城市軌道交通通信系統升級改造中的重點問題把控及風險管理*

于 超

(中國鐵路設計集團有限公司，300308，天津 ∥ 高級工程師)

通信系統是支撐城市軌道交通運營、保證運營管理效率和運營服務質量、保障運營安全的重要系統，其設備使用年限一般在10～15年。當前，部分既有線路的通信系統由于設備已達使用年限等原因，迫切需要進行適時改造。

1 通信系統改造原因分析

城市軌道交通通信系統需改造的主要原因如下：

1) 設備已達使用年限，如上海軌道交通9號線二期工程通信系統的改造。

2) 隨著技術的發展，既有設備雖然在使用年限內，但已經很難滿足當前運營使用需求，如上海軌道交通3號線、4號線傳輸系統改造和北京地鐵視頻監控系統高清改造等。

3) 為改善城市軌道交通運營服務質量，需改造升級或增設相關具有時代特征的系統，如：增設地鐵車站內無線網絡，自動售檢票系統移動支付引起的傳輸系統改造，信號系統由人工駕駛改為無人自動駕駛引起的通信專業改造。

4) 因提升地鐵運量(增加編組數量等)而引起的通信系統改造，如上海軌道交通2號線列車由4節編組升級8節編組引起的通信系統改造。

5) 因線路運行情況發生改變，部分車站從既有線路剝離引起的改造，如杭州地鐵1號線臨平支線接入新建杭州地鐵9號線引起既有臨平支線通信系統的改造。

6) 延伸線或加站工程引起的既有線改造。

2 既有線通信系統改造需要解決的幾個問題

2.1 兼容性問題

為節省投資，通信系統改造往往是在原有設備基礎上進行加強、升級。由于通信系統產品更新速度快、品牌多，不同廠家產品的系統級協議一般互不兼容，必須解決新建系統與既有線系統工程的兼容性問題。解決新、老系統的兼容性問題，可以打破招投標時對既有品牌選擇的局限，減少接口，提高系統的可靠性。解決新老系統兼容性問題是通信系統改造的難點，也是評判通信系統改造方案是否為最優方案的重要因素。

2.1.1 傳輸系統改造方案

城市軌道交通線路級傳輸系統一般為多業務光纖環網。對于MSTP(多業務傳輸平臺)和PTN(分組傳送網)設備，其改造方案如下：

1) 若為相同類型(如同為MSTP設備)，但并非相同品牌時，改造工程可在控制中心增設1套傳輸設備與既有中心級設備采用STM-N光接口實現接口互通，如上海軌道交通9號線三期工程引起的控制中心傳輸系統改造。

2) 若并非同規格且非同品牌的傳輸設備，如PTN設備與MSTP設備的互聯方案主要包括：①各站點業務在控制中心下落方案，這是業界最普遍采用的對接方式，業務在網絡之間落地，彼此獨立，界面清晰，但其缺點是端到端特性差，故障定位及維護成本較高，恢復效率低；②PTN內置SDH(同步數字體系)網關單板，可實現業務端到端配置、OAM(操作維護管理)保護、管理，統一網管平臺，但目前暫無標準，僅個別廠家間設備可實現(如華為與中興)。

3) POS(包封裝同步光纖網絡)單板透傳，PTN報文穿越SDH/MSTP中間網絡，PTN作為MSTP網絡的客戶層，PTN層面實現端到端特性，兩個網絡之間設置聯通保護，網管層面單獨管理，PTN網絡之間端到端特性，遠端需要PTN設備對穿越的PTN報文進行解封裝。另外也可通過ML-PPP(多鏈路點對點協議)透傳，將ML-PPP作為NNI(網絡節點協議)接口使用，與對端E1(歐洲30路脈碼調制)或者其它STM-N接口共同實現分組業務的承載，但成熟度較差。常用的PTN與MSTP互聯方案的優缺點對比如表1所示。內置SDH單板PTN設備與MSTP互聯方案方案如圖1所示。

表1 PTN與MSTP互聯方案優缺點對比表

圖1 PTN(內置SDH單板)與MSTP互聯方案

2.1.2 視頻監控系統改造的兼容方案

視頻監控系統改造的難點是：需在兼顧既有系統的前提下，實現不同廠家系統平臺間的對接。對于符合GB/T 28181—2011《安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》的既有線視頻監控系統，一般可實現不同廠商系統平臺的互聯。對于不符合GB/T 28181—2011要求的系統平臺，則需開發設置互聯網關設備，實現協議轉換和視頻流轉換。對于監控域，可選用 ONVIF( 開放型網絡視頻接口論壇) ，實現末端設備如視頻流、控制信令、配置數據等數據的互通。改造過程可通過二次編解碼等技術手段解決不同協議標準視頻流的互編互解問題。新增視頻監控系統與既有系統的互聯方式如圖2所示。

圖2 新增視頻監控系統與既有系統的互聯示意圖

2.1.3 專用無線通信系統改造的互聯方案

目前城市軌道交通專用無線通信系統一般采用TETRA(泛歐集群無線電)集群調度系統或LTE(長期演進)系統。目前，不同廠家，特別是國際品牌的廠家間的TETRA系統接口協議互不開放，僅可實現空中接口的互通。為了解決此問題，可由第三方在控制中心或線網中心開放增設智能無線網關。

智能無線網關可實現兩個系統間的單呼、組呼、短消息、緊急呼叫、優先級呼叫、漫游切換等功能。智能無線網關由集群橋接中心和互聯網關等設備組成。集群橋接中心對注冊(漫游)到新線TETRA系統內的用戶移動性進行管理。當此號碼漫游到老線TETRA系統時，集群橋接中心通過接收新線交換中心通知得知用戶(設為A)進入到新線TETRA網絡內，集群橋接中心使用A用戶號碼及相關組信息通過某個橋接基站向原來的系統進行登記，由此在老線和新線TETRA系統間建立了個人用戶、組用戶之間的對應關系。整個需要漫游的系統內的號碼既要在老線TETRA系統開戶，也要在新線TETRA系統中開戶。

互聯網關需安裝在對方基站信號覆蓋的場所，通過互聯網關可檢測原系統對應基站的所有信息，并能將這些信息報告給集群橋接中心以更新其相應的數據。互聯網關在必要時能將兩個系統間的呼叫(單呼、組呼、短數據等)對接起來。互聯網關由控制器、多個TETRA反向信道機組成，與橋接中心采用IP/E1連接，配合原系統基站作為2個系統間的互聯設備。杭州地鐵9號線與臨平支線專用無線改造工程的互聯方案如圖3所示。

圖3 杭州地鐵臨平支線與9號線TETRA系統改造方案

2.1.4 其他子系統改造方案

1) 專用調度電話系統改造方案：既有線路專用調度電話系統改造主要采用在控制中心、車站分別設置主系統(或中心交換機)、分系統(或車站交換機)的方案。對于不同制式的專用調度電話系統的改造，可考慮增設調度服務器方式實現互聯。但考慮專用調度電話主系統設備的成本不高，一般可優先考慮全線統一更新交換設備，部分模擬分機以及機房至分機的線纜均利用舊有的。也可采用僅在中心及新建車站設置全新交換機，既有車站采用數字拉遠方式，在既有分機設備基礎上增設調度分機。

2) 公務電話系統改造方案：新增系統與既有系統若均為程控交換設備，可直接通過2M數字中繼實現互聯。對于承載專用調度功能的不同廠家軟交換電話系統，雖然一般均基于SIP 協議，但由于各家接口標準化仍未做到完全統一，仍需在城市軌道交通具體調度業務功能、多媒體功能的基礎上對接口協議進行標準化。

3) 乘客信息系統改造方案：對基于車地無線通信的乘客信息系統進行改造時，采用統一的車地通信制式是互聯的基礎。目前需改造乘客信息系統的城市，一般都已建設線網編播平臺，對視頻直播補包、IP地址規劃等均已進行統一部署。線路側設備若為不同廠家的，可通過替換既有線路車站播控設備、增設接口服務器或直接接入線網編播中心的方式實現互聯。但改造過程中應充分考慮新增系統與既有信號系統、廣播系統的接口問題。

2.2 機房、電源、空調通風問題

改造過程中應首先核實既有通信系統機房是否滿足升級需求，主要包括機房面積和機房荷載。一般可通過增設蓄電池散力架等方式解決機房荷載問題。對于原機房面積確實無法滿足擴容需求的，可在原通信系統機房附近對辦公等用房進行改造，增加機房荷載、一級負荷電源和機房空調等設備設施。同時，還應核實新增設備的用電量、通信電源設備容量、自通信機房至變配電所的兩路電源線徑一級變配電所側的開關容量等。

2.3 系統割接

系統割接的順利實施是通信系統改造成功的決定性因素。在系統割接前，應制定詳細的施工方案，并應經運營單位評審通過后實施；應明確系統割接的組織機構和職責，做好系統割接前各項準備工作及技術要求；應根據工作量確定天窗點數量和工作內容，預估影響范圍和施工注意事項；應制定詳細周密的施工組織計劃，明確風險控制點；應制定應急預案、安全保障措施和安全風險卡控表。在既有線施工時，還應考慮文明施工及環境保護。

3 通信系統改造過程中的風險識別及風險管理

城市軌道交通通信系統改造工程主要存在技術風險和施工風險兩種風險。通過建立既有情況調查信息庫、編制施工方案和計算書、組織進行施工方案評審等可降低技術風險。項目施工風險直接影響到項目目標的順利實現，包括施工安全風險、進度風險和質量風險。項目施工前，應合理估算風險發生概率及風險發生損失，制定項目風險分析表，與非行車直接相關子系統應適當增加風險加權值。同時，應依據風險發生的概率和發生響應風險所產生的損失，制定風險接受準則。表2是某項目通信系統改造所采用的風險接受準則，其中 A是可忽略的風險、B是可接受的較小風險、C是較高需要進行管理的風險、D是嚴重的風險。通過專家風險評價指標的風險矩陣評分結果，基于最低合理可行原則將風險矩陣C、D兩種風險納入項目風險評價指標體系中。制定相關責任方的追責措施，風險值越大，發生風險后對相關方的懲罰措施越嚴厲。

表2 某通信系統改造風險識別表

4 結語

確保運營安全是通信系統改造工程的重點。制定合理、可行、經濟的通信系統改造方案可在一定程度上保障安全運營安全。實現不同廠家產品的兼容，可以減小通信系統改造工程對既有設備規格和品牌的依賴、節省投資。在改造過程中，應結合既有設備、網絡特點，充分考慮技術發展和后續擴展的可能性，采用統一、開放性的標準和協議；同時，應充分識別改造風險源，制定相應的風險防范措施，提升城市軌道交通通信系統改造工程的品質和安全。