摘 要：時間同步系統是長春輕軌通信網絡結構中不可缺少的部分之一，為長春輕軌各系統、輕軌工作人員及旅客提供標準時間同步信號。列車安全高效運行離不開精準的時間信號，而時間同步系統通過全球定位系統獲取精準時間信號，為輕軌提供精準時間信號得到保障。該文主要介紹長春輕軌通信時間同步系統的組網構架、工作過程、主要設備、網管設備、時鐘系統功能，并指出時間同步系統對輕軌運行的重要性。
關鍵詞：時間同步系統 輕軌 標準時間信號 組網構架 網管設備 功能
中圖分類號：TH71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（a）-0008-04
Abstract：The time synchronization system is one of the indispensable parts for Changchun light rail communication network structure， which provides standard time for staff， passengers， and related systems in Changchun Light Rail. Light rail can run safely and efficiently with precise time signal， and the time synchronization system obtains accurate time signal through the global positioning system， which guarantees that light rail can obtain accurate time signal. The network structure， work process， major equipment， network management equipment and function of light rail communication time synchronization system are described in this paper， and the importance of time synchronization system is pointed out for running of light rail.
Key Words：Time synchronization system； Light rail； Standard time signal； Network structure； Network management equipment；Function
1 時間同步系統概述
時間與每個人息息相關，方便了人們的出行與生活。如果時間信號不協調統一，對軌道交通而言，就會出現列車運行延誤、故障處理不及時等問題影響列車運營，因此標準時間信號對軌道交通的良好發展起著關鍵作用。長春輕軌通信時鐘系統采用時間同步系統，通過全球定位系統（GPS）獲取時間同步信號，并將時間同步信號發送給控制中心一級母鐘，一級母鐘將標準時間同步信號提供給工作人員、旅客，同時也為各系統如自動信號系統（ATS）、電力監控系統（SCADA）、防災報警系統（FAS）等其他系統提供時間同步信號，從而實現輕軌全線時間信號同步統一。采用時間同步系統保障了長春輕軌高效運行，提高了城市軌道交通管理水平[1，2]。
2 系統組網構架及工作過程
2.1 組網構架
長春輕軌通信時間同步系統采用分布式結構，按控制中心一級母鐘、車站和車輛段二級母鐘兩級組網方式，通過網管設備進行集中管理，控制中心設備與車站和車輛段設備之間通過光纖傳輸系統傳遞時間同步信號。一級母鐘接收來自GPS時鐘源接收機同步時間信號進行自動校時，保持與GPS標準時間同步，避免產生時間誤差積累；同時一級母鐘通過光纖傳輸通道以太網接口將同步時間信號發送給車站和車輛段二級母鐘，二級母鐘接收來自光纖傳輸通道以太網接口的時間同步信號，?c一級母鐘保持同步；子鐘通過RS422接收來自二級母鐘發送的時間同步信號，與二級母鐘同步，從而實現輕軌全線時間信號保持同步。
2.2 工作過程
該時間同步系統結構圖如圖1所示，其主要由5部分構成：GPS接收機設備、一級母鐘設備、二級母鐘設備、子鐘設備、網管設備。GPS接收機位于控制中心，控制中心一級母鐘接收來自GPS時鐘源接收機發送的時間同步信號。一級母鐘能提供RS422、以太網等多種時間同步信號接口，將標準時間同步信號通過多路接口發送給控制中心調度大廳子鐘、辦公室子鐘、通信電源系統、自動售檢票系統、廣播系統等其他各個系統，并通過以太網接口發送給傳輸系統，傳輸系統為時間同步信號傳送提供承載，將一級母鐘設備的時間同步信號傳送給二級母鐘設備。一級母鐘設備配備了網管設備，對一級母鐘運行進行監控和管理，以便工作人員對時間同步系統進行維護，實時監控各二級母鐘及子鐘的運行狀態。二級母鐘位于各站及車輛段通信機房內，接收來自一級母鐘發送來的時間同步信號，并將時間同步信號發送給子鐘。子鐘設置于各站上行站臺、下行站臺、站廳及車輛段列檢庫和檢修庫內，為旅客與工作人員提供準確時間[3]。
3 主要設備
3.1 GPS時鐘源接收機設備
全球衛星定位系統（GPS）由空間系統、地面監控系統、GPS接收機3部分組成。GPS時鐘源接收機示意圖如圖2所示，其工作基本流程是GPS接收機通過天線接收衛星信號，衛星信號是GPS衛星向用戶發送的用于導航定位的已調波，包括各空間衛星的識別標志、空間位置信息、經緯度、精密原子鐘的標準時間信號、空間衛星自身的軌道參數等，然后將衛星信號傳送給微處理器進行解調處理，處理器提取出標準時間信號并進行顯示，同時通過外部RS422接口為控制中心一級母鐘提供標準時間信號[4]。 3.2 一級母鐘設備
一級母鐘位于控制中心通信機房室內，作為整個輕軌時間同步系統的核心部分，其工作可靠性能決定了整個時間同步系統的穩定性能。一套母鐘設備配置主、備母鐘模塊，通過信號切換模塊對主、備母鐘信號源進行監測和判斷，當主母鐘工作失真時，會自動切換到備母鐘工作。一級母鐘提供嚴格的時碼輸出，能夠將標準時間信號通過接口分配給二級母鐘及其他各子系統。一級母鐘給各系統提供的時間信號接口相互獨立，各接口局部故障不影響整個系統正常工作。同時一級母鐘通過RS422接口與監控終端連接，實時監控時鐘系統運行狀態[5]，一級母鐘設備如圖3所示。
3.3 二級母鐘設備
二級母鐘位于輕軌各站和車輛段通信機房內，二級母鐘設備如圖4所示，其結構組成包括：中央處理單元、晶振、電源、驅動電路、接口裝置。二級母鐘通過通信機房內傳輸系統以太網接口與中心一級母鐘相連。二級母鐘一方面用于接收一級母鐘發送的標準時間信號，并校準自身精度，與一級母鐘保持同步；另一方面二級母鐘采用RS422接口以點對點方式向子鐘發送標準時間信號。同時二級母鐘具有監控管理接口，通過與網管設備連接對該站二級母鐘和子鐘進行監測。
3.4 子鐘設備
子鐘有兩種類型，即數字式和指針式，長春輕軌子鐘設備采用懸掛式數字子鐘，帶有超亮LED數碼管顯示，顯示時、分、秒、年、月、日、星期。數字式子鐘懸掛于輕軌站廳、上行站臺、下行站臺、列檢庫及檢修庫內，主要由驅動電路、主控模塊、時間顯示模塊及接口電路等組成，子鐘設備如圖5所示。子鐘自動接收二級母鐘發出的時間同步信號，將自身的時間精度進行校準刷新，與二級母鐘保持同步，并向所屬的二級母鐘發送該機工作狀態。
4 網管設備設計
在控制中心設置一套時間同步系統監測管理終端即中心網管設備，對輕軌全線時間同步系統設備進行實時監測與管理。網管設備通過RS422接口與中心一級母鐘連接，網管設備界面如圖6所示。界面有如下幾方面作用。
（1）界面上顯示當前日期（年月日星期時分秒），與一級母鐘時間保持同步。
（2）當網管設備通信正常，主母鐘、備母鐘、標準時鐘源正常時，顯示正常，否則會顯示故障。
（3）當全球定位系統接收模塊正常工作時，會顯示GPS校時，否則出現GPS無效。
（4）當主母鐘正常工作時，會顯示主母鐘工作；當主母鐘故障時，系統切換到備母鐘工作方式，會顯示備母鐘工作。
（5）可對輕軌各站子鐘進行設置。
（6）網管設備界面上小方框代表被監控的區域，當顯示綠色時，表示子鐘運行正常，當顯示紅色時，表示某站子鐘故障，點擊小方塊進入子鐘狀態界面，如圖7所示，同時還可以對子鐘進行追時、正常、停止操作。
（7）系統增加了值班記錄存儲、打印、查看及運行狀態調用功能，幫助工作人員了解更多信息。
5 系統功能
5.1 同步校對
（1） 一級母鐘接收來自GPS時鐘源接收機設備發送的時間同步信號，通過數據處理單元提取標準的時間同步信號，通過多業務傳輸平臺經過光纖發送到各車站、車輛段的二級母鐘，同步全線各系統時間信號。
（2） 一級母鐘和二級母鐘通過傳輸系統光纖傳輸通道傳遞時間同步信號，避免產生累計誤差。
（3） 控制中心一級母鐘在接收不到GPS時鐘源接收機設備發送的時間同步信號情況下，利用自身穩定的高頻晶振產生時間信號發送給各二級母鐘，并向時鐘系統網管設備發出告警。
（4）在控制中心一級母鐘或者光纖通道發生故障時，二級母鐘利用自身穩定的高頻晶振產生時間信號來驅動子鐘工作，并向時鐘系統網管設備發出告警。
（5）當二級母鐘出現故障時，子鐘利用上次刷新的時間信號作為子鐘自身的時間起始信號為工作人員及旅客提供時間信息，并向時鐘系統網管設備發出告警。
5.2 系統擴容
該時間同步系統具備擴容功能，系統擴容時無需增加控制模塊，只需直接增加接口板模塊便可實現系統功能。擴展不影響既有設備的使用，軟件基本不變。在該工程中，中心母?分路輸出接口箱的RS422接口設計數量為31個，并可根據實際情況及以后的需要很方便地進行擴容，二級母鐘分路輸出接口箱的RS422接口設計數量為31個，最多可擴展為256個。
5.3 運行狀態顯示與管理
5.3.1 狀態顯示
控制中心網管設備能夠實時監測到時鐘系統子母鐘運行狀況，并對當前運行狀況進行顯示、方便工作人員查看，并能夠對各站及車輛段子母鐘進行標定控制。
5.3.2 狀態管理
當時間同步系統出現故障時，網管設備將產生告警，工作人員可根據告警信息方便查閱故障信息，同時網管設備與集中告警系統進行連接，實時將故障信息發送集中告警系統以便集中管理。
6 結語
時間同步系統已經應用于長春輕軌，為輕軌車站工作人員、列車司機、上班族及整個輕軌系統等提供標準時間同步信號，在使用過程中達到了理想效果，通過實踐可知該系統滿足線路運行的要求。在輕軌通信系統中使用統一的標準時間同步信號，對保證列車安全、高效、準時運營起到了重要作用。通過對長春輕軌時間同步系統進行學習，使得自己掌握了構建時鐘系統方面的知識，為以后輕軌維護與管理奠定基礎。
參考文獻
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