新型公共交通工程通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究

■ 馮敬然 閻中印

1 概述

城市軌道交通系統(tǒng)按照運(yùn)輸能力大致可劃分為地鐵、輕軌、有軌電車三大類。不同類型的城軌交通工程由于運(yùn)營模式、業(yè)務(wù)需求不同，通信系統(tǒng)的設(shè)置和標(biāo)準(zhǔn)也有區(qū)別。

以城市新型公共交通系統(tǒng)建設(shè)為例，研究探討主要通信系統(tǒng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。假定線路全長16 km，全線共設(shè)16座車站，其中地下站5座，地面站4座，高架站7座，設(shè)車輛段及綜合維修基地1 處，全線封閉運(yùn)行。根據(jù)客流和運(yùn)營需要，劃分為軸心站（4座）和衛(wèi)星站（12座），主要的運(yùn)營管理設(shè)備和人員均設(shè)于軸心站。車輛采用低地板新型有軌電車系統(tǒng)，直流750 V接觸網(wǎng)授流。本線最高運(yùn)行速度80 km/h，站臺有效長度40 m。

由上述情況可知，該工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)介于普通有軌電車和輕軌工程之間，線路和車站按照輕軌標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)高于有軌電車但低于輕軌。根據(jù)該線設(shè)置軸心站和衛(wèi)星站，主要的運(yùn)營管理設(shè)備和人員設(shè)于軸心站的特點，需要對通信系統(tǒng)的方案和結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)在滿足工程需求的基礎(chǔ)上，降低工程投資，便于運(yùn)營維護(hù)管理的系統(tǒng)目標(biāo)。

2 通信系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

通信系統(tǒng)應(yīng)為新型公共交通系統(tǒng)運(yùn)營提供語音、文字、數(shù)據(jù)、圖像及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等各種信息通道，滿足多功能、多用途、高可靠性的要求。通信系統(tǒng)在正常情況下應(yīng)保證列車安全運(yùn)營；在災(zāi)害情況下，應(yīng)能迅速轉(zhuǎn)為防災(zāi)救援和事故處理的指揮通信系統(tǒng)。

2.1 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)是通信網(wǎng)中最重要的子系統(tǒng)，可為其他通信子系統(tǒng)和信號、電力監(jiān)控（SCADA）、防災(zāi)報警（FAS）、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控（BAS）、自動售檢票（AFC）等專業(yè)提供安全、可靠的傳輸通道，為運(yùn)營管理提供有效的通信手段。傳輸系統(tǒng)方案的合理性，直接影響整個通信系統(tǒng)建設(shè)方案合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

為適應(yīng)軸心站和衛(wèi)星站的運(yùn)營需求，本線FAS、BAS、AFC系統(tǒng)按照控制中心、軸心站、衛(wèi)星站三級設(shè)置，在軸心站設(shè)車站級管理設(shè)備，衛(wèi)星站的數(shù)據(jù)通過傳輸系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)通道匯聚到軸心站，再上傳控制中心。傳輸系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求見表1。

根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)統(tǒng)計，本線傳輸系統(tǒng)采用基于SDH的MSTP技術(shù)。在系統(tǒng)構(gòu)成上可采用兩種方案。

方案一：在控制中心設(shè)10G MSTP傳輸設(shè)備，各車站設(shè)2.5GMSTP傳輸設(shè)備，構(gòu)成兩個以控制中心為切點的2.5G兩纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)（見圖1）。

表1 傳輸系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

方案二：本工程通信傳輸系統(tǒng)初期業(yè)務(wù)容量較小，考慮到滿足公共交通線網(wǎng)建成后信息系統(tǒng)傳輸?shù)男枨螅畲笙薅鹊毓?jié)省投資，在控制中心設(shè)10G MSTP設(shè)備，在本條線路軸心站設(shè)2.5G MSTP設(shè)備，采用兩纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成本線骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)。在標(biāo)準(zhǔn)車站設(shè)622M MSTP設(shè)備，軸心站2.5G設(shè)備與管轄范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)車站622M設(shè)備采用兩纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成接入層網(wǎng)絡(luò)（見圖2）。

以上兩個方案均能夠滿足本工程信息傳輸需求。考慮到目前2.5G設(shè)備較622M設(shè)備投資增加不大，為簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳輸系統(tǒng)推薦采用方案一。

2.2 公務(wù)通信系統(tǒng)

公務(wù)通信系統(tǒng)為軌道交通行車管理、運(yùn)營及維修等部門工作人員進(jìn)行內(nèi)部聯(lián)系及外部公務(wù)聯(lián)系提供必要的通信手段。該系統(tǒng)采用軟交換技術(shù)組網(wǎng)，對于簡化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少運(yùn)營維護(hù)成本具有較大的優(yōu)勢，逐漸成為目前大多數(shù)城市軌道交通工程的首選技術(shù)方案。

公務(wù)通信系統(tǒng)在控制中心設(shè)核心交換機(jī)、呼叫服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，在各軸心站設(shè)接入網(wǎng)關(guān)（AG）?？紤]到衛(wèi)星站無人值守，電話用戶較少的特點，衛(wèi)星站不設(shè)車站交換設(shè)備，其電話用戶通過傳輸設(shè)備接入所屬軸心站車站設(shè)備，以降低投資，減少運(yùn)營維護(hù)工作量。

圖1 以控制中心為切點的2.5G兩纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)

圖2 軸心站2.5G設(shè)備與管轄范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)車站622M設(shè)備采用兩纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)

2.3 專用電話系統(tǒng)

專用電話系統(tǒng)是為控制中心調(diào)度員、車站、車輛段的值班員組織指揮行車、運(yùn)營管理及確保行車安全而設(shè)置的。主要包括調(diào)度電話，站間行車電話，車站、車輛段、停車場內(nèi)直通電話以及區(qū)間電話。該系統(tǒng)采用數(shù)字專用通信系統(tǒng)，在控制中心設(shè)數(shù)字專用通信主系統(tǒng)，在各軸心站設(shè)數(shù)字專用通信分系統(tǒng)，通過傳輸系統(tǒng)提供的2M傳輸通道，構(gòu)成全線調(diào)度電話系統(tǒng)。

在控制中心調(diào)度大廳設(shè)調(diào)度臺；在車輛段信號樓、各軸心站車控室設(shè)車站值班臺和環(huán)控（防災(zāi)）調(diào)度分機(jī)，在變電所設(shè)電力調(diào)度電話分機(jī)。站（段）內(nèi)設(shè)置專用直通電話，接入本站數(shù)字專用通信分系統(tǒng)設(shè)備。

考慮衛(wèi)星站無人值守，站內(nèi)可不設(shè)置專用直通電話，但考慮到運(yùn)營管理可能存在的需求，可預(yù)留設(shè)置車站臨時值班臺直通電話，并在站臺上設(shè)緊急電話，車站變電所內(nèi)設(shè)電力調(diào)度電話分機(jī)，通過傳輸設(shè)備接入所屬軸心站數(shù)字專用通信分系統(tǒng)設(shè)備。

站間行車電話功能通過數(shù)字專用通信分系統(tǒng)實現(xiàn)，僅在軸心站之間設(shè)站間行車電話。

沿線不設(shè)區(qū)間電話，區(qū)間電話的功能由無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)。

通過優(yōu)化設(shè)計，減少了衛(wèi)星站的數(shù)字專用通信分系統(tǒng)設(shè)備，同時通過取消區(qū)間電話，節(jié)省了區(qū)間電纜的敷設(shè)，實現(xiàn)降低投資及設(shè)備維護(hù)工作量的目的。

2.4 無線通信系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)為軌道交通系統(tǒng)固定用戶（控制中心、車輛段調(diào)度員、車站值班員等）和移動用戶（列車司機(jī)、防災(zāi)人員、維修人員）之間的語音和數(shù)據(jù)信息交換提供可靠的通信手段。

無線通信系統(tǒng)對行車安全、提高運(yùn)輸效率和管理水平、改善服務(wù)質(zhì)量提供了重要的保證。同時，在軌道交通運(yùn)營出現(xiàn)異常情況和有線通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能迅速提供防災(zāi)救援和事故處理等緊急通信手段。

無線通信系統(tǒng)采用TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)。

為了降低工程投資，本線采用多基站中區(qū)制（基站＋直放站）覆蓋方案。

在控制中心設(shè)無線集群交換機(jī)，滿足本工程全線使用需求，并預(yù)留后續(xù)線路接入條件；在車輛段、軸心站設(shè)置基站，在衛(wèi)星站和區(qū)間設(shè)光纖直放站，滿足車站、車輛段、區(qū)間場強(qiáng)覆蓋要求。

2.5 電視監(jiān)視系統(tǒng)

電視監(jiān)視系統(tǒng)作為軌道交通運(yùn)營的重要工具，主要用于車站值班員、控制中心調(diào)度員監(jiān)視站臺站廳，輔助指揮機(jī)車安全進(jìn)站出站，及當(dāng)發(fā)生災(zāi)情或突發(fā)事件時監(jiān)視疏導(dǎo)客流。

電視監(jiān)視系統(tǒng)視頻圖像采用全I(xiàn)P傳輸方案。各攝像機(jī)攝取的圖像信號經(jīng)數(shù)字視頻編碼后接入本地網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，全線控制中心、各車站的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過傳輸系統(tǒng)提供的傳輸通道構(gòu)成IP網(wǎng)絡(luò)，完成本線視頻監(jiān)控圖像的傳輸、控制功能。

由于本線衛(wèi)星站均采用無人值守方式運(yùn)營，電視監(jiān)視系統(tǒng)在控制中心設(shè)中心電視監(jiān)視系統(tǒng)，在軸心站設(shè)車站電視監(jiān)視系統(tǒng)，在軸心站和衛(wèi)星站站臺、客流匯集區(qū)域、主要通道出入口、重要設(shè)備用房設(shè)攝像頭；在軸心站設(shè)視頻存儲設(shè)備，滿足全線圖像存儲、調(diào)用需求；在控制中心設(shè)監(jiān)控管理終端和監(jiān)控設(shè)備；在軸心站設(shè)監(jiān)控設(shè)備，負(fù)責(zé)本站及所管轄衛(wèi)星站的視頻監(jiān)控。

2.6 廣播系統(tǒng)

車站廣播系統(tǒng)供控制中心各調(diào)度員和車站值班員使用，為乘客播放列車信息，對上、下車乘客提供安全提示、向?qū)Ъ熬o急狀態(tài)的安全服務(wù)，為工作人員播放作業(yè)命令及管理等信息。

廣播系統(tǒng)采用數(shù)字語音廣播技術(shù)，可以避免模擬處理傳輸過程中帶來的音質(zhì)變化。

廣播系統(tǒng)在控制中心設(shè)中心廣播系統(tǒng)，在控制中心值班員坐席設(shè)廣播控制臺；在車輛段、軸心站設(shè)車站級廣播系統(tǒng)，車站（車輛段）值班員處設(shè)廣播控制臺；在衛(wèi)星站僅設(shè)置揚(yáng)聲器和功放設(shè)備，通過傳輸系統(tǒng)提供的傳輸通道，接入歸屬管轄的軸心站廣播主機(jī)。

2.7 時鐘系統(tǒng)

時鐘系統(tǒng)為全線運(yùn)營組織、客運(yùn)管理各部門、車站及其他系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時間信息。

時鐘系統(tǒng)采用控制中心/車站兩級組網(wǎng)方式，在控制中心設(shè)GPS接收機(jī)、一級母鐘；在車輛段、軸心站設(shè)二級母鐘；在控制中心、車輛段、軸心站主要管理用房設(shè)子鐘。

各車站公共區(qū)不設(shè)置子鐘，利用PIS系統(tǒng)顯示屏顯示標(biāo)準(zhǔn)時間信息。

2.8 乘客信息系統(tǒng)（PIS）

PIS系統(tǒng)以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為主體，以LCD、背投、等離子電視、LED條屏、大屏等為顯示終端，在滿足新型公共交通服務(wù)功能信息化、多元化需求的同時，滿足乘客對多信息的需求。為旅客及工作人員提供多方面的、實時性的信息顯示，如時刻表及票價信息，文字、圖片、動畫和視頻等，為工作人員和旅客提供全方面的信息服務(wù)。

PIS系統(tǒng)采用控制中心和車站兩級組網(wǎng)方案，通過傳輸通道連接控制中心局域網(wǎng)和車站局域網(wǎng)。

PIS系統(tǒng)采用實時播控模式，在控制中心設(shè)中央級播控設(shè)備，實現(xiàn)PIS系統(tǒng)所有設(shè)備的運(yùn)行、監(jiān)控和管理功能；在軸心站設(shè)車站級設(shè)備，實現(xiàn)本站及所管轄的衛(wèi)星站PIS系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控、管理功能；在軸心站和衛(wèi)星站設(shè)現(xiàn)場播控設(shè)備。

鑒于本線介于有軌電車和輕軌的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，而且主要為地面、高架線路，因此本線不設(shè)車載PIS系統(tǒng)的地車無線傳輸設(shè)備。車載PIS可采用DVB-T技術(shù)接入城市移動電視臺的視頻節(jié)目；控制中心調(diào)度員對列車發(fā)布的文字信息通過無線通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)功能解決。

3 結(jié)束語

根據(jù)本線衛(wèi)星站無人值守的運(yùn)營特點，在常規(guī)通信系統(tǒng)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上主要對公務(wù)通信系統(tǒng)、專用通信系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)及乘客信息系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，在滿足運(yùn)營需求的前提下取消了衛(wèi)星站部分車站級設(shè)備，達(dá)到了降低工程投資和減少運(yùn)營維護(hù)工作量的效果。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國城市軌道交通工程正在大規(guī)模建設(shè)，一些中等城市為了緩解地面交通壓力也正在籌建包括地鐵、輕軌、有軌電車等各種不同標(biāo)準(zhǔn)的城軌項目，在通信系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)項目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)營管理需求，確定合理的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，制定經(jīng)濟(jì)合理的系統(tǒng)方案，以組建與之相匹配的、安全、可靠、有效的通信網(wǎng)。