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2012年11月1日清晨，李立(化名)擠上了深圳地鐵2號(hào)線上的一趟列車。8時(shí)15分時(shí)，列車一到崗廈北站，突然播報(bào)：地鐵發(fā)生故障，所有乘客趕緊下車。約十分鐘后，下趟列車進(jìn)站，李立隨著焦躁的人群再次擠上去，沒想到很快地鐵再次播報(bào)發(fā)生故障，要求乘客下車。直到第三輛列車，李立才如愿到達(dá)市民中心站。
李立稱，事故當(dāng)天廣播并未解釋故障原因，僅稱“發(fā)生故障”。
11月5日，這條線路故障重演，再次停運(yùn)；11月7日，深圳地鐵5號(hào)線在行駛過程中亦多次中斷運(yùn)行。
數(shù)天之內(nèi)，深圳地鐵緣何頻頻停運(yùn)？全國(guó)地鐵是否亦面臨同樣問題？
雙“車道”被占
距離第一次故障八天之后，深圳地鐵集團(tuán)正式對(duì)外稱，初步判斷列車停運(yùn)原因是，線路信號(hào)系統(tǒng)受到車上乘客所持3G路由器產(chǎn)生的信號(hào)干擾所致。此類便攜式3G路由器，工作原理有別于3G手機(jī)自身Wi-Fi功能，它可將移動(dòng)通信3G信號(hào)轉(zhuǎn)換為Wi-Fi信號(hào)，供無線終端使用。換言之，是乘客帶入地鐵的移動(dòng)Wi-Fi熱點(diǎn)干擾了列車信號(hào)，“逼停”地鐵。
“出事”的深圳地鐵2號(hào)線、5號(hào)線，均采用基于無線通訊的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)(CBTC)，以國(guó)內(nèi)外通行的2.4GHz頻段進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。2.4GHz為公眾免費(fèi)頻段。
也就是說，全國(guó)城市地鐵皆使用2.4GHz頻段，而Wi-Fi也使用同一頻段。
深圳地鐵集團(tuán)資源開發(fā)分公司通信工程部高級(jí)工程師周杭介紹，在2.4GHz開放頻段中，共有14個(gè)頻點(diǎn)，其中僅有三個(gè)頻點(diǎn)是互不干擾的，即1頻點(diǎn)、6頻點(diǎn)、11頻點(diǎn)三個(gè)頻點(diǎn)。深圳地鐵剛好使用了這三個(gè)互不干擾的頻點(diǎn)，其中前兩個(gè)頻點(diǎn)為信號(hào)系統(tǒng)所用，第三個(gè)頻點(diǎn)為車載電視所用。
“14個(gè)頻點(diǎn)都是免費(fèi)開放的，Wi-Fi是全覆蓋，換句話說，Wi-Fi使用1頻點(diǎn)－6頻點(diǎn)中任何一個(gè)，都會(huì)對(duì)地鐵1頻點(diǎn)和6頻點(diǎn)造成干擾；Wi-Fi使用6頻點(diǎn)－11頻點(diǎn)中的任何一個(gè)頻點(diǎn)，會(huì)對(duì)6頻點(diǎn)和11頻點(diǎn)造成干擾�！敝芎颊f。
Wi-Fi能“輕而易舉”影響到地鐵信號(hào)，區(qū)別僅在于嚴(yán)重程度。深圳地鐵方面亦不諱言，2號(hào)線、5號(hào)線并非公司首次檢測(cè)到信號(hào)被干擾，此前有過先例。“我們之前一直在對(duì)被干擾的線路進(jìn)行檢測(cè)、分析�！鄙钲诘罔F集團(tuán)黨群部部長(zhǎng)兼新聞發(fā)言人汪玉竹對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者稱。
基于2.4GHz頻段極易被外部“搶奪”，深圳地鐵方面并非毫無預(yù)案。
在2.4GHz頻段中，深圳地鐵設(shè)有紅、藍(lán)兩個(gè)頻點(diǎn)，一個(gè)主用，一個(gè)備用，當(dāng)紅色頻點(diǎn)受到外部干擾時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)藍(lán)色頻點(diǎn)；當(dāng)藍(lán)色頻點(diǎn)受到外部干擾時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)紅色頻點(diǎn)。周杭將其描述為“相當(dāng)于我們開了兩條車道(兩個(gè)頻點(diǎn))，一條車道(一個(gè)頻點(diǎn))被(Wi-Fi)占用，還有另外一條車道”。
然而，深圳地鐵幾次緊急停車，恰恰是因?yàn)閮蓷l“車道”同時(shí)被外界信號(hào)占用，引起數(shù)據(jù)包延時(shí)傳輸甚至堵塞，從而導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)安全保護(hù)功能啟動(dòng)。
這里所說的Wi-Fi干擾，并非手機(jī)的WLAN熱點(diǎn)功能，其功率一般只有幾個(gè)毫瓦，干擾較弱，而是來自于便攜式3G無線路由器。
便攜式3G無線路由器信號(hào)強(qiáng)度一般功率也多低于50毫瓦，但隨著市場(chǎng)發(fā)展，越來越多路由器發(fā)射功率達(dá)到了100毫瓦的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)上限，“深圳一些山寨路由器發(fā)射功率最高的達(dá)300毫瓦”。汪玉竹稱，這種強(qiáng)度使得Wi-Fi在頻點(diǎn)爭(zhēng)奪中處于有利位置。
深圳地鐵集團(tuán)自行成立了調(diào)查組，其工作人員進(jìn)行的相關(guān)試驗(yàn)表明，在每節(jié)車廂攜帶七八個(gè)無線路由器進(jìn)入，列車信號(hào)系統(tǒng)就會(huì)立即受到干擾。
深圳市無線電管理局業(yè)務(wù)處副處長(zhǎng)楊春認(rèn)可深圳地鐵集團(tuán)的結(jié)論。她透露，早在今年8月左右，深圳地鐵方面就已經(jīng)監(jiān)測(cè)到有零星干擾信號(hào)，“隨后深圳地鐵內(nèi)部一直在進(jìn)行相關(guān)測(cè)試和排查，所以這次很快就確定是Wi-Fi信號(hào)干擾到了地鐵信號(hào)”。
既然全國(guó)城市地鐵都普遍使用公共免費(fèi)的2.4GHz頻段，為什么目前只有深圳地鐵爆出Wi-Fi干擾問題？
外部干擾被忽視
深圳地鐵方面將地鐵故障的原因也歸結(jié)為“深圳無線城市建設(shè)走在國(guó)內(nèi)前列”。
深圳地鐵采用的CBTC技術(shù)，是集尖端的無線電通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)于一體的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。汪玉竹認(rèn)為，采用這種技術(shù)并無不妥，“CBTC先有，然后有Wi-Fi。我們不可能預(yù)見到五年后、十年后的事物。這是新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用產(chǎn)生的新問題�！�
但是，即使在深圳地鐵集團(tuán)內(nèi)部，對(duì)地鐵信號(hào)系統(tǒng)的安全性亦存有疑問。
由深圳地鐵集團(tuán)內(nèi)部人士撰寫的《移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)車地?zé)o線傳輸初步研究報(bào)告》提到，目前深圳地鐵1號(hào)線、2號(hào)線、3號(hào)線和5號(hào)線均采用CBTC(只有4號(hào)線使用準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng))，原設(shè)計(jì)方只考慮了地鐵內(nèi)部的抗干擾問題，但未考慮來自外部的干擾。報(bào)告提及，深圳市無線電管理局曾多次質(zhì)疑2.4GHz開放頻段在地鐵使用的安全性。
地鐵CBTC系統(tǒng)抗干擾并不是新課題。2006年11月，上海無線電管理局就編寫了一份研究報(bào)告，指出國(guó)內(nèi)各種技術(shù)應(yīng)用還有適用性和局限性，目前2.4GHz公共頻段不能徹底避免CBTC系統(tǒng)被干擾的問題，只有技術(shù)和管理相結(jié)合，前瞻性地制定相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，才能保證列車控制系統(tǒng)的可靠性。
內(nèi)部的提醒和同行的研究，似乎沒能在深圳地鐵2號(hào)線、5號(hào)線工程中被充分考慮。
在深圳出現(xiàn)Wi-Fi干擾問題后，上海地鐵倒很快聲明：雖然當(dāng)?shù)氐罔F系統(tǒng)同樣使用CBTC，卻與深圳“制式不同”。除10號(hào)線外，上海地鐵多數(shù)線路采用的CBTC最大的特點(diǎn)是擁有“跳頻”功能，可以規(guī)避干擾。
那么，深圳地鐵為何沒有采用此技術(shù)？周杭解釋稱，“跳頻技術(shù)不太成熟�！�
不過，北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院一位教授表示，跳頻技術(shù)在地鐵系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成熟。該校多名教授都贊同，地鐵通信系統(tǒng)與個(gè)人用戶無線網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)干擾問題，國(guó)內(nèi)已經(jīng)研究多年，雖然沒有形成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)通用規(guī)范，但“防干擾的技術(shù)難度并不大，關(guān)鍵是各個(gè)地鐵公司是否重視。”
除了跳頻技術(shù)，還有調(diào)制、增設(shè)復(fù)雜密碼、擴(kuò)頻等多種技術(shù)改進(jìn)方案，以及適合CBTC系統(tǒng)無線信道的加密算法，在國(guó)內(nèi)多個(gè)院校和科研單位也進(jìn)行了突破研究。
這兩條線路的信號(hào)生產(chǎn)商，是曾在甬溫線動(dòng)車追尾事故中受到質(zhì)疑的卡斯柯信號(hào)有限公司(下稱卡斯柯)。其市場(chǎng)部公關(guān)副經(jīng)理張程貽對(duì)《南方都市報(bào)》稱，“卡斯柯所提供的信號(hào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到了干擾的處理，采取了當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)最新的抗干擾技術(shù)，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于全球以及國(guó)內(nèi)北京、上海等其他城市的部分CBTC項(xiàng)目，在應(yīng)對(duì)干擾管理的健壯性(指軟件對(duì)于規(guī)范要求以外的輸入情況的處理能力)方面已經(jīng)得到充分證明，迄今從未發(fā)生類似干擾事件�！�
但工信部無線電管理局局長(zhǎng)謝飛波告訴《財(cái)經(jīng)》記者，深圳地鐵事件的起因在于采用了不受保護(hù)的技術(shù)，更關(guān)鍵的是其技術(shù)方案本身就存在著設(shè)計(jì)與安裝運(yùn)行上的缺陷。
他認(rèn)為，國(guó)內(nèi)地鐵在信號(hào)系統(tǒng)的防干擾設(shè)計(jì)與成本控制上缺乏行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，各城市地鐵的自律性、隨意性較大，且沒有主管部門。
新技術(shù)試錯(cuò)不足？
盡管深圳地鐵方面強(qiáng)調(diào)，“我們的信號(hào)系統(tǒng)本身并沒有問題”，但卡斯柯提供的設(shè)備還是備受爭(zhēng)議�？ㄋ箍路矫鎸�(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，目前不會(huì)就深圳地鐵信號(hào)系統(tǒng)做出任何回應(yīng)。
深圳地鐵故障后，卡斯柯在第一時(shí)間和深圳地鐵集團(tuán)一起就如何加強(qiáng)信號(hào)系統(tǒng)防干擾能力進(jìn)行了討論和分析。實(shí)際上，深圳地鐵2號(hào)線、5號(hào)線開通前，信號(hào)系統(tǒng)通過了必要的測(cè)試，并獲得了由德國(guó)萊茵公司出具的系統(tǒng)安全認(rèn)證書。
萊茵公司為全球最大的產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證權(quán)威機(jī)構(gòu)之一。測(cè)試可在一定程度上規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。不過，一位軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的專家表示，測(cè)試之后還可能有突如其來的新增外部干擾源，這就導(dǎo)致了測(cè)試的不可控性。
歐洲的信號(hào)公司一般在產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用前，先后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和實(shí)地測(cè)試，特別是在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試過程中，會(huì)盡量模擬不同干擾源。一位曾任職于卡斯柯的工作人員稱，卡斯柯產(chǎn)品遵循的是這一測(cè)試過程。
卡斯柯向深圳地鐵提供的是CBTC系統(tǒng)Urbalis888。CBTC由泰雷茲集團(tuán)(后并于阿爾卡特)首創(chuàng)。CBTC改變了兩個(gè)地鐵站臺(tái)之間只能有一輛列車運(yùn)行的傳統(tǒng)，而是在前后兩輛列車之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，保持安全間隔，從而提高發(fā)車頻率，增強(qiáng)地鐵運(yùn)行效率。
卡斯柯開發(fā)的CBTC系統(tǒng)Urbalis888，使用擴(kuò)頻技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)是傳輸速率高，也有一定修正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、降低受干擾程度的能力，但與跳頻技術(shù)相比，并不能從根本上規(guī)避外部信號(hào)干擾問題。
更大的問題在于，CBTC沒有太多的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。2004年，首條無線CBTC線路在美國(guó)拉斯維加斯投入使用。此后美國(guó)舊金山、法國(guó)巴黎等地陸續(xù)建設(shè)了一些試運(yùn)行線路。據(jù)西安市地鐵辦機(jī)電設(shè)備處總工程師王洪波在2010年的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)國(guó)外只有11條線路運(yùn)用了CBTC移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。
繼2004年武漢輕軌1號(hào)線首次使用CBTC系統(tǒng)的線路后，很快全國(guó)各地紛紛上馬。王洪波的統(tǒng)計(jì)顯示：當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)已有五條運(yùn)用相關(guān)技術(shù)的線路開通。與此同時(shí)，興建中的深圳、廣州、成都、南京等地線路，都選擇了這一技術(shù)。
“一年不到，中國(guó)就大面積應(yīng)用，好像不上CBTC就是落后的。”在國(guó)內(nèi)首批從事CBTC系統(tǒng)研發(fā)測(cè)試的專業(yè)人員周元(化名)說。
他認(rèn)為，CBTC系統(tǒng)全球應(yīng)用時(shí)間并不長(zhǎng)，國(guó)外應(yīng)用時(shí)間最久的線路，也因當(dāng)?shù)氐貜V人稀的特性，沒有經(jīng)過真正的壓力測(cè)試。
CBTC系統(tǒng)在中國(guó)應(yīng)用，尤其會(huì)凸顯在客流較少國(guó)家不會(huì)表現(xiàn)出的矛盾。上海地鐵8號(hào)線剛剛投入運(yùn)營(yíng)時(shí)，客流就達(dá)到了設(shè)計(jì)容量的250%，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的壓力也可想而知，上海地鐵集團(tuán)董事長(zhǎng)應(yīng)名洪坦承，“CBTC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)判斷指標(biāo)跟我們的實(shí)際指標(biāo)產(chǎn)生差異，冗余度不夠，通道不暢，造成信號(hào)阻塞。我們只有讓系統(tǒng)提供商不斷改進(jìn)”。
搶速度是中國(guó)地鐵工程中長(zhǎng)期存在的問題，國(guó)外的信號(hào)系統(tǒng)正常的實(shí)施年限為3年－4年，國(guó)內(nèi)大多數(shù)都減少到1年－2年，這導(dǎo)致系統(tǒng)測(cè)試不充分。《鐵道通信信號(hào)》雜志2011年刊載的一篇文章稱，深圳地鐵2號(hào)線19個(gè)月開通CBTC全功能，創(chuàng)地鐵建設(shè)歷史上信號(hào)最短工期紀(jì)錄，創(chuàng)造了“信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施歷史上的奇跡”。
經(jīng)驗(yàn)積累不夠，沒有真正的技術(shù)儲(chǔ)備，遇到問題就難有相應(yīng)的應(yīng)急能力。
最徹底的方法
深圳事故折射出的，是地鐵信號(hào)系統(tǒng)與無線網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展時(shí)“相撞”產(chǎn)生的問題。
北京、上海、廣州、武漢、沈陽(yáng)、西安、成都等已運(yùn)營(yíng)地鐵的國(guó)內(nèi)多個(gè)城市，雖然采取防干擾技術(shù)改進(jìn)手段不同(如成都地鐵安裝濾波器、加長(zhǎng)安全校驗(yàn)碼等提高系統(tǒng)的抗干擾能力)，或者尚未對(duì)乘客提供公共Wi-Fi信號(hào)(如廣州)，還沒有遭遇類似深圳地鐵的故障，但這些城市的地鐵通信系統(tǒng)也均使用2.4GHz公共頻段，這意味著外部信號(hào)干擾的風(fēng)險(xiǎn)有可能發(fā)展為普遍的問題。
應(yīng)名洪指出，上海的地鐵站臺(tái)沒有Wi-Fi熱點(diǎn)，也沒有發(fā)現(xiàn)乘客大規(guī)模使用MiFi設(shè)備，所以還沒有發(fā)生地鐵信號(hào)系統(tǒng)受到干擾的事件。但“一旦有了，就會(huì)遇到同樣的問題，深圳事件引發(fā)我們的重視，接下來可能會(huì)研究這個(gè)問題”。
不少業(yè)內(nèi)專家提出，將目前地鐵內(nèi)采用的公用免費(fèi)頻段，更改為不對(duì)公眾開放的付費(fèi)專用頻段，是解決地鐵信號(hào)系統(tǒng)受外界干擾最徹底的辦法。
不過，無限頻譜是稀缺的戰(zhàn)略性資源，被嚴(yán)格管控，很難為每個(gè)行業(yè)或部門都劃分一個(gè)專用頻段。目前，僅有軍事、航空、公安、氣象、廣電、電信等少數(shù)幾個(gè)行業(yè)擁有專用頻段。
上述軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人士表示，近幾年來，因?yàn)橥獠啃盘?hào)干擾問題，高鐵已向國(guó)家無線管理部門申請(qǐng)?jiān)O(shè)置專用頻段，但尚未成功。
各地?zé)o線電管理部門也曾多次告知地鐵公司，對(duì)于這種屬于公共安全領(lǐng)域的交通工具，地鐵公司現(xiàn)在必須自身通過技術(shù)方法改進(jìn)�！暗罔F公司回應(yīng)‘乘客雖然也使用2.4GHz公共頻段，只要不讓這種設(shè)備進(jìn)入地鐵就可以’，可事實(shí)上僅憑行政管理是管不住的�！敝x飛波分析。
在管理上禁止乘客攜帶此類設(shè)備上車，難以實(shí)施，但信號(hào)干擾又可能影響眾多人群的安全，因此各城市地鐵公司開始切實(shí)考慮使用專用頻段的可能性，不過“實(shí)施起來難度很大”。
工信部無線電管理局也表示正與城市軌道相關(guān)部門進(jìn)行溝通，“尋找解決方案，用新的技術(shù)改進(jìn)來取代之前方案上的缺失”。謝飛波透露，這個(gè)技術(shù)方案，就是指設(shè)置地鐵的專用頻段。
申請(qǐng)地鐵專用頻段的第一步，必須要明確地鐵公司確定的頻段標(biāo)準(zhǔn)以及所要滿足的用頻要求。
然而，“尷尬的是，國(guó)內(nèi)地鐵公司沒有統(tǒng)一的管理部門來牽頭組織，也沒有針對(duì)地鐵的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，各個(gè)城市都是各自為政�！敝x飛波分析，無線電管理局所授予的專用頻段一般為全國(guó)通用，不可能給每個(gè)城市都批復(fù)一個(gè)，而且批復(fù)之后由哪個(gè)統(tǒng)一管理的技術(shù)部門負(fù)責(zé)規(guī)范管護(hù)這一頻段，如今也沒有結(jié)論。
另一個(gè)折衷的解決辦法是，地鐵公司自身建立一套Wi-Fi系統(tǒng)。假設(shè)地鐵全線自身?yè)碛蠾i-Fi，乘客就無需自帶路由器，這樣就不存在爭(zhēng)奪信號(hào)問題。
今年3月，深圳地鐵已經(jīng)試運(yùn)行了一套Wi-Fi系統(tǒng)，在對(duì)該項(xiàng)目承包商的資質(zhì)要求中，深圳地鐵明確提出：“所建的地鐵Wi-Fi系統(tǒng)不能對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)造成任何干擾�！辈贿^，地鐵自建Wi-Fi系統(tǒng)除了造價(jià)昂貴，此系統(tǒng)是否會(huì)對(duì)列車信號(hào)系統(tǒng)造成干擾，也未可知，這仍然是權(quán)宜之計(jì)。
本刊記者莫莉、賀濤、明叔亮、孫滔對(duì)此文亦有貢獻(xiàn)
【作者：《財(cái)經(jīng)》記者 凌馨 魯偉 高勝科】
