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摘要：本文通过针对轨道交通时钟系统，详细分析了地铁通信时钟系统的设计原则、设备组成、工作原理及其技术特点。指出了时钟系统对保证地铁正常运营起到了重要作用。
关键词：轨道交通；时间系统；设计原则；工作原理；标准时间
一、概述
通信时间系统在地铁系统中占据着重要位置，通信时间系统的主要任务是要为地铁工作人员以及乘客能够提供标准的时间，使全线各机电系统的定时设备与时间系统同步，从而实现全线统一的时间标准，以提高运营效率和质量。
二、设计原则
为了取得有效的目的时钟系统采取分布式结构，该结构通过集散式方式来进行控制。一级母钟通常可以对二级母钟进行管理，二级母钟则能够单独控制子钟。通过这样的设计最终来达到科学高效的目的；要具有可监控性。实际工作过程中控制中心的计算机应该能够实现对实对时间系统的有效监测，为了保证系统的正常运行还需要使得设备具有集中报警以及远程联网告警功能，这样在设备出现故障之后，系统就能够及时作出反应；要保证系统时间的精确性及一致性。在实际工作过程中为了有效达到这个目的，一级母钟就需要接受系统标准时间信号，从而产生精确时间码。一级母钟主要是通过公共信息网时间系统时间接收单元来进行接收的；要保证实时通信。实际工作过程中保证通信系统的正常运行具有重要意义，为了保证它的实时性各个子系统每隔一段时间就需要向公用通信传输时间系统服务器来进行同步，通常情况下间隔时间是不能够小于5s。
三、时间系统工作原理
（一）工作原理
时间系统由一级母钟、网管设备、二级母钟、输出接口设备、子钟等组成。一级母钟接收来自共用信息传输网时间同步系统的标准时间信号，一级母钟与二级母钟利用通信传输网络数据通道总线连接，母钟与子钟间通过电缆连接。
在控制中心的弱电综合机房内安装一级母钟及输出接口箱等设备。数字式日历子钟安装在调度大厅，数字式子钟安装在弱电综合机房、信号机房以及其他相关办公用房。网管设备及打印输出设备设于网管室内。一级母钟通过以太网（基于NTP协议）接口接收共用信息传输网时间同步系统的时间数据，用以校准自身的内部时钟，与共用信息传输网时间同步系统的基准时间保持同步。
在各车站的弱电综合机房内安装二级母钟及输出接口箱等设备。数字式日历子钟安装在各车站的车控室。数字式子钟安装在弱电综合机房、站长室、收款室、交接班室等。
各车站站厅公共区设数字式子钟，安装于主客服中心内，供客服人员及乘客观看；站台公共区不设子钟，该区域时间信息显示由时间系统提供。
在停车场的弱电综合机房内安装二级母钟及输出接口箱等设备。数字式日历子钟安装在基地综合楼运转室和运用联合库运转值班室。数字式子钟安装在弱电综合机房、信号机房、值班室以及其他相关办公用房等。
一级母钟将经过校准的时间数据通过传输系统传给车站/停车场的二级母钟，由二级母钟按精确的时钟信号指挥子钟统一显示标准时间，为各车站/停车场的运行管理及各车站站厅等主要工作场所的工作人员提供统一标准时间信息和定时信号，为广大乘客提供统一的标准时间。
一级母钟与车站二级母钟通过传输系统连接，采用共线传输连接，由传输系统提供一个以太网总线通道给时间系统。
地铁通信时钟系统连线图
（二）地铁通信时钟系统构成及功能说明
1、控制中心一级母钟。一级母钟设置在控制中心内，利用共用信息传输网时间同步系统的标准时间信号进行校时，当接收不到来自其校准信号时，母钟利用自身高精度的晶振信号作为基准信号，并进行报警。时间系统接收来自共用信息传输网时间同步系统的标准时间信号，分别向一级母钟的主、备母钟提供同步时间源信号，并通过利用该信号自动对时间系统以NTP方式进行校正，使时间系统实现无累积误差运行。
一级母钟与上层时间同步系统二级时间服务器的同步周期不大于6分钟，不小于0.5分钟。一级时间服务器输出时间与GPS时间的偏差不大于1ms；二级时间服务器输出时间与一级时间服务器的输出时间之间的精度不大于5ms；一级母钟输出时间与二级时间服务器的输出时间之间的精度不大于20ms。一级母钟的主备信号处理单元是整个时间系统的中枢部分，其工作的稳定性很大程度上决定了整个系统的可靠性，因此将其设计为主、备机配置的双机系统模式。主、备机具有自检和互检功能，并且主、备机之间可实现自动或手动切换。
一级母钟具有万年历功能，能够显示年、月、日、星期、时、分、秒等全时标时间信息，可通过设置在带锁前面板上的键盘实现对时间的统一调整。一级母钟接收共用信息传输网时间同步系统的时间信号作为外部时钟源，当外部时钟源发生故障或时间信号中断时，一级母钟确认后立即进入“自由运行”模式，判断外部时钟源失效的过程不超过5秒钟，处于自由运行模式时，一级母钟根据最后收到的共用信息传输网时间同步系统信号来生成时间信息为参照时间。在外部信号中断期间，一级母钟继续独立工作，采用自身产生的时间信号作为时间基准，以“独立运行”模式运行，使其本身及附属系统保持连续性，并同时向时间系统维护终端及控制中心集中告警发出告警。一级母钟具有统一调整起始时间、变更时钟快慢的功能。一级母钟通过分路输出接口箱采用MODBUS TCP/IP 10/100Mbps RJ45接口与传输系统相连接，通过传输系统提供的数据通道向设置于各车站的二级母钟发送标准时间信号，统一校准各个二级母钟，并向控制中心大楼内有关处所的子钟提供时间信号。当二级母钟、子钟或传输通道出现故障时，能立即向时间系统维护终端及控制中心集中告警发出告警。
一级母钟同时通过传输系统提供的以太网数据通道经由分路输出接口箱接收控制中心内子钟和各车站二级母钟回送的自身和二级母钟所属子钟的运行状态信息。一级母钟通过1路标准的RS232/422接口与设在控制中心的监控终端相连，以实现对时间系统主要设备和部件的监控。一级母钟通过对主、备母钟工作状态的循环自检和互检，在发现故障时能够立即实现母钟主、备机的自动转换，平常主、备母钟也可以手动转换。 2、车站二级母钟。二级母钟设置在各车站、停车场的通信设备室内，为了保证系统的可靠性，二级母钟设置为双机热备份模式，在正常情况下，主机工作，当出现故障时，自动转换到备用机上工作，提高了系统的可靠性。
各车站、停车场的二级母钟在正常条件下，接收一级母钟经传输系统发出的标准时间信号，消除累计误差，与一级母钟保持同步，并向本车站、停车场所有子钟发送标准时间信号，同时把自己区域内各子钟的时间及运行状态码传送回一级母钟。当一级母钟或传输通道出现故障时，二级母钟自动报警并用自身晶振发送时间信号给子钟。二级母钟输出时间与一级母钟输出时间之间的精度，不大于20ms。
二级母钟有数字显示板，显示板上可显示年、月、日、星期、时、分、秒时间信息。二级母钟的主、备母钟及电源模块具有热备份功能。二级母钟通过10/100M以太网接口每秒一次接收一级母钟发送的时间信号，一级母钟从每秒的零毫秒时刻开始连续发送21个含有年、月、日、星期、时、分、秒的时间字符，并且包含起始位、结束位、校验位、共用信息传输网时间同步系统校时等字符信息。二级母钟在接收到结束符后可直接用接收到的时间信息来替换自身设备的毫秒计时；然后再依次校准分、时、日、月、年、星期等计时单元。
二级母钟具有独立的高稳定晶振，一级母钟对二级母钟是校对的关系，而不是绝对的指挥关系，当一级母钟或数据传输通道出现故障时，以“独立运行”模式运行，并使其本身及其附属系统保持连续性，二级母钟将依靠自身产生的时间信号独立工作并指子钟运行，并在本地发出声光报警同时通过一级母钟向时钟系统维护终端发出告警。一级母钟信号恢复，二级母钟重新与之同步，必要时进行自动校准，并发布修正的时间数据。自动校准在5秒钟之内完成。二级母钟完成自动校准后，在下一个“周期”内完成对相应输出的校准。
二级母钟设置数据监测传输接口，通过RS232接口可接入移动网管设备，在各个车站实现对本站设备的监测。二级母钟具有日期、时间显示功能，时间显示器以年、月、日、星期、时、分、秒格式显示。时间显示器平常显示日历和时间，需要时也可作为检测窗口使用，用户可以通过切换按键很方便的顺序查询本二级主备母钟、接口模块以及本站所有子钟的运行状态。二级母钟具备人工调整功能。在电源故障后重新开动或系统启动时，可以手工将时间信息输入二级母钟。二级母钟具有子钟分路输出接口，通过0.5平方毫米的超五类八芯双绞线连接本车站内各子钟。二级母钟采用标准RS422接口，采用直接电缆以点对点方式与所在区域的子钟相连接。连接子钟的接口数量为9路，其接口同时可接模拟式和数字式子钟。二级母钟另配有3路NTP接口，提供标准时间信号给其他系统。
3、子钟。子钟为数字式子钟，数字式子钟从外观结构上均为单面型。从显示内容上可分为日历数字式子钟和无日历数字式子钟。
控制中心、车站/停车场的子钟均通过RS422接口，采用超五类八芯线等直接电缆以共线或点对点的方式与一级母钟或本站二级母钟相连，接收一级母钟或二级母钟发送的同步时间信号，对自身的内部时钟进行校准，向工作人员及乘客直接指示时间信息。子钟在接收到标准时间信号后，向所属一级母钟或二级母钟回送自身的工作状态。
子钟接收来自一级母钟或二级母钟的标准时精度进行校准，显示统一的时间。车站输出接口设备其显示时间与车站二级母钟输出时间之间的精度要求不大于20ms。当子钟从一级母钟或本地二级母钟接收到有效控制信号时，其与一级母钟或二级母钟的时间误差不超过10毫秒。子钟均具有独立的计时功能，用于跟踪一级母钟或二级母钟工作，当一级母钟或二级母钟出现故障或因其它原因，接收不到同步时间信号时，子钟仍能依靠自身晶振工作，并通过RS422接口向一级母钟或二级母钟发送告警信息。子钟具有记忆功能，内置实时时钟集成电路和可充电电池，停电后可继续保持实时时间数据十年，恢复用电后数字式子钟自动刷新和显示正确时间。子钟物理地址具有灵活的配置功能，可根据现场实际情况进行调整，并在网管设备上进行管理。
4、时钟监控计算机。在控制中心设置一套时间系统监测管理PC机即监控终端，用于管理时间系统设备。监控终端可进行系统性能管理、配置管理、故障管理、安全管理。可以很方便地进行需要监控的二级母钟和子钟数量的增删和更改。它通过标准的RS232/422或以太网接口与一级母钟相连，具有集中维护和自诊断功能。
管理功能，网管设备终端显示的操作界面，能以电子地图形式直观地反映网络结构，反映其物理连接状态及各点设备运行状态，并能够对系统子钟进行点对点的控制。
故障管理功能，系统具有自诊断、故障管理功能，能够实时检测系统主要设备的工作状态、故障状态，并能打印输出及存储记录。
安全管理功能，为了系统安全可靠的运行，时间系统设三级安全管理权限：管理员级、操作员级和用户级，分级别对系统进行管理；能够保留操作日志；能为全线系统的联网计算机提供时间基准接口及网卡。
四、时间系统的技术特点
整个时间系统以中心主、备母钟为核心，通过传输系统的传输通道连接各站的二级母钟及子钟，并通过中心一级母钟将各种参数传入时间系统监控计算机，实现实时地显示一级母钟、二级母钟、子钟、传输通道等设备各种工作状态。中心母钟本身有高稳定的晶振作为时钟源，同时时间系统通过采集共用信息传输网时间同步系统的时标信号作为标准时间源，该时间源实时对母钟内的时钟信号源进行校准。通过该信号对时间系统进行校对，可以使系统实现无积累误差运行。
为了保证各二级母钟及子钟的准确性，中心母钟设备不断接收共用信息传输网时间同步系统时钟源发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即对自身母钟进行校对。如果数据库不可靠便放弃，下次继续接收。中心母钟给二级母钟发送的标准时间采用广播式发送对各站二级母钟和子钟的工作状态参数采用轮询的方式查询，实时查询整个系统工作状态，并通过监控计算机反映出来，用户对时间系统的管理实现快捷、方便、直观。 各车站/停车场以二级母钟为中心，二级母钟经由超五类八芯线直接与附属各子钟连接，二级母钟将中心一级母钟发来标准时间信号同步发送给附属子钟，对子钟进行实时校时，同时负责收集汇聚本站内子钟的运行状态信息，通过传输系统通道将这些信息送回中心母钟进行处理。
为了保证时间系统整个系统各个参数的准确、快速和实时，整个时间系统的传输通道采用以太网接口和标准的RS422接口方式通讯，允许时间系统内二级母钟及子钟工作在总线方式或点对点方式。
中心母钟的主、备两个母钟组成双重热备份机制、两个母钟可以互相自动切换，如果主母钟出现故障，立即自动切换到备母钟，备母钟全面代替主母钟工作。主母钟恢复正常，备母钟立即切换到主母钟，从而确保系统的安全不间断运行。母钟显示板上可显示年、月、日、时、分、秒时间信息。
中心母钟通过以太网接口输出时间码，给轨道交通各相关系统提供时间同步信号。
中心一级母钟接收来自共用信息传输网时间同步系统的标准时间信号作为同步时钟源，接口类型是基于NTP协议的以太网接口，NTP协议服从共用信息传输网时间同步系统的统一要求，端节点处接口界面在共用通信传输网。时间系统与外部时钟信号源的校时误差小于10毫秒。经过解码、比对、处理后通过10/100M以太网接口向各车站/停车场的二级母钟发送标准时间信号。
二级母钟接收一级母钟标准时间信号，随时对自身内部时钟信号源进行校准，使系统实现无累积误差运行。二级母钟不断接一级母钟发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即对母钟进行校对。如果数据不可靠便放弃，继续接收。当外部信号中断或无效时，二级母钟能转入独立工作状态，采用自身的高稳定晶振产生的时间信号作为时间基准，以“独立运行”模式运行，使其本身及附属系统保持连续性。判断出外部信号中断或无效时，二级母钟将依靠自身晶振产生的时间信号独立工作并指挥所辖子钟运行，并在本地发出声光报警同时通过一级母钟向时间系统维护终端发出告警。一旦外部信号恢复，二级母钟立即重新与之同步，必要时进行自动校准，并发布修正的时间数据。自动校准在5秒钟之内完成。二级母钟完成自动校准后，在下一个“周期”内完成对相应输出的校准。二级母钟通过标准的10/100M以太网接口接收一级母钟发送的时间信号。一级母钟从每秒的零毫秒时刻开始连续发送21个含有年、月、日、星期、时、分、秒的时间字符，并且包含起始位、结束位、校验位、共用信息传输网时间同步系统信号校时等字符信息。二级母钟在接收到结束符后可直接用接收到的时间信息来替换自身设备的毫秒计时；然后再依次校准分、时、日、月、年、星期等计时单元。
当外部时标校时信号中断或无效时，二级母钟利用自身的高稳定度晶振产生的时间信号仍可向数字子钟及其他需要同步时间信号的系统发送校时信号，确保各设备和系统时间严格同步，并且检测单元能在规定的时间内检测出来，以醒目的方式向系统的操作人员告警提示。
时间系统的二级母钟采用两个时钟频率发生器（双主机时钟装置），其中一个作为系统校时信号的主要内部时钟源，另一个作为时间系统的热备份，以备紧急故障时自动启用。母钟显示板上可显示年、月、日、时、分、秒时间信息。
系统具备自检功能，能定时自动检测整个系统的工作状况，包括外部信号接收单元、一级母钟、二级母钟、监控终端、子钟、通讯线路工作状态等，发出检测信号对子钟及通讯线路进行检测，并能在监控管理计算机终端上直观显示出故障部件的位置、内容、时间，且显示记录故障和打印输出，极大方便系统维护人员维护和修理。信号发送是实时的，发送频率可由软件进行设定。时间系统系统还具备内置校验系统，可根据用户要求实施定时自动校验，配合时间补偿功能，不断修正补偿量以消除系统微小的时钟漂移。
本时间系统能够长期无故障地连续不间断工作。时间系统的使用寿命20年；平均无故障时间60000小时；平均故障修复时间小于1.5小时。
五、总结
地铁通信时间系统是轨道交通运行的重要组成部分，为地铁工作人员和广大乘客提供了统一的标准时间，并为其他各有关系统提供统一的标准时间信号，使各系统的定时设备于本系统同步，从而实现地铁全线统一的时间标准。时间系统的设置对保证地铁正常运营起到了重要作用。
参考文献：
[1]崔建乐.城市地铁通信系统新技术探讨[J].现代城市轨道交通，2008.
[2]李棠之.通信网络技术[M].北京：科学技术文献出版社，2004.
[3]周德泽.计算机智能监测控制系统的设计及应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
[4]《地铁设计规范》，GB50157-2003
[5]《城市轨道交通设计规范》，DGJ 08-109-2004
[6]《城市轨道交通通信工程质量验收规范》.北京：中国计划出版社，2006
[7]《网络中心时间同步系统的建设指导意见》北.京：中国计划出版社
关键词：轨道交通；时间系统；设计原则；工作原理；标准时间
一、概述
通信时间系统在地铁系统中占据着重要位置，通信时间系统的主要任务是要为地铁工作人员以及乘客能够提供标准的时间，使全线各机电系统的定时设备与时间系统同步，从而实现全线统一的时间标准，以提高运营效率和质量。
二、设计原则
为了取得有效的目的时钟系统采取分布式结构，该结构通过集散式方式来进行控制。一级母钟通常可以对二级母钟进行管理，二级母钟则能够单独控制子钟。通过这样的设计最终来达到科学高效的目的；要具有可监控性。实际工作过程中控制中心的计算机应该能够实现对实对时间系统的有效监测，为了保证系统的正常运行还需要使得设备具有集中报警以及远程联网告警功能，这样在设备出现故障之后，系统就能够及时作出反应；要保证系统时间的精确性及一致性。在实际工作过程中为了有效达到这个目的，一级母钟就需要接受系统标准时间信号，从而产生精确时间码。一级母钟主要是通过公共信息网时间系统时间接收单元来进行接收的；要保证实时通信。实际工作过程中保证通信系统的正常运行具有重要意义，为了保证它的实时性各个子系统每隔一段时间就需要向公用通信传输时间系统服务器来进行同步，通常情况下间隔时间是不能够小于5s。
三、时间系统工作原理
（一）工作原理
时间系统由一级母钟、网管设备、二级母钟、输出接口设备、子钟等组成。一级母钟接收来自共用信息传输网时间同步系统的标准时间信号，一级母钟与二级母钟利用通信传输网络数据通道总线连接，母钟与子钟间通过电缆连接。
在控制中心的弱电综合机房内安装一级母钟及输出接口箱等设备。数字式日历子钟安装在调度大厅，数字式子钟安装在弱电综合机房、信号机房以及其他相关办公用房。网管设备及打印输出设备设于网管室内。一级母钟通过以太网（基于NTP协议）接口接收共用信息传输网时间同步系统的时间数据，用以校准自身的内部时钟，与共用信息传输网时间同步系统的基准时间保持同步。
在各车站的弱电综合机房内安装二级母钟及输出接口箱等设备。数字式日历子钟安装在各车站的车控室。数字式子钟安装在弱电综合机房、站长室、收款室、交接班室等。
各车站站厅公共区设数字式子钟，安装于主客服中心内，供客服人员及乘客观看；站台公共区不设子钟，该区域时间信息显示由时间系统提供。
在停车场的弱电综合机房内安装二级母钟及输出接口箱等设备。数字式日历子钟安装在基地综合楼运转室和运用联合库运转值班室。数字式子钟安装在弱电综合机房、信号机房、值班室以及其他相关办公用房等。
一级母钟将经过校准的时间数据通过传输系统传给车站/停车场的二级母钟，由二级母钟按精确的时钟信号指挥子钟统一显示标准时间，为各车站/停车场的运行管理及各车站站厅等主要工作场所的工作人员提供统一标准时间信息和定时信号，为广大乘客提供统一的标准时间。
一级母钟与车站二级母钟通过传输系统连接，采用共线传输连接，由传输系统提供一个以太网总线通道给时间系统。
地铁通信时钟系统连线图
（二）地铁通信时钟系统构成及功能说明
1、控制中心一级母钟。一级母钟设置在控制中心内，利用共用信息传输网时间同步系统的标准时间信号进行校时，当接收不到来自其校准信号时，母钟利用自身高精度的晶振信号作为基准信号，并进行报警。时间系统接收来自共用信息传输网时间同步系统的标准时间信号，分别向一级母钟的主、备母钟提供同步时间源信号，并通过利用该信号自动对时间系统以NTP方式进行校正，使时间系统实现无累积误差运行。
一级母钟与上层时间同步系统二级时间服务器的同步周期不大于6分钟，不小于0.5分钟。一级时间服务器输出时间与GPS时间的偏差不大于1ms；二级时间服务器输出时间与一级时间服务器的输出时间之间的精度不大于5ms；一级母钟输出时间与二级时间服务器的输出时间之间的精度不大于20ms。一级母钟的主备信号处理单元是整个时间系统的中枢部分，其工作的稳定性很大程度上决定了整个系统的可靠性，因此将其设计为主、备机配置的双机系统模式。主、备机具有自检和互检功能，并且主、备机之间可实现自动或手动切换。
一级母钟具有万年历功能，能够显示年、月、日、星期、时、分、秒等全时标时间信息，可通过设置在带锁前面板上的键盘实现对时间的统一调整。一级母钟接收共用信息传输网时间同步系统的时间信号作为外部时钟源，当外部时钟源发生故障或时间信号中断时，一级母钟确认后立即进入“自由运行”模式，判断外部时钟源失效的过程不超过5秒钟，处于自由运行模式时，一级母钟根据最后收到的共用信息传输网时间同步系统信号来生成时间信息为参照时间。在外部信号中断期间，一级母钟继续独立工作，采用自身产生的时间信号作为时间基准，以“独立运行”模式运行，使其本身及附属系统保持连续性，并同时向时间系统维护终端及控制中心集中告警发出告警。一级母钟具有统一调整起始时间、变更时钟快慢的功能。一级母钟通过分路输出接口箱采用MODBUS TCP/IP 10/100Mbps RJ45接口与传输系统相连接，通过传输系统提供的数据通道向设置于各车站的二级母钟发送标准时间信号，统一校准各个二级母钟，并向控制中心大楼内有关处所的子钟提供时间信号。当二级母钟、子钟或传输通道出现故障时，能立即向时间系统维护终端及控制中心集中告警发出告警。
一级母钟同时通过传输系统提供的以太网数据通道经由分路输出接口箱接收控制中心内子钟和各车站二级母钟回送的自身和二级母钟所属子钟的运行状态信息。一级母钟通过1路标准的RS232/422接口与设在控制中心的监控终端相连，以实现对时间系统主要设备和部件的监控。一级母钟通过对主、备母钟工作状态的循环自检和互检，在发现故障时能够立即实现母钟主、备机的自动转换，平常主、备母钟也可以手动转换。 2、车站二级母钟。二级母钟设置在各车站、停车场的通信设备室内，为了保证系统的可靠性，二级母钟设置为双机热备份模式，在正常情况下，主机工作，当出现故障时，自动转换到备用机上工作，提高了系统的可靠性。
各车站、停车场的二级母钟在正常条件下，接收一级母钟经传输系统发出的标准时间信号，消除累计误差，与一级母钟保持同步，并向本车站、停车场所有子钟发送标准时间信号，同时把自己区域内各子钟的时间及运行状态码传送回一级母钟。当一级母钟或传输通道出现故障时，二级母钟自动报警并用自身晶振发送时间信号给子钟。二级母钟输出时间与一级母钟输出时间之间的精度，不大于20ms。
二级母钟有数字显示板，显示板上可显示年、月、日、星期、时、分、秒时间信息。二级母钟的主、备母钟及电源模块具有热备份功能。二级母钟通过10/100M以太网接口每秒一次接收一级母钟发送的时间信号，一级母钟从每秒的零毫秒时刻开始连续发送21个含有年、月、日、星期、时、分、秒的时间字符，并且包含起始位、结束位、校验位、共用信息传输网时间同步系统校时等字符信息。二级母钟在接收到结束符后可直接用接收到的时间信息来替换自身设备的毫秒计时；然后再依次校准分、时、日、月、年、星期等计时单元。
二级母钟具有独立的高稳定晶振，一级母钟对二级母钟是校对的关系，而不是绝对的指挥关系，当一级母钟或数据传输通道出现故障时，以“独立运行”模式运行，并使其本身及其附属系统保持连续性，二级母钟将依靠自身产生的时间信号独立工作并指子钟运行，并在本地发出声光报警同时通过一级母钟向时钟系统维护终端发出告警。一级母钟信号恢复，二级母钟重新与之同步，必要时进行自动校准，并发布修正的时间数据。自动校准在5秒钟之内完成。二级母钟完成自动校准后，在下一个“周期”内完成对相应输出的校准。
二级母钟设置数据监测传输接口，通过RS232接口可接入移动网管设备，在各个车站实现对本站设备的监测。二级母钟具有日期、时间显示功能，时间显示器以年、月、日、星期、时、分、秒格式显示。时间显示器平常显示日历和时间，需要时也可作为检测窗口使用，用户可以通过切换按键很方便的顺序查询本二级主备母钟、接口模块以及本站所有子钟的运行状态。二级母钟具备人工调整功能。在电源故障后重新开动或系统启动时，可以手工将时间信息输入二级母钟。二级母钟具有子钟分路输出接口，通过0.5平方毫米的超五类八芯双绞线连接本车站内各子钟。二级母钟采用标准RS422接口，采用直接电缆以点对点方式与所在区域的子钟相连接。连接子钟的接口数量为9路，其接口同时可接模拟式和数字式子钟。二级母钟另配有3路NTP接口，提供标准时间信号给其他系统。
3、子钟。子钟为数字式子钟，数字式子钟从外观结构上均为单面型。从显示内容上可分为日历数字式子钟和无日历数字式子钟。
控制中心、车站/停车场的子钟均通过RS422接口，采用超五类八芯线等直接电缆以共线或点对点的方式与一级母钟或本站二级母钟相连，接收一级母钟或二级母钟发送的同步时间信号，对自身的内部时钟进行校准，向工作人员及乘客直接指示时间信息。子钟在接收到标准时间信号后，向所属一级母钟或二级母钟回送自身的工作状态。
子钟接收来自一级母钟或二级母钟的标准时精度进行校准，显示统一的时间。车站输出接口设备其显示时间与车站二级母钟输出时间之间的精度要求不大于20ms。当子钟从一级母钟或本地二级母钟接收到有效控制信号时，其与一级母钟或二级母钟的时间误差不超过10毫秒。子钟均具有独立的计时功能，用于跟踪一级母钟或二级母钟工作，当一级母钟或二级母钟出现故障或因其它原因，接收不到同步时间信号时，子钟仍能依靠自身晶振工作，并通过RS422接口向一级母钟或二级母钟发送告警信息。子钟具有记忆功能，内置实时时钟集成电路和可充电电池，停电后可继续保持实时时间数据十年，恢复用电后数字式子钟自动刷新和显示正确时间。子钟物理地址具有灵活的配置功能，可根据现场实际情况进行调整，并在网管设备上进行管理。
4、时钟监控计算机。在控制中心设置一套时间系统监测管理PC机即监控终端，用于管理时间系统设备。监控终端可进行系统性能管理、配置管理、故障管理、安全管理。可以很方便地进行需要监控的二级母钟和子钟数量的增删和更改。它通过标准的RS232/422或以太网接口与一级母钟相连，具有集中维护和自诊断功能。
管理功能，网管设备终端显示的操作界面，能以电子地图形式直观地反映网络结构，反映其物理连接状态及各点设备运行状态，并能够对系统子钟进行点对点的控制。
故障管理功能，系统具有自诊断、故障管理功能，能够实时检测系统主要设备的工作状态、故障状态，并能打印输出及存储记录。
安全管理功能，为了系统安全可靠的运行，时间系统设三级安全管理权限：管理员级、操作员级和用户级，分级别对系统进行管理；能够保留操作日志；能为全线系统的联网计算机提供时间基准接口及网卡。
四、时间系统的技术特点
整个时间系统以中心主、备母钟为核心，通过传输系统的传输通道连接各站的二级母钟及子钟，并通过中心一级母钟将各种参数传入时间系统监控计算机，实现实时地显示一级母钟、二级母钟、子钟、传输通道等设备各种工作状态。中心母钟本身有高稳定的晶振作为时钟源，同时时间系统通过采集共用信息传输网时间同步系统的时标信号作为标准时间源，该时间源实时对母钟内的时钟信号源进行校准。通过该信号对时间系统进行校对，可以使系统实现无积累误差运行。
为了保证各二级母钟及子钟的准确性，中心母钟设备不断接收共用信息传输网时间同步系统时钟源发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即对自身母钟进行校对。如果数据库不可靠便放弃，下次继续接收。中心母钟给二级母钟发送的标准时间采用广播式发送对各站二级母钟和子钟的工作状态参数采用轮询的方式查询，实时查询整个系统工作状态，并通过监控计算机反映出来，用户对时间系统的管理实现快捷、方便、直观。 各车站/停车场以二级母钟为中心，二级母钟经由超五类八芯线直接与附属各子钟连接，二级母钟将中心一级母钟发来标准时间信号同步发送给附属子钟，对子钟进行实时校时，同时负责收集汇聚本站内子钟的运行状态信息，通过传输系统通道将这些信息送回中心母钟进行处理。
为了保证时间系统整个系统各个参数的准确、快速和实时，整个时间系统的传输通道采用以太网接口和标准的RS422接口方式通讯，允许时间系统内二级母钟及子钟工作在总线方式或点对点方式。
中心母钟的主、备两个母钟组成双重热备份机制、两个母钟可以互相自动切换，如果主母钟出现故障，立即自动切换到备母钟，备母钟全面代替主母钟工作。主母钟恢复正常，备母钟立即切换到主母钟，从而确保系统的安全不间断运行。母钟显示板上可显示年、月、日、时、分、秒时间信息。
中心母钟通过以太网接口输出时间码，给轨道交通各相关系统提供时间同步信号。
中心一级母钟接收来自共用信息传输网时间同步系统的标准时间信号作为同步时钟源，接口类型是基于NTP协议的以太网接口，NTP协议服从共用信息传输网时间同步系统的统一要求，端节点处接口界面在共用通信传输网。时间系统与外部时钟信号源的校时误差小于10毫秒。经过解码、比对、处理后通过10/100M以太网接口向各车站/停车场的二级母钟发送标准时间信号。
二级母钟接收一级母钟标准时间信号，随时对自身内部时钟信号源进行校准，使系统实现无累积误差运行。二级母钟不断接一级母钟发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即对母钟进行校对。如果数据不可靠便放弃，继续接收。当外部信号中断或无效时，二级母钟能转入独立工作状态，采用自身的高稳定晶振产生的时间信号作为时间基准，以“独立运行”模式运行，使其本身及附属系统保持连续性。判断出外部信号中断或无效时，二级母钟将依靠自身晶振产生的时间信号独立工作并指挥所辖子钟运行，并在本地发出声光报警同时通过一级母钟向时间系统维护终端发出告警。一旦外部信号恢复，二级母钟立即重新与之同步，必要时进行自动校准，并发布修正的时间数据。自动校准在5秒钟之内完成。二级母钟完成自动校准后，在下一个“周期”内完成对相应输出的校准。二级母钟通过标准的10/100M以太网接口接收一级母钟发送的时间信号。一级母钟从每秒的零毫秒时刻开始连续发送21个含有年、月、日、星期、时、分、秒的时间字符，并且包含起始位、结束位、校验位、共用信息传输网时间同步系统信号校时等字符信息。二级母钟在接收到结束符后可直接用接收到的时间信息来替换自身设备的毫秒计时；然后再依次校准分、时、日、月、年、星期等计时单元。
当外部时标校时信号中断或无效时，二级母钟利用自身的高稳定度晶振产生的时间信号仍可向数字子钟及其他需要同步时间信号的系统发送校时信号，确保各设备和系统时间严格同步，并且检测单元能在规定的时间内检测出来，以醒目的方式向系统的操作人员告警提示。
时间系统的二级母钟采用两个时钟频率发生器（双主机时钟装置），其中一个作为系统校时信号的主要内部时钟源，另一个作为时间系统的热备份，以备紧急故障时自动启用。母钟显示板上可显示年、月、日、时、分、秒时间信息。
系统具备自检功能，能定时自动检测整个系统的工作状况，包括外部信号接收单元、一级母钟、二级母钟、监控终端、子钟、通讯线路工作状态等，发出检测信号对子钟及通讯线路进行检测，并能在监控管理计算机终端上直观显示出故障部件的位置、内容、时间，且显示记录故障和打印输出，极大方便系统维护人员维护和修理。信号发送是实时的，发送频率可由软件进行设定。时间系统系统还具备内置校验系统，可根据用户要求实施定时自动校验，配合时间补偿功能，不断修正补偿量以消除系统微小的时钟漂移。
本时间系统能够长期无故障地连续不间断工作。时间系统的使用寿命20年；平均无故障时间60000小时；平均故障修复时间小于1.5小时。
五、总结
地铁通信时间系统是轨道交通运行的重要组成部分，为地铁工作人员和广大乘客提供了统一的标准时间，并为其他各有关系统提供统一的标准时间信号，使各系统的定时设备于本系统同步，从而实现地铁全线统一的时间标准。时间系统的设置对保证地铁正常运营起到了重要作用。
参考文献：
[1]崔建乐.城市地铁通信系统新技术探讨[J].现代城市轨道交通，2008.
[2]李棠之.通信网络技术[M].北京：科学技术文献出版社，2004.
[3]周德泽.计算机智能监测控制系统的设计及应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
[4]《地铁设计规范》，GB50157-2003
[5]《城市轨道交通设计规范》，DGJ 08-109-2004
[6]《城市轨道交通通信工程质量验收规范》.北京：中国计划出版社，2006
[7]《网络中心时间同步系统的建设指导意见》北.京：中国计划出版社