長春地鐵通信系統(tǒng)控制中心資源共享淺析

程 鑫

*北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司 工程師，100037 北京

資源共享的目的是提高應(yīng)急指揮能力，特別是災(zāi)害狀態(tài)統(tǒng)一指揮，可以作為一個整體協(xié)調(diào)一致，節(jié)省機房面積，減少土建工程費用，節(jié)約能源，減少工程投資，減少維護定員。

實行資源共享，首先應(yīng)考慮投資及運營管理模式的差異;資源共享必須以滿足各線路本身的功能要求為前提，不能過分強調(diào)資源共享而忽視功能的本質(zhì)要求;資源共享要充分考慮各軌道交通線實施時間差異，資源共享設(shè)施的配置要考慮技術(shù)的發(fā)展和可持續(xù);在建設(shè)過程中應(yīng)該是同步設(shè)計，預(yù)留條件，分期實施。

1 長春軌道交通概述

長春市中心城區(qū)軌道交通遠景線網(wǎng)由5條放射線、2條半環(huán)線共7條線組成，其中1、2、5號線仍為放射式骨干線，規(guī)劃采用大運量軌道交通(地鐵)制式;3、4號線為“L”形放射式輔助線，采用輕軌制式，6、7號線為加密填充線，規(guī)劃采用中運量軌道交通制式。7條線共同構(gòu)成三主四輔雙模式軌道交通線網(wǎng)。

根據(jù)建設(shè)規(guī)劃，近期將建設(shè)長春地鐵1號線一期和2號線一期工程。其中，1號線一期工程共設(shè)置車站15座，換乘站7座，南部設(shè)永春車輛綜合檢修基地;2號線一期工程共設(shè)置車站17座，其中換乘站6座，西端設(shè)西湖車輛段。

控制中心是城市軌道交通運營管理、行車、供電、環(huán)境控制、防災(zāi)報警的指揮中樞，對保證行車安全、提高服務(wù)質(zhì)量具有重大作用。控制中心的控制模式有集中式、分散式和混合式3種?；诟骶€統(tǒng)一指揮、資源共享的思路，集中式最優(yōu)、混合式次之，分散式最差。根據(jù)建設(shè)規(guī)劃，長春市軌道交通選擇混合式控制中心，即關(guān)聯(lián)緊密、建設(shè)時機接近的3條地鐵線路(1、2、5)共用一個控制中心，已建的輕軌3、4號線共用一個控制中心。

長春地鐵1、2號線一期工程通信系統(tǒng)，包括專用通信系統(tǒng)、商用通信系統(tǒng)、公安通信系統(tǒng)三部分。專用通信系統(tǒng)是為軌道交通行車指揮及運營管理服務(wù)的;商用通信系統(tǒng)是軌道交通和電信運營商合作設(shè)置的，是公共通信網(wǎng)在軌道交通內(nèi)的延伸;公安通信系統(tǒng)是根據(jù)公安及消防部門要求設(shè)置的，是公安通信網(wǎng)在軌道交通內(nèi)的延伸。

長春軌道交通衛(wèi)星廣場控制中心容量按3條線設(shè)計，滿足近期地鐵1、2號線接入的條件，同時預(yù)留遠期5號線的接入能力。長春地鐵1號線計劃于2015年開通，2號線計劃2016年開通，建設(shè)時序僅相差一年，且控制中心物理位置相同，設(shè)備維護均為機電公司一家單位。在1號線通信系統(tǒng)的設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮系統(tǒng)資源和信息資源的共享，實現(xiàn)系統(tǒng)資源和信息資源的共享不僅能夠優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)的配置，而且能夠降低建設(shè)工程造價。

2 通信系統(tǒng)控制中心資源共享

本文重點討論專用通信系統(tǒng)在控制中心的資源共享問題。專用通信系統(tǒng)包括傳輸、電話、無線、廣播、時鐘、乘客信息等子系統(tǒng)，根據(jù)資源共享的設(shè)計原則并結(jié)合長春地鐵的建設(shè)情況，對通信各子系統(tǒng)在衛(wèi)星廣場控制中心實現(xiàn)資源共享進行分析并提出設(shè)計方案。

2.1 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)是地鐵通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，是通信系統(tǒng)的骨干，其經(jīng)濟合理性直接影響著整個通信系統(tǒng)的性價比。

目前國內(nèi)軌道交通采用的主要有SDH、MSTP、OTN等制式。其中，MSTP(Multi Service Transport Platform多業(yè)務(wù)傳送平臺)基于SDH，同時實現(xiàn)TDM、IP等業(yè)務(wù)接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)傳送平臺，長春地鐵1號線初步設(shè)計及2號線總體設(shè)計均將MSTP作為主選方案。

傳輸系統(tǒng)采用國際標準設(shè)備和接口，并根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃預(yù)留與上層網(wǎng)或其他軌道交通線路的接入條件，為整個城市線網(wǎng)傳輸系統(tǒng)資源共享預(yù)留條件。

建設(shè)以GPS+BITS為核心的現(xiàn)代數(shù)字同步網(wǎng)，可以為地鐵通信系統(tǒng)中的傳輸系統(tǒng)、無線系統(tǒng)和時鐘系統(tǒng)等設(shè)備提供統(tǒng)一的高精度、高穩(wěn)定度、高可靠性的同步時鐘源。長春地鐵1號線在控制中心新設(shè)GPS+BITS設(shè)備，作為線網(wǎng)的同步時間基準信號，地鐵2號線及遠期的地鐵5號線均可利用1號線設(shè)置的GPS+BITS設(shè)備，達到同步設(shè)備的資源共享?？刂浦行膫鬏斣O(shè)備的同步信號由BITS上接引，沿線設(shè)備從STM-64線路碼提取同步時鐘信號。

2.2 無線通信系統(tǒng)

長春地鐵1號線推薦采用TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)組建專用無線調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，在專用通信系統(tǒng)中投資較大，而控制中心集群交換機在無線通信系統(tǒng)中投資最大，是無線通信系統(tǒng)的核心，但平時的利用率不是很高。專用通信無線系統(tǒng)建設(shè)時，統(tǒng)籌考慮了長春地鐵建設(shè)的整體情況，做到資源整合共享，利用集群系統(tǒng)特有功能，以盡量少的系統(tǒng)設(shè)備為盡量多的軌道交通線路服務(wù)，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備、技術(shù)、信息等資源共享。

長春地鐵1號線推薦在衛(wèi)星廣場控制中心新設(shè)集群交換機，同時容量按3條線設(shè)計，滿足后期2、5號線的接入。借助TETRA的VPN功能及在安全、獨立的基礎(chǔ)上，2、5號線僅需在控制中心設(shè)置各自的線路調(diào)度臺等終端設(shè)備即可實現(xiàn)所有調(diào)度功能，架構(gòu)如圖1所示。同時，地鐵3條線路共用集群交換機，為線路互聯(lián)互通提供了便利條件，不僅可以實現(xiàn)部分用戶空中接口互聯(lián)，而且在不同線路緊急狀態(tài)下調(diào)車作業(yè)時，可以實現(xiàn)調(diào)度臺、車站固定臺與車載電臺之間的跨線通信。如圖1所示。

圖1 無線通信系統(tǒng)線網(wǎng)規(guī)劃架構(gòu)圖

通過集群共網(wǎng)，軌道交通線共用一個系統(tǒng)資源，不但節(jié)約了投資，提高了資產(chǎn)的利用率，并且共享系統(tǒng)備品備件和運營維護服務(wù)，提高了對系統(tǒng)故障的響應(yīng)速度，大大降低運營維護成本。

2.3 公務(wù)電話系統(tǒng)

當(dāng)共用控制中心時，應(yīng)考慮控制中心交換設(shè)備的共享，先建線配置的交換機的處理能力應(yīng)預(yù)留后建線的接入條件，設(shè)備的用戶板只配本線用戶，將來建設(shè)時根據(jù)需要增加用戶板，可提高公務(wù)電話系統(tǒng)互聯(lián)互通的能力，更好地實現(xiàn)中繼鏈路、計費系統(tǒng)、維護管理等資源共享。

結(jié)合長春市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，控制中心按區(qū)域分散設(shè)置(2～3條線合設(shè)一個控制中心)。公務(wù)電話系統(tǒng)建議按線路歸屬的控制中心區(qū)域匯接方式，在各控制中心設(shè)區(qū)域匯接局，各線設(shè)分線匯接局和用戶接入局。衛(wèi)星廣場控制中心區(qū)域匯接局由1號線設(shè)置，主要實現(xiàn)本地用戶的接入和1、2、5號線線間公務(wù)電話業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)1、2、5號線公務(wù)電話的互聯(lián)互通。同時，區(qū)域匯接局作為3條線的公務(wù)電話系統(tǒng)的出口局，實現(xiàn)地鐵公務(wù)電話系統(tǒng)與市內(nèi)公用電話網(wǎng)的互聯(lián)互通。公務(wù)電話系統(tǒng)線網(wǎng)規(guī)劃架構(gòu)如圖2所示。

2.4 時鐘系統(tǒng)

時鐘系統(tǒng)主要由中心一級母鐘、車站二級母鐘及子鐘設(shè)備組成。中心母鐘的驅(qū)動能力很強，輸出接口容易擴展，可驅(qū)動多個二級母鐘。后建線路可利用先建線路的中心母鐘，這樣可節(jié)省中心設(shè)備，還可以使幾條線時間信息完全一致，保證軌道交通運行時間統(tǒng)一、準確。

長春地鐵2、5號線控制中心一級母鐘可獨立設(shè)置，也可與1號線共用。本著滿足功能需求，實現(xiàn)資源共享和節(jié)省工程投資的目的，推薦擴容1號線中心一級母鐘的方案，系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

2.5 乘客信息系統(tǒng)

乘客信息系統(tǒng)(簡稱PIS)控制中心，由中心服務(wù)器(冗余配置)、視頻流服務(wù)器、咨詢應(yīng)用服務(wù)器、直播數(shù)字電視編碼器、磁盤陣列、視頻/音頻切換設(shè)備、采集/直播工作站、直播工作站、無線管理工作站、中心操作員/系統(tǒng)維護工作站、網(wǎng)管及監(jiān)控工作站、多媒體素材管理工作站、視頻監(jiān)控終端、播出監(jiān)視器、打印機、控制中心核心以太網(wǎng)交換機、無線控制器、路由器、防火墻及入侵檢測系統(tǒng)等組成?？刂浦行木钟蚓W(wǎng)設(shè)計雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使控制中心的PIS設(shè)備連接成一個系統(tǒng)。

在乘客信息系統(tǒng)中，中心信源編制播放控制系統(tǒng)的設(shè)備投資很大，而各線路需要服務(wù)的內(nèi)容基本相同，因此可以在控制中心的信息資源及系統(tǒng)資源實現(xiàn)共享。

長春地鐵1號線在控制中心設(shè)置總編播中心，建立以每條線路的PIS系統(tǒng)為要素，保證每條線路的完整、獨立運營管理的控制功能，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的信息資源共享，達到職責(zé)明確、風(fēng)險分散的目的。1號線設(shè)置的總編播中心為2、5號線及后續(xù)線路PIS提供統(tǒng)一的公共信息，例如氣象、政府公告、公益信息、重大活動等信息，便于實現(xiàn)節(jié)目源、發(fā)布渠道的統(tǒng)一監(jiān)督、審查，同時也有利于降低各線路PIS單獨制作或采集節(jié)目引起的系統(tǒng)投資。后續(xù)2、5號線中心級僅設(shè)置線路控制設(shè)備，主要負責(zé)從總編播中心系統(tǒng)接收發(fā)布的內(nèi)容信息，并下發(fā)到各車站設(shè)備子系統(tǒng)、車載設(shè)備系統(tǒng)和車輛段設(shè)備子系統(tǒng)，以及接收本地鐵線路的實時運營信息和時鐘信息。

2.6 電源系統(tǒng)

國內(nèi)城市快速軌道交通各弱電系統(tǒng)一般按分散、各自獨立配置UPS電源方式設(shè)計，即根據(jù)各系統(tǒng)用電需求配置不同容量的UPS。這種供電方式在一定程度上形成電源系統(tǒng)設(shè)備品牌多、配件種類多、網(wǎng)管多、維護人員專業(yè)基礎(chǔ)相對較弱、UPS電源容量利用率低。因此，弱電系統(tǒng)電源設(shè)備應(yīng)進行適當(dāng)?shù)恼?，以期達到UPS電源的資源共享，降低維護工作量，簡化工作程序，壓縮機房面積，從而減少工程規(guī)模和投資。

長春地鐵1號線、2號線工程均在控制中心對專用通信、信號、自動售檢票及綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行UPS整合。整合后的電源應(yīng)滿足所有子系統(tǒng)用戶的技術(shù)要求，包括電壓波動、頻率波動、回路數(shù)量、后備時間、負載性質(zhì)、運行模式、切換時間等技術(shù)要求，并通過上述需求統(tǒng)一計算和選擇蓄電池容量。

2.7 光纜資源整合共享

光纜線路是軌道交通通信系統(tǒng)以及各業(yè)務(wù)組網(wǎng)的最重要組成部分和基礎(chǔ)。光纜徑路選擇的合理性、光纖類型的選擇、光纖容量的選擇對軌道交通全系統(tǒng)的安全性、合理性起著很大的作用。

合理利用光纜資源，組建光纜網(wǎng)絡(luò)，避免各條地鐵線路和各子系統(tǒng)在同一個物理徑路上光纖資源的重復(fù)敷設(shè)，避免因重復(fù)敷設(shè)光纜所引起的既有托架、人防門孔洞、管孔資源的浪費，從而達到既滿足各線光纖資源的需要，又可以節(jié)約資源、節(jié)省投資的目的，并且光纜網(wǎng)的統(tǒng)一建設(shè)也便于后期光纜的統(tǒng)一維護與維修。

長春地鐵衛(wèi)星廣場控制中心位于地鐵1號線衛(wèi)星路站東側(cè)，地鐵1號線通信光纜設(shè)計過程中，充分考慮了后續(xù)2號線、5號線各子系統(tǒng)引入控制中心的光纖需求。在1號線衛(wèi)星路站與控制中心間設(shè)置了大對數(shù)光纜，同時，在與2號線、5號線換乘車站，均設(shè)置了聯(lián)絡(luò)光纜，1號線區(qū)間光纜容量滿足2、5號線接入控制中心的光纖需求。

3 結(jié)束語

隨著長春軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的迅速推進，從單線通信系統(tǒng)的建設(shè)逐步發(fā)展到城市軌道交通綜合通信網(wǎng)。本文結(jié)合長春地鐵1、2號線通信系統(tǒng)工程的具體設(shè)計，討論分析了通信各子系統(tǒng)在控制中心的資源共享方案，本著滿足功能需求，實現(xiàn)資源共享和節(jié)省工程投資的目的，通過有效地規(guī)劃利用地鐵1號線建設(shè)的設(shè)備、信息資源，在滿足后續(xù)2號線、5號線的功能需求的前提下，實現(xiàn)控制中心的資源共享，將大大提高軌道交通建設(shè)、運營的效率，最終實現(xiàn)軌道交通的高水平服務(wù)。

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