城市軌道交通“不停運”改擴建通信系統建設方案分析

摘要：隨著城市軌道交通的不斷發展，修建地鐵的城市和地鐵線路的里程不斷增加。前期建設的地鐵線路通信系統已運行多年，存在設備老化，技術制式陳舊等問題。通信系統的建設在保證不停運正常運行的前提下，與既有設備滿足相互兼容，保持技術具有一定的先進性，提升整個線路通信系統的功能均是項目設計的重難點。本文結合南京地鐵2號線改擴建項目通信系統建設方案，分析了軌道交通改擴建項目中通信系統的建設要點和工程中需要注意的問題。希望通過對實踐中獲得的經驗為今后同類項目提供借鑒。

關鍵詞：? 城市軌道交通;通信系統改造

一、 項目背景

通信系統是保證地鐵列車安全高效運營和為乘客提供高質量的出行服務的重要手段，是維護地鐵正常運營，在異常情況下迅速轉變為防災救援和事故處理重要指揮系統。地鐵通信系統中傳輸設備、電話交換設備等使用年限在10-15年左右，網絡設備比如說電腦、服務器等設備使用年限在5-10年左右。隨著城市的發展及地鐵建設規劃的調整，線路運營8-10年后，線路延長、通信系統制式升級或線路貫通運營均涉及線路通信系統的改造升級。

以南京地鐵2號線為例，南京地鐵2號線于2010年5月建成通車試運營，距今已經開通運營了11年的時間。隨著南京城市發展，為了進一步加強魚嘴地區與中心城區的聯系，對南京地鐵2號線向西延長，增加4座車站及1座停車場[1]。南京地鐵2號線通信系統設備存在明顯老化，且技術陳舊，專用傳輸系統帶寬僅為2.5G，視頻監視系統仍采用模擬標清攝像機，廣播系統采用模擬功放等技術方案，面對地鐵線路延伸通信系統運營的壓力亟待改造升級。

南京地鐵2號線西延段通信系統應采用技術先進，管理便利的新技術、新設備，既有線通信系統應與西延段作為一條線完整的系統，確保既有線各通信系統與西延段通信設備相互兼容，技術標準盡可能保持一致，能夠實現貫通運營，統一管理，故西延段需對既有線通信系統進行必要的升級改造。

二、工程特點及難點

對于南京地鐵2號線西延段的建設，在保證既有2號線全天候正常、安全運營的前提下，對正線部分通信設備，特別是對控制中心的通信設備進行革命性地改造升級，以確保后續西延段平常、平滑的接入，是此項目設計的重點和難點。

（一）改擴建工程涉及專業多，各專業之間相互交叉，相輔相成，但作業面卻狹窄等問題。本次改擴建項目當然不僅僅只是通信專業，是南京地鐵2號線全專業的一次改擴建。其他專業的改造升級勢必會使通信系統進行配合，一起進行改造升級。信號專業ATS升級[2];綜合監控專業由綜合信息系統升級成綜合監控系統;供電、AFC等多個專業新增了業務傳輸的需求;終點站站后軌道道岔的改造;調度大廳裝修的改造等等均對通信專業提出了新的改擴建需求。

（二）改擴建是以不影響既有線正常運營為前提。既有2號線是南京地區東西向軌道交通干線，途徑建鄴區、鼓樓區、秦淮區、玄武區和棲霞區等，平均日客流量超過65萬人次，是貫穿主城區交通客流量最大的東西軸線。一旦停運勢必給南京城市交通造成巨大影響，因此在改擴建期間，是以既有2號線“不停運”為項目前提，也是工程重點。

（三）既有線由于運營多年，設備老化嚴重，備品備件不足，且部分通信廠家已退出軌道交通市場，對改擴建項目貫通運營帶來了巨大的壓力[3]。無線通信TETRA核心設備主控板卡均發生過故障，且整體設備存在多種問題。PIS系統平臺軟件廠家已退出軌道交通市場，無法實現擴容升級。視頻監視圖像從車站至中心傳輸利用OTN設備提供的編碼板上傳，編碼板的協議為私有協議，且目前傳輸廠家工程師對編碼板協議并未完全掌握。

（四）通信系統的改擴建均需利用有限夜間檢修時間進行施工。改擴建工程存在大量控制中心改造、倒接等工作，需要設計與建設、運營、施工單位等緊密配合，制定合理的工程方案、應急預案和施工籌劃，利用夜間不到4小時的停運時段，有計劃地、安全地逐步完成該項改造工作。

（五）改擴建應滿足線路服務水平的要求。既有2號線已運營開通11年，這期間通信技術飛速發展，對軌道交通技術帶來了日新月異的變化。同時人們對軌道交通的服務水平的要求也日益提高。因此，本次通信系統改擴建應根據新技術的發展趨勢及運營管理的需求，對既有線及西延段整體通信系統功能進行升級，使本線路運營更安全、便利，服務更人性化。

三、實施計劃

（一）無線通信系統

1.既有技術方案及存在問題

前幾年城市軌道交通無線通信系統一般采用TETRA數字集群系統組建。由于TETRA技術制式原引于歐洲，國際技術體制及國際成熟品牌存在技術協議不統一，不同品牌設備無法實現互聯互通，解決新建系統與既有系統工程相互兼容，保證系統的高可靠性成了工作的難點。

既有線數字集群核心設備運行多年，硬件老化，故障多發，軟件版本較低，系統軟件存在固有缺陷。既無法滿足線網級與其他中心數字集群核心設備的互聯互通，且日常運營維護時也存在眾多小毛病。在此中心MSO基礎上擴建延長線路，滿足西延段各車站的接入，存在較大的安全隱患。在軌道交通多個系統存在與TETRA數字集群系統互連的接口，多個系統的改造升級也會對MSO穩定運行造成影響。

2.改造方案

（1）對既有線設備系統工作狀況進行充分調研。

（2）考慮到不間斷既有線的運營，本次對TETRA系統中心MSO設備進行更換。

既有基站在新的MSO設備下正常進入集群模式，車站固定臺、車載臺、手持臺能夠正常入網且各項功能正常，是無線通信系統成功向MSO割接的前提條件。為了降低風險，應先建立新的MSO設備，并對既有線各個車站基站接入新的MSO設備進行測試，即將新設的MSO配置完成后，配置新MSO的2M接口連接至傳輸設備，分批將既有車站割接到新的MSO上，測試基站是否能夠注冊。待測試完成后，測試車站應回退到既有MSO設備，以保證線路的正常運營。車站測試時，應對手持臺、車載臺分別進行測試，能否滿足正常運營。測試完成后，應做好正式割接技術方案及前期準備工作，制定詳細的施工組織計劃，控制風險點，做好應急預案和安全保證措置，利用天窗點實施正式割接[4]。

（3）對中心MSO、車站基站固態軟件版本進行升級，滿足與線網、其他線路互連互通，便于后期網絡化管理。

既有車站基站固件軟件升級通過控制中心網管軟件將MTS設備的R09固件和配置文件下放至各車站基站主用TSC中的過渡存儲位置，再通過主用TSC升級基站應用軟件，并將配置文件復制到備用TSC板卡，重啟基站進行主備切換完成整個基站的軟件升級至R09，完成基站功能驗證測試。由于既有線車站較多，本次將對既有車站分三個晚上進行軟件升級。同時應對基站升級可能存在風險做好應急處理措施。

（4）在新建車站內設置基站及配套設施，并割接到新的中心MSO內。

（二）視頻監視系統

1.既有技術方案

既有線視頻監視系統以模擬標清攝像機為主，采用傳統的“模擬采集+數字傳輸”方案。它是由標清攝像機、地環隔離變壓器、字符疊加器、視頻切換矩陣、硬盤錄像機、視頻編碼板等設備組成。它是一種基于模擬視頻切換矩陣的方案，從車站到控制中心的視頻圖像傳輸采用數字壓縮編碼技術。

2.改造必要性及運營需求

視頻監視系統是城市軌道交通安全運營管理的重要手段。由于視頻監視系統具有直觀性和可視性，一旦出現異常情況，可以通過直接調看相關區域視頻畫面，及時制定應對方案，指揮引導現場工作人員采取措施，保證乘客出行安全，快速疏導乘客。

隨著視頻監視系統高清化、智能化的發展，高清視頻顯示已成為使用者必然的選擇，但是既有車站大量的模擬攝像機仍然發揮著作用，現有的視頻監控體系管理模式需要保持[5]。如果將全部既有車站視頻監視系統進行改造，工作量巨大，費用較高，且既有線是南京地鐵日常運營中重要軌道交通干線，日客流量繁忙，改造工程會對人們日常出行造成一定的影響。

既有車站視頻監視系統功能存在一定的缺陷，控制中心調度員無法實現對車站云臺攝像機的控制，目前僅車站能夠實現對云臺的調用，也給運營單位帶來眾多不便。此方面也是本次改擴建工程重點需要解決的問題之一。

既有線視頻圖像傳輸至控制中心通過傳輸設備提供的專用視頻編碼板實現，視頻編碼協議采用H.264的協議。若實現不同廠家視頻平臺對接，可按照GB/T28181《安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》的要求采用標準的協議和視頻流對接[6]。由于本線建成年限較早，H.264的編碼協議存在部分非標準協議，為高清視頻平臺解析既有圖像造成大量的工作需要解決。

3.改造方案

通過對既有車站硬盤錄像機的解析，同時在車站新增以太網交換機將車站硬盤錄像機與OTN傳輸設備連接，中心高清視頻監視平臺實現對既有線標清圖像實時調看、視頻圖像上墻、視頻錄像調看及攝像機云臺控制等統一調看控制等各項功能。

（三）公務電話及專用電話系統

城市軌道交通電話系統功能主要包括兩部分：一部分是用于為地鐵內部運營人員與地鐵各部門、各單位以及外部人員之間提供電話聯系;另一部分是為運營調度、日常維護、防災救助等工作提供調度電話交換。在國內城市軌道交通電話系統設置中，公務和專用電話一般采用分開設置，各自獨立運行的方案。南京既有2號線電話系統采用了“公專合一”的方案，也是南京唯一采用“公專合一”方案的線路。

既有電話系統采用程控交換技術，在中心、車站分別設置程控交換設備。由于電話系統的成本較低，綜合布線系統均可利舊，電話系統改造周期短，可采用一次性全部更換的方案。考慮到程控交換設備運行穩定，不宜損壞，對于延長線亦可采用擴容升級方案，待大修改造期再考慮統一更換的方案。

（四）廣播系統

既有線廣播系統采用模擬廣播的方案，中心、車站之間通過音頻線及RS422接口互連，音頻接口用于傳輸語音信息，而低速率接口用于傳輸控制命令。統一更換廣播系統設備不影響車站內布線及運營，改造難度較低。中心、車站采用不同廠家的廣播設備，數字接口標準化并未完全統一，需對控制命令、廣播業務下發等功能進行標準化對接。

四、結束語

眾所周知，隨著我國城市軌道交通線路持續運營，越來越多的城市地鐵線路進入了設備改造更新的周期。以北京、南京、深圳為例，早前建設線路至今已運營15年，系統設備已經進入大修改造的階段，需在“不停運”情況下完成對軌道交通系統設備的改造升級。在充分調研既有線的技術方案后，以確保既有線安全運營調度出發，與相關各單位工作人員緊密合作，對系統技術方案、系統倒接工序、系統風險的控制等多個方面進行深入的分析及優化，同時還需關注其他專業對通信系統改造升級帶來的變化及影響。通信系統應運用“逐個分析、各個擊破”的方式從多種角度將改造升級中遇到的關鍵問題找到，并通過設計與施工、運營多次溝通加以驗證和落實，為線路通信系統“不停運”改造升級奠定技術基礎，同時也為今后越來越多的類似項目提供了參考的寶貴經驗。

作者單位：閆夏? ?北京城建設計發展集團股份有限公司

參? 考? 文? 獻

[1] 南京地鐵2號線西延工程通信系統初步設計文件.南京.2017.

[2] 張惺.城市軌道交通信號系統大修改造方案分析[J] .鐵路通信信號，2020.

[3] 南京地鐵2號線西延工程通信系統改造方案匯報.南京.2018.

[4] 南京地鐵2號線西延工程無線通信系統800M TETRA核心設備割接方案.南京.2020.

[5] 于超.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[J].都市快軌交通，2021.

[6] 朱廣佳.王國華 城市軌道交通高清視頻改造方案研究[J] .鐵路通信信號工程技術，2018.

[7] 南京地鐵2號線西延工程視頻監視系統割接實施方案.南京.2020.