地铁地各系统简介

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标准文案地铁的系统功能
一、概述
地铁是地下铁道的简称。

它是一种独立的有轨交通系统，不受地面道路情况的影响，能够按照设计的能力正常运行，从而快速、安全、舒适地运送乘客。

地铁效率高，无污染，能够实现大运量的要求，具有良好的社会效益。

地铁是有轨交通，其运输组织、功能实现、安全保证均应遵循有轨交通的客观规律。

在运输组织上要实行集中调度、统一指挥、按运行图组织行车；在功能实现方面，各有关专业如隧道、线路、供电、车辆、通信、信号、车站机电设备及消防系统均应保证状态良好，运行正常；在安全保证方面，主要依靠行车组织和设备正常运行来保证必要的行车间隔和正确的行车经路。

为了保证地铁列车运行安全、正点，在集中调度、统一指挥的原则下，行车组织、设备、车辆检修、设备运行管理、安全保证等均由一系列规章制度来规范。

地铁是一个多专业多工种配合工作、围绕安全行车这一中心而组成的有序联动、时效性极强的系统。

地铁中采用了以电子计算机处理技术为核心的各种自动化设备，从而代替人工的、机械的、电气的行车组织、设备运行和安全保证系统。

如ATC（列车自动控制）系统可以实现列车自动驾驶、自动跟踪、自动调度；SCADA （供电系统管理自动化）系统可以实现主变电所、牵引变电所、降压变电所设备系统的遥控、遥信、遥测；BAS （环境监控系统）和FAS（火灾报警系统）可以实现车站环境控制的自动化和消防、报警系统的自动化；AFC（自动售检票系统）可以实现自动售票、检票、分类等功能。

这些系统全线各自形成网络，均在OCC（控制中心）设中心计算机，实行统一指挥，分级控制。

地铁路网的基本型式有：单线式、单环线式、多线式、蛛网式。

每一条地铁线路都是由区间隧道（地面上为地面线路或高架线路）、车站及附属建筑物组成。

车站按其功能分为四种：
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1、中间站：只供乘客乘降用，此类车站数量最多。

2、折返站：在中间站设有折返线路设备即称为折返站，一般在市区客流量大的区段设立，可以满足乘客需要，同时节省运营开支。

3、换乘站：既用于乘客乘降又为乘客提供换乘的车站。

4、终点站：地铁线路两端的车站，除了供乘客上下或换乘外，通常还供列车停留、折返、临修及检修使用。

二、地铁车辆
地铁车辆是城市轨道交通系统的重要组成部分，也是技术含量较高的机电设备。

地铁车辆应具有先进性、可靠性和实用性，应满足容量大、安全、快速、美观和节能的要求。

地铁车辆有动车（M，Motor）和拖车（T，Trailer）、带司机室车和不带司机室车等多种形式。

动车本身带有动力牵引装置，拖车本身无动力牵引装置；动车又分为带有受电弓的动车和不带受电弓的动车。

地铁车辆在运营时一般采用动拖结合、固定编组，形成电动列车组。

由于它本身带有动力牵引装置，兼有牵引和载客两大功能，因此和铁路列车不同，不需要再连挂单独的机车。

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一般地铁车辆由以下七部分组成：
（1）车体
车体是容纳乘客和司机驾驶（对于有司机室的车辆）的地方，又是安装与连接其他设备和部件的基础。

一般有底架、端墙、侧墙及车顶等。

（2）动力转向架和非动力转向架
动力转向架和非动力转向架装置位于车体和轨道之间，用来牵引和引导车辆沿着轨道行驶，承受与传递来自车体及线路的各种载荷并缓冲其动力作用，是保证车辆运行品质的关键部位。

一般由构架、弹簧悬挂装置、轮对轴箱装置和制动装置等组成。

（3）牵引缓冲连接装置
车辆编组成列安全运行必须借助于连接装置。

为了改善列车纵向平稳性，一般在车钩的后部装设缓冲装置，以缓和列车的冲动。

（4）制动装置
制动装置是保证列车安全运行所不可少的装置。

城市轨道车辆制动装置除常规的空气制动装置外，还有再生制动、电阻制动和磁轨制动等。

（5）受流装置
从接触导线（接触网）或导电轨（第三轨）将电流引入动车的装置称为受流装置或受流器。

受流装置按其受流方式可分为以下几种形式：a、杆形受流器；b、弓形受流器；c、侧面受流器；d、轨道式受流器；e、受电弓受流器。

（6）车辆内部设备
车辆内部设备包括服务于乘客的车体内的固定附属装置和服务于车辆运行的设备装置。

属于前者的有车电、通风、取暖、空调、座椅、拉手等。

服务于车辆运行的设备装置大多吊挂于车底架，如蓄电池箱、继电器箱、主控制箱、电动空气压缩机组、总风缸、电源变压器、各种电气开关和接触器箱等。

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（7）车辆电气系统
车辆电气包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。

按其作用和功能可分为主电路系统、辅助电路系统和控制电路系统三个部分。

三、地铁信号
信号设备的主要作用是保证行车的安全和提高线路的通过能力，包括信号装置、联锁装置、闭塞装置等。

信号装置是指示列车运行条件的信号及附属设备；联锁装置是保证在车站范围内，行车和调车安全及提高通过能力的设备；闭塞装置是保证在区间内行车安全及提高通过能力的设备。

在车站上，铺设有许多条线路，线路之间用道岔联结。

列车在车站内运行的路径，叫做进路。

进路由道岔位置决定。

进路要有信号机防护，道岔位置不对，或者进路上有车，防护此条进路的信号机就不能开放，从而保证列车的运行安全。

道岔、进路和信号三者之间相互制约、相互依存的关系称为联锁。

实现联锁的设备叫做联锁设备。

把许多道岔、进路和信号机用电气方法集中控制和监督，并实现它们联锁的设备，叫做电气集中设备。

由车站向区间发车时必须确定区间内无车，还要防止两个车站在同一线路上向同区间发车。

这种按照一定的方法组织列车在区间内的运行，一般称为行车闭塞，用来联络的设备称为闭塞设备。

常用的闭塞设备有自动闭塞、半自动闭塞及电气路签闭塞等。

地铁采用自动闭塞设备。

四、地铁通信
地铁通信是构成地铁各部门之间有机联系、实现运输集中统一指挥、行车调度自动化、列车运行自动化、提高运输效率的必备工具与手段。

地铁通信按其用途来分，可分为地区自动通信、地铁专用通信、有限广播、闭路电视、无线通信以及子母钟报时系统、会议系统、传真及计算机通信系统；按信息传输的媒介可分为有线通信和无线通信，有线通信又可分为光缆和电缆通信。

地铁通信是既能传输语言，又能传输文字、数据、图像等各种信息的综合数字通信网。

五、地铁供电
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地铁的供电系统是为地铁运营提供电能的。

地铁列车是电力牵引的电动列车，其动力是电能；此外，地铁中的辅助设施包括照明、通风、空调、排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等，也都依赖电能。

地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

根据用电性质的不同，地铁供电系统可分为两部分：由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供电系统。

六、地铁环境控制与车站设备
为了保证地铁安全正常运行，应在地铁内设置环境控制设备和各类必需的车站辅助设备，包括：通风、空调、给排水、消防、自动扶梯、直升电梯、动力、照明、旅客引导等系统设备。

现代化程度较高的地铁还配置了自动售检票系统、车站设备自控系统、屏蔽门等。

给排水系统用来提供地铁运营中生产、生活和消防用水，收集并排除地下渗透水和生产、生活产生的废水、污水。

地铁给水系统的水源一般取自城市自来水。

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地铁消防系统分中央和车站两级。

中央级的主要功能是：监视全线消防设备状态；火灾时，指挥全线消防抢险活动；控制全线有关消防设备的运行。

车站级的主要功能是：监视车站消防设备运行情况，接受各类报警信息；控制车站及相邻区间内消防设备的动作，实施灭火活动；与中央级间进行必要的信息传输。

地铁车站里的辅助设备包括：自动扶梯、直升电梯、卷帘门、防洪门、旅客引导、照明、售检系统、车站设备自控系统等。

根据需要还可设置屏蔽门和防核辐射门等。

七、地铁运输组织
地铁运输组织主要是列车运行组织和接发列车组织。

在列车运行组织工作中，根据地铁吸引的城市人员上下班（学）等客运流量、流向的实际情况，在基本列车运行图中编划出早、晚客流高峰时段密集开行列车的阶段运行计划；同时，还编制出各种节假日、春运等形式列车运行图，以便最大限度地满足城市人民对地铁运输的各种需要。

FAS(FireAlarmSystem)是火灾报警系统，火灾报警系统(FAS)在组网上具有自己的网络结构和布线系统,以实现在任何情况下,该系统都可以独立的操作、运行和管理。

随着计算机技术和网络技术的发展,火灾报警系统已具有同楼宇管理系统(BMS)联网的能力,并提供楼宇自控系统、综合保安管理系统、广播系统以及有线/无线通讯系统等在发生火灾时提供相应的联动功能。

地铁FAS系统由主控(控制中心)和分控(车站、车场、车辆段)两级管理。

控制中心设防灾监控中心，负责监视全线防灾设备运行状态、接收报警信号、发布救灾指令等。

车站防灾监控负责接收车站灾害报警，及时与指挥中心联络，并接收中心防灾指令，控制设备。

地铁FAS系统功能介绍：
1、 FAS中央功能
1）FAS中央级监控功能主监视铁全线各车站、区间隧道、控制中心大楼、车辆段、停车场、主变电站等下属所有区域火灾报警、消防联动和故障情况，火灾发生时承担全线防灾指挥中心功能。

2）自动采集、显示、记录、存储车站内火灾信息，存储操作人员各项记录，并能进行历史档案管理。

3）火灾发生实际情况，可自动或手动选择预定方案，向车站级控制是发出消防救灾指令和安全疏散命令，指挥救灾工作开展。

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4）设置火灾报警外线电话，并与119报警台通报有关车站火灾灾情。

5）接受主时钟信息，使FAS时钟与主时钟同步。


6）火灾报警时，中央级图形计算机自动弹出相应报警区域平面图，并发出声光报警。

火灾报警具有高优先级，当同时存火灾及其他报警时，会优先报火警。

2、FAS车站级功能
FAS车站级功能主要有监视，报警，控制以及他系统联动等：
1）监视模式
2）报警模式
3）消防联动模式
4）防灾通信模式
5）防灾报警分机集成化功能
6）防灾报警分机之间网络通信功能
是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统，使乘客通过正确的服务信息引导，安全、便捷地乘坐轨道交通。

PIS在正常情况下，提供乘车须知、列车到发时间、列车时刻表、管理者公告、政府公告、出行参考等实时动态的多媒体信息；在火灾、阻塞及恐怖袭击等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。

作为地铁公司与乘客之间最直观的信息交互平台，PIS系统所有实时播放的媒体流不能出现图像马赛克、声音停顿的情况，这需要有线网络、车地无线通信网均有足够的带宽和良好的QoS保障机制，同时网络的可靠性要求也非常高，不能因为网络的中断导致PIS系统故障。

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。

SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

地铁行业电力监控子系统与地铁行业的综合监控系统（ISCS）紧密集成，实现PSCADA子系统功能，共同完成变电所主要供电设备及接触网（轨）等电力设备运行情况的分层分布远程实时监视和控制，处理供电系统的各种异常事故及报警事件，保障系统的正常运行，同时大大提升供电系统调度、管理及维修的自动化程度，提高供电质量，保证系统安全、可靠地运行。

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地铁变电所综合自动化系统与供电系统的12kV开关柜、750V开关柜、0.4kV开关柜、牵引变压器、硅整流器、配电变压器、排流柜、杂散电流监测装置、牵引网电动隔离开关、再生能量利用装置、钢轨电位限制装置等配置的综合测控保护装置、智能采集装置通过通信接口连接实现集中监控。

PSCADA系统包括全线由若干个变电所综合自动化系统，该系统可分为两类：
牵引降压混合变电所(以下简称混合所)；
降压变电所（以下简称降压所）；
车站、车辆段牵引降压混合变电所综合自动化系统通过与本车站、车辆段的综合监控系统接口，实现电力调度中心与变电所综合自动化系统的数据交换。

变电所自动化系统采用分层、分布式系统结构。

系统由变电所站级管理层、网络通信层、间隔设备层组成。

系统以供电设备为监控对象，通过所内网络将10kV、0.4kV交流保护测控单元、DC750V直流保护测控单元、交直流系统监控单元、变压器与整流器监控单元、排流柜与杂散电流监控单元、轨电位限位装置、电动隔离开关等分散布置的间隔层设备连接起来，通过监控计算机进行集中管理。

1、站级管理层
包括安装在控制信号盘内的通信处理器、交换机、智能测控单元、监控计算机、等设备组成。

该层主要完成全站的数据通讯及处理、人机界面、数据库等功能。

是系统与运行和维护人员的接口。

2、数据通信层（分为站控级网络和间隔级网络）
站控级网络
间隔级网络
3、间隔设备层
间隔层智能设备主要包括10kV综合保护测控单元、750V直流开关柜保护测控单元、0.4kV低压开关柜监控单元、制动能量消耗装置监控单元、杂散电流监控单元、整流器监控单元、交直流电源系统监控单元、整流变压器温控器、动力变压器温控器，所有智能设备由通信方式接入综合自动化系统。

地铁信号系统是地铁运输系统中，保证行车安全、提高区间和车站通过能力的手动控制、自动控制及远程控制技术的总称，是地铁行车调度依据行车计划或运力需求组织行车，并按一定的闭塞方式指挥列车安全、正点运行的重要设备系统，具有下达行车指令、办理列车进路、开放信号并指挥行车的基本功能。

北京地铁信号系统随着核心技术的不断进步，其设备构成、主要功能均不断得到了完善和提高，尤其是列车运行控制方式和信号系统闭塞方式发生了根本性的变革。

2 •简介CBTC信号系统构成及原理
•目前面临的问题及对策
• CBTC信号系统的优点
北京地铁2009年运营线路图
地铁CBTC信号系统列车自动控制系统
城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成，ATC系统包括三个子系统：
—列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，简称ATS）
—列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，简称ATP）
2 —列车自动运行系统（Automatic Train Operation，简称ATO）
三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统
列车自动控制（ATC）系统是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，它实现行车指挥和列车运行自动化，能最大程度地保证列车运行安全，提高运输效率，减轻运营人员的劳动强度。

一、ATC系统的组成和功能
列车自动控制（ATC—Automatic Train Control）系统包括三个子系统：列车自动防护（ATP—Automatic Train Protection ）、列车自动运行（ATO—Automatic Train Operation）、列车自动监控（ATS—Automatic Train Supervision）。

ATC系统包括五个功能：ATS功能、联锁功能、列车检测功能、ATC功能和PTI（列车识别）功能。

（1）ATS功能：可自动或人工控制进路、进行行车调度指挥，并向行车调度员和外部系统提供信息。

（2）联锁功能：响应来自ATS功能的命令，在随时满足安全准则的前提下，管理进路、道岔和信号的控制，将进路、轨道电路（或计轴）、道岔和信号的状态信息提供给ATS和ATC功能。

（3）列车检测功能：一般由轨道电路或计轴设备来完成。

（4）ATC功能:在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现列车运行的控制。

ATC功能有三个子功能：
ATP/ATO轨旁功能、ATP/ATO传输功能和ATP/ATO车载功能。

（5）PTI功能：通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置传给ATS,向ATS报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号和列车位置数据，以优化列车运行。

1.列车自动监控系统ATS
2.列车自动防护子系统ATP
3.列车自动运行系统ATO
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列车自动控制系统构成图

地铁CBTC信号系统介绍
移动闭塞是基于通信技术的列车控制（简称CBTC—Communication Based Train Control）ATC系统，该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息，而是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。

通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换，完成速度控制。

系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换，并确定列车的准确位置及列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。

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地铁CBTC信号系统速度距离曲线
地铁CBTC信号系统系统原理
移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现。

列车不间断向控制中心传输其标识、位置、方向和速度等信息，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。

列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。

由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。

CBTC级移动授权下的移动闭塞列车分离
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地铁CBTC信号系统原理及分类
移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现。

列车不间断向控制中心传输其标识、位置、方向和速度等信息，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。

列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。

由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。

1.基于基于交叉感应环线技术
2.基于无线电台通信技术
3.基于漏泄电缆无线传输技术
4.基于裂缝波导管无线传输技术
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CBTC信号系统分类图
1.基于基于交叉感应环线技术
以敷设在钢轨间的交叉感应环线作为传输媒介的CBTC系统，在城市轨道交通中已经应用了较长时间。

交叉感应环线的缺点在于，安装在钢轨中间，安装困难且不方便工务部门对钢轨的日常维修，车－地通信的速率低。

但由于环线具有成熟的使用经验，使用寿命长以及投资少等优点，目前仍继续得到应用。

CBTC信号系统分类图
2.基于无线电台通信技术
随着无线通信技术的发展，基于自由空间传输的无线传输技术的在CBTC系统中得到了应用。

无线的频点一般采用共用的2.4GHz或5.8GHz频段，采用接入点（AP）天线作为和列车进行通信的手段。

AP的设置保证区间的无线重叠覆盖。

自由空间传输的无线具有自由空间转播，对于车载通信设备的安装位置限制少；传输速率高；实
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现空间的重叠覆盖，单个接入设备故障不影响系统的正常工作；轨旁设备少，安装与钢轨无关，方便安装及维护的特点。

基于无线电台通信传输方式CBTC系统，已经在北京地铁10号线成功应用。

CBTC信号系统分类图
3.基于漏泄电缆无线传输技术
Alstom的CBTC系统在需要的时候也可采用漏泄电缆传输方式，而新研发的系统采用的不多。

漏泄电缆方式特点是场强覆盖较好、可控，抗干扰能力强。

单点AP的控制距离通常达800m（每侧漏泄电缆长度400m）。

缺点是漏泄同轴电缆价格较高。

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CBTC信号系统分类图
4.基于裂缝波导管无线传输技术
采用波导系统作为车地双向传输地媒介。

即采用沿线铺设的裂缝波导及与波导连接的无线接入点作为轨旁与列车的双向传输通道。

该系统的波导系统具有通信容量大，可在隧道及弯曲通道中传输、干扰及衰耗小、无其他车辆引起的传输反射、可在密集城区传输等特点。

波导的另一个优点是传输速率大，可以满足列车控制系统的需要。

波导的缺点在于安装困难，需全线沿线路安装波导管，安装维护复杂，并且造价高。

北京地铁2号线、机场线均采用裂缝波导管传输技术。

CBTC系统在实际应用中存在的问题及对策
1.设备匹配问题：国外精密设备与国产设备间存在不能完全协调运行的情况。

如XX公司转辙机控制板卡与室外转辙机存在不协调情况，在正常运行情况下突然显示为转辙机表示信息丢失，造成转辙机不能动作，但是转辙机室
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外设备无硬件故障。

经分析发现为：转辙机控制板卡内预制软件对表示电路信号瞬间丢失容错率较低，而国产转辙机表示电路有瞬间丢失的问题存在。

此类问题需要设备提供商修改软件方可解决。

2. 无线系统室外设备的运行稳定问题：
室外设备经常损坏。

在X号线的实际运营过程中发现，处于室外的无线网卡经常由于环境因素的影响出现问题，不能正常发送无线信号，造成列车丢失无线信息影响运营。

室外波导管同样因为环境影响的原因，进水、进尘而造成故障。

此类问题的根本解决办法是，定期对无线网卡、波导管接头部分进行检查、测试，并更换为性能优良、运行稳定的网卡设备。

3. 计轴系统容易被外界物体干扰。

在10号线和2号线的实际运营过程中，经常出现夜间施工影响了计轴室外设备，造成了轨道占用，影响正常运营。

此类问题需要协调设备提供商更改计轴复位方式，由计轴预复位改为直接复位，减少故障处理时间，减小对正常运营的影响。

4. 软件维护问题以及工程协调配合问题：
软件维护制约着系统的可用性，有些公司在合同谈判或者投标的时候，隐含词语，回避软件维护工作，造成后续设备维护单位工作被动。

甚至需要大量投入，还要影响正常运营。

随着用户对系统的不断了解，需求可能要发生变化，修改或者对系统进行调整，各公司态度不尽相同。

需要我们的用户要从多方面进行权衡。

CBTC信号系统的优点
移动闭塞又称为基于通信技术基础的闭塞系统即CBTC系统，该系统代表着当前世界上轨道交通列车运行控制系统的发展趋势，是近年来国际国内推荐使用的一种闭塞制式。

在国内各大城市已经广泛采用：如北京、广州、上海、武汉、沈阳等。

基于通信技术的列车控制（CBTC）移动闭塞系统采用了先进的通信和计算机技术，可以连续控制、监测列车运行。

它摆脱了使用轨道电路判别闭塞分区的占用，突破了固定（或准移动）闭塞需要固定的区间分区的局限性，较以往系统具有更大的技术优越性。

（1）实现车载设备与轨旁设备间的实时双向通信，且信息量大。