高发挥了巨大作用。不仅提高了运行效率,同时实现了列车运行的自动化。
关键词：轨道交通,通信信号,应用发展
参考文献
[1]肖培龙.城市轨道交通信号系统设计与系统集成设计差异分析[J].铁路技术创新.2010(5):57-58.
[2]李增海.铁路信号微机监测系统中通用轨道信号发码器的硬件设计[J].科技创新导报.2010(7):76.
[3]周留运,梁君.轨道交通信号系统安全性评估的实施[J].铁道通信信号.2010(4):41-42.
[4]耿传锋.浅谈珠三角城际轨道交通项目信号系统方案选型[J].科技信息.2010(15):440-441.
信号与通信 篇2
3.1从实际需求出发优化教学内容
城市轨道交通信号与通信技术作为一项应用型技术，偏重于在轨道通信系统中实际操作能力，要求相应的工作人员能够对相关技术的原理与应用有清晰的理解，能够对出现的问题进行及时的解决。因此，在城市轨道交通信号与通信技术课程教学过程中，应摒弃“大而全”的内容，遵守“实用为主，够用为度”的方针，深入了解企业对人才的需求，结合企业需求与实际教学能力，参照行业资格标准，以培养学生实践能力为主要目标，突出教学内容的实用性和时效性，从而开展相应的教学体系改革。
3.2多方式多手段改变教学模式
应用型技术人才的培养需要在培养过程中有针对性的进行理论和实践的教育，而当前院校对城市轨道交通信号与通信技术课程的教学很大程度上偏重于理论知识，增加了学生学习难度。因此在课程教学过程中应以对学生职业能力培养为核心，以工作项目流程为方式进行授课，让学生在项目参与的过程中学习相应的理论知识，强化相关技术的实际运用能力。在课堂教学过程中，要将理论与实际案例相结合，并运用多媒体技术进行生动形象的讲解，有能力的还可以借助3Dmax等三维建模软件对相关设备以及信号运行系统进行建模，以使学生对通信设备与通信系统运行等有更直观的理解。而在最后的考评环节，要注重对学生知识与技能的双重考核，严格把关其理论与实践水平的掌握程度。此外，由于高职院校招生的生源多样化，导致学生的学习能力存在差异，因此在课程教授时可采用分层教学方式，对不同学习能力的学生进行差异化教学，鼓励有能力的学生进行进一步的探索学习，对学习能力较低的学生进行针对性指导。教师也可以借助慕课等网络平台，利用网络课程资源来加强学生自学能力以及进行具体问题的指导。
3.3加强师资队伍建设
由于通信技术的和通信设备的发展变革速度极快，几个月的时间就可能有新技术或新设备的应用，新技术和设备一般在产生于企业的实际应用变革而非科研院校，因此院校教师对新技术和新设备的适应能力要相对落后，导致学生在进入岗位实习后需要较长磨合期来学习新技术。对此，院校教师需要积极跟进轨道交通信号与通信技术的发展动态，以新的知识来优化教学内容，保持教学内容的时效性。院校也可以聘请具备相关新技术和设备操作经验的企业员工进行授课，加强“双师型”师资队伍的培育与建设。
3.4强化专业实训平台建设
城市轨道交通信号与通信技术课程对学生实践水平能力的要求较高，因此需要在教学过程中加强对学生实际运用能力的培养，强化城市轨道交通通信专业平台的建设。专业平台的建设要加强校企合作，建立校内实训基地与企业顶岗实习实训平台。校内实训基地主要用于院校在教授过程中进行初步的实践操作能力训练，以使更快学生掌握专业基础知识，了解相关设备技术与通信系统运行原理。企业顶岗实习实训基地是在学生具备相关理论知识和初步实践能力的基础上，与一线工人进行混搭，实际参与整个系统的运行，增强其实践水平。
4结语
城市轨道交通信号与通信技术是一门应用型学科，对学生的理论和实践能力要求都较高，因此需要在课程教学的过程中从教学内容、教学模式、师资队伍建设以及实训平台建设等方面进行改革，以培养满足社会需求的高素质人才。文中提出的改革方案还需要在今后的教学过程中加以探索和改进。
参考文献:
[1]余建平.新国标框架下城市轨道交通通信信号技术专业教学标准体系开发研究[J].无线互联科技，，16(01):14-15.
信号与通信 篇3
【关键词】信号处理 移动通信 教学改革
【基金项目】重庆邮电大学通信与信息工程学院教育教学改革项目。
【中图分类号】G642.0【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0236-02
基础课的教学改革与研究，在人才培养的系统工程中发挥着重要作用，直接影响高等教育人才的培养质量。信号处理课程群一般包括“信号与系统”和“数字信号处理”，都是电子信息类学生必修的重要专业基础课程，是其知识结构的重要组成部分，是学习“通信原理”、“自动控制”等后续课程所必备的基础。信号处理的概念广泛地涉及很多科学技术领域，例如在快速发展的移动通信领域，4G LTE/LTE-a和下一代移动通信系统即5G中的关键技术，涉及到大量信号处理的知识，包括DFT/FFT，信号上采样下采样，多速率等等，这些概念都来自信号处理课程群。随着时代信息化的进程不断加快，该课程群的作用日益彰显，同时一些新的问题也逐渐凸显。
一、信号处理课程群的现状及存在的问题
信号与系统和数字信号处理等相关课程对数学能力要求比较高，其内容涉及到“高等数学”、“线性代数”、“概论与随机过程”和“复变函数”课程的内容，课本上的通篇公式和概念，易令学生感觉抽象枯燥从而产生畏难情绪，不容易激发学生学习兴趣。
另一方面，低年级学生缺乏对实际系统的感性认识，教师直接按课本授课会有理论脱离实际的问题。
总结起来，在传统信号处理课程群教学中存在以下两方面问题：
1.课程乏味，缺乏对学生主动性和学习兴趣的激发
传统理论教学重视对课程内容的传授， 而忽视了对学生学习兴趣的引导。由于高等教育长期以来习惯于“讲解式教学”和“接受性学习”，教师往往把理论课教学理解为讲解知识技能、概念、原理；学生往往把理论学习理解为习诵、模仿和做题。加之课程理论性强，课程内容涉及复杂抽象的数学关系，学习起来比较晦涩难懂，从而造成相当部分学生的厌学情绪，不利于发挥学生学习的主动性，严重影响教学效果；进而造成学生思维模式的固化，创造性思维能力弱化。
在我校，由于对信号系统和数字信号处理理论课程学时的不断削减，及课堂形式的制约，没有时间详细讲述信号处理理论与移动通信系统等实际系统的联系和应用，造成学生认为所学知识都是旧知识，跟目前的新技术没有关系，从而无法激发学生主动学习信号处理理论的兴趣。
2.理论学习及实训环节与技术发展现状脱节
课程群配合理论教学内容开设了少量验证性实验和实训内容，但其内容与实际工程中如移动通信系统中的物理概念和工程术语没有联系，不利于培养学生的工程实践能力、创新意识及创新能力，难以提高学生主动参与的兴趣。学校有移动通信方面的专业实践平台，这种实验箱通常要么用于学生的认识实习，要么进行简单的调制解调信号分析，或者搭建简易的系统模型进行原理性描述，学生很难通过这样的实验实训，把所学信号处理知识联系起来建立起系统的概念。
因此，如何克服传统信号处理课程群教学中存在的不足，建立起信号处理理论与移动通信原理等相关内容的联系，将课程知识点跟实际系统融会贯通，进而改进教学模式是摆在教师面前的重要课题。
二、课程的改革探索
针对以上情况，我们从培养方案、实验教学及考核大纲、新实训实验开发及课程内容整合等方面进行创新与实践，将移动通信4G/5G系统关键技术与信号处理相关概念结合起来，摈弃传统的随课实验教学模式，为探讨开放式体系化的实验教学模式，构建分层次的实验教学体系，打造面向全校开放的极具特色和水准的专业实践平台作铺垫。
同时，充分利用本校现有硬件和软件资源，依托信号处理重庆市重点实验室和移动通信技术重庆市重点实验室，以科研课题为载体，以教师科研开发为手段，构建与教学内容体系互动的实训创新体系和创新平台，改变目前以课程带实验的孤立实验教学模式和脱离实际系统的实训模式，系统化课程教学模式，让学生从中获得有关移动通信技术方面的实践体验。
课程改革主要从以下两方面入手：
1.演示课件的开发及在理论课堂上的引入
为了更好地帮助学生快速理解4G中LTE-a上/下行链路系统、以及5G中的热门技术FBMC系统的工作原理，进而掌握信号处理相关原理和技术在移动通信中的方法和作用，开发相关多媒体模块化演示课件显得尤为必要。通过在理论课堂上对相关多媒体演示课件的观看和学习，使学生在较短时间内留下一个深刻系统的印象，由此对随后所做的实训实验的目的和步骤的理解能起到很好的铺垫作用。
2.整合以信号处理关键技术为核心的实验实训教学内容
开发面向4G及下一代移动通信网络的新MATLAB实训实验，演示及仿真真实移动通信系统的信号处理过程，针对DFT/FFT、信号上采样下采样、多速率等概念设计比较详细的模块演示和学生训练环节。并将现有的信号处理课程群实训相关实验加以整合，既要避免内容上的重复，同时也注意实验开展先后的衔接顺序，让学生有一个循序渐进的学习和适应过程。并充分挖掘软硬件设备的潜力，为面向新技术开发新的实验内容作铺垫。
通过以上的课程改革研究与实训设计，锻炼学生拥有对系统的整体概念以及信号处理的系列概念，并具备较强的动手能力。
三、改革的实施
近两年来，我们按照上述内容完善了信号处理课程群实验教学体系和课堂教学模式，收到了良好效果。
首先，利用多媒体技术，用Flash软件开发出生动的多媒体课件（包括LTE-a上/下行链路系统、FBMC系统的信号模块化处理流程的演示多媒体课件等）在课堂上随堂播放，并利用校园网络，使学生可以随时随地下载和演示这些课件，提高学生的学习兴趣。同时，利用工程案例教学法和基于溯源科学问题的研究性学习法，增长学生学习信号处理和通信其他专业课程的兴趣。
其次，开发出信号处理课程群新实训实验3个，对DFT/FFT，信号上采样下采样，多速率等重要概念给学生以直观体验和训练，同时整合移动通信新技术相关实验内容，制定出开放式多层次的实践教学体系。由于这几个实训实验是4G的LTE-a及5G移动通信的热点关键技术中的重要环节，实验中学生获得了与实际移动通信系统相联系的较直观体验，对相关重要概念得到深入和形象的理解。
四、结语
当前，第四代移动通信系统在我国商用规模不断扩大，第五代移动通信系统研发持续推进，在技术更新日新月异的大环境下，如何保持与时俱进，不断改善教学效果，形成具有特色的学生创新思维和能力的培养方法，向社会提供适应需求的通信技术人才，是每个专业课教师都应思考的问题。
本次课程改革的实施，在与实际移动通信系统联系的基础上，夯实了信号处理课程群的理论基础，为构建有效培养学生工程素质、工程能力和工程伦理的教学体系，提供了理论基础和实践参考。并且通过在实训课程中设计相关实验，改进了信号处理课程群的实验教学方法与手段， 启发本科学生的学习兴趣，促进其学习动力。另一方面，新的课程改革提高了信号处理课程群任课教师的工程教育素质，更好的适应新形势下高校的工程教育。对完善教师教学案例库，创新理论教学环节，改革实验、课程设计的教学内容与方式起到了推动作用。
参考文献：
[1]何祥宇，周涛，翟艳磊.《信号与系统》和《数字信号处理》课程优化教学研究[J].洛阳师范学院学报，2012，31（8）.
[2]朱明旱，伍宗富，侯清莲.浅谈“数字信号处理”教学中的创新思维培养[J].电气电子教学学报，2012，34（2）.
[3]马永奎，高玉龙，张佳岩，张中兆.“数字信号处理”课程设计导向型教学初探[J].电气电子教学学报，2012，34（4）.
城市轨道交通与通信信号系统 篇4
1 城市轨道发展现状透视
世界经济一体化的到来使整个世界经济都息息相关。中国作为世界上首屈一指的经济实体, 近几年的经济发展也十分惊人。与此同时带来的城市交通问题也是尤为突出的。为了缓解这一问题, 发展城市城际交通必然是当务之急。发展交通不仅是注重数量上的增长还应该把重心放在质量上的提升。以城市立交桥为代表的城市便捷交通设施已经不能够完全满足当前城市人口流动的需求, 而是应该将更多的精力放在城市综合交通体系的建立上。比如说, 为了城市经济的繁荣和人们出行的便利, 地铁、高铁和城市城际轻轨已经成为发达国家和发展中国家争相青睐的项目。尤其是高铁技术的引进和开发不仅为当地的经济发展注入了强大的生命活力, 更是一个地区乃至一个国家科学技术力量的集中体现。以磁悬浮技术为例, 抛开这一高新技术引进带来的科技辐射作用不说, 在方便人们出行的前提下更是带动了当地材料学、建筑业以及劳动保障部门的发展。所以, 不难看出, 发展以信息科技技术为支撑的前沿交通技术是一项一举多得措施。
具体来说, 引进和发展城市交通通信和信号系统是该项举措的重点之处。交通信号就像交通系统的眼睛, 是交通系统监督城市交通流量的重要保证。信号系统的建立和监管是保证城市交通流畅度的保证, 表现在城市车辆、轻轨和地铁的安全行驶和高效率的同行能力。自上世纪中叶以来, 高新技术的发展给社会各行各业都带来了不同程度上的福利。尤其是在城市交通方面, 更是一场根本性的革命。以信息监管和计算机管理为技术支持的城市轨道交通信号系统 (ATC) 在新的城市化进程中发挥着不可替代的作用。这一技术的发展和晚上不仅保证了城市车辆的通过率大幅度提升, 还为城市轻轨和城际列车自动化驾驶提供了强大的导航作用。
2 城市轨道交通与通信信号系统现状的具体分析
城市轨道交通与通信信号系统主要是由装备各式信号装置的电路岔口装置和附属的公共设施组成的。这些公共设施基本上都是隶属于原城市基础设施, 比如城市轻轨轨道、路口交通信号灯以及公共停车管理系统。通信信号系统的组建和发展就是依赖这样的基本设施壮大起来的。并在此基础上不断巩固和升级, 依赖于电子数控的技术支持组建出一套完整的指挥系统。其中, 起着关键心作用的是城市城际联动锁定装置和自动控制装置。这两种装置是城市轨道交通和信号通信系统 (ATC) 的关键所在。细化来看ATC又可以分为自动监控系统ATS、列车自动防护系统ATP和列车自动运行系统ATO。举例来说, 城市轨道交通和通信信号系统是基于地面 (轨道实时监测数据) 来反馈城市轻轨和城际高铁上列车运行的实时状态, 对运行列车状态最最初整体预估, 评判列车的车速、阻力、制动能力的可控程度;同时通过数字化和自动化技术远程调控列车的制动刹车系统, 一方面保证列车的运行速度在合理范围之内, 另一方面可以及时的应对突发情况, 在保证列车安全的前提下杜绝轨道上的意外状况。智能化系统的引进和深化让城市轨道交通与通信信号系统可以随时接受远程控制, 既保证了列车操控人员的安全性也保证了列车的可调度性, 这样一来列车的运输能力和通过能力得到了实质上的提高, 城市物资配送、公共资源的安排也得到了合理化和高效率的配合。
城市轨道交通与信号通信系统给城市交通带来大便利的同时也有自身固有的缺点, 而这些缺点也在很大程度上制约了城市轨道与信号通信系统的深度发展。这些缺点主要体现在以下几个方面:
首先是当前我国的城市轻轨和交通信号系统的造价居高不下。以上海市的地铁造价为例, 每一公里的资金成本投入高达六亿人民币, 这一成本预期要在三十年内收回。造成这一因素的主要原因还是核心技术依靠进口, 成套的系统装备也依赖进口。国外承包商争先瓜分中国市场和国内企业竞争力不足是客观原因。加之大部分的交通信号系统是分期完成, 一旦选定承包商信号系统无法进行修改, 这就造成后期信号维修和管理对外的高度依赖性, 这样的情况不仅会造成当前系统定价由外国承包商决定的局面还会国家安全埋下隐患。
再者就是国内信号的不兼容问题。在我国首先引进该系统的大多是发达城市, 而后逐渐向大中型城市进行推广。这样的模式虽然能有效的降低引进成本但是带来的是区域与区域之间信号系统的不兼容问题。这样的局面会直接造成区域内部列车运营的沟通困难, 尤其是在地域之间由于信号不兼容会造成列车速度和行驶安全上的隐患。虽然在地域内部能达到效率的最高值但是在地域之间的配合就显得非常乏力。另一方面也使系统的维护和保修工作效率低下, 不能实现区域之间的合理统筹管理。
最后在信号材料和核心技术开发方面。我国企业的发展步伐缓慢, 竞争能力低下不能够与国外厂商在同一个平台上进行正面的较量。这不仅使得我国城市轨道与信号通信技术被国外承包商所垄断也大大不利于我国民族厂商的进步和创新。没有一个好的平台和实战战场, 使我国厂商生产出来的产品与实际运用频频脱节, 这对我国在该领域的高新技术研发是致命性的打击。如果我国企业不能积极向国外技术层次靠近不进行深度产品开发和实战演练, 那么带来的后果将是灾难性的。
3 对于我国城市轨道交通和通信信号系统的展望
我国ATC行业的发展前景是十分明朗的, 并且国家在这方面的需求是十分旺盛的。为了弥补业内的需求, 我国民族企业应当正视当前的情况, 迎难而上正确处理好需求和技术之间的问题, 积极找出解决方案。
首先要放低姿态, 以积极地锐意创新的态度吸取国外先进技术的优点, 加快国内硬件加工技术的步伐, 配合当前ATC行业的发展态势, 开发属于自己的核心技术, 推动国产城市轨道交通行业的进步。
其次要通过对引进的技术进行消化吸收, 掌握系统功能单元间接口协议和技术标准。让国内有条件的企业优先系统性学习, 争取在短时间内突破ATC在我国区域之间不兼容的瓶颈, 开创出一套适合我国大部分城市的接口协议。加大研发力度, 在政策和资金上都采取倾斜性的辅助态度, 使该项技术尽早实现国产化, 打破国外垄断, 实现行业内水准化生产, 保证国家公共交通设施安全。
再者就是以缓解城市交通压力为前提, 进行多元化的系统开发。ATC是基于信号的列车控制系统, 我国也可以积极参与基于通信的列车控制系统。这种控制系统一方面可以打破通信信号系统一家独大的局面另一方面也可以充分发挥我国的本土优势和固有的通信设施优势, 实现对城市交通的可控管理。
总的来说, 随着经济社会的发展和城市交通压力的日益增大, 发展城市轨道交通和信号通信系统是目前最为可行的方法。但是我们仍要积极克服当前的难点, 为营造一个完善便捷的城市交通网而努力。
参考文献
[1]张立国, 丁静波.城市轨道交通轨道与供电杂散电流接口设计研究[J].铁道标准设计, 2005.
通信信号的实习 篇5
关于信号的实习
我们在老师的带领下，到长安区联通固定电话的控制区实习。当我们到达指定地点时，我们在老师和工作师傅的带领下，依次排队进入通信的控制区。
进入控制区后，首先映入眼帘的是一排高大的接线架，在接线架上依次排放着相同规格的接线盒，在接线架上还有相互缠绕的线路。在每个接线盒内都有许多接线板，上面都是一对一对的线连接，对线连接多是采用了PCM30／32路设备，采用这种设备可以提高线路的利用率。在接线盒内还有5、10、15……50的数字编号，这些编号可以使工作人员更好的查找用户号码和出现的故障，这样更有利于工作人员的管理。这些由用户终端接来的线路经过接线盒再汇总成总线接入交换机，对信号进行传输。利用接线盒可应确保后面电路的安全，不至于当线路发生故障是对交换机的昂贵设备造成影响。另外，接线盒上还有防雷电的功能，进一步确保了信息传输的安全和可靠性。
当我们进入控制区内侧时，我们看到了电压箱，上面标示的额定电压为－48Ⅴ，这和书上描述的是一致的，但实际显示的数值只是接近。在电压箱的旁边是路由器。路由器是互联网的主要节点设备，它是一种连接多个网络或网络段的网络设备，它将不同网络或网络段之间的数据信息进行翻译以使它们能够相互读懂对方的数据，从而构成一个更大的网络——互联网。路由器还影响网络互联的质量，是数据的通道和控制器，对数据的传输、转发等有重要作用，路由器是网络
现代通信技术
连接不可缺少的设备。在接线架的另一侧是电脑，通过这些电脑可以对线路的使用情况、通信量、数据流量进行监测和进行人工服务。
信号与通信 篇6
关键词 通信工程；基站；结构；信号保护
中图分类号 TN 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0112-01
基站作为通信系统的站点结构，其负责把接收到的信号进行放大处理，以保持移动通信系统的高效运行。但从结构形式来看，基站连接了固定部分与无线部分，中间的信号传输也会受到外界因素的干扰，这就要求企业在规划通信工程时充分考虑信号传输的安全性及稳定性。
1 通信工程基站结构的构成
基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。基站子系统主要包括两类设备：基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）。
1）基站收发台。一个完整的基站收发台包括无线发射/接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。基站收发台可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。基站收发台不能覆盖的地区也就是手机信号的盲区。所以基站收发台发射和接收信号的范围直接关系到网络信号的好坏以及手机是否能在这个区域内正常使用。
2）基站控制器。基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制器（CSC）、话音信道控制器（VCC）、信令信道控制器（SCC）和用于扩充的多路端接口（EMPI）。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。
2 基站信号保护的先进技术
早期受到行业技术的限制，国内建立的一批基站工程质量未能完全满足社会通信的需求。市场经济快速发展促进了人们物质生活水平的提高，各种通信设施在数据传输过程中发挥了不同的作用。在行业技术的推动下，基站的信号保护方式逐渐趋于多样化，基于计算机平台的信号保护模块得到了广泛的运用。其保护功能体现在以下几方面。
1）自动检测。计算机平台在数据生成前后会实施自动检测，对等待传输的信号进行系统性的检查审核。自动检测环节可及时发现通信信号的异常情况，以提醒操作人员调整基站设备的运行状态，保证数据信号发动之后能正常接收。
2）自动传输。基站在通信工程中是连接固定部分与无线部分的基础设施，其不仅充当了扩大信号的转换设备，也是传递信号的一个重要平台。利用计算机可以为基站建立自动化传输平台，维持数据信号的稳定性及安全性。
3）自动告警。保护基站信号还要配备相应的自动告警系统，从而适应高传输量信号运行的要求。自动告警系统的重点在于融合了收集、检测、报警等多项功能，对通信基站的日常运行与维护提供了有效的参考依据。
3 基站的日常维护方式
目前，小灵通用户的主要感知从原先的对覆盖范围的要求转移到对信号稳定的要求。在从2007年第一季度的PHS信号类申告图（如图1所示）中可以看出，除需优化部分占5%以外，其余95%主要是由于设备故障尤其是小灵通基站故障而引发的用户感知下降。
1）完善设备。加强并完善基站基础维护，从维护周期和维护项目上做到分等级基站维护的针对性和差异性，尽可能排除基站故障隐患；创新维护办法改善生产力，提高基站故障处理效率，有效降低因基站故障造成的用户感知的比例。
2）故障处理。目前各地对于基站故障处理及时率始终停留在一般的“现场看、现场查”的水平，对故障基站的必备相关参数知之甚少（如是否要带梯子、和谁联系上楼等等），不能做到“先了解、后查修”，造成故障基站查修时间过长；对于同时多发基站故障，不能够采用集中资源优先处理、针对性处理等措施来保障话务高的基站恢复运营，造成该重要基站维修时间较长而影响了该基站覆盖区域下的很多用户的感知。
3）综合维护。对于基站基础维护工作周期、项目一概而论、不分等级，无差异化、针对性的维护，造成重要基站的巡检周期过长、巡检内容过于简单，为重要基站日后出现告警而影响大批客户埋下了故障隐患。按照《中华人民共和国无线电管理条例》、《中华人民共和国电信条例》的规定，任何组织和个人不得阻挠经营者依法从事基站的设置和维护，违反规定损害基站设施或者妨害移动通信畅通的，应当恢复原状或者予以修复，并赔偿由此造成的经济损失。
4 基站基础设施安装质量的控制
钢结构是基站设施改造的核心构成，其安装质量关系着基站传递信号能力的发挥。基站构件的安装要根据不同钢构件的特点，采取针对性的安装方法，确保构件使用后性能达到预期的效果。重点吊装的结构包括：钢柱、吊车梁、钢屋架等，安装结束后要进行全面检查，以免安装中出现失误。
1）钢柱吊装。通信工程的生产规模较大，基站结构钢柱的吊装要利用大型动力机械设备，起重机是吊装时必须要有的机械设备。一般情况下，基站钢柱的吊装选择双机抬吊的方式，用2台起重机在钢柱两边同时吊起，以增强钢柱上升过程中的稳定性。此操作由主机单独完成吊装作业，把钢柱准确插入锚固结构后固定处理。
2）吊车梁吊装。吊车梁具有跨度大、承载重等特点，相对应的安装工艺也比较复杂。如：从重力荷载角度考虑，吊车梁涉及到轻、中、重型等不同的性能等级，这就要求安装人员根据基站使用的要求确定吊装方法。总体上来说，吊车梁安装多数选用最简单的组合形式，以保证基站设备功能的正常发挥。
3）钢屋架吊装。目前，大部分基站已经建立了工业厂房用于放置通信设备。考虑到钢屋架的侧向刚度薄弱，加固处理时要设置几道螺栓构件加固。吊装过程中要重点检查钢屋架的垂直度以及杆件的水平状态，若发现杆件结构与图纸规定的标准不一致，则需重新定位放置。
总之，基站是通信工程结构的主要构成之一，基站设施性能的发挥决定了通信系统的运行效率。工程单位在规划基站建设过程中要注重基站结构的安装调整，并设计综合性的信号保护方案。此外，对于基站建筑物采用的钢结构体系，也要选择合适的安装方式。
参考文献
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信号与通信 篇7
美国通用电气公司(GE)推出的增强型列车控制系统是当今世界上最先进的无线列车控制系统之一,它采用先进的卫星定位、实时连续无线车地通信技术和虚拟闭塞技术,沿线无需安装轨旁设备,即能够实现联锁、自闭、列控一体化、车地无线通信等多项功能。采用该系统,不仅能够提高列车速度、缩短列车运行间隔,极大地减少了道边设备,而且能在保证行车安全的前提下实现旅客列车与货物列车及不同速度等级列车的混跑,并提高运输能力。
青藏铁路特殊的地理环境和恶劣自然条件,对铁路信号的现代化水平提出了更高的要求。青藏线格拉段北起青海省格尔木市,止于西藏自治区首府拉萨。全线为单线铁路,大部分线路处于冻土区和无人区,高海拔,低气压,含氧量仅为平原的60%,环境恶劣。因此信号装备不仅要满足快速通过高原的运营要求,又要实现无维修、少维护的管理需要。
二、ITCS通信信号系统结构
ITCS采用了调度集中、计算机联锁、计轴自动站间闭塞、接近连续式无线机车信号、卫星定位等技术,小站采用计轴式轨道空闲检查装置,大站设计25HZ轨道电路,设置地面信号机,利用通信光缆传输站间信息,利用无线通信传输车地之间信息。
ITCS通信信号系统主要由三个子系统构成,车载子系统,地面子系统(包括中心,沿线车站)和基于GSM-R的通信传输子系统,图1为ITCS的系统框图。
2.1车载子系统
I TCS车载子系统主要由车载计算机OBC、GPS接收接口模块(GPSRIM)及天线、GSM-R电台、小型列车显示器、列车接口单元、放置在列车尾部的列车完整性检查设备EOT以及数传电台和查询器组成。如图2所示:
2.1.1车载计算机OBC
车载计算机是整个车载子系统的核心,其主要功能如下:
1)在始端站接收线路数据库。
2)采用GPS接收器及测速传感器的输出进行列车定位。
3)接收并执行来自地面RBC的行车凭证。
4)监控列车运行,强制执行所有类型的速度限制。
5)通过GSM-R网络,接收并执行来自RBC的临时限速命令,包括限速值、限速区段的起点终点。
6)连续计算一次制动曲线。
7)人机联控:系统提供行车凭证与提示,正常情况下不干扰司机操作,必要时实施惩罚制动。
2.1.2GPS接收接口模块(GPSRIM)
GPS接收接口模块是ITCS系统中的一个组成部分,这一模块使用差分技术接收GPS卫星数据,提供给OBC列车的位置经纬及速度信息。
2.1.3列车显示器单元
将司机输入的信息经过处理后输出到车载计算机,从车载计算机接收列车当前的位置信息和速度指示、超速报警等信息显示给司机。
2.1.4列车接口单元
处理车载计算机对列车的指示信息。将列车提供的列车状态信息输出到车载计算机,同时接收来自车载计算机的控制命令并输出给列车。
2.1.5查询器
从应答器读取固定的里程标信息和其它相关信息,并输出到车载计算机,而查询器的开启/关闭,则由车载计算机控制。
通信管理单元CMU是通信传输和数据存储的中间设备。当作为GSM-R电台和列尾数字电台的通信平台时,提供至车载计算机输入。作为存储设备,CMU将为车载计算机存储日志记录。
2.2地面子系统
I TCS将全线划分为34个控制区。每个控制区包括一个车站及其相邻的两个半区间,由一个设置在车站的地面RBC控制。像固定自动闭塞一样,RBC将其控制区划分为若干个虚拟闭塞分区,并以虚拟信号机进行防护。其结构图如图3所示:
2.2.1无线闭塞中心RBC
RBC是ITCS地面设备的核心,它是基于安全计算机的控制系统,放置于控制区内的车站设备室。其功能包括:
1)实现本控制区内的列车控制,配置数据库,实现虚拟闭塞。
2)通过数字通信网络与CTC设备接口,接受并执行临时限速命令,包括限速值、限速区段的起点终点。
3)通过GSM-R网络接收来自列车的虚拟闭塞分区占用信息。此时车载计算机根据列车实际位置和线路电子地图计算出列车所占用的虚拟闭塞分区,然后将此信息通过无线网络报告给该虚拟闭塞分区所在的RBC,根据现场信号设备状态和虚拟闭塞分区的占用情况计算出区间内各个虚拟信号机显示。
4)通过车地无线通信网络,确定控制区内的受控列车,将行车凭证(信号显示)及道岔位置状态、发送GPS差分信息发送至车载设备。
5)通过车地无线通信网络,通过数字通信网与相邻RBC相联,实现各控制区间的信息传递和列车控制的交接。
6)通过GSM-R,由R BC向受控列车发送临时限速命令,包括限速值、限速区段的起点终点。
2.2.2应答器
向车载子系统传送精确的列车位置信息和其它相关信息。
2.2.3无线传输单元
负责发送和接收无线机车信号及其相关信息,同时负责信息传输通道的管理,加密检查所接收信息的完整性。
2.2.4联锁设备
对于全线有本地微机联锁CBI的车站,CBI接收来自CTC的进路命令并完成对现场设备的安全控制。VHLC从CBI处取得各地面信号设备状态信息。VHLC从R BC处取得控制区内虚拟信号机表示及分区占用情况并传回控制中心。对于其它非本地联锁车站,VHLC将接收来自CTC的进路命令并实现联锁功能,同时取回现场设备表示状态,结合VHLC从RBC处取得其控制区内的虚拟信号表示,将该控制区内所有安全表示信息传回控制中心。
2.3通信传输子系统
该系统是GSM-R无线通信网络的重要组成部分。GSM-R无线通信网络包括基站子系统、交换子系统、运行维护子系统和传输网络等,其网络结构如图4所示。其中基站子系统包括基站控制器(BSC)和基站收发信机(BTC);交换子系统包括移动交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、拜访位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、组呼寄存器(GCR)、Fellow Me功能结点(FFN)、传输速率适配器(TRAU)和鉴权中心(AC);操作维护子系统包括无线操作维护中心(OMC-R)和交换操作维护中心(OMC-S)。GSM-R作为信息的传输网络,负责车站子系统和车载子系统之间双向传输无线机车信号信息和列车的位置以及速度信息等,确保车站3Km范围内的数据通信和全线的语音通信。
三、ITCS通信信号系统工作原理
3.1虚拟闭塞
在ITCS系统中,列控信息通过无线网络传输。ITCS将全线划分为若干个控制区。每个控制区由一个地面RBC控制,范围包括一个车站和车站左右大约各半个区间。RBC将其控制区划分为若干个闭塞分区。列车在进入区间后,前方被追踪列车占用的闭塞分区入口将作为追踪列车前方目标之一。闭塞分区的划分不受列车以最高速度运行时能在一个或几个闭塞分区长度内停下来这一限制。隧道区段将被包含在一个虚拟分区中,以解决隧道内完整性检查问题。除CBI车站的调车作业外,ITCS系统以车载信号为主体信号,由RBC通过无线网络将其控制区内的虚拟信号显示发送到车载端。由于ITCS车载定位系统能够准确地确定列车位置及到前方多架信号机的距离,并以一次连续速度曲线方式控制列车运行,因此系统能够保证列车安全地停在禁止信号机外方。
3.2数据库/线路电子地图
车载数据库是ITCS工作的基础。在发车测试期间,车载计算机将通过无线网络与始端站RBC通信,下载数据库。在沿线各RBC处,车载计算机则会通过无线网络与各RBC通信,并对数据库进行校验检查,以判断数据库文件是否正确,及临时限速文件是否有更新。对于校验失败的数据库文件,文件本身及相关联的其他数据库文件都将被标记为不可用,车载计算机将对此采取相应安全措施,如限速运行;对于需要更新的临时限速文件,将从该RBC处在线下载新的临时限速数据库文件。如此确保车载数据库的实时性和有效性。数据库文档根据RBC管辖范围进行适当分割,每个文档的内容都可以覆盖整个车站及其管辖的信号机。这样,文档就能以较小的形式保存起来,车载计算机在出发前更新数据库时就能更快地将其下载。
3.3列车定位原理
3.3.1确定起始位置
起始位置由定位处理器确定。在定位处理器把位置信息传递给主处理器并显示其是有效的之前,定位处理器必须根据算法核对以检验位置是否有效。起始位置建立在当前全球定位系统(GPS)位置和速度信息以及当前速度传感器速度信息基础之上,并且通过测试证实由全球定位系统产生的定位信息的正确性,使用差分技术进一步提高定位精度。
3.3.2列车连续定位
起始位置确定之后,定位处理器使用GPS接收器及速度传感器连续计算位置。如果这些输入中的任何一些输入不能用的话,也不会使定位处理器立即宣告它不能确定位置。定位处理器将继续根据它所拥有的输入产生位置。如果全球定位系统数据信息之一没有得到或已经确定其是错误的,则来自其它GPS接收接口模块的GPS数据信息也会被拒绝。有GPS数据时,位置主要从GPS数据中得到;没有GPS数据时,位置主要从速度传感器的速度中得到。
3.4虚拟闭塞分区,股道占用检查
ITCS系统像传统信号系统使用地面列车占用检查设备一样,将车站区域划分为道岔区段、无岔区段和股道区段。这些区段的划分原则与传统信号系统相一致,只是在ITCS系统中,这些区段以虚拟的形式存储在系统中,并且不必在地面上设置物理的列车占用检查设备。虚拟闭塞分区/区段的占用检查是通过列车定位系统的计算实现的。装载ITCS车载设备的列车首先根据GPS和测速传感器计算确定列车头部的位置,再根据列车的长度确定列车尾部的位置后,根据车载线路电子地图,确定列车头部与尾部在线路上的位置。当最不利条件下的列车头部位置越过虚拟区段的入口端时,即判别列车已占用该虚拟区段;当最不利条件下的列车尾部位置越过虚拟区段的出口端时,即判别列车已出清该虚拟区段。由此确定虚拟区段的占用或空闲状态是安全的。
3.5连续车地双向数据传输工作流程
在ITCS系统中,列车与车站RBC的数据交换是通过GSM-R无线数据链路完成的。如图6所示。
3.5.1 RBC与消息转发设备的建立
1)R BC与消息转发设备的通讯采用64Kbps的数字通信链路传输。
2)RBC通过预先配置好的通讯参数(波特率和数据位的设置)与消息转发设备建立连接。
3)RBC发送设备识别码至消息转发设备,消息转发设备对收到的数据进行校验。
4)RBC向消息转发设备登记控制线路的公里标。
5)连接建立成功。
3.5.2车载与消息转发设备连接的建立
1)车载与消息转发设备的通讯采用电路交换的方式。
2)当车载GSM-R电台模块开机后,首先在空中接口上搜索以找到正确的频率,并依靠搜索到的正确频率校正和同步频率,并将此频率锁定。
3)车载GSM-R电台模块向消息转发设备发送建立连接请求。
4)消息转发设备根据设置(如呼叫号码检验)决定是否允许建立电路连接。如允许则完成建立并向呼叫方发送通道建立的确认信息,否则发送拒绝建立信息。
5)车载GSM-R电台模块向消息转发设备登记所需信号数据所属的RBC,消息转发设备检查与该RBC的链路是否已建立,如未建立则进行连接拆除。
6)通讯连接建立成功。
3.5.3 车地双向数据传输的工作流程
1)初始化阶段
(1)RBC与消息转发设备建立连接;
(2)车载GSM-R电台模块与消息转发设备建立连接;2)车对RBC通讯
(1)车载GSM-R电台模块发送当前列车运行信息(如位置信息)至消息转发设备;
(2)消息转发设备根据数据包中的地址信息,将数据发送到与之相应的RBC;
3)RBC对车通讯
(1)RBC将数据发送到消息转发设备;
(2)消息转发设备根据数据源包含的地址信息和目标地址信息确定RBC;
(3)根据车载GSM-R电台模块登记的信息将数据转发给车载设备;
4)数据更新
车载GSM-R电台模块根据列车所在位置更改在消息转发设备登记所需信号数据所属的RBC;
3.6列车运行控制原理
ITCS采用车载信号作为主体信号的列控方式,其设计理念包括:
a.让系统了解运行前方全部线路条件,“看到”前方多个限速目标。
b.目标距离控制方式,多重连续速度-距离模式曲线控制方式。
c.ITCS在报警后持续监督列车减速度率的变化,防止司机制动不足。车载计算机存储有包括各种限速要求、线路物理参数、地面设备位置等信息的线路电子地图,它是通过无线网络由地面RBC传到车载计算机的。车载计算机通过GPS卫星定位系统辅以车载测速传感器确定该列车的在线路上的位置,根据距前方多个目标点的距离、目标速度、当前列车运行速度分别连续计算出一次模式曲线并选择其中最有限制性的执行。如果需要减速,车载计算机提示给司机相关信息。同时,车载计算机监督列车实际速度是否超过最大允许速度。当列车超速时,系统以声光形式向司机报警。如果司机未采取使车速降到允许值以下的有效措施,则车载计算机实施惩罚性制动以确保行车安全。在列车停稳并充满风后,系统才能在人工方式下缓解。系统自动实施的惩罚性制动可选择紧急制动或最大常用制动中的一种,具体应用可在设计联络中确定。
四、结束语
GSM-R铁路综合数字移动通信在铁路运输中已有应用,但在ITCS增强型列车控制系统中,采用GSM-R进行车-地信息传输,传送信息量大,更好的保证了列车的运行安全,同时也减少了轨旁设备,减少了维修成本。ITCS作为一种新型的先进的列车控制系统,在我国正处于起步阶段,通过青藏线试验段验证了其主要功能。随着铁路信息化的发展,GSM-R将与铁路CTC和CTCS同步建设,为铁路运输提供更多的服务。
摘要：从青藏铁路的客观环境出发,介绍了成功应用在青藏线的以GSM-R为基础的增强型列车控制系统ITCS的系统构成,分别阐述了它的三个子系统的组成及其功能,最后在GSM-R无线传输的基础上,介绍了ITCS通信信号系统的工作原理。
关键词：ITCSl,GSM-R,列车控制系统
参考文献
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信号与通信 篇8
一、高速铁路移动通信信号的覆盖问题
随着我国铁路运输业的飞快发展, 高铁的运输速度、运输强度都有所提高, 再加上我国的国土面积广阔, 地势高低起伏, 偏远地区较多, 都使得我国高速铁路移动通信信号的覆盖面临着严峻的挑战。具体来说, 主要问题包括以下几个方面。
第一, 移动通信信号覆盖技术有待进一步提高。据调查了解到, 我国目前的铁路网络信号覆盖大多采用的是城乡基站与铁路覆盖结合的方式, 在高铁运行速度较慢的时候, 信号覆盖情况比较理想, 但是近年来高铁的运行速度大幅提高, 其覆盖信号的强度远远跟不上高铁运行的速度。第二, 高铁技术不断改革以来, 车厢的封闭性能更加良好, 时速更快, 也造成了信号的衰减, 使得移动网络的质量下降, 接通率降低, 断线情况时有发生, 更不用说一些想要上网的乘客对信号强度的需求。另外, 高铁运输不单单只经过一个地区, 往往会涉及很多区域, 这就会造成通信信号的时强时弱, 影响高铁的整体信号覆盖水平。
二、实现高速铁路移动通信信号覆盖的优化对策与实践
1. 加强基础覆盖
为了更好地适应高速铁路的发展运行特点, 有针对性的解决信号覆盖的问题, 就一定要从加强基础覆盖率开始着手。首先, 党和国家要不断减少地区切换重选的次数, 增加覆盖面积, 改善无线环境, 尽量加大每一个主控小区的覆盖面积。其次, 要优化重选切换参数, 提高其反应灵敏度, 做到及时跟踪信号, 使计算机、手机等设备能够使用到最强信号, 并尽可能的减少沿路的LAC (位置区编码) 数量, 提高接通率。
2. 全方位提高高铁经过地区的信号强度
在高速铁路通车的工程中, 想要保证其畅通的通信信号, 就一定要逐步逐级的改进信号系统, 在技术使用的过程中还要根据实际情况出发, 确定各道路段的主覆盖地区, 进行技术在其领域内的应用, 具体来说主要包括以下几个方面。
第一, 在较大范围的覆盖空洞处建立补充新基站。例如在浙赣线的鹰潭贵溪与上饶戈阳的交界处, 此地地处丘陵地区, 最近的两个基站相距5千米以上, 就可以通过建立新基站的办法, 从而加强信号的传送力度;第二, 对现网铁路覆盖区域进行天线和发射功率的调整, 提高其覆盖深度;第三, 通过减少铁路信号覆盖区域的数量, 清理覆盖率差的信号基站来实现覆盖率的增强, 从而避免经常重选的现象发生;第四, 调整主控区域的切换控制数据;第五, 通过逐步减少LAC的数量, 来增加手机发生位置的更新量;第六, 检查主控区域之间相邻小区的关系, 保证参数的准确性。
3. 加强信号覆盖技术人才队伍的培养
高速铁路移动通信信号的覆盖, 是一项高技术领域, 涉及到的知识众多, 对技术能力要求很高, 因此, 党和国家一定要加强完善人才队伍的建设和培养, 不断增加资金投入, 引进先进技术, 完善科研工作。另外, 还可以坚持“引进来与走出去”并存的战略, 既可以引进国外的优秀人才和先进技术, 并与自身的实际情况相结合, 实现技术的创新。也可以选拨年青的高素质、高技术人员去国外进行学习, 把先进的技术工艺带回国内, 为我国的铁路事业服务。
三、结束语
总而言之, 现如今, 我国的高速铁路移动通信信号覆盖面积和覆盖率还有待进一步加强, 在对其进行优化调整的过程中一定要从加强基础覆盖入手, 不断创新, 改进传统的模式, 把现代科学技术应用到信号覆盖中来。并结合我国国情以及高铁运输的现状, 对出现的问题加以改进, 从而进一步优化完善高速铁路的移动通信信号覆盖水平。
参考文献
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信号与通信 篇9
1 模型建立
1.1 小波变换
小波变换最大的优点是能够将时间序列按照不同的尺度分解成不同的层次, 充分展现不同层次的信息特征。设原始的混沌时间序列为{S (t) , t=1, 2, •••, n}, 选择一组恰当的小波函数基{Ψjk} (j, k ∈ z) 与尺度函数基{φjk} (j, k ∈ z) , 分别计算小波系数Dj (t) 与尺度系数AL (t) 。将S (t) 进行L层小波分解, 结果可以形式的表示为:
应用 (1) 式将S (t) 分解为低频 (近似) 部分AL (t) 和高频部分Dj (t) (j=1, 2, •••, L) 。由于混沌系统具有内在随机性, 所以分解得到的AL (t) 是混沌的。而高频部分表示外界因素的干扰, 这种干扰自然也是随机的, 所以Dj (t) 也是混沌的。对于混沌时间序列, 可以用相空间重构的方法进行处理。
1.2 相空间重构
相空间重构是混沌时间序列处理的主要方法, 也是计算Lyapunov指数的基础。Takens定理给出了相空间重构的理论保证, 但是如何确定重构参数是重构相空间的关键。
对于要处理的混沌时间序列, 为了表述方便, 不妨均设为{x (t) , t=1, 2, •••, n}
1.2.1 估计时间延滞
目前求取时间延滞的方法有自相关法、复自相关法、平均位移法、C-C法和互信息法。其中互信息法考虑了时间序列的非线性特征, 比较而言效果较好, 本文只介绍互信息法。
对于时间序列{x (t) , t=1, 2, •••, n}, 设时间延滞为 τ, 嵌入维数为m, 重构相空间得到{y (t) , t=1, 2, •••, N} 其中y (t) = (x (t) , x (t+τ) , •••, x (t+ (m-1) τ) , N=n- (m-1) τ。则系统对变量x的平均信息量记为系统的熵H (X) 。记[x, q]=[x (t) , x (t+τ) ], 考虑一个总的耦合系统[X, Q]。假设x已知为x (t) , 则q的不定性记为H (Q|x (t) ) 。若在时刻t时y已知, 则在t+τ 时刻的y的平均不定性为
H (Q|X) =H (X, Q) -H (X) (2)
其中H (X, Q) 是孤立的q的不定性, H (Q|X) 是已知x时q的不定性。所以, x的已知减少了q的不定性, 即互信息为
对于一般情况, 互信息为In (Y) = ∑t[H (y (t) ) -H (Y) ] (4)
如果Y是一个延迟时间重构, 则In (τ) 第一次达到最小时的滞时可以作为相空间重构的时间延滞。
1.2.2 选取嵌入维数
Liangyue Cao提出的Cao方法[3] 可以有效求取时间序列的嵌入维数。Cao方法的应用前提是已经确定最佳时间延滞, Cao方法对于噪声和数据长度都比较鲁棒, 是目前而言较好的方法。
对于上面的重构相空间{y (t) , t=1, 2, •••, N}, 设第t个重构矢量y (t) 的最近邻点以表示, 定义:
其中, E (m) 是嵌入维m和时延 τ 的函数。由于Cao方法中 τ 已定, 故仅考虑E (m) 随m的变化, 定义:
当大于某个值m0时, E1 (m) 不再明显变化并且接近于1, 则以此时的维数作为最小嵌入维数。
1.3 Lyapunov指数
在重构相空间之后, 寻找给定轨道上每个点的最近邻近点, 即
其中p为时间序列的平均周期, 它可由能量光谱的平均频率的倒数估计出来, 那么最大Lyapunov指数 λ 就可以由基本轨道上每个点的最近邻近点的平均发散速率估计出来。Sato et al改进的 λ 的估计式为
其中∆ t为样本周期, k是常数, dj (t) 是基本轨道上第j对最近邻近点对经过i个离散时间步长后的距离。最大Lyapunov指数的几何意义是量化初始闭轨道的指数发散和估计系统的总体混沌水平的量。所以, 结合Sato et al的估计式有
将 (9) 式两边取对数得到
lndj (t) =ln Cj+λ (t ∆ t) (j=1, 2, •••, N) (10)
显然, 最大Lyapunov指数大致相当于上面这条直线的斜率。它可以由最小二乘法逼近得到。以上求取最大Lyapunov指数的方法称为小数据量方法。
混沌行为最本质的特点是非线性系统对于初始条件的极端敏感性。两个很靠近的初值所产生的轨道, 随时间推移按指数方式分离, Lyapunov指数就是定量描述这一现象的量。最大Lyapunov指数 λ 可以为正、负和零。若λ<0, 说明在吸引子周围的轨线随时间以指数递减的方式靠近;若 λ=0, 说明吸引子周围的初始偏差随时间不衰减也不增加, 而沿吸引子的切线方向运动;若 λ>0, 说明轨线随时间以指数增长的方式远离。故时间序列的最大Lyapunov指数 λ>0 是表明该时间序列混沌的一个判据。
1.4 预测
根据 λ>0 可以验证时间序列是混沌的, 故对其重构相空间是合理的。对于重构之后的相空间{y (t) , t=1, 2, •••, N}, y (N+1) 的预测值可以用下面的公式来计算:
其中权函数 ρ (t) 可以根据需要选择合适的式子, 为简便起见, 不妨设为. 因为y (N+1) = (x (N+1) , x (N+1+τ) , •••, x (n) , x (n+1) ) 中只包含未知值x (n+1) , 所以x (n+1) 的值可以得知。同理, 反复使用 (11) 式可以得出y (N+1) , y (N+2) , y (N+3) , ••• 的值, 相应的x (n+1) , x (n+2) , x (n+3) , ••• 也就被预测出来了
对于原始时间序列{S (t) , t=1, 2, •••, n}, 分别应用上面的预测模型处理各子时间序列AL (t) 和Dj (t) (t=1, 2, •••, n; j=1, 2, •••, L) , 得到相应的预测结果AL (t) 和Dj (t) (t=n+1, n+2, •••;j=1, 2, •••, L) , 最后将预测结果进行小波合成, 得到原始混沌时间序列的预测结果:
2 模型仿真
本文数据来源于某通信网某年的数据信号记录, 我们把这些数据信号时间序列用6 层db5 小波分解得到该数据信号序列的低频信号{AL (t) } 和高频信号{Dj (t) (j=1, 2, •••, 6) }。由于混沌时间序列具有内在随机性, 所以本文对低频部分{AL (t) } 应用上文方法, 验证其混沌性。首先用互信息法, 编程计算出 τ=46。在给定 τ=46 的基础上, 用Cao方法求出最小嵌入维数m=4。
用参数 τ=46, m=4, 对时间序列{AL (t) }进行相空间重构, 用小数据量法计算出最大Lyapunov指数 λ=1.1121e-004, 由 λ>0 可验证收集的通信数据信号是混沌的, 故我们对其进行相空间重构也是合理的。并且此混沌时间序列的最大可预测步数为T=1/λ=8.9919e+003.
应用上面的预测模型, 本文预测出100 个数据 (100<8.9919e+003) , 得到如下的实测值和预测值的对比图 (图4) 。
从图4 可以看出上面的预测模型取得了良好的预测效果, 实测值和预测值的大致走向相同, 相互之间误差很小。本文基于小波分解得到的低频数据信号进行相空间重构, 得到最大Lypunov指数, 应用于预测模型中, 此模型还原了数据信号的本质特征, 最大Lypunov指数 λ>0 验证了通信数据信号的混沌性, 以及进一步说明了时间序列的内在随机性。
3 结束语
本文提出了基于小波变换的通信数据信号的预测模型。模型在常规的相空间重构方法中加入了小波变换理论, 对原始的通信流量数据进行小波分解, 将其分成高频部分和低频部分, 只对低频部分 (近似部分) 计算最大Lyapunov指数, 验证了通信数据信号的混沌性和内在随机性。对各个部分分别基于最大Lyapunov指数进行预测, 最后将结果重构, 预测效果良好。结果表明, 本文提出的方法在通信数据信号的分析与研究中具有良好的应用前景。
参考文献
[1]吕金虎, 陆君安, 陈士华.混沌时间序列分析及其应用[M].武汉:武汉大学出版社, 2002.1:1-113.
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[4]李中群, 裴承鸣.一种新的多嵌入延迟相空间重构方法[J]计算机工程与应用, 2009, 45 (33) .
信号与通信 篇10
实践教学是职业教育的重要标志之一, 我国高等职业教育基本脱胎于中职教育, 在教学方法和教学手段上, 既受中职教育教学模式惯性思维的影响, 又受学科体系教育教学模式惯性思维的影响, 有许多不符合职业教育教学规律的地方。目前我国高职实践体系普遍存在以下几个方面的问题:1.实践教学不合理地依附于理论教学, 课时严重缩水;2.实践教学的管理随意性较大, 缺少缜密的、可实施性的管理机制;3.实践教学缺乏必要的物质和师资的保障;4.忽视对学生的实践自觉性和创新能力的培养, 缺乏对学生发展潜力的关注。5.企业实践的环节薄弱, 实施中易受企业的制约。
二、理论依据
1、教学对象的特点
目前, 大多数高职院校的生源整体来说良莠不齐, 差别较大, 主要包括中职毕业生、普通初中毕业生、普通高中毕业生, 其中, 90%以上来自普通高中。这三类生源入学的知识起点不同、专业素质不同、甚至心理素质也有差别。因此, 高职院校教学对象素质结构复杂, 教学过程控制难度较大, 实践教学体系的构建更要充分考虑到教学对象的特点。
2、基于工作过程
高等职业教育课程开发的设计包括工作任务分析、行动领域归纳、学习领域转化和学习情境设计, 合理的实践教学体系构建尤其要重视学习情境的设计。实践环节工作内容的设计与开发从内涵上来说要求“重复的是工作的步骤, 而不是内容”, 循序渐进地提高学生的职业能力。
三、实践研究及效果——以铁道通信信号专业为例
针对上述问题, 铁道通信信号专业依据“基于工作过程”的职教理念, 通过教学改革与实践, 通过与铁路电务人员及行业职业技能鉴定人员的研讨, 提出了以职业技能鉴定实践操作考核要求为基础, 阶段性不同层次的信号工学生职业技能大赛为辅助, 重新构建了铁道通信信号专业的实践教学体系。
(一) 实践教学内容的选取, 基于铁路行业电务系统对人才的技能要求。
铁道通信信号专业的高职教学, 以电务段信号工“职业能力”作为实践教学体系的逻辑起点。首先, 建立铁道通信信号专业实践教学体系的基本框架, 建立“适应就业市场需要, 以职业行为的结果为能力标准、技术知识为核心内容的职业能力目标体系”;其次, 建立“以实践性学习为主线、产学合作为途径的项目学习教学运行模式”, 形成“信号工职业能力开发与标准制定”“融职业功能和教学功能于一体的校内外实训基地”“改革铁道通信信号专业实践教学大纲为重点”的教学保障体系。
(二) 实践教学过程的设计, 基于“信号工 (初级-中级-高级) 职业技能鉴定实践操作考核。
首先, 编制较完备的信号工初级、中级、高级的实践操作考核要求手册, 对技能点描述清楚;其次, 对于每一层次的成绩评定中, 合格、中等、良好、优秀的界定要非常明确;
再次, 要建立完善的机制, 使学生实践操作考核达标必须按照初级考核——中级考核——高级考核这一模式推进, 低级别未达标, 不允许学生进行更高一级别的达标。
(三) 实践教学效果评价的确定, 基于技能大赛。
铁道通信信号专业实践体系应包含不同层次的职业技能大赛, 将职业技能大赛的组织与运行作为实践教学中必不可少的一部分。
目前, 铁道通信信号专业共成功组织了三个职业技能大赛赛项。
1.
基础赛项组织——大一学生学习完《铁路电工电子技术应用》和《铁路信号基础维护》这三门专业核心课程后, 在学院内部组织“电子产品检测与维修”及“初级信号工技能比武”;大二学生学习完《车站信号设备维护》、《区间信号设备维护》、《行车调度设备维护》以及《铁路信号设计与施工》这四门专业核心课后, 组织“中级信号工技能比武”, 比赛结束后选拔出精英学生进行培训, 作为“友情支持”适时参加铁路电务部门组织的职工技能大赛。
2. 拓展性赛项——“自动化生产线安装与调试”赛项。
由于铁道通信信号专业需要学生具备有关继电器电路故障检测与处理方面的能力。根据这一特点, 我们引入PLC编程调试这一拓展内容。采取学生自愿报名的方式, 培训相关学生进行“自动化生产线安装与调试”硬件拆装、电路连接以及编程调试的训练, 同时组织相应的比赛。
从教学的角度来说, 技能大赛的举办不但使本专业的实践教学体系更完整了, 而且使我们能够找到一个载体对实践教学效果做一个客观的检验与总结。从学生的角度来说, 技能大赛使学生得到了技能之外的保持良好心态锻炼, 从长远的意义来看, 这是学生在成长过程中最难能可贵的经历, 有助于学生在步入工作岗位之前对自己在高精神压力下的潜力进行认知。
四、研究的意义
铁道通信信号专业实践教学体系的研究与实践, 对当前专业人才培养具有重要的实践意义。
1.最大限度的保证了所开出的实践课程的在人才培养方面的有效性。
2.更关注学生技能的可持续发展, 为学生将来由“技能”转变为“技术”做好铺垫。
3.具有一定拓展性的实践教学体系, 更有利于学生“择业”。
4.实践教学体系中涉及学生到企业环境中去实习的环节, 要采取动态教学计划的方式, 灵活调整专业实施性计划。
综上所述, 根据铁路电务系统人才需求, 以信号工 (初级-中级-高级) 职业技能鉴定实践操作考核要求为基础, 以阶段性信号工职业技能大赛为辅助, 进行铁道通信信号专业进行实践教学体系构建, 有效的解决了原实践体系中普遍存在的问题, 增强了实践环节的实施性。
参考文献
信号与通信 篇11
关键词：通信信号；课程改革；工作过程；评价体系
中图分类号：U284-4 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01
一、高职铁道通信信号专业教育普遍存在的问题
（一）理论知识不能和实际工作相互结合
在教学中，高职铁道信号专业缺乏实际的工作过程，更多的是根据教材来讲授理论知识。教学目标不能跟培养目标做到统一结合。课程主要是以教师的讲授展开，仍然和高中阶段的填鸭式教育相似。部分知识点，难以理解，又缺少实际的工作过程帮助。造成学生理解困难，知识点掌握不扎实。有理论少实践。
（二）教学情境不符合工作过程
教学多在阶梯教室和简单的实验室进行。学习的情境和工作情境相去甚远。学生面临毕业时，走入实习的工作环境会因陌生而感到紧张和不自信。忘掉本来就缺少实践辅助的理论知识。
（三）学生学习评价体系不科学
学生最终的成绩主要以学生的期末考试成绩为参考，不能科学客观的评价学生对知识的掌握程度。一些善于动手，但是不擅长考试的同学，会得到较低的成绩。部分职业院校采用平时成绩和期末考试结合的方式。虽然优于期末考试一张试卷定成绩的方法，但是平时成绩往往只是出席的表现，很难客观的对学生作出评价。
二、铁道通信信号专业基于工作过程简介
顾名思义，基于工作过程不仅仅是针对铁路企业中某个岗位所需要完成的工作进行分析。而是把铁路企业的整个运转过程联系起来。揭示了各个岗位各个工作之间的相对联系。利用铁道工作运转的流程开发课程体系，可以帮助铁道通信信号专业的学生，了解自己在整个铁道运输运营中多处的位置，要为那些环节服务，准确定位要具备哪些技能。
三、铁道通信信号专业基于工作过程课程体系具体开发
（一）多与铁路企业沟通协作，真正了解铁道岗位需求
真正走入铁道相关企业，铁路运输、高铁、地铁相关企业，了解这些企业在信号方面的人才需求。要真正的改革课程体系，就要以就业单位需求为教学任务，把工作过程系统化，融入课程当中。
（二）对岗位工作进行技能能力分析，模块化技能需求
铁道通信信号专业要根据相关的岗位如铁道调度管理岗位、铁道通信维护岗位等等多种岗位的实际工作过程，划分出能力模块，对能力模块进行分析，重新组合、分类，进行相关课程的重新设计。把工作过程合理的分配到几门课程中，同时根据工作流程的先后去设置课程的前导和后继关系。
（三）根据课程性质，确立课程分类模块
那些课程属于基本素质的培养、那些课程属于技能的基础、那些是技能的综合运用。合理分类。同时注意时间的先后，课程的关系。如前文提到的每门课程都有为自己服务的前导课程，也应该为其他后继课程服务。
（四）采用任务驱动教学模式
在以工作过程为导向的职业教育模式中，教学内容就是从典型的职业工作任务中开发出来的适合教学的学习任务和工作任务。任务驱动教学是指在整个教学过程中，以完成一个个具体的任务为线索，把教学内容巧妙地隐含在每个任务之中，让学生自己提出问题，并经过思考和老师的点拨，自己解决问题。在完成任务的同时，学生培养了创新意识、创新能力以及自主学习的习惯，学会如何去发现问题、思考问题、寻找解决问题的方法。这将传授知识为主的传统教学，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式教学，极大地调动了学生学习的积极性，有利于培养学生的综合能力。据调查，许多职业学校尝试后都认为驱动教学模式值得推广，学生也反映能在任务驱动教学中真正切实地学到知识、学到技能。
（五）定位学习领域，设计学习情境
根据课程所涉及的内容，准确定位学习的是哪一领域的能力。然后把课程通过模块，分项任务的方式，分解出多个学习情境。利用不同的学习情境接近工作情境，完成课程学习贴近工作导向的目的。
（六）考核多样化、客观化
考核不再是期末考试一张卷定成绩，在教学中多注重学习情境的完成情况。任务的完成水平。分阶段给予评价。再借助考试的作用，参考平时出勤。多方面客观准确科学的评定最终成绩。
四、结束语
参考文献：
[1]杨玉洁.吉工职院市场营销专业"基于工作过程"的教学改革研究[D].吉林大学，2009.
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[4]张海燕.中职计算机专业工作过程系统化课程构建的研究[D].上海师范大学，2009.
[5]陈兰剑.综合职业能力导向高职课程改革研究[D].南京理工大学，2008.
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[8]卢丽华.我国高职专业课程与工作岗位的适应问题研究[D].辽宁师范大学，2007.
[作者简介]张亦秋，哈理工大学工程硕士，哈尔滨铁道职业技术学院教师，讲师。
信号与通信 篇12
交通信号控制系统 (以下简称信号机) 根据给定的信号灯控制顺序要求及实时交通流信息, 分析计算出合理的交通信号控制方案, 并控制道路交通信号灯的运行, 是道路交通系统的核心。随着我国道路交通系统的快速发展, 以及更多电气设备的应用产生了更为复杂的电磁干扰, 为适应智能交通与大数据的融合, 信号机传输、处理的数据量也越来越大[1], 控制方案的适应性及时间精度要求也越来越高。由于交通信号控制的重要性, 需要更可靠地判断信号灯及信号机自身的各种故障, 并合理地调整运行方案。
当前信号机内部多采用RS485、RS232等串行通信方式[2,3,4], 其抗干扰能力较弱、稳定性不足、通信速率较低、难以传输较大数据量的信息。同时由于通信的分时控制及较少信息量的获取, 信号机无法对信号灯实现更精确的时间控制, 在信号机出现故障时, 也不能有效更换方案或降级控制[5]。因此, 需进一步提高信号机的通信效率及可靠性水平, 以有效提高城市智能交通管理的运行质量。
本文采用基于CAN控制器局域网络通信和以太网通信的双路高效通信方式, 设计了信号机的双重管控模式, 旨在推动信号机的智能化发展。
1 信号机功能概述
信号机的基本功能是实现对交叉路口信号灯组的控制, 需满足道路交叉口信号灯的基本控制要求, 并可根据实际需要进行扩展。一个典型的十字交叉路口一般需设置直行、左转、右转4个方向12个机动车灯组 (红黄绿信号灯) , 以及4个行人信号灯组 (红绿信号灯) , 共需控制12×3+4×2=44个信号灯控制输出;如考虑非机动车灯组、行人二次过街灯组、公交车专用灯组, 或者控制多路口信号灯, 信号机所需的信号灯控制输出更多。为此, 信号机一般采用单个主控单元和多个灯组控制单元的分布式连接形式, 以便于管理及维护, 实现主控单元负责信号控制方案等管理功能。灯组控制单元根据主控单元的命令信息实现对信号灯的开关控制。由于主控单元和灯组控制单元之间还有信号灯实时工作状态、故障信息、倒计时信息等内容, 实时传输的数据量较大。
目前国内很多小县市的信号机还仅是单点定时信号机, 只能按照预先设定的方案运行。国内很多大中型城市的感应式信号机或集中协调式信号机均取得了较好的发展和应用, 它们除了实现信号灯的基本控制管理外, 还实时采集和处理路口的车流量等信息, 并上传给后台管理中心, 成为当前信号机的一项重要功能。同时, 随着智能交通的发展, 当前国内信号机内核也由8位单片机转向应用32位乃至64位的ARM嵌入式处理器[6], 处理能力得到较大增强, 在信号机内部增加了对信号机的抓拍监控、对机柜门的远程管理、对实时环境状态的监控等越来越多的功能, 与此同时也亟待实现这些信息的有效传输与处理。
2 智能信号机设计
2.1 信号机系统架构
为适应智能交通的快速发展, 采用高效可靠的CAN总线和以太网通信方式, 以及双重管控的系统架构, 实现了信号控制系统智能化水平的提高及运行可靠性的增强。如图1所示, 本信号控制系统包括智能管理模块、灯组监控模块、灯组管理单元、机柜监控单元、车辆检测单元等多个组成部件。以智能管理模块为核心, 各部件之间通过2路独立的通信总线相互连接。
智能管理模块通过CAN总线与灯组监控模块、多个灯组管理单元连接通信, 该路通信主要用于灯组控制及状态传输。由于CAN总线的通信速率较高, 智能管理模块可更及时地下发各种控制方案, 提高实时性。CAN总线无需分时传输的特点, 可让灯组管理单元及时传输自身检测到的各种故障信息, 提高信号控制系统对故障分析及处理的实时性;同时灯组监控模块可实时监控总线状态并获取信号灯故障状态, 以备必要时控制系统调整方案运行, 或执行独立黄闪控制。
智能管理模块通过以太网1, 与机柜监控单元、车辆检测单元、环境检测单元等连接通信, 通过以太网, 智能管理模块可实时获取大批量的车流量信息, 并据此更及时地调整优化信号控制方案;机柜监控单元抓拍的系统监控图片和环境检测单元的环境状态信息也可通过智能管理模块实时传输给后台管控中心, 无需单独的路由设备。
信号机的相关方案、故障、车流量等信息, 可由智能管理模块通过以太网2上传给后台管控中心, 并可接收后台管控中心的远程控制指令或参数设置信息。
2.2 信号机各模块功能
智能管理模块是信号机的管理核心及信息传输中心, 负责分析计算接收到的车流量信息及信号控制需求, 以实时优化信号控制方案。智能管理模块将优化后的信号灯组控制方案实时发送给灯组管理单元, 并接收灯组管理单元实时监控的信号灯状态信息。智能管理模块及灯组管理单元均可以广播的形式发送系统的关键控制信息及故障信息, 以便灯组监控模块对系统运行可靠性进行双重有效管理, 实时监控故障。智能管理模块还可作为信息传输中介, 将机柜监控单元的监控信息及时通过局域网发送给后台管控中心。如智能管理模块检测到以太网1的数据量太大或异常时, 可切断与以太网1的连接, 以确保信号机灯组控制的可靠运行。智能管理模块对以太网1数据的处理流程如图2。
灯组监控模块为信号机的二级管理核心部件, 负责在智能管理模块失效时, 接管对信号机的控制, 保证信号机的基本运行;内部有若干路黄灯控制电路, 可在信号灯、灯组管理单元、系统通信等方面出现故障时, 执行独立黄闪控制。在无智能管理模块时, 灯组监控模块也可与多个灯组管理单元实现对信号灯组的基本有效控制。若检测到智能管理模块的数据异常, 灯组监控模块可将其CAN链路切断。通过灯组监控模块的实时监控、备用方案及黄闪控制, 实现了对信号机灯组管理的双重管控。灯组监控模块的工作流程如图3所示。
灯组管理单元负责接收智能管理模块或灯组监控模块的灯组控制命令, 并转换为合理的信号灯控制命令, 控制相应的信号灯组的红黄绿信号灯运行;负责检测相应灯组的红黄绿信号灯实际工作状态, 并与实时的灯组控制命令进行对比分析, 如信号灯出现故障, 则及时广播上报。
车辆检测单元负责实时监控道路各车道的车流量信息, 并通过以太网传输给智能管理模块;车辆检测单元可为1个核心传输模块, 也可为根据路口的检测器设计采用多个车辆检测单元;车辆检测方式可为地磁、微波、视频等各种车辆检测装置。
机柜监控单元通过视频抓拍的方式, 实时获取并监控信号机系统的开关状态, 若信号机机柜门被打开, 机柜监控单元被触发上电工作, 并抓拍机柜门外场景, 然后将抓拍的照片通过智能管理模块的中转实时传输给后台管控中心;机柜监控单元也可在机柜门打开上电后, 根据后台管控中心的命令进行实时抓拍取景。环境检测单元可实现对信号机内外部相关环境状态的实时检测, 如温度、湿度、环境噪声、空气质量等, 协助实现对城市环境的监控。
3 智能信号机实现
3.1 智能管理模块
如图4所示, 智能管理模块以模块CPU为中央处理单元, 并通过存储器实现系统方案、交通流、抓拍的图片等信息的临时或长期存储;通过CAN隔离电路, 模块CPU可有效实现与外部模块的电气隔离, 进而通过CAN收发器实现与外部设备的交互。模块CPU为主频1 GHz的Cotex-A8处理器, 并配备2路标准以太网口, 可实时接收车辆检测单元的车流量信息, 并快速进行大批量数据计算处理, 结合自身存储的系统控制方案信息, 对信号控制进行实时优化调整。
3.2 灯组监控模块
灯组监控模块采用32位ARM微处理器芯片STM32。如图5所示, 模块自身存储了交通信号基本控制方案, 可在智能管理模块方面出现故障时接管信号控制系统的运行。模块CPU同时也可独立控制系统黄灯的运行, 可在系统出现故障时使信号灯独立黄闪运行。灯组监控模块可有效实现系统的降级控制。
3.3 其它模块
车辆检测设备采用微波车辆检测系统, 不同方向的微波检测器将车流量信息传输至车辆检测单元, 车辆检测单元通过以太网将车流量信息实时传输给智能管理模块。机柜监控单元用于预防信号控制系统被非法打开等, 原理是通过其摄像头抓拍机柜门旁的场景, 并通过以太网传输给智能管理模块, 也可接收智能管理模块的抓拍命令。供电电路与机柜门连接, 当机柜门打开时, 机柜监控单元供电接入, 并进行连续5次间隔10 s的场景抓拍, 机柜门闭合后, 机柜监控单元断电停止工作, 以降低系统功耗。
4 结束语
本文交通信号控制系统设计架构更为高效可靠, 通过CAN通信和以太网通信实现了信息传输, 通过双重管理控制实现了对系统故障的有效降级管理;通过机柜监控单元实现了对信号控制系统的安全监控。
本系统的智能化水平更高, 可利用各种车流量信息以及系统工作状态信息, 更好地实现对信号控制的优化分析。
摘要：现有道路交通信号控制系统已难满足现今的智能化趋势。通过设计CAN通信和以太网通信双层架构, 实现了大容量信息的高效传输以及信号灯控制和车辆信息的实时交互。通过灯组监控模块设计, 实现了信号灯的双重管控, 在信号灯或其控制系统出现故障时, 确保实时执行方案降级或独立黄闪控制。以上高效通信和双重管控策略有效提高了道路交通信号控制系统运行质量, 为智能交通的发展提供了理论基础。
关键词：智能交通,信号机,CAN通信,以太网,双重管控,大数据
参考文献
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