權(quán)朝暉
(陜西城際鐵路有限公司,陜西 西安 712000)
隨著中國(guó)城市化進(jìn)程加速,城市地鐵建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,延長(zhǎng)線(xiàn)項(xiàng)目越來(lái)越多。地鐵延長(zhǎng)線(xiàn)建設(shè),軌道和車(chē)站等土建項(xiàng)目施建設(shè)比較簡(jiǎn)單,但對(duì)于綜合監(jiān)控、信號(hào)、FAS、BAS、通信等系統(tǒng)類(lèi)機(jī)電工程專(zhuān)業(yè),因?yàn)檠娱L(zhǎng)線(xiàn)與既有線(xiàn)建設(shè)間隔周期不一樣,就需考慮延伸線(xiàn)與既有線(xiàn)路是否共用控制中心、原有各系統(tǒng)設(shè)備是否可以采購(gòu)、原有系統(tǒng)設(shè)備是否滿(mǎn)足現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)需求、延伸線(xiàn)的車(chē)站數(shù)量等因素[1],技術(shù)實(shí)施方案有所不同,因此,探討地鐵延伸線(xiàn)專(zhuān)用通信系統(tǒng)的技術(shù)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)有指導(dǎo)借鑒作用。
西安地鐵2號(hào)線(xiàn)二期在一期運(yùn)營(yíng)10年后才開(kāi)始修建,一期的專(zhuān)用通信系統(tǒng)的傳輸設(shè)備、PIS設(shè)備、CCTV等設(shè)備已經(jīng)不能滿(mǎn)足實(shí)際需要,需要進(jìn)行大量改造。14號(hào)線(xiàn)是在機(jī)場(chǎng)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)1年后開(kāi)始修建,為了方便后期運(yùn)營(yíng)管理以及節(jié)約成本,延長(zhǎng)線(xiàn)與既有線(xiàn)路共用控制中心、延長(zhǎng)線(xiàn)通信系統(tǒng)各子系統(tǒng)接口及通信與外部系統(tǒng)接口與機(jī)場(chǎng)線(xiàn)保持一致。延長(zhǎng)線(xiàn)所有業(yè)務(wù)均接入機(jī)場(chǎng)線(xiàn)控制中心。雖然都是在原有線(xiàn)路基礎(chǔ)上延長(zhǎng),增加站點(diǎn),每個(gè)子系統(tǒng)建設(shè)都需要獨(dú)立考慮如何建設(shè)。
在地鐵專(zhuān)用通信的子系統(tǒng)中,與行車(chē)相關(guān)系統(tǒng)有傳輸、LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)、調(diào)度電話(huà)、無(wú)線(xiàn)、電源、時(shí)鐘;面向乘客系統(tǒng)有廣播、乘客信息(PIS);為地鐵運(yùn)營(yíng)服務(wù)的公務(wù)電話(huà)、CCTV等專(zhuān)業(yè)。
傳輸系統(tǒng)是為其他通信子系統(tǒng)和信號(hào)、綜合監(jiān)控、AFC、FAS、BAS等專(zhuān)業(yè)提供業(yè)務(wù)通道的系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為復(fù)用段保護(hù)環(huán),采用的設(shè)備類(lèi)型有MSTP、OTN、PTN等。
傳輸設(shè)備采用ITU技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),不同廠(chǎng)家的設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)一致,延長(zhǎng)線(xiàn)可以根據(jù)實(shí)際需要組網(wǎng),地鐵傳輸?shù)闹饕饔檬强刂浦行南蚋鱾€(gè)車(chē)站之間一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳送信息、或者是控制中向車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間傳送信息[2]。
地鐵延伸線(xiàn)與既有線(xiàn)傳輸承載的業(yè)務(wù)基本類(lèi)別相同,業(yè)務(wù)類(lèi)型為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(E-LINE)或者總線(xiàn)式(E-Tree)。
西安地鐵2號(hào)線(xiàn)一期的傳輸以MSTP設(shè)備組成一個(gè)帶寬為5G的二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán),目前5G的帶寬已經(jīng)不能滿(mǎn)足實(shí)際需求,在二期建設(shè)中,對(duì)一期傳輸進(jìn)行全部替換,一期和二期傳輸設(shè)備保持一致。西安地鐵14號(hào)線(xiàn)傳輸設(shè)備與機(jī)場(chǎng)線(xiàn)設(shè)備同為華為的產(chǎn)品,但機(jī)場(chǎng)線(xiàn)使用OSN7500組成一個(gè)帶寬20G復(fù)用段保護(hù)環(huán),14號(hào)線(xiàn)采用OSN1800V設(shè)備,為了確保14號(hào)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)場(chǎng)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò),在機(jī)場(chǎng)線(xiàn)控制中心增加一套OSN1800V設(shè)備。因此延長(zhǎng)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可以與既有線(xiàn)采用同種設(shè)備型號(hào),也可以采用不同設(shè)備。
(1)延伸線(xiàn)與既有線(xiàn)采用同種設(shè)備
優(yōu)點(diǎn):組網(wǎng)簡(jiǎn)單,融合度高、能滿(mǎn)足實(shí)際需求。
缺點(diǎn):延長(zhǎng)線(xiàn)路與既有線(xiàn)路間隔時(shí)間長(zhǎng),通信技術(shù)發(fā)展很快,既有設(shè)備技術(shù)落后,市場(chǎng)被淘汰,全網(wǎng)改造傳輸網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用高。
(2)采用與既有線(xiàn)路完全不同的技術(shù)及設(shè)備
優(yōu)點(diǎn):采購(gòu)招標(biāo)比較容易。
缺點(diǎn):
①如果兩套傳輸設(shè)備為不同廠(chǎng)家,延長(zhǎng)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不能采用既有網(wǎng)管,購(gòu)買(mǎi)一套網(wǎng)管服務(wù)器并安裝與新增設(shè)備匹配的網(wǎng)管軟件;需每個(gè)系統(tǒng)在控制中心需增加交一臺(tái)換機(jī),傳輸系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之前有兩次接口互聯(lián)。
每個(gè)系統(tǒng)增加交換機(jī)擴(kuò)充與傳輸設(shè)備的接連接方式見(jiàn)圖1。

圖1 擴(kuò)充交換機(jī)與傳輸設(shè)備連接示意圖
為了保證其他系統(tǒng)能安全接入控制中心,在控制中心核心機(jī)房,給每個(gè)系統(tǒng)再配置一臺(tái)交換機(jī),完全可以解決延長(zhǎng)線(xiàn)設(shè)備與既有線(xiàn)設(shè)備同時(shí)接入控制中心核心設(shè)備的接入問(wèn)題。
②如果兩套傳輸設(shè)備為同一廠(chǎng)家但不同型號(hào),設(shè)備技術(shù)兼容性差,可以與既有線(xiàn)共用網(wǎng)管。
在14號(hào)線(xiàn)建設(shè)中,機(jī)場(chǎng)線(xiàn)控制中心原有設(shè)備為一套華為OSN7500II型設(shè)備,所有到控制中心業(yè)務(wù)都是從此設(shè)備落地,14號(hào)線(xiàn)新增站點(diǎn)采用的是華為OSN1800V設(shè)備,兩套設(shè)備不兼容,但是業(yè)務(wù)單板采用ITU標(biāo)準(zhǔn),接口一致。為了將14號(hào)線(xiàn)的業(yè)務(wù)接入機(jī)場(chǎng)線(xiàn)控制中心,且對(duì)原有業(yè)務(wù)影響最小便于割接進(jìn)行,在機(jī)場(chǎng)線(xiàn)控制中心新增一套OSN1800V設(shè)備,在機(jī)場(chǎng)線(xiàn)既有線(xiàn)OSN7500II設(shè)備上擴(kuò)容兩塊SL16單板(兩塊互為熱備),將業(yè)務(wù)傳送到7500II設(shè)備上再通過(guò)PQ1板卡用來(lái)將接入的2 m業(yè)務(wù)落地;擴(kuò)容兩塊EX2(兩塊互為熱備),將14號(hào)線(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)傳送到7500II設(shè)備上通過(guò)原有機(jī)場(chǎng)線(xiàn)各業(yè)務(wù)端口落地完成接入。
LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)系統(tǒng)能夠在高速移動(dòng)狀態(tài)(不小于120 km/h)條件下,在地面和車(chē)輛之間提供寬帶數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸服務(wù),為CBTC信號(hào)列控信息(雙向)、車(chē)載PIS流媒體、車(chē)載CCTV、列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)信息、列車(chē)緊急文本信息以及集群調(diào)度提供符合業(yè)務(wù)指標(biāo)需求的無(wú)線(xiàn)帶寬[3]。
基于LTE-M系統(tǒng)架構(gòu)開(kāi)發(fā)LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)綜合通信系統(tǒng)完全滿(mǎn)足中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布的《城市軌道交通基于通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)(CBTC)接口規(guī)范-互聯(lián)互通接口規(guī)范》(中城裝備[2015]55號(hào)文)、(中城裝備[2015]100號(hào)文)中的相關(guān)要求[4]。
LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的互聯(lián)互通,需要解決2個(gè)方面的問(wèn)題。
首先要保證空口的互聯(lián)互通,即不同線(xiàn)路的TAU可以相互接入到對(duì)方的LTE車(chē)地通信地面系統(tǒng)中,滿(mǎn)足傳輸時(shí)延、切換時(shí)延和帶寬等性能指標(biāo),滿(mǎn)足要求下確保注冊(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、切換的功能正常,其次要保證LTE核心網(wǎng)之間能夠互聯(lián)互通,支持終端的漫游切換,讓列車(chē)可以自由的在不同線(xiàn)路之間運(yùn)行。
數(shù)據(jù)終端和LTE基站之間的接口稱(chēng)為空口(Uu口),是3GPP標(biāo)準(zhǔn)接口;核心網(wǎng)之間的互聯(lián)互通需要開(kāi)放S5接口、S10接口和S6a接口:S5接口是核心網(wǎng)S-GW與P-GW之間的接口,S10接口是LTE核心網(wǎng)MME之間接口,S6a接口是HSS與MME之間的接口,這三個(gè)接口也都是3GPP標(biāo)準(zhǔn)的接口。
LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信系統(tǒng)是完全基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)和LTE-M標(biāo)準(zhǔn),因此Uu接口、S5接口、S10接口和S6a接口都是開(kāi)放的,只要后續(xù)其他線(xiàn)路的LTE系統(tǒng)所采用的設(shè)備滿(mǎn)足LTE-M標(biāo)準(zhǔn),如果既有線(xiàn)預(yù)留足夠的接口,就能實(shí)現(xiàn)與后續(xù)其他線(xiàn)路的互聯(lián)互通。延長(zhǎng)線(xiàn)的LTE系統(tǒng),有三種方式可以實(shí)現(xiàn)與既有線(xiàn)互通。
(1)新增站點(diǎn)的BBU與RRU與既有線(xiàn)路完全一致設(shè)備,各站點(diǎn)的BBU接入既有系統(tǒng)的核心網(wǎng)設(shè)備。
優(yōu)點(diǎn):該技術(shù)組網(wǎng)比較簡(jiǎn)單,技術(shù)融合度高。
缺點(diǎn):采購(gòu)設(shè)備受限,采購(gòu)方式只能采用唯一采購(gòu)來(lái)源,價(jià)格容易受設(shè)備廠(chǎng)家控制。
(2)新增站點(diǎn)的BBU與RRU與原有站點(diǎn)設(shè)備廠(chǎng)家不一致,但新采購(gòu)設(shè)備滿(mǎn)足接入既有核心網(wǎng)。
優(yōu)點(diǎn):采購(gòu)設(shè)備方式靈活。
缺點(diǎn):后期運(yùn)維人員需學(xué)習(xí)不同廠(chǎng)家的BBU和RRU技術(shù),采購(gòu)不同廠(chǎng)家的備件,備件費(fèi)用較大。
(3)新增一套LTE核心網(wǎng)設(shè)備,新增站點(diǎn)BBU與RRU與原有設(shè)備不一致。
優(yōu)點(diǎn):對(duì)既有系統(tǒng)依賴(lài)度比較小
缺點(diǎn):新增LTE核心網(wǎng)需要和信號(hào)、車(chē)輛、PIS、車(chē)載CCTV等重新約定接口標(biāo)準(zhǔn),技術(shù)相對(duì)復(fù)雜;投資費(fèi)用大;運(yùn)維復(fù)雜。
在西安機(jī)場(chǎng)線(xiàn)LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)中,已經(jīng)為延伸線(xiàn)地鐵14號(hào)線(xiàn)預(yù)留接口,所以L(fǎng)TE車(chē)地?zé)o線(xiàn)系統(tǒng)采用既有LTE系統(tǒng)所采用的站點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容。
PIS(乘客信息系統(tǒng))是以多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心,通過(guò)設(shè)置在站廳、上下行站臺(tái)、出入口、列車(chē)客室等位置的顯示屏,讓乘客及時(shí)準(zhǔn)確地了解電客車(chē)運(yùn)營(yíng)信息和公共媒體信息的多媒體綜合信息系統(tǒng)。
地鐵乘客信息系統(tǒng)(PIS)由控制中心子系統(tǒng)、車(chē)站子系統(tǒng)、車(chē)載子系統(tǒng)構(gòu)成。從控制功能上分為信息源、中心播出控制層、車(chē)站(列車(chē))播出控制層和車(chē)站(列車(chē))播出設(shè)備四個(gè)層次。
控制中心子系統(tǒng)作為PIS系統(tǒng)的核心,要實(shí)現(xiàn)的功能包括軌道交通外部信息接收、信息媒體文件的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)、信息編輯處理、播出計(jì)劃制訂及信息發(fā)布控制;整個(gè)PIS公共信息的發(fā)布和播出;操作員接收、編輯、儲(chǔ)存及發(fā)送各類(lèi)信息至前端設(shè)備;緊急文本下發(fā);控制中心編輯軟件可以直接對(duì)各車(chē)站LCD播放版面、車(chē)站LED播放版面、查詢(xún)機(jī)的查詢(xún)頁(yè)面、車(chē)載LCD播放版面進(jìn)行修改,編輯后可直接發(fā)布至前端設(shè)備;除此還有系統(tǒng)管理、磁盤(pán)空間管理以及運(yùn)行日志管理等功能。
PIS控制中心子系統(tǒng)作為PIS的核心,與綜合監(jiān)控、信號(hào)ATS、時(shí)鐘、CCTV、傳輸、LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)在控制中心都有接口。
根據(jù)PIS系統(tǒng)控制中心子系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和接口需求,控制中心硬件設(shè)備有網(wǎng)管服務(wù)器、視頻流服務(wù)器、編/解碼器、接口服務(wù)器等。
車(chē)站子系統(tǒng)從控制中心接收發(fā)布的內(nèi)容信息,通過(guò)播放控制器對(duì)本站的所有LCD顯示屏、LED屏、觸摸查詢(xún)終端進(jìn)行播放,并對(duì)本站所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理。
根據(jù)以上分析,軌道交通延伸線(xiàn)各個(gè)車(chē)站的PIS系統(tǒng)建設(shè)有3種方案。
(1)在控制中心子系統(tǒng)增加一套PIS播放軟件,增加網(wǎng)管服務(wù)器、視頻流服務(wù)器、編/解碼器、接口服務(wù)器等設(shè)備。
優(yōu)點(diǎn):采購(gòu)招標(biāo)簡(jiǎn)單,廠(chǎng)家不唯一,利于后期擴(kuò)容改造;
缺點(diǎn):需采購(gòu)控制中心網(wǎng)管服務(wù)器、視頻流服務(wù)器、編/解碼器、接口服務(wù)器等,費(fèi)用高;接口比較多,需要和綜合監(jiān)控、信號(hào)ATS、傳輸、時(shí)鐘等專(zhuān)業(yè)協(xié)商接口方案,修改其他專(zhuān)業(yè)軟件;后期運(yùn)營(yíng)比較麻煩,下發(fā)文本、視頻等信息時(shí)需要在不同的網(wǎng)管操作。
(2)利用線(xiàn)控制中心既有網(wǎng)管服務(wù)器、視頻流服務(wù)器、編/解碼器、接口服務(wù)器等設(shè)備,原有PIS廠(chǎng)家開(kāi)放系統(tǒng)接口,延長(zhǎng)線(xiàn)各車(chē)站采用其他廠(chǎng)家視頻播放軟件。
優(yōu)點(diǎn):費(fèi)用比較少、與其他專(zhuān)業(yè)接口少。
缺點(diǎn):需要既有線(xiàn)乘客信息系統(tǒng)提供提供控制中心PIS的軟件接口,延長(zhǎng)線(xiàn)設(shè)備廠(chǎng)家進(jìn)行軟件整合。
(3)延長(zhǎng)線(xiàn)各個(gè)車(chē)站采用既有線(xiàn)車(chē)站技術(shù)方案,產(chǎn)品保持一致。
優(yōu)點(diǎn):方便維護(hù)、費(fèi)用低。
缺點(diǎn):廠(chǎng)家唯一,招標(biāo)不方便。
因此,延伸線(xiàn)PIS系統(tǒng)建設(shè),應(yīng)充分考慮延伸線(xiàn)與既有線(xiàn)間隔時(shí)間、既有線(xiàn)軟件使用情況,如果延伸線(xiàn)與既有線(xiàn)間隔時(shí)間較長(zhǎng),可以在控制中心增加一套控制中心子系統(tǒng)設(shè)備和軟件,確保延伸線(xiàn)和既有線(xiàn)獨(dú)立,并未后期既有線(xiàn)改造升級(jí)做準(zhǔn)備,延伸線(xiàn)各車(chē)站與控制中心新建子系統(tǒng)采用相同的播控軟件;如果延伸線(xiàn)與既有線(xiàn)間隔時(shí)間較短,從建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便考慮,延伸線(xiàn)與既有線(xiàn)原有各車(chē)站系統(tǒng)方案保持一致。對(duì)延伸線(xiàn)PIS系統(tǒng)各車(chē)站的終端類(lèi)設(shè)備,比如查詢(xún)機(jī)、LCD顯示屏、各出入口LED屏等設(shè)備,可以不必與既有線(xiàn)相同。
地鐵延伸線(xiàn)一般與既有線(xiàn)為一個(gè)控制中心指揮調(diào)度,統(tǒng)一管理,共用調(diào)度系統(tǒng),因此,延長(zhǎng)線(xiàn)需和既有線(xiàn)保持一致,在調(diào)度大廳擴(kuò)容調(diào)度臺(tái),確保延伸長(zhǎng)車(chē)站(或車(chē)場(chǎng))調(diào)度用戶(hù)的覆蓋。如果延伸線(xiàn)不納入既有線(xiàn)統(tǒng)一運(yùn)行,就需要再獨(dú)立設(shè)置核心網(wǎng)。新設(shè)置的核心網(wǎng)與既有線(xiàn)核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)互聯(lián)互通[5]。
因此,延伸線(xiàn)有線(xiàn)調(diào)度電話(huà)系統(tǒng)均采用既有調(diào)度系統(tǒng)擴(kuò)容方式。
延長(zhǎng)線(xiàn)如果納入既有線(xiàn)統(tǒng)一運(yùn)行,那么延長(zhǎng)線(xiàn)就要與既有線(xiàn)共用1套調(diào)度系統(tǒng),延長(zhǎng)線(xiàn)和既有線(xiàn)設(shè)備保持一致,即對(duì)既有調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容,實(shí)現(xiàn)延伸線(xiàn)車(chē)站(或車(chē)場(chǎng))調(diào)度用戶(hù)的覆蓋[6]。
控制中心或車(chē)站的廣播系統(tǒng)控制功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),在控制中心廣播系統(tǒng)是供中心調(diào)度人員使用,在各車(chē)站是供站務(wù)室值班人員使用。為了便于調(diào)度和站務(wù)使用,避免增加廣播與綜合監(jiān)控之間的接口,延伸線(xiàn)廣播系統(tǒng)設(shè)備和既有線(xiàn)保持一致。
CCTV與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)之間存在接口關(guān)系,為了方便,延伸線(xiàn)的CCTV系統(tǒng)采用與既有線(xiàn)相同的設(shè)備,如果延伸線(xiàn)需要更換CCTV系統(tǒng)軟件,需要在控制中心配置1套CCTV操作控制臺(tái),與PIS、CCTV的協(xié)商接口[7]。CCTV系統(tǒng)的終端攝像機(jī)、路由器、交換機(jī)等可以采用與既有線(xiàn)不同廠(chǎng)家設(shè)備。
時(shí)鐘為各個(gè)系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,為了全線(xiàn)保持統(tǒng)一時(shí)鐘,延伸線(xiàn)的時(shí)鐘系統(tǒng)應(yīng)與既有線(xiàn)為同一套時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò),共用一級(jí)母鐘或NTP(網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議)服務(wù)器。
為了便于管理,延長(zhǎng)線(xiàn)的UPS設(shè)備可以和既有線(xiàn)保持一致,電池完全可以采用不同廠(chǎng)家設(shè)備。
綜上所述,延伸線(xiàn)的專(zhuān)用通信各子系統(tǒng)實(shí)施方案不盡相同。具體的系統(tǒng)實(shí)施方案既要考慮新舊線(xiàn)路的間隔時(shí)間,又要考慮設(shè)備兼容性、各專(zhuān)業(yè)之間的接口方案修改等因素。因此,針對(duì)不同的專(zhuān)業(yè),延伸線(xiàn)路技術(shù)選擇需進(jìn)行分析才能有較優(yōu)的系統(tǒng)方案。一般與控制中心調(diào)度直接相關(guān)的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng),建議延伸線(xiàn)與既有線(xiàn)設(shè)備保持一致,共用網(wǎng)絡(luò),尤其是無(wú)線(xiàn)調(diào)度、有線(xiàn)調(diào)度電話(huà)系統(tǒng)、LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)系統(tǒng)。對(duì)于像傳輸、電源等系統(tǒng),或者后期需要整體更換的專(zhuān)業(yè),延伸線(xiàn)的實(shí)施方案與既有線(xiàn)沒(méi)有任何關(guān)聯(lián),可以按照新建線(xiàn)路進(jìn)行設(shè)備招標(biāo),根據(jù)實(shí)際需求選擇最優(yōu)設(shè)備。