地铁时钟GPS信号多路共用研究分析

张雅莉

【摘要】 地铁时钟系统为调度控制中心调度员、车站值班员、各部门工作人员及乘客提供统一的标准时间信息，为地铁通信系统及其它专业系统（ATS、AFC、ISCS、SCADA等）提供统一的标准时间信号，以供设备准确追时，统一运行标准。地铁时钟系统普遍采用GPS作为标准时钟源，GPS信号的采用为保证系统运行计时准确、提高运营服务质量起着重要的作用。由于地铁运行的环境特殊，常常需要多条线路共用一路GPS信号，以达到标准时间统一的目的。

【关键词】 时钟系统 GPS 运营服务

引言：时钟子系统的标准时间来源于GPS，并使用该时间信号对系统各级设备进行逐级校时。当中央GPS接收故障时，需使用其他外部时钟信号源为既有线路提供GPS信号，保障地铁准时定点、高效安全运营。

一、GPS

利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信。

二、时钟系统

广州地铁时钟系统一般采用中心一级母钟和车站、车辆段二级母钟两级组网方式设置。中心一级母钟设备接收GPS/北斗标准时间信号，产生精确的同步时间码，通过传输通道向各车站和车辆段的二级母钟传送，统一校准二级母钟。

1、一级母钟。中心一级母钟设在控制中心，其中高稳晶振工作钟模块采用主备用方式，主备工作钟能自动和手动倒换且人工调整时间。时钟系统的设置对保证地铁运行计时准确、提高运营服务质量起着重要的作用。

2、二级母钟。车站/车辆段时钟系统由二级母钟（含输入接口）和子钟等设备构成。二级母钟设于各车站/车辆段通信设备室內，用于接收一级母钟的校时信号，并驱动本站的子钟。

3、同步网。同步网是现代通信网运行的支持系统之一，为地铁范围内所有需定时设备的时钟（或载波）提供同步控制信号。在这个通信网内任何两个数字交换设备的时钟速率差超过一定数值时，会使接收信号交换机的缓冲存储器读、写时钟有速率差，当这个差值超过某一定值时就会产生滑码、以致造成接收数字流的误码或失步。换句话而言在地铁范围内若数字流误码失步较大，可能会引起时间偏差进而影响运营。

为保证地铁正常运营，同步网的基准时钟同步是重要条件之一，其中时钟同步是同步网必不可少的重要组成部分，是通信系统正常运行的质量保证。

三、时钟在地铁系统中的重要作用

地铁时钟系统不仅为控制中心、车站、列车司机等提供标准时间，通过RS422接口与子钟相连实现功能，同时通过TCP/IP协议处理时钟源信号，并通过信号介质传输至其他系统提供同步基准的定时信号。

四、时钟系统多路共用原理

4.1组成介绍

时钟系统由设置在控制中心的中心一级母钟、沿线车站及车辆段的二级母钟和子钟、连接中心一级母钟和二级母钟的传输通道以及必要的系统网管终端设备等组成。时钟系统设备主要包括 GPS、北斗同步接收单元、控制中心主备一级母钟系统、 中心监控计算机、车站/车辆段/停车场主备二级母钟、时间显示单元（简称子钟）、 NTP 输出接口设备、传输通道、RS422 接口设备和电源等组成。

4.2方案原理

（1）使用GPS接收器接收时钟系统源信号。时钟系统GPS接收器接收天线信号经过系统内部协议转换，传送至本套设备一级母钟后输出至中央接口层，在GPS原始信号处理前，接收模块会分一路GPS源信号至输出接口供其他线路时钟信号作为信号源。但由于各条线路使用设备内部协议不同，转换接口也不同，所以在多路共用时需要经过协议适配，现场测试信号接收功能及下级时钟运行情况。

（2）使用一级母钟接收协议适配后的信号源。在协议适配的前提下，一级母钟可直接接收由GPS接收器发出的时钟信息，时钟设备提供以太及RS422两种协议的时钟信令，满足不同设备的同步需求，由于协议单一，所有与时钟信号相连的设备都可接收RS422的信号。

（3）将GPS信号分路处理。在GPS信号接收器接收卫星信号之前采用功分器或分线器将GPS信号（同轴电缆）进行分路处理，接入新线设备与既有线设备的GPS接收器，各线路一级母钟采用各自时钟信号。但GPS信号不能直接进行分路处理，故此方案现场实施难度较大。

结束语：将GPS信号在各线路分路处理后接入各自中央时钟系统的方案需要考虑协议适配的问题，共用GPS接收器的方案不利于系统异常情况下故障点判断的精确性，且增加了故障处理的人员投入。解决GPS天线分路的问题是方案的关键。在地铁线网大发展下，时钟信号多路共用也会成为解决现场问题的有效方案之一。

参 考 文 献

[1]崔建乐.《地铁时钟系统浅析》.都市快轨交通.第19卷第1期，2006年2月本文摘自中国论文网，原文地址：http：//www.xzbu.com/6/view-4563154.htm