《城市轨道交通通信技术》习题答案

《城市轨道交通通信技术》习题答案【一、填空题（共15题，每题1分，共15分）】1.城市轨道交通通信系统的核心承载平台是______，为所有业务子系统提供双向透明、可靠的传输通道。【答案】传输系统2.目前我国城市轨道交通车地宽带无线通信的主流专用制式为______，其工作频段主要为1.4GHz和1.8GHz专用频段。【答案】LTE-M3.SDH传输系统的最小同步传输模块等级为STM-1，其标称传输速率为______Mbps。【答案】155.5204.城市轨道交通专用电话系统中，______是行车指挥的核心通信工具，支持组呼、单呼、紧急呼叫等调度功能。【答案】调度电话系统5.时钟系统中，一级母钟通常设置在______，通过接收GPS/北斗卫星信号校准时间，为全线提供统一时间基准。【答案】控制中心6.城市轨道交通乘客信息系统的英文缩写为______，主要用于向乘客发布运营信息、安全提示、紧急通知等内容。【答案】PIS7.通信电源系统中，阀控式密封铅酸蓄电池的单体浮充电压标准值为______V（25℃环境下）。【答案】2.258.SDH传输系统的线性保护倒换时间要求不大于______ms，满足电信级可靠性要求。【答案】509.城市轨道交通视频监控系统的录像存储时间应不少于______天，满足运营安全追溯需求。【答案】3010.城市轨道交通通信系统采用联合接地方式时，接地电阻应不大于______Ω。【答案】111.广播系统中，优先级最高的广播类型为______，发生灾害或紧急事件时可自动覆盖其他所有广播业务。【答案】防灾紧急广播12.多业务传送平台的英文缩写为______，是在SDH基础上集成以太网、ATM等业务承载能力的传输技术，曾广泛应用于城轨通信系统。【答案】MSTP13.区间专用通信设备中，供区间作业人员、应急救援人员与车站值班员、调度员联系的设备是______。【答案】区间电话14.全自动运行（GoA4级）线路中，车厢内设置的______系统可实现乘客与控制中心调度员的音视频双向通信，替代传统的司机室紧急通话装置。【答案】车载乘客紧急通信15.OTN光传送网中，OTU2的标称传输速率为______Gbps，可承载10G以太网业务。【答案】10.3125【二、单项选择题（共10题，每题1分，共10分）】1.下列子系统中，属于城市轨道交通专用通信系统核心组成的是（）A.公务电话系统B.调度电话系统C.乘客信息系统D.通信电源系统【答案】B【解析】调度电话系统是行车指挥的核心专用通信工具，公务电话、PIS、电源系统均不属于专用通信核心范畴。2.LTE-M系统中，承载CBTC列车控制业务的端到端单向时延要求不大于（）A.10msB.50msC.200msD.500ms【答案】B【解析】符合《城市轨道交通车地宽带无线通信系统技术规范》中安全类业务的时延要求，保障列控指令实时传输。3.下列传输技术中，带宽容量最大、最适配全自动运行线路大带宽需求的是（）A.SDHB.MSTPC.OTND.PDH【答案】C【解析】OTN融合波分复用技术，可支持10G/40G/100G甚至400G带宽，远高于SDH、MSTP的容量上限。4.城市轨道交通时钟系统中，一级母钟采用铷原子钟时，日走时误差应不大于（）A.±0.05秒B.±0.5秒C.±1秒D.±5秒【答案】A【解析】铷原子钟的日走时精度可达±0.05秒，高稳晶体钟日走时误差为±0.5秒，可满足卫星信号失效72小时内的时间精度要求。5.下列关于广播系统优先级的排序，正确的是（）A.行车调度广播＞防灾紧急广播＞客运调度广播＞车站本地广播B.防灾紧急广播＞行车调度广播＞客运调度广播＞车站本地广播C.客运调度广播＞行车调度广播＞防灾紧急广播＞车站本地广播D.车站本地广播＞客运调度广播＞行车调度广播＞防灾紧急广播【答案】B【解析】防灾紧急广播为最高优先级，用于灾害场景下的乘客疏散和应急指挥，优先级高于所有运营类广播。6.城市轨道交通视频监控系统目前主流的高清视频编码格式为（）A.MPEG-2B.H.264C.H.265D.AV1【答案】C【解析】H.265编码效率比H.264提升50%，可在相同带宽下传输更高清的视频，是当前新建城轨线路的首选编码格式。7.控制中心调度员需实时查看列车车厢内的监控画面，该视频信号的传输依赖于（）A.公务通信系统B.车地无线通信系统C.广播系统D.时钟系统【答案】B【解析】车载视频回传属于移动场景下的车地双向通信，需依托LTE-M等车地无线系统承载。8.下列设备中，不属于PIS系统前端显示终端的是（）A.站台显示屏B.车载显示屏C.站厅导乘屏D.调度员监视器【答案】D【解析】调度员监视器属于视频监控系统的终端设备，不属于PIS面向乘客的显示终端范畴。9.通信电源系统中，为交流负载（如视频监控终端、广播设备）提供不间断供电的设备是（）A.高频开关整流器B.蓄电池组C.UPSD.直流配电屏【答案】C【解析】UPS为交流不间断电源，整流器、蓄电池、直流配电屏均为直流供电系统组成部分。10.GoA4级全自动运行线路中，替代传统司机人工唤醒列车的功能是（）A.远程唤醒通信功能B.自动广播功能C.视频回传功能D.时钟同步功能【答案】A【解析】远程唤醒功能通过车地通信系统传输控制指令，实现列车自动上电、自检、出库，是全自动运行的核心配套功能。【三、多项选择题（共5题，每题2分，共10分，多选、少选、错选均不得分）】1.下列属于城市轨道交通通信系统业务子系统的有（）A.传输系统B.无线通信系统C.信号系统D.乘客信息系统E.自动售检票系统【答案】ABD【解析】信号系统、自动售检票系统属于城市轨道交通独立专业系统，不属于通信系统范畴。2.LTE-M车地无线通信系统可承载的业务包括（）A.CBTC列控数据传输B.集群调度语音通信C.车载监控视频回传D.PIS信息下发E.牵引供电数据传输【答案】ABCD【解析】牵引供电数据由电力监控系统通过有线传输系统承载，不属于LTE-M车地无线的核心业务。3.城市轨道交通通信电源系统的组成部分包括（）A.交流配电单元B.高频开关整流器C.蓄电池组D.直流配电单元E.UPS不间断电源【答案】ABCDE【解析】通信电源系统涵盖交直流配电、整流、储能、交流不间断供电等全环节，以上均为核心组成部分。4.下列关于城市轨道交通视频监控系统的说法，正确的有（）A.前端摄像机包括球型摄像机、半球摄像机、枪式摄像机等类型B.存储系统需满足至少30天的录像存储要求C.仅控制中心可调用监控画面，车站无权限D.可与安防系统、防灾系统联动，紧急事件时自动弹出对应区域画面E.站台区域摄像机仅需监控乘客候车区域，无需监控轨道区域【答案】ABD【解析】车站值班员可调用本站及相邻区间的监控画面；站台摄像机需同时覆盖候车区、站台门区域及轨道区域，保障运营安全。5.城市轨道交通时钟系统的主要作用包括（）A.为各专业系统提供统一的时间基准B.为乘客提供清晰的时间显示C.为运营调度、设备维护提供时间参考D.承载列车控制指令传输E.为故障事件追溯提供时间戳依据【答案】ABCE【解析】列车控制指令由信号系统通过传输系统承载，与时钟系统无关。【四、判断题（共10题，每题1分，共10分，正确打√，错误打×）】1.城市轨道交通通信系统仅为运营管理人员提供通信服务，不面向乘客提供服务。（）【答案】×【解析】通信系统中的广播、乘客信息系统、公共区域子钟均面向乘客提供服务。2.MSTP传输技术可同时承载TDM语音业务和以太网数据业务，适配城轨多业务传输需求。（）【答案】√【解析】MSTP在SDH架构基础上集成以太网处理模块，实现多业务混合承载，是过往城轨线路的主流传输技术。3.LTE-M系统采用公网频段部署，可借助运营商基站降低建设成本。（）【答案】×【解析】LTE-M采用城市轨道交通专用频段部署，避免公网干扰，保障行车通信的可靠性和安全性。4.城市轨道交通联合接地系统是将通信设备接地、信号设备接地、电力设备接地等共用同一接地网。（）【答案】√【解析】联合接地可避免不同接地系统间的电位差干扰，是当前城轨的标准接地方式，接地电阻要求≤1Ω。5.一级母钟故障时，二级母钟可依靠自身晶体振荡器维持走时，不影响所辖区域子钟的时间显示。（）【答案】√【解析】二级母钟具备本地自主走时能力，一级母钟故障时可临时作为局部时间基准，保障子钟正常运行。6.PIS系统中广告信息的优先级高于运营服务信息，可自动覆盖运营通知。（）【答案】×【解析】PIS系统优先级从高到低为：紧急信息＞运营服务信息＞公益信息＞广告信息，低优先级信息不得覆盖高优先级内容。7.区间电话仅设置在区间隧道壁上，列车内无应急通话设备。（）【答案】×【解析】列车车厢内设置紧急通话装置，可与司机或控制中心调度员建立通信连接。8.OTN光传送网支持光层和电层的双重保护，可靠性高于传统SDH系统。（）【答案】√【解析】OTN的双层保护机制可应对光缆中断、设备故障等多种场景，系统可用性达99.999%以上。9.通信系统的可用性指标达到99.99%即可满足城市轨道交通运营要求。（）【答案】×【解析】城市轨道交通通信系统可用性要求不低于99.999%，即年故障停机时间不超过5.26分钟，保障行车安全。10.全自动运行线路中，车载乘客紧急通信系统可直接连通控制中心调度员，实现音视频双向通话。（）【答案】√【解析】全自动运行线路取消司机岗位，紧急通话直接对接控制中心，同时传输车厢视频画面，便于调度员快速处置事件。【五、简答题（共4题，每题8分，共32分）】1.简述城市轨道交通通信系统的整体架构及核心功能定位。【参考答案】城市轨道交通通信系统采用“骨干传输层+业务接入层+终端应用层”的三级架构，是城市轨道交通的“神经中枢”，为运营指挥、设备运维、乘客服务提供全方位通信支撑，核心功能分为三类：（1）运营指挥通信功能：为行车调度、客运调度、车辆调度、维修调度等提供专用调度通信通道，保障运营指挥指令精准、实时下达，是列车安全高效运行的核心支撑，核心载体包括专用调度电话、LTE-M集群调度、站间行车电话等。（2分）（2）设备运维通信功能：为信号系统、自动售检票系统、电力监控系统、环境与设备监控系统等其他专业系统提供数据传输通道，同时承载通信系统自身的运维管理、故障监测数据传输，保障各专业系统稳定运行。（2分）（3）乘客服务通信功能：通过广播系统、乘客信息系统、公共区域时钟子钟等设备，向乘客发布运营信息、安全提示、紧急疏散指令，提供时间显示、导乘信息等服务，提升乘客出行体验，保障紧急事件下的疏散效率。（2分）此外，通信系统还具备应急通信能力，在灾害、设备故障等突发事件时，为应急救援、指挥调度提供可靠通信保障，是城市轨道交通应急体系的重要组成部分。（2分）2.对比SDH、MSTP、OTN三种传输技术在城轨通信中的应用特点及适用场景。【参考答案】三种技术均为城轨传输系统主流技术，特点和适用场景存在明确差异：（1）SDH（同步数字体系）：技术特点：基于时分复用（TDM）技术，速率等级规范（STM-1：155.520Mbps、STM-4：622.080Mbps、STM-16：2.488Gbps），支持50ms以内保护倒换，可靠性高、运维成熟；但带宽容量有限，分组数据业务承载效率低，无法适配大带宽视频、大数据业务需求。（2分）适用场景：2010年之前建设的早期城轨线路，主要承载语音、低速数据等TDM业务，目前已退出新建线路骨干传输选型范围。（1分）（2）MSTP（多业务传送平台）：技术特点：在SDH架构基础上集成以太网、ATM等业务处理模块，可同时承载TDM语音和分组数据业务，实现“一网多业务”承载；保留SDH高可靠性（50ms保护倒换），同时提升数据业务承载能力，带宽覆盖155M~10G级别；但大带宽分组业务承载效率低于纯分组技术，带宽扩容成本较高。（2分）适用场景：2010-2020年建设的城轨线路，适配语音、标清/高清视频、低速数据等混合业务需求，是目前在运城轨线路的主流传输技术。（1分）（3）OTN（光传送网）：技术特点：融合WDM大带宽优势和SDH运维理念，支持光层、电层双层保护，保护倒换时间≤50ms；带宽容量大，支持10G/40G/100G/400G速率等级（OTU2：10.3125Gbps、OTU4：104.79Gbps），可承载多路高清视频、运维大数据等大带宽业务；兼容SDH、以太网、ATM等多种接口，适配性强；但建设成本高于SDH/MSTP，对运维人员技术要求更高。（1分）适用场景：新建的全自动运行（GoA3/GoA4级）线路、大运量市域快轨线路，以及智慧城轨线路，是当前城轨骨干传输系统的首选技术。（1分）3.简述LTE-M系统在城市轨道交通中的核心承载业务及关键性能指标。【参考答案】LTE-M是专为城市轨道交通车地通信设计的宽带无线通信系统，是车地信息交互的核心载体：（1）核心承载业务：①CBTC列车控制业务：承载信号系统车地双向列控数据传输，是最高优先级安全业务，直接关系列车运行安全。（1分）②集群调度业务：为行车、车辆、维修、客运等调度岗位提供语音调度服务，支持单呼、组呼、全呼、紧急呼叫等功能。（1分）③车载视频回传业务：将车载监控采集的高清视频实时回传控制中心，每列车通常承载8~16路高清监控画面。（1分）④PIS车地下发业务：将运营信息、紧急通知、公益宣传等内容下发至车载PIS显示屏，实现车地信息同步。（1分）⑤应急通信业务：区间故障、灾害等突发事件时，为救援人员、乘客提供语音、数据通信通道，保障应急指挥顺畅。（1分）（2）关键性能指标（符合GB/T39559-2020规范要求）：①时延指标：CBTC业务端到端单向时延≤50ms，调度语音业务时延≤100ms；②可靠性指标：系统年可用性≥99.999%，同频切换成功率≥99.99%，切换中断时间≤50ms；③丢包率指标：CBTC业务丢包率≤1×10^-5，视频业务丢包率≤1×10^-3；④覆盖指标：区间连续覆盖，边缘场强≥-85dBm，重叠覆盖区长度≥100m（适配120km/h运行速度）；⑤移动性能：支持最高350km/h移动场景下的稳定通信，可适配市域快轨等更高速度场景。（3分，答出3项及以上即可得满分）4.简述城市轨道交通时钟系统的组成及时间同步原理。【参考答案】时钟系统是城市轨道交通的公共时间基准系统，保障各专业系统时间一致性，支撑运营调度、故障追溯等工作。（1）系统组成：①一级母钟：设置在控制中心，是全线时钟核心基准源，内置高稳振荡器（铷原子钟或高稳晶体钟），配备GPS/北斗卫星接收单元获取标准UTC时间。（1分）②二级母钟：设置在各车站、车辆段、停车场，接收一级母钟同步信号校准本地时间后，向所辖区域子钟提供同步信号，具备本地自主走时能力。（1分）③子钟：设置在站厅、站台、调度室、设备机房等场所，分为数字式、指针式两类，用于向工作人员和乘客提供直观时间显示。（1分）④传输通道：依托通信传输系统专用通道，承载一级母钟与二级母钟、二级母钟与子钟之间的同步信号传输。（1分）⑤网管终端：设置在控制中心通信网管室，用于监控全线时钟系统运行状态，实现故障告警、参数配置、时间校准等功能。（1分）（2）时间同步原理：采用“逐级同步”工作模式：首先，一级母钟通过卫星接收单元获取GPS/北斗标准UTC时间，校准自身振荡器时间；卫星信号失效时，一级母钟依靠内置高稳振荡器维持走时，其中铷原子钟日走时误差≤±0.05秒，可连续72小时满足精度要求。（1.5分）其次，一级母钟通过传输系统向各站点二级母钟下发同步帧（采用NTP协议或IRIG-B码），二级母钟接收后校准本地时间，消除传输时延误差。（0.5分）最后，二级母钟通过车站内线路向所辖区域子钟下发同步信号，子钟校准显示时间，实现全线所有时钟终端时间统一，子钟与一级母钟的时间偏差≤±1秒。（1分）【六、综合分析题（共1题，23分）】某城市新建地铁15号线为GoA4级全自动运行线路，线路全长42km，设30座地下车站、1座车辆段、1座控制中心，设计最高运行速度100km/h，最大载客量2580人/列。结合全自动运行线路的运营需求，回答以下问题：（1）该线路的骨干传输系统应优先选用哪种技术？请结合线路需求说明选型理由。（10分）（2）该线路的车地无线通信系统需满足哪些核心性能要求？请列出至少5项关键指标并说明依据。（8分）（3）相比传统有人驾驶线路，该线路需新增哪些专属通信功能或子系统？请列举至少3项并说明其作用。（5分）【参考答案】（1）该线路骨干传输系统应优先选用OTN（光传送网）技术，选型理由如下：①大带宽需求适配：GoA4级全自动线路业务带宽需求远高于传统线路，除常规调度语音、标清视频外，还需承载每列车8~16路4K高清监控回传（单路4K带宽约16Mbps，单列车视频需求达128~256Mbps）、列车运维大数据回传（每列车每日产生约10GB运维数据）、PIS4K视频下发、远程操控视频传输等业务，全线总带宽需求超过50Gbps。OTN支持10G/40G/100G甚至400G带宽容量，可充分满足大带宽需求，同时预留未来业务扩容空间。（3分）②高可靠性需求适配：全自动运行线路取消司机岗位，列车运行完全依赖信号和通信系统支撑，对通信可靠性要求提升至“安全级”。OTN支持光层（光通道保护、光复用段保护）和电层（ODUk子层保护）双重保护机制，保护倒换时间≤50ms，系统可用性达99.999%以上，可有效避免单点故障导致的业务中断，保障列车运行安全。（2分）③多业务适配性需求：该线路需为通信、信号、电力监控、环境与设备监控、自动售检票、门禁等多个专业系统提供传输通道，业务接口涵盖TDM、以太网、E1、STM-N等多种类型。OTN具备全业务适配能力，可实现“一张承载网”支撑所有专业传输需求，降低网络建设和运维成本。（2分）④智慧城轨扩展需求：当前城轨向智慧化方向发展，未来可能新增智能运维、AI视频分析、数字孪生等业务，对带宽和时延要求更高。OTN带宽扩容成本远低于SDH/MSTP，可通过增加波长、调整OTU速率实现带宽平滑升级，适配未来10~20年业务发展需求，延长系统使用寿命。（2分）⑤运维管理需求：OTN支持端到端业务调度、故障定位和性能监测，故障定位精度可达单板级，运维效率比传统SDH/MSTP提升60%以上，可降低全自动线路运维压力，减少故障处理时间。（1分）（2）该线路车地无线通信系统采用LTE-M制式，核心性能要求及依据如下：①时延指标：CBTC列控业务端到端单向时延≤50ms，远程操控业务端到端单向时延≤20ms。依据：全自动线路中列车控制、远程操控等安全业务对时延极为敏感，时延过长可能导致制动不及时、操控滞后，引发行车安全事故，符合《城市轨道交通车地宽带无线通信系统技术规范》安全类业务要求。（2分）②