關(guān)于城市軌道交通通信方案設(shè)計的探討

王飛翔

摘要 城市軌道交通通信方案設(shè)計既涉及技術(shù)層面也涉及運營管理模式，文章探討主要針對技術(shù)層面。本著高質(zhì)量發(fā)展要求，重點分析各系統(tǒng)主流方案設(shè)計及優(yōu)缺點，提出集約化設(shè)計的一些思考。專用通信系統(tǒng)、公安通信系統(tǒng)和民用通信系統(tǒng)是城市軌道交通通信系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分。專用通信系統(tǒng)所包含的傳輸系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及公安通信系統(tǒng)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等涉及的建設(shè)投資較大，對建筑用房等其他專業(yè)方案設(shè)計也有影響，是設(shè)計方案討論的重點。結(jié)合傳輸系統(tǒng)的承載內(nèi)容，視頻監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)置方案，乘客信息系統(tǒng)的查詢機設(shè)置方案，電源系統(tǒng)的集中設(shè)置方案等進行介紹和論證，為后續(xù)項目建設(shè)論證提供一定的經(jīng)驗總結(jié)，以供參考。

關(guān)鍵詞 軌道交通;通信方案設(shè)計;頂層設(shè)計;集約化

中圖分類號 U231.7 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0004-03

0 引言

中國城市軌道交通短時間內(nèi)得到了快速的發(fā)展，軌道交通改善了城市的交通狀況，市民出行和生活方式也得到改變。城市軌道交通促進了城市發(fā)展，拉開了城市的空間布局，對于推動產(chǎn)業(yè)升級及相關(guān)行業(yè)進步等方面也發(fā)揮了重要作用。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)：截至2021年底，共有49座城市開通運營城市軌道交通線路，運營線路的數(shù)量超過兩百條，運營里程超過8 000 km。全國各地城市軌道交通也還在如火如荼地建設(shè)中，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示中國大陸城市軌道交通在建里程近5 000 km，在建車站超過3 000座。軌道交通通信系統(tǒng)是滿足軌道交通高效溝通，運營管理的必要手段，在工程建設(shè)中必不可少。

專用通信系統(tǒng)、公安通信系統(tǒng)和民用通信系統(tǒng)是城市軌道交通通信系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分。專用通信系統(tǒng)主要服務(wù)的對象是軌道交通的運營管理部門，滿足運營安全和運營調(diào)度的需求。公安通信系統(tǒng)主要為軌道交通公安部門提供應(yīng)對公共安全管控需要的系統(tǒng)。民用通信系統(tǒng)主要為廣大乘客提供公網(wǎng)服務(wù)，是將地面上享有的移動網(wǎng)絡(luò)引入到無法覆蓋的地下空間。

專用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)設(shè)置主要根據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范的要求并結(jié)合當?shù)爻鞘泄芾聿块T的需求進行設(shè)置。結(jié)合以往工程實踐案例，探討主要針對專用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)方案設(shè)計進行，各部分如下：

1 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)主要作為公共傳輸平臺承載各子系統(tǒng)以及其他專業(yè)之間的通信功能，其系統(tǒng)承載量主要依據(jù)所需承載的業(yè)務(wù)類型和帶寬容量來決定。根據(jù)規(guī)范要求，傳輸系統(tǒng)主要須滿足城市軌道交通專用通信各子系統(tǒng)和雜散電流防護、信號系統(tǒng)ATS、信號維護、自動售檢票等系統(tǒng)信息傳輸?shù)囊蟆1]典型項目傳輸帶寬計算表如表1：

由表1數(shù)據(jù)可知，工程實踐中以承載數(shù)據(jù)視頻圖像信息所需帶寬最大，所以傳輸系統(tǒng)設(shè)計選型主要考慮滿足視頻監(jiān)視和乘客信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需求。針對公共傳輸平臺選型時考慮一定的余量，提供多種通信方案設(shè)計選擇是合理的。如果考慮控制投資，可以考慮在方案設(shè)計時將視頻監(jiān)視系統(tǒng)和乘客信息系統(tǒng)進行獨立組網(wǎng)，在控制中心核心交換機上預(yù)留接口與其他系統(tǒng)進行信息交互。視頻監(jiān)視系統(tǒng)和乘客信息系統(tǒng)車站級交換機不接入車站級傳輸，直接通過區(qū)間干線光纜與控制中心核心層交換機進行組網(wǎng)，可采用星型拓撲結(jié)構(gòu)或者環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在車站數(shù)量較多時可以考慮設(shè)置匯聚點，一定范圍內(nèi)的車站選取中間車站設(shè)置匯聚層交換設(shè)備匯聚后再至控制中心核心層。此方案須考慮干線光纜纖芯，結(jié)合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行合理規(guī)劃選擇。該方案可以降低傳輸設(shè)備的性能要求，正常情況在滿足使用要求的條件下，可降低項目的投資。

2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要滿足運營管理單位對地鐵運營管理的需求，而公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要滿足公安對于公共安全管控的需求。兩者有一定的重疊，也有各自的側(cè)重點。例如，專用視頻監(jiān)視更加注重設(shè)備的運行情況監(jiān)視，上下乘客是否被門夾住等區(qū)域，而公安視頻監(jiān)視更注重人員密集區(qū)域。目前，系統(tǒng)方案主要有分設(shè)各自視頻監(jiān)視系統(tǒng)和合設(shè)為一套視頻監(jiān)視系統(tǒng)兩種方案。對于分設(shè)各自視頻監(jiān)視系統(tǒng)方案接口界面清晰，建設(shè)、調(diào)試及運營管理方便，對于重疊區(qū)域的監(jiān)視點位由專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)提供接口至公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)。合設(shè)為一套視頻監(jiān)視系統(tǒng)方案，主要根據(jù)監(jiān)控需要的位置分別設(shè)置顯示控制設(shè)備，其他設(shè)備合并設(shè)置。合并設(shè)置視頻監(jiān)視系統(tǒng)方案，在管控得當?shù)臈l件下，將有效降低建設(shè)投資。目前兩種方案均有案例，其中主要綜合建設(shè)管理水平、軌道建設(shè)單位和公安部門的溝通等情況綜合考慮選取方案。設(shè)計的重點，在于溝通建設(shè)和使用單位的需求，合理根據(jù)系統(tǒng)方案劃分優(yōu)先級，設(shè)置適當?shù)墓芸睾惋@示系統(tǒng)。

另外，目前視頻監(jiān)視系統(tǒng)主流采用網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機前端，由前端傳輸至通信設(shè)備室接入交換機的傳輸線纜選用主要有網(wǎng)線或光纜。在90 m以內(nèi)可以選用網(wǎng)線或光纜，超過90 m選用光纜。由于車站范圍較大，超出90 m范圍的視頻攝像機點位較多。結(jié)合工程實際，初步設(shè)計及招標階段處于前期未明確設(shè)備廠商，本著盡量減少招標項原則，也減小后續(xù)施工單位放線工作的難度，可以統(tǒng)籌考慮選用光纜傳輸，選用配置光口的攝像機。對于專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)接入公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全問題，一般選用防火墻等安全設(shè)備進行保護即可。如果公安部門對網(wǎng)絡(luò)安全有較高要求，目前的解決方案是通過專用視頻解碼器解碼為模擬視頻，再通過視頻編碼器編碼接入至公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)，此方案可以將兩套視頻監(jiān)視系統(tǒng)實現(xiàn)物理隔離，充分保障了信息安全。

3 乘客信息系統(tǒng)

在正常運行情況下，乘客信息系統(tǒng)能夠為乘客提供車站的指引和列出到發(fā)站的相關(guān)信息，為乘客提供高質(zhì)量的服務(wù)。在非正常運營情況下，該系統(tǒng)能夠為乘客提供緊急報警信息，引導(dǎo)乘客有序出入車站。乘客信息系統(tǒng)在車站的站廳、站臺、進出站口、出入口通道及換乘通道等位置設(shè)置終端顯示，常規(guī)在城市軌道交通車站站廳層設(shè)置查詢機。隨著智能終端的發(fā)展，目前查詢機的使用頻次很低，車站終端顯示數(shù)量偏少。結(jié)合工程實踐，后續(xù)項目建設(shè)建議可以取消乘客信息系統(tǒng)的查詢機設(shè)置，增加設(shè)置合適類型和數(shù)量的顯示終端并預(yù)留足夠的核心層對外接口，為進行數(shù)據(jù)分析提供可靠途徑。

乘客信息系統(tǒng)的另一設(shè)計重點為車輛與地面之間需進行車地?zé)o線通信系統(tǒng)設(shè)計，目前主流有LTE綜合承載方案和WLAN方案。LTE綜合承載方案業(yè)務(wù)帶寬需求如表2：

其中，LTE綜合承載方案由于滿足目前的信息傳輸需求，所需的頻點較多，而專用頻點只有20 M，常規(guī)無線電主管部門很難批復(fù)全部頻點給軌道交通。[2]同時，綜合目前開通線路的使用情況，LTE綜合承載在應(yīng)對乘客信息系統(tǒng)的大容量視頻流有所欠缺，后續(xù)擴展回傳視頻圖像路數(shù)受限。

基于上述原因，后續(xù)項目建設(shè)推薦乘客信息系統(tǒng)車地?zé)o線工程方案采用WLAN方案承載。WLAN方案由于具有較大的帶寬、較多的空間流數(shù)和高效的調(diào)制方式等特點，可以支持更高的性能，能夠滿足車地?zé)o線通信所需的較大數(shù)據(jù)流承載。WLAN方案目前的801.11 ac可以選擇工作在5G頻段，這個頻段可以很好地規(guī)避在2.4G頻段所遇到的信號干擾問題，進一步增加了系統(tǒng)的可靠性。而且5G頻段也有更多的信道可以選擇，也大大提高了系統(tǒng)的可用度。車載CCTV圖像數(shù)據(jù)，通過大帶寬車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)在地面集中存儲，解決列車上的設(shè)備空間問題，滿足更長的存儲要求（90天），同時大幅降低車載數(shù)據(jù)存儲成本，提高存儲可靠性，進一步提升軌道交通安全及防護水平[3]。

4 電源系統(tǒng)

軌道交通所需設(shè)置的信號系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和自動售檢票系統(tǒng)等弱電系統(tǒng)的負荷分類都是一級負荷中特別重要的負荷。目前，常規(guī)的城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計為上述系統(tǒng)均提供兩路獨立的電源進線，同時系統(tǒng)本身還需要配備滿足系統(tǒng)斷電后還能運行一定時間的后備電源，也就是配置不間斷電源系統(tǒng)，從而保證系統(tǒng)的可靠運行。軌道交通弱電系統(tǒng)不間斷電源設(shè)置方案主要有集中不間斷電源和分別設(shè)置不間斷電源系統(tǒng)兩種方案，各有應(yīng)用。對于集中不間斷電源方案主要優(yōu)勢是節(jié)約了不間斷電源設(shè)備的投資、減小了設(shè)備所需占用的房間面積、減少了后續(xù)維護的備品備件，減少了各專業(yè)與動照專業(yè)的提資接口等，增加了各專業(yè)對集中不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計的提資接口，后續(xù)增加了運營管理的界面。目前，對于信號系統(tǒng)獨立采用自行設(shè)置的不間斷電源系統(tǒng)，滿足較高標準的管控要求，明確界面是有必要的。對于綜合監(jiān)控、自動售檢票及通信系統(tǒng)集約設(shè)置不間斷電源系統(tǒng)，在管理得當條件下，是有一定投資節(jié)約的。

5 無線通信、公務(wù)電話、時鐘等

無線通信、公務(wù)電話、時鐘等系統(tǒng)具有線網(wǎng)級標準統(tǒng)一的要求，而又存在線網(wǎng)建設(shè)時序不一致，不同產(chǎn)品接口對接難度大等特點。建議在建設(shè)管理上，初期綜合考慮進行統(tǒng)一規(guī)劃，明確一輪線網(wǎng)規(guī)劃范圍內(nèi)的線路保持標準的一致[4]。

不僅僅在上述系統(tǒng)層面，對于管理用房的配置，在滿足運營管理要求的基礎(chǔ)上，考慮一定范圍的合并設(shè)置設(shè)備用房，也可以減少設(shè)備用房的面積，減少土建裝修工程量，從而節(jié)省投資。

6 結(jié)語

適應(yīng)新形勢，滿足新要求，軌道交通通信系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展，必然需要走向集約化。項目建設(shè)前期做好充分的頂層設(shè)計，選擇高水平設(shè)計咨詢單位，做深做細決策階段技術(shù)經(jīng)濟論證，在管理上合理劃歸管理界面，通過這些方式高質(zhì)量建設(shè)軌道交通工程[5]。

該文重點分析了上述各系統(tǒng)的主要系統(tǒng)功能，主要設(shè)計重點和常規(guī)重點比選方案。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗并結(jié)合與產(chǎn)品廠商的設(shè)計聯(lián)絡(luò)，主要定性的探討了系統(tǒng)方案的比選，并給出了推薦方案，提出了一些整體性考慮的方案。由于項目建設(shè)的推進，通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，存在一定的局限，僅作為拋磚引玉的探討。

參考文獻

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[2]城市軌道交通車地綜合通信系統(tǒng)（LTE-M）規(guī)范 中城裝備〔2016〕009號.

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