高速公路隧道緊急電話及廣播系統優化技術研究

趙曉輝

摘要：文章闡述了傳統光纖型緊急電話及廣播系統的組網方式及構成以及存在的弊端和缺陷，提出采用基于 EPON 組網技術的緊急電話系統技術改進方案，并分析了采用這種組網方式的優點。目前，該技術改進方案已經在寶天高速（陜西段）隧道投入運行，系統運行穩定可靠，可為今后的緊急電話系統設計和施工提供參考。

關鍵詞：緊急電話及廣播系統;光收發模塊;EPON;分光器

This article describes the networking mode and composition of traditional opticalfiber emergency telephone and broadcasting system as well as the shortcomings and defects of traditional opticalfiber emergency telephone system，proposes an emergency telephone system technology improvement plan based on EPON networking technology，and analyzes the advantage of adopting this networking method.At present，this technical improvement program has been put into operation in Baotian Expressway（Shaanxi Section）tunnel，and the system operation is stable and reliable，which can provide reference for the design and construction of future emergency telephone systems.

Emergency telephone and broadcasting system;Optical transceiver module;EPON;Optical splitter

0 引言

緊急電話及隧道廣播系統是沿著高速公路隧道布設的應急電話和廣播系統，在高速公路隧道內發生交通事故、車輛出現故障或遇到其他緊急情況時，能提供緊急呼叫和應急廣播服務。當隧道內發生緊急情況時，司乘人員可以通過緊急電話向高速公路管理部門求助，高速公路管理部門可直接通過應急廣播對隧道內的人員進行廣播，以幫助和指揮隧道內人員疏散和撤離。

寶天高速公路（陜西段）所轄隧道有15座，其中在1 km以上的長隧道（王家梁隧道、姚家山隧道、槐樹嶺隧道、羅家山隧道、霍灣山隧道、韓家山隧道、南嶺隧道及下灣隧道）內上下行共設置156套隧道內緊急電話分機，隧道內廣播共312部;在位于寶雞西互通的陳倉所和陳倉主線站內的隧道管理站共設置有緊急電話廣播系統一體化主機2套。

1 現狀及分析

該套緊急電話及廣播系統于2009年投入運行，雖然整個系統在運行初期還比較穩定，但隨著使用年限的增加，部分設備自然老化嚴重，特別是緊急電話分機控制板光收發模塊衰減故障率增加，因此導致整個系統運行極不穩定。

該套緊急電話及廣播系統原設計采用傳統光纖緊急電話組網方式進行組網（如圖1所示），此種組網方式在緊急電話系統正常工作狀態下，系統中每個端點的設備都是可靠連通的。由圖1中可以看出，此種組網方式是將隧道內緊急電話分機通過1芯光纜（另留1芯備用）和緊急電話分機控制板的光收發模塊互聯起來，從而組成一個基于光纖傳輸的環網。雖然這種傳統組網方式具有比較經濟實惠、施工周期較短等優點，但是采用這種組網方式，系統在實際運行過程中，經常會出現下列故障：（1）某點斷纖;（2）某端點的光收發模塊光衰減較大;（3）某端點的設備出現故障中斷。對于對可靠性要求很高的高速公路緊急電話系統來說，應盡量避免在這三種情況下緊急電話分機與監控中心主機的通訊出現中斷。如果上下行同時出現某個設備的光收發模塊光衰較大、某點斷纖或者設備故障，由于設備連接方式是單環網連接，往往會出現后面多部緊急電話通訊中斷的情況，從而導致多個緊急電話分機與監控中心主機通訊中斷（此種現象頻繁發生），因此會影響整個系統運行的穩定性和可靠性。

雖經該套系統經歷多次中修，但仍然故障頻發。此外，設備原型號已停產，備品備件價格較高，后期再次損壞的設備仍需要繼續更換，目前處于大面積癱瘓狀態。因此急需對原系統組網方式進行技術研究和改進，以保證該套系統的正常穩定運行。

2 優化技術研究

2.1 緊急電話系統組網方法

目前，高速公路隧道緊急電話系統主要采用的組網方式有傳統光纖緊急電話、IP緊急電話和無源光網絡的光纖緊急電話三種形式，這三種組網方式具有以下特點：

（1）傳統光纖緊急電話：故障率高，由于電話分機采用環形或者鏈形，一旦某一個分機故障，其它與之相連的電話都不能正常工作。

（2）IP緊急電話：改造費用較高。

（3）無源光網絡的光纖緊急電話：屬于點對多點通信，不會因為某些分機故障影響其他分機工作。

2.2 技術方案研究及比較

通過對原緊急電話及廣播系統存在的缺陷和不足之處進行分析，我們主要從組網方式、可靠性、穩定性等方面來考慮技術改進優化方案，并對改進方案進行仔細研究比較，從而提出一個穩定性、可靠性較高的技術方案，以保證后期整個系統的穩定運行。

（1）方案一：基于EPON組網技術的緊急電話系統

EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太網無源光網絡），是基于以太網的PON技術。它采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網上提供多種業務。PON替代了原來模擬組網方案中的二/三層交換機，同時還節省大量的光纖收發器，而且不需要視頻光端機設備。

該技術方案中隧道內緊急電話分機之間采用PON-ONU組網方式，用光纖將相隔的分機PON-ONU通過分光器串接起來，單芯光纖可連接多臺分機。ONU與隧道變電所內的PON-OLT連接，每臺PON-OLT最多可連接8條PON-ONU鏈路。PON-OLT設備通過設置在以太網交換機上傳緊急電話和有線廣播音頻信號。

（2）方案二：基于工業以太網的緊急電話系統

工業以太網是應用于工業控制領域的以太網技術，在技術上與商用以太網（即IEEE802.3標準）兼容，但是工業以太網設備在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質安全性等方面可以滿足工業現場的需要。

該方案中隧道內緊急電話分機之間采用2光4電的工業以太網交換機組網方式，用光纖將相隔的電話分機用工業以太網交換機串接起來，隧道口的工業以太網交換機與隧道管理站交換機通過光口或者以太網光纖收發器相連，與隧道管理站的緊急電話廣播系統主控設備實現通信。

（3）方案比選

基于EPON的緊急電話系統，利用無源光分路器組網傳輸，在以太網上提供語音和數據信號，在物理層采用了PON技術，在鏈路層使用以太網協議，利用PON的拓撲結構實現了以太網的接入。PON—ONU和PON—OLT搭配使用，PON—ONU在每個緊急電話廣播系統設備處都要使用，但PON—ONU的價格遠遠低于工業以太網交換機價格。因此，它綜合了PON技術和以太網技術的優點：低成本，高寬帶，擴展性強，靈活快速的服務重組與現有以太網的兼容性好。

通過技術方案比較，我們可以得出以下結論：采用基于EPON組網技術的緊急電話系統（該系統構成如圖2所示），該系統最大的好處是在組網時對每個隧道緊急電話分機組成一個獨立環網，各個隧道環網相互獨立運行、互不干擾、互不影響，即使某個隧道設備或光纖通訊出現中斷，但總體上來說不影響別的隧道緊急電話系統的正常運行，從而大大減少了設備故障率，保證了系統的穩定性和可靠運行。

2.3 緊急電話系統信號傳輸

在各隧道變電所內配置一臺PON-OLT設備，隧道內每個緊急電話分機位置各配置一臺PON-ONU設備，用光纖將相隔的分機PON-ONU設備通過分光器串接起來，并與PONT-OLT之間組成光纖網絡呼叫，PON-OLT的GE光口通過光纖直接上聯至隧道管理站三層交換機。

3 結語

雖然傳統光纖型緊急電話系統具有施工簡單、投資較少的特點，但由于在組網方式方面存在的一些弊端和缺陷，往往會出現環形或者鏈形網中因某一個分機故障，而導致其它與之相連的電話都不能正常工作的情況，所以運行故障率較高，從而影響整個系統的穩定性和可靠性。經過對原有技術方案的研究比較，提出采用基于EPON組網技術的緊急電話系統，該系統綜合了PON技術和以太網技術的優點，具有低成本、高寬帶、擴展性強、靈活快速的服務重組與現有以太網的兼容性好等特點。其最大的優點在于組網方式采用各個隧道獨立組成環網，各個隧道環網之間相互獨立、互不影響、互不干擾，極大地提高了系統的穩定性和可靠性，保證了整個系統的穩定運行。

目前該套緊急電話及廣播系統的改進方案已經成功應用于寶天高速公路隧道中，并且運行穩定可靠，達到了預期目的，為今后高速公路隧道緊急電話的設計和施工提供了成功應用實例，具有一定的借鑒意義。

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