探讨基于北斗卫星导航系统的轨道交通线网级时钟同步网平台构建

探讨基于北斗卫星导航系统的轨道交通线网级时钟同步网平台构建

杨玚

常州地铁集团有限公司运营分公司  江苏常州  213000

摘要：本文主要是分析了轨道交通通信系统同步网技术当前的发展现状，并且基于北斗卫星导航系统的城市轨道交通线网级时钟同步网平台的构建策略进行了探讨，希望能够为不断提升我国轨道交通线网级同步平台的建设水平提供参考意见。

关键词：北斗卫星导航系统；轨道交通线网级同步平台；构建策略

随着我国城市轨道交通逐渐朝着智能化以及网络化的方向发展，轨道交通的时钟系统在应用的过程中也出现了一系列问题。首先，不同线路的轨道交通往往会配置包含GPS接收设备的时钟系统，甚至还会存在内部相关系统自备GPS接收设备，从而实现系统内部不同设备运作时间的同步性。但是考虑到不同的GPS接收设备所提供的时间存在区别，不同系统内部的时间同步机制目前也不够健全，这也导致轨道交通不同线路在运行过程中存在时间显示不同步、时间技术不同步等问题，严重地影响了轨道交通对于设备运行故障以及系统运行故障时间方面的判断，对于轨道交通的安全运营带来了不利影响。其次，目前国内轨道交通的时间同步系统是基于GPS卫星导航系统而构建的。但是轨道交通内部的时间同步系统在构建过程中，国产化效率较低，为了持续满足我国轨道交通发展的智能化应用需求，国家急需投入更大的力度建立一套独属于国内轨道交通线路特色的国产化线网级时钟同步网络平台，这样才能够实现不同运行线路内部弱电系统以及时钟系统运行的同步性。目前，随着我国北斗卫星导航系统的构建功能不断完善，该系统的服务能力也在持续增强。针对不同服务区域的定位也更加精准，同时，抗干扰性能相比于之前也有明显的提升，能够完全满足轨道交通线网级时钟同步平潭构建功能的需求。但目前，我国北斗导航系统在时间同步平台中的应用还不够完善，因此，可以考虑在轨道交通的线网级时钟同步网络平台采用GPS系统和北斗导航系统互为备用的方案。

一、线网级时钟同步平台的构建方案

城市轨道交通线网级时钟同步平台网络构架主要分为五层构架设计方案。第一层方案中主要包括了GPS接收器设备、北斗卫星接收设备、一级时间服务器设备以及一级网管设备。主用系统需要设置在轨道交通的线网指挥中心，而备用系统需要设置在备用线网指挥中心中。第二层构架主要包含了设置在不同轨道交通线路的控制中心所提供的二级时间服务器、Ets服务器、二级网管设备。第三层构架为设置在不同轨道交通线路控制中心的各类型弱电系统主机设备，这些主机设备需要在时间同步网络内采用统一化的NTP协议。第四层构架主要是不同轨道交通线路的弱电系统设置在控制中心，但除去系统主机以外的所有其他设备和车站的主机设备，这些设备也在时间同步网络中使用统一的NTP协议。第五层构架为不同轨道交通线路个类型弱电系统设置在车站，并且与车站主机相互连接的从机设备，这类型设备也需要在时间同步网络平台中使用统一的NTP协议。

而轨道交通的同步时间网络系统采用这种五层分层构架的方式，在应用过程中也会体现出以下几个优势。第一，不同的轨道交通线路在运行过程中都需要遵守集中化的同步源头，也就是在系统中的第一层时间服务器设备，这样就可以保证几条相互连接的轨道交通线路在运行过程中所遵循的时间具有统一性和协调性。第二，通过分层构架的方式，能够有效地避免不同的轨道交通线路在构建过程中分别设置卫星导航系统和GPS设备，这样的统一化管理方式能够减少前期系统平台搭建的投资成本，同时，还能够实现卫星导航系统、GPS设备导航信号以及资源方面的共享功能。第三，这种五层分层构架的方式，可以实现对不同层级的逐级保护，当上一级别的系统设备在运行过程中出现故障问题是，下一级别的系统仍然可以正常运行，并且还可以利用该级别设置的手持设备持续性地工作，有效提升了整个系统运行的可靠性和安全性。最后，采用GPS设备与北斗卫星导航系统相互结合的运行方式，不仅能够使两种设备之间互为备用，同时，还有效地提升了轨道交通时间同步网络的国产化率[1]。

二、基于北斗卫星导航系统的轨道交通线网级时钟同步网络平台的构建方案

基于北斗卫星导航系统的轨道交通线网级时钟同步网络平台在构建过程中，主要包含了时钟同步网络以及时间同步网络这两大模块。其中，时间同步网络能够为轨道交通线路内部的传输系统以及其他设备提供时钟同步的信号源头，而时间同步网能够为轨道交通线路内部的不同业务服务系统以及时间显示设备提供统一且标准化的时间信号。

（一）时间同步模块

时间同步系统在构建过程中主要遵循的原理是分层构建以及多级保护的原理。也就是说，在分层构建的系统中，如果第一层设备中的卫星导航系统出现了故障问题，或出现了BITS故障问题时，一级时间服务器仍然可以利用其应急设备保证持续工作。并且，在该分层系统中，两个一级服务器相互为备用主机，当两个一级时间服务器都发生故障问题时，所有的设备在运行过程中就会以系统内部的第二层时间设备作为基准时间。如果系统内部在运行过程中的第一层设备、第二层设备、第三层设备和第四层设备中的时间系统均出现故障问题，或在与上层设备进行通信和时间信号传输的过程中，出现了其他干扰，那么，在该线网构架内部就需要应用到时间同步设置的不同子系统，这系统依然可以采用系统主机自带的应急系统实现时间信号源的同步

[2]。

（二）时钟同步模块

在时钟同步系统中，信号传输系统核心层、核心节点处信息的互换以及信息的传输等各类型设备都需要采用同步的时钟信号源头，而这些信号源头都来自核心节点BITS系统的时钟输出模块。也就是说，时钟输出模块能够为分层系统中不同信号的传输系统和传输设备提供统一的时间节点。而在核心层传输节点所传出的时钟同步信号主要是从GPS设置点BITS发出的顺时针线路时钟信号作为主要的信号源头，并且以从北斗卫星导航系统中取得时钟源头的BITS发出的逆时针线路时钟信号作为备用的时钟信号源头。由此不难看出，GPS系统内部设置的BITS所发出的顺时针时钟信号和以北斗卫星导航系统中取得的BITS所发出的逆时针线路信号互为备用。这种设置方式也加大了整个系统运行过程中的稳定性和安全性。而在时钟同步模块中，汇聚层线路传输系统中的传输节点所发出的时钟同步信号主要是从环内线路码流中所提取的，但是在时钟同步模块中，主食中的信号是从本线路控制中心的核心传输设备和线路传输设备之间相互转换的码流中所提取的，在相互转化的码流中，所提取的顺时针线路时钟信号也就是控制其他传输设备时间节点的时钟同步信号。而备用系统中的时钟信号主要是从本线控制中心核心传输设备和线路常数设备之间相互交换的码流中所提取的逆时针线路时钟信号。顺逆时针的时钟信号互为备用，当其中一项系统出现故障问题时，备用时钟信号依然可以正常运行[3]。

结语：

综上所述，通过五层构架的时钟同步网络系统平台，能够有效地解决不同轨道交通线路时间不同步的问题，这种五层构架的建设方式，不仅节约了投资成本，同时还实现了不同层级之间的时间资源共享。随着我国北斗卫星导航系统的持续发展，北斗卫星导航系统的定位技术以及抗干扰技术也更加强大，这对于推动我国轨道交通行业的信息化发展意义重大。

参考文献：

[1]赵鹏飞, 陈高峰, 李小娟,等. 基于北斗三号导航系统的卫星定位技术[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(2):7.

[2]杨子辉,薛彬.北斗卫星导航系统的发展历程及其发展趋势[J].导航定位学报,2022,10（01）:1-14.

[3]苏相琴.北斗卫星导航系统的现状及发展前景分析[J].广西广播电视大学学报,2019,30（03）:89-92.