城市軌道交通綜合信息網業務接入的實現

毛 建 石琦玉 張 寧

(1. 南京地鐵建設有限責任公司 南京 210008； 2. 東南大學智能運輸系統研究中心 南京 210018)

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城市軌道交通綜合信息網業務接入的實現

毛 建1石琦玉2張 寧2

(1. 南京地鐵建設有限責任公司 南京 210008； 2. 東南大學智能運輸系統研究中心 南京 210018)

為實現城市軌道交通網絡化運營較高的資源共享率以及較強的協調運營能力，首先對城市軌道交通控制中心各業務系統的通信需求進行分析，根據需求分析結果獲取各業務系統傳輸信息業務的種類以及業務容量的大小；然后，對綜合通信網的組成與功能定位進行描述；最后，根據信息傳輸種類以及業務容量大小等因素,確定綜合通信網上層系統和控制中心業務系統接入綜合信息網的接口類型與相關通信協議。 關鍵詞 城市軌道交通；通信；業務接入；綜合信息網

城市軌道交通只有在形成線網的情況下才能發揮其自身的高度集散能力，然而，形成線網之后，各條線路之間的協調運營、信息資源共享以及互聯互通需要綜合考慮[1]。因此，必須有一個專門的機構實現各線路之間的協調運營以及互聯互通，能夠承擔這一職能任務的只有城市軌道交通控制中心，它同時兼具應急指揮中心的能力。

城市軌道交通控制中心業務內容龐雜，承載的信息量極大，是各線路信息資源共享以及互聯互通的中樞，所以控制中心需要一個可靠的通信網來支撐其完成對各線路的協調指揮以及信息資源的共享等。城市軌道交通綜合信息網就是連接控制中心和各條線路的紐帶，輔助控制中心完成對各條線路的相關業務，是控制中心的專用信息通道。控制中心的各類信息業務較多，幾乎所有的信息業務都是通過綜合信息網進行傳輸的，所以，控制中心的各類業務系統對應的支撐信息系統如何接入綜合通信網顯得極其關鍵。研究綜合信息網的業務接入首先應當明確綜合信息網的業務需求和功能定位。

1 綜合信息網的業務需求

城市軌道交通綜合信息網是連接城市軌道交通控制中心和線網內各線路中心的信息紐帶，承載著軌道交通的各項信息業務。支撐各項業務系統的信息系統通過接入綜合信息網完成自身功能，而其接入方式取決于對應各項業務系統的信息類型、業務容量以及互聯互通需求。換言之，各項業務系統對應的信息系統的接入方式取決于業務系統對綜合信息網的具體需求。

控制中心的功能是協調軌道交通各線路之間的運營關系，完成線網內信息資源的共享，實現各線路及各系統之間的互聯互通，同時在災害情況下能夠具有應急指揮中心的能力[2]。控制中心的主要任務包括監控軌道交通內關鍵設備和重要進程的運行情況，采集軌道交通各類數據并對其進行分析挖掘，根據分析挖掘結果形成科學決策意見供控制中心及其上級部門參考。控制中心能夠將重要的軌道交通業務信息上傳給城市主管部門，同時能夠向各條線路統一下發相關業務信息及控制信息。控制中心的架構設置原則是便于各條線路的集中管理，其具體組織架構是按照各業務系統設置中央級的管理機構，其中應急指揮中心的管理權限最高。在每個業務系統內設置線路級的具體管理機構，分別對各個線路進行監控管理，線路級機構從屬于中央級，這樣的管理架構模式有助于統一協調各條線路之間的各項業務。

具體來說，作為軌道交通各線路的運營協調中心，控制中心應當具備監督管理、運營管理、計劃管理的功能，這些功能通過控制中心的線網運營信息化系統實現。作為軌道交通各線路互聯互通的樞紐，控制中心應當具備信息數據采集、數據挖掘分析、數據分析結果應用等功能。控制中心的線網數據中心系統能夠實現數據分析等相關功能；作為緊急情況下的應急指揮中心，控制中心應當具備日常應急準備以及應急管理功能等。針對應急管理問題，控制中心設置專門的應急指揮中心業務系統完成災害情況下的協調應急指揮。同時，控制中心還應當具備票務結算的清分中心系統以及服務于乘客的信息編播中心系統。

線網運營信息化系統的業務內容主要包括監督管理、運營管理和計劃管理等，因此其通信需求以數據信息業務類型為主，但是數據種類不一，要求系統在接入綜合信息網時能夠傳輸多種數據信息，同時要求綜合信息網具備較高的通信質量，保證數據信息的準確性。

線網數據中心系統是控制中心收集、存儲、分析和挖掘處理數據的業務功能系統，其主要通過數據收集、存儲以及分析挖掘實現軌道交通數據的一體化整合、線網信息的統計分析和信息發布等多項功能。因此，線網數據中心要求綜合信息網能夠傳輸較大業務容量的數據信息，同時與其他系統之間具有較強的互聯互通性。線網運營信息化系統和線網數據中心系統對應的支撐信息系統分別是綜合監控系統和自動售檢票系統，設備數據信息的主要來源是綜合監控系統，客流數據信息的主要來源是自動售檢票系統。

軌道交通應急指揮中心系統是指揮、協調全市軌道交通網的信息系統，其主要功能是信息采集、線網綜合監視及運營調度、線網應急事件處理、線網信息共享及發布等。應急指揮中心的業務功能繁多，其通信需求涵蓋了多種信息業務類型。系統業務需求對應的支撐信息系統如圖1所示。

圖1 應急指揮中心業務系統與對應支撐信息系統的邏輯關系

由圖1可知，應急指揮中心對綜合通信的需求涵蓋了各種信息業務類型，這就要求應急指揮中心對應的支撐信息系統在接入綜合信息網時能夠承載數據、語音和視頻等各種通信業務類型，同時，需要保證在綜合信息網與應急指揮中心進行信息交換的過程中具有較強的實時性。

信息編播中心系統通過綜合信息網的傳輸通道與軌道交通各線路的乘客信息服務系統連接，向各線路乘客信息服務系統下發信息。乘客信息服務系統的主要信息載體是多媒體，所以信息編播中心系統的通信需求主要是多媒體信息業務，同樣對通信的實時性要求較高，并且信息編播中心要求綜合信息網與各線路之間具有較高的互聯互通性。信息編播中心對應的支撐信息系統是乘客信息系統。

清分中心是城市軌道交通線網內各條線路自動售檢票系統數據匯總和處理的唯一中心，其數據主要是乘客票卡交易數據[3]。清分中心除了通過綜合信息網匯集線網內各線路自動售檢票的交易數據信息外，還會通過綜合信息網監控城市軌道交通線網內各條線路自動售檢票系統設備的運行狀態。因此，清分中心的主要通信需求為數據信息業務，各線路自動售檢票系統的票卡交易數據需要通過綜合信息網上傳至清分中心。清分中心對應的支撐信息系統是自動售檢票系統。

控制中心各業務系統實現自身功能都依賴于具體的設備系統，綜合信息網接入各類業務系統的關鍵是綜合信息網與各相關設備系統的接口銜接問題，由于控制中心內部業務系統涉及的設備系統較多，因此，各業務系統的需求體現為業務系統內部所有相關設備系統對綜合信息網的需求。

綜合以上分析，控制中心的各業務系統接入綜合信息網的具體要求有所差異，影響接入的各項需求指標如表1所示。綜合信息網需要承載數據、語音、視頻以及多媒體等多種綜合業務才能滿足控制中心各業務系統的接入要求。控制中心是綜合信息網的主要服務對象，符合控制中心各業務系統的通信需求是綜合信息網業務接入的前提。

表1 控制中心業務系統對綜合信息網各項指標的需求情況

2 綜合信息網的功能定位

控制中心需要對城市內各條軌道交通線路進行及時、可靠的協調指揮，因此各條線路至控制中心的通信網絡是實現其功能的關鍵因素。根據需求分析可知，綜合信息網應當包括公務電話系統、專用電話系統、無線通信指揮系統、閉路電視監視系統、線網廣播系統等，為與軌道交通正線通信系統相區別，稱這些系統為上層系統；作為通信網，綜合信息網還應當包括傳輸系統、時鐘系統、電源與接地系統以及集中告警系統等。綜合信息網的各業務子系統具有不同的功能，在實現控制中心與各線路中心信息交換過程中所表現出的作用也不盡相同。

2.1 傳輸平臺的功能定位

綜合信息網的傳輸平臺是為各上層系統以及控制中心業務系統之間的通信而構建的，傳送的主要是高速率信息業務，這與軌道交通正線上的傳輸系統有一定區別。控制中心內部子系統之間的業務都是通過與綜合信息網傳輸平臺的接入來實現，綜合信息網傳輸平臺與軌道交通正線傳輸系統的最大區別就是其數據傳輸量遠大于正線傳輸系統的數據傳輸量；同時，綜合信息網傳輸平臺還是上層系統與軌道交通各線路中心之間的連接紐帶，所以傳輸平臺的業務接口非常豐富。除此之外，傳輸系統還需要專門的網絡管理系統來完成對傳輸設備的配置、監測、控制及故障管理等任務，以此保證綜合信息網的穩定可靠。總之，綜合信息網傳輸平臺是控制中心業務系統、上層系統和線路中心接入綜合信息網的重要渠道。

2.2 上層系統的功能定位

公務電話系統、專用電話系統、無線通信指揮系統等上層系統是直接服務于控制中心的職能通信子系統，自身具備相應的數據業務能力。公務電話系統除了具備普通軌道交通正線公務電話系統的功能外，還需要具備各線路公務電話系統之間話務的轉接以及網內與外網間部分話務的轉接。專用電話系統實際上是正線專用電話的上級系統，其基本功能是為列車運營、電力供應、日常維護及防災救護提供指揮平臺，保證控制中心各專業調度員與各線路調度員之間的正常通話，災害情況下這一點顯得尤為重要。無線通信指揮系統通常應用在行車指揮中，正常運營模式下控制中心對行車指揮只監不控，所以通常情況下無線通信指揮系統處于空閑狀態，緊急情況下能通過無線通信指揮系統實現移動指揮中心的功能。閉路電視監視系統能夠及時獲取線網內各線路任意車站和任意車輛內的實時視頻圖像信息，并且具有對圖像采集設備的控制能力，同時可以回放存儲的歷史視頻圖像數據。

時鐘系統、電源與接地系統作為輔助系統，分別為綜合信息網提供統一的時鐘信號及連續可靠、無瞬變的電壓，同時設置集中告警系統全面監控綜合信息網的各個設備以及各項進程，保證綜合信息網具有可靠的數據交換能力。

綜合信息網的上層系統與控制中心的業務系統必須通過合適的接口接入綜合信息網的傳輸系統才能夠實現自身的業務功能。

3 綜合信息網的業務接入

綜合信息網業務接入的內涵不僅包括接入綜合信息網的系統業務內容及其相應的通信需求，而且還包括各業務系統接入綜合信息網的方式，接入方式是指業務系統與綜合信息網之間的接口類型以及與接口相對應的通信協議。前述對各系統業務內容和通信需求的分析能夠為業務系統的接入方式選擇提供依據。

3.1 上層系統接入的實現

上層系統是綜合信息網的重要組成部分，線網級的通信業務功能全部由綜合信息網的上層系統來實現，綜合信息網的骨干架構是傳輸系統，所有上層系統都是通過接入傳輸系統實現自身的業務功能。各上層系統接入傳輸系統的接口形式如圖2所示，不同上層系統傳輸的數據類型和業務容量不同，采用的接口形式也不同。

圖2 上層系統接入傳輸系統的接口形式示意

公務電話系統傳輸的是語音數據，因此采用E1接口實現與傳輸系統的連接，同時公務電話系統也可以應用IP電話業務實現語音溝通，所以接入傳輸系統的公務電話接口可以是以太網接口，根據軌道交通的話務量，通常采用10/100 BASE-T接口進行傳輸。

專用電話系統直接用于運營調度和應急指揮，所以其地位十分重要。IP電話技術無法很好地解決語音通信中的時分復用業務，并且每次進行數據傳輸時都需要重新建立連接，因此其時延較高(在秒級以上)，這在專用電話系統中是不允許出現的，所以對于專用電話系統，調度交換機的接口形式主要采用E1接口，數字終端用戶通常采用2B+D接口[4]。無線指揮系統的無線集群交換機以E1接口連接在公務電話系統的主交換機上，同時以RJ11接口連接在專用電話系統的錄音設備上，方便無線手持臺的通話管理。

視頻監控系統承載的是視頻數據，數據容量較大，通常采用以太網接口接入傳輸系統。視頻控制業務采用數據傳輸量一般的10/100 BASE-T接口，視頻傳輸業務則采用10/100/1000 BASE-T接口，以此保證實時視頻數據不失真，歷史錄像調看業務采用10/100 BASE-T接口。

線網廣播系統是覆蓋在城市軌道交通全線網內的語音通信輔助管理系統，其主要作用是通過語音廣播進行應急疏散和重要信息通告。目前較為高效的廣播技術是IP廣播或者IP數據傳輸音頻，所以廣播系統采用以太網接口接入傳輸系統，結合系統的容量可以確定廣播數據傳輸業務和廣播控制業務的接口均采用10/100 BASE-T接口。

時鐘系統為整個綜合信息網乃至全線自動化系統提供統一的時間標準，其需求主要是低速數據TDM(time division multiplexing,時分多路復用)業務，所以其接入傳輸系統通過RS 422或者RS 485接口[5]，如果采用IP技術進行傳輸，接口也可以是E1或者10/100 BASE-T。

集中告警系統為綜合信息網內部各上層系統提供網絡管理、網絡設備統一配置、網絡性能和故障監視等各項網絡監管服務，所以集中告警系統與綜合信息網其他上層系統之間存在相關接口，接口形式采用適用于網絡監管服務的10/100 BASE-T以太網接口。

3.2 控制中心業務系統接入的實現

根據控制中心業務內容的分析結果可知，控制中心的業務系統之間數據交換頻繁，傳輸的數據類型較多且數據量較大，所以控制中心的業務系統采用容量較大的1 000 BASE-T以太網接口接入綜合信息網的傳輸系統，實現各業務系統之間的互聯互通。為緩解綜合信息網骨干傳輸通道的壓力，各業務系統之間也存在專門的通信路徑，這些通信路徑也是綜合信息網的組成部分。

線網運營信息化系統與應急指揮中心之間的接口采用1 000 BASE-F。線網運營信息化中心通過RJ 45接口與信息編播中心相連，通過兩者的聯合作用可以提升城市軌道交通的管理水平和服務水平。

清分中心與線網數據中心之間同樣是通過1 000 BASE-F以太網接口實現各類業務交叉協作，各業務系統接入綜合信息網使得城市軌道交通內部信息資源得到優化，方便資源的共享管理。清分中心和線網數據中心都是數據存儲量較大的業務系統，兩者之間存在數量較大的信息交換，所以它們之間采用1 000 BASE-T以太網接口。

應急指揮中心系統負責在災害突發情況下協調各線路緊急救援，同時調度線網內各類資源迅速處理災害事故，保證人員安全以及盡量降低事故損失。應急指揮中心系統通過以太網1 000 BASE-F獲取線網數據中心的數據，為可能發生的災害制定科學的預案；應急指揮中心系統與乘客信息編播系統的接口為冗余RJ 45，當災害發生時可以通過它對線網發布相關疏散處理信息；應急指揮中心系統與上層視頻監控系統的接口為冗余1 000 BASE-T，在災害發生第一時間通過大屏系統直觀查看災害的具體情況，準確地判斷災害的性質，從而能夠合理地啟動應急預案。清分中心為應急指揮中心的客流疏散提供業務支持，因此，兩者之間應當具有專門的通信路徑，由于兩個系統設置的位置相距較遠，所以兩者之間的接口采用1 000 BASE-F。綜合信息網的時鐘系統通過RS 422或者RS 485接口為應急指揮中心提供標準的同步時間。

線路中心是軌道交通單條線路的信息匯集點，是綜合信息網服務的下游系統，所以各線路中心包含的信息系統需要合理地接入綜合信息網，才能實現全線網的互聯互通。由于正線自動化系統的專業較多，數據量大，所以應當采用1 000 BASE-F以太網接口接入綜合信息網。線路中心各個正線系統的數據經過綜合信息網分流至控制中心各業務系統，各業務系統之間也可以根據需要對這些數據進行交換。

綜合信息網擁有以太網、E1、2B+D、RS 422以及RS 485等各類數據接口，且以太網接口類型豐富，具有不同基帶傳輸速率的電接口和光接口，可以滿足控制中心各業務系統與各線路中心的通信需求。以上分析確定了各系統接入綜合信息網的硬件接口形式，硬件接口只有配備了合適的協議才能正常工作。根據硬件接口的規劃內容可以看出，各系統接入綜合信息網的硬件接口主要包括不同帶寬的以太網接口、E1接口、RS 485接口、2B+D接口、RJ 45接口(100 BASE-T的一種具體接口形式)以及RJ 11接口等。其中，不同帶寬的以太網接口和RJ 45接口采用目前應用最為廣泛的通信網絡協議TCP/IP，該協議成熟穩定可靠，能夠實現綜合信息網的各類以太網業務功能[6]；E1接口較為成熟的協議有兩種，分別是G.703協議和V.35協議[7]，多數設備只符合V.35協議的部分子集，所以采用G.703協議作為E1接口的通信協議;RS 485接口在綜合信息網中主要傳輸控制信息，所以采用Modbus協議來實現該類接口的通信[8]；2B+D接口也稱BRI(basic rate interface,基本速率接口)，是ISDN(intergrated services digital network,綜合業務數字網)網絡的一種接口，所以應符合ISDN網的相關協議，并且該接口的B信道和D信道采用的協議也不相同，B信道在鏈路層上采用PPP協議，在網絡層上采用IP協議，而D信道在鏈路層上采用LAPD協議，在網絡層上采用X.25協議；RJ 11接口的協議是在TCP/IP協議的基礎上加入呼叫控制以及網關控制協議而形成的VoIP協議堆棧[9]。接入綜合信息網的各 種 硬 件接口在相關協議的配合下就能實現與綜合信息網之間信息交換。

4 結語

通過分析控制中心業務系統的通信需求，從而確定各業務系統在信息類型、業務容量、實時性及可靠性等方面對綜合信息網的要求，根據這些具體要求選擇合適的接口類型完成各業務系統的接入，并且為各類接口匹配了相應的通信協議。控制中心業務系統以及線路中心接入綜合信息網的具體形式由各業務系統的相關通信需求決定，業務系統的合理接入一方面能夠實現綜合信息網與不同業務系統之間的信息交換，另一方面為控制中心的業務功能擴展以及新建線路接入控制中心提供借鑒。

[1] 仲建華，梁青槐.城市軌道交通互聯互通網絡化運營的思考[J].都市快軌交通，2015，28(5)：10-12.

[2] 趙星.城市軌道交通集中式運營指揮和控制中心方案研究[J].鐵路通信信號工程技術, 2010(6):51-55.

[3] 范巍.清分中心系統的功能定位及自動售檢票系統標準制定[J].城市軌道交通研究,2010(3):1-4.

[4] 劉羿.以太網10BASE-T到E1接口的硬件設計及實現[D].成都：電子科技大學,2003.

[5] 盧亞普,陳強,張世福.RS485總線調試設備的接口設計[J].中國科技信息,2011(1):58-60.

[6] 李明,康靜秋,賈智平.嵌入式TCP/IP協議棧的研究與開發[J].計算機工程與應用,2002(16):118-121.

[7] 詹平紅,魏宗壽.基于G.703建議的E1數字接口轉換研究[J].現代電子技術,2007(17):76-78.

[8] 鄧志君,梁松峰.基于RS485接口Modbus協議的PLC與多機通訊[J].微計算機信息,2010(8):107-108.

[9] 劉步中.VoIP協議棧的安全性研究[J].無線互聯科技,2013(12):125-126.

(編輯：王艷菊)

Service Access of Integrated Communication Networks for Urban Rail Transit

Mao Jian1Shi Qiyu2Zhang Ning2

(1. Nanjing Railway Co., Ltd., Nanjing 210008； 2. ITS Institute of Southeast University, Nanjing 210018)

In order to achieve a higher rate of information resource sharing and better coordinated operation, first, the communication requirements of the urban rail transit control center are analyzed, and the type of service and the capacity of the information of each service system are obtained according to the demand analysis. Then, the composition and function of the integrated communication network are described. Finally, according to the information types and the information capacity, the interface types and related communication protocols of integrated communication networks have been determined.Key words: urban rail transit; communication; service access; integrated communication networks

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.06.024

2016-04-05

2016-06-16

毛建，男，高級工程師，從事軌道交通設備系統設計管理研究，mao_j@njmetro.com.cn

江蘇省科技廳產學研聯合創新基金項目(BY2012497)

U231.7

A

1672-6073(2016)06-0120-05