石小忠

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 上海 200070)

1 軌道交通建設(shè)和管理模式的拓展

2010年，城市軌道交通行業(yè)內(nèi)發(fā)生了幾件與此前單個(gè)城市獨(dú)立管理的常規(guī)模式迥然不同的事件，引起了大家的關(guān)注。

1.1 鐵道部參與成都地鐵建設(shè)管理

鐵道部和成都市繼2010年5月12日簽訂《鐵道部、成都市人民政府關(guān)于推進(jìn)成都市域軌道交通建設(shè)框架協(xié)議》之后，于同年9月3日又簽訂了《鐵道部、成都市人民政府關(guān)于推進(jìn)成都市域軌道交通建設(shè)補(bǔ)充協(xié)議》，共同出資組建合資公司，以合作建設(shè)和經(jīng)營成都城市地鐵。目前，鐵道部已經(jīng)建立了成都地鐵公司管理機(jī)構(gòu)，項(xiàng)目已正式進(jìn)入了實(shí)際操作階段。

1.2 上海軌道交通11號線將延伸至江蘇昆山

2010年10月初，國家發(fā)改委批準(zhǔn)在既有的上海軌道交通11號線北段一期工程基礎(chǔ)上，開建“上海軌道交通11號線花橋段延伸項(xiàng)目”，將上海11號線由安亭站延伸至江蘇昆山的花橋站。這條線路于2010年年內(nèi)動(dòng)工，建成后將成為全國首條跨省建立的城市軌道交通線路。同時(shí)，江蘇省還計(jì)劃從花橋站起建設(shè)昆山輕軌S1號線，并在北段與蘇州輕軌3號線相連。屆時(shí)，將形成連接兩省三市的城際軌道交通體系，形成促進(jìn)長三角地區(qū)一體化發(fā)展、強(qiáng)化蘇滬兩地經(jīng)濟(jì)交流的重要交通紐帶。

1.3 廣州佛山城際地鐵正式開通

2010年城軌行業(yè)內(nèi)一個(gè)值得關(guān)注的事件，是廣佛線在11月3日正式開通。作為廣東省乃至全國范圍內(nèi)首條連接兩個(gè)不同城市的地下軌道線路，以行車間隔僅為8.5 min的快捷交通方式，提供了廣州與佛山兩個(gè)城市之間一種新型的交通模式。

針對上述城市軌道交通項(xiàng)目的建設(shè)與管理模式的變革，對弱電系統(tǒng)必須開展相應(yīng)的城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)營維護(hù)方式的研究，重點(diǎn)考慮提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能、適應(yīng)性、擴(kuò)展能力。

2 軌道交通弱電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與不足

2.1 光傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)平臺

軌道交通的光傳輸系統(tǒng)此前一直按照常規(guī)進(jìn)行研究和工程設(shè)計(jì)，雖然也經(jīng)常提及技術(shù)創(chuàng)新，但是依然未能脫開固定通道連接這一框架。在比較了異步傳遞模式、彈性分組環(huán)、分組傳送網(wǎng)以及西門子開放傳輸網(wǎng)絡(luò)等方案后，大多落實(shí)在基于光同步傳輸系統(tǒng)(SDH)的多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP)等方案上。從上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)對軌道交通的需求可以看到:隨著公共活動(dòng)需求不斷擴(kuò)大，城市軌道交通視頻監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量、公安視頻監(jiān)控的活動(dòng)分析和處理需求都在不斷增加，綜合監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備監(jiān)控、故障管理、行車指揮等多方面的信息傳遞需求也在不斷增多。上述需求使得軌道交通的信息傳遞量猛增，單節(jié)點(diǎn)突發(fā)信息密集發(fā)送、多方向組播信息以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等要求都達(dá)到很高的水平。

在經(jīng)過了近10年的儲備和研究后，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已成為軌道交通傳輸系統(tǒng)所提供的信息主體。其中:設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層面早就具備相應(yīng)的功能，并采用IP傳輸技術(shù);視頻監(jiān)控自從采用了IP視頻編解碼技術(shù)以來，已大幅度地提高了傳送效率和視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的靈活性和擴(kuò)展性;公務(wù)電話能夠完全采用IP中繼方式，甚至IP交換;專用調(diào)度通信已突破了IP方式不夠可靠的陳舊觀念，正在嘗試向IP方式轉(zhuǎn)變;就連與列車安全息息相關(guān)的列車自動(dòng)控制和列車狀態(tài)監(jiān)控，也已經(jīng)與IP技術(shù)密不可分。事實(shí)上，IP技術(shù)已經(jīng)成為軌道交通傳輸平臺的應(yīng)用主體和發(fā)展方向。目前，2 Mb/s G.703(E1)業(yè)務(wù)主要用于移動(dòng)通信中繼等通道。除了部分線路存在的音頻通道和少數(shù)存量的低速數(shù)據(jù)外，E1以下速率的業(yè)務(wù)已經(jīng)逐漸退出軌道交通站間應(yīng)用。

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋視頻監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、防災(zāi)報(bào)警、廣播、乘客信息發(fā)布等系統(tǒng)，并與列控、屏蔽門等進(jìn)行信息聯(lián)動(dòng)。目前的建設(shè)方案多采用千兆以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)方案，雖然它是一個(gè)具有大量以太網(wǎng)二層以上交換等高性能要求的系統(tǒng)，但卻經(jīng)常采用POS(packet over SDH)的方式掛在MSTP平臺上。一方面，因千兆以太網(wǎng)接口的引入，大幅度提高了MSTP平臺的系統(tǒng)線路速率;另一方面，大量的網(wǎng)絡(luò)交換功能卻明顯加大了MSTP平臺的實(shí)施難度，將一個(gè)適應(yīng)在E1業(yè)務(wù)為主的平臺上、共享長距離傳輸和部分網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的多業(yè)務(wù)平臺，轉(zhuǎn)化為一個(gè)以IP業(yè)務(wù)為主并強(qiáng)調(diào)E1業(yè)務(wù)功能的復(fù)雜系統(tǒng)，使容納了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的MSTP傳輸系統(tǒng)基本上不能采用低于10 Gb/s的線路速率。高速率的多業(yè)務(wù)平臺已經(jīng)成為承擔(dān)絕大部分以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的載體，而采用POS技術(shù)的MSTP網(wǎng)絡(luò)在環(huán)形組網(wǎng)、多節(jié)點(diǎn)、總線形式為常態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，難以滿足各種網(wǎng)絡(luò)層面的高性能和高要求。

2.2 無線通信系統(tǒng)

正在進(jìn)行修編的新版《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(征求意見稿)規(guī)定，“無線通信系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求宜采用數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)”。目前，各城市除了少量軌道交通線路使用專用頻道方式外，絕大部分運(yùn)營線路均采用集群無線通信系統(tǒng)(TETRA)，這似乎已經(jīng)成為地鐵無線通信的必然之選。

但是，目前在地鐵運(yùn)營管理中，大多存在TETRA維護(hù)部門不敢擴(kuò)大終端發(fā)放范圍而現(xiàn)場工作人員卻抱怨移動(dòng)通話手段不足的矛盾，其關(guān)鍵在于缺少一個(gè)整體性的軌道交通行業(yè)集群通信系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。由于缺乏行業(yè)性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃力度，集群設(shè)備的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)性能在很大程度上受制于設(shè)備生產(chǎn)商提供的設(shè)備條件和組網(wǎng)方案，已經(jīng)初步形成規(guī)模的城市軌道交通集群網(wǎng)絡(luò)因使用方缺乏足夠的手段來研究和制定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，給系統(tǒng)使用和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來不利的影響。

2.3 城際軌道交通系統(tǒng)

在以往單個(gè)城市的軌道交通建設(shè)中，線路的控制中心和線網(wǎng)的應(yīng)急指揮中心實(shí)施對各線路的統(tǒng)一運(yùn)營指揮、對系統(tǒng)的集中監(jiān)控和應(yīng)急協(xié)調(diào)指揮，而清分中心和分中心則分別實(shí)現(xiàn)軌道交通與公交之間及各線路之間的清分與結(jié)算。但是，在城際軌道交通線路開通后，由于動(dòng)車組在兩個(gè)城市之間存在統(tǒng)一調(diào)度的需求，需要在各自城市的線路控制中心之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，以確定城際軌道交通線路的最高指揮中心，而應(yīng)急指揮更牽涉兩個(gè)城市軌道交通的整個(gè)應(yīng)急體制。

同時(shí)，城際線路的時(shí)間、時(shí)鐘、各種系統(tǒng)制式的統(tǒng)一，也需要確定合理的原則以及可行的劃分。此外，在目前軌道交通清分中心與城市公交清分中心分層結(jié)算的基礎(chǔ)上，城際軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)需面對分屬于兩個(gè)城市的公交一卡通清算體制，各城市線路段內(nèi)運(yùn)營收入的清分和清算也將是一個(gè)需要研究的課題。在個(gè)別線路建設(shè)、同類線路不多、車站數(shù)量較少的情況下，上述問題尚可以通過專題討論的方式逐個(gè)研究解決，可一旦這種城際的軌道交通線路形成規(guī)模，缺乏必要的規(guī)范就會(huì)造成系統(tǒng)制式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)混亂，因此急需在標(biāo)準(zhǔn)層面、結(jié)合典型案例進(jìn)行分析和研究。

3 軌道交通弱電系統(tǒng)的完善與更新

3.1 建立分立的數(shù)據(jù)網(wǎng)平臺和綜合監(jiān)控系統(tǒng)

對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比重越來越大的軌道交通項(xiàng)目而言，參照鐵路通信設(shè)計(jì)規(guī)范，建設(shè)一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)網(wǎng)是較為合理的發(fā)展方向。軌道交通具有短距離、高帶寬、多節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，針對其以IP業(yè)務(wù)為主并兼顧E1和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型的實(shí)際情況，對接入網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)分網(wǎng)建設(shè)，將具有更好的網(wǎng)絡(luò)使用特性和更高的投資效率。而單一的MSTP平臺方案，在系統(tǒng)的適應(yīng)性、擴(kuò)展性和投資性價(jià)比上均難以占優(yōu)。

若采用數(shù)據(jù)網(wǎng)分立建設(shè)方案，SDH傳輸網(wǎng)的接口需求可大幅下降。該方案主要應(yīng)用于速率較低的10/100 Mb/s以太網(wǎng)、E1和其他低速業(yè)務(wù)，系統(tǒng)能夠在2.5 Gb/s以下水平實(shí)施，從而能以較低的投資和較簡單的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高可靠的E1及以下的業(yè)務(wù)連接，并能更好地適應(yīng)更多業(yè)務(wù)向IP業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的技術(shù)方向發(fā)展。

建設(shè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)網(wǎng)后，大量的IP業(yè)務(wù)(特別是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù))通過高性能的、可遠(yuǎn)程管理的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，采用光纖來自行直接組網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)按需分網(wǎng)構(gòu)建、合理配置、優(yōu)化管理的功能。相比目前較為常見的通過POS技術(shù)實(shí)現(xiàn)沿線車站視頻上傳和分發(fā)的方案，獨(dú)立的數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案比搭建在MSPT平臺上的方案具有更好的可實(shí)施性、系統(tǒng)擴(kuò)展性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比。同時(shí)，在軌道交通項(xiàng)目由單一城市建設(shè)向多方聯(lián)合建設(shè)和管理轉(zhuǎn)化時(shí)，這種性能明確、結(jié)構(gòu)獨(dú)立、功能集中、維護(hù)簡單的系統(tǒng)方案，能夠具備最為有效的網(wǎng)絡(luò)性能、系統(tǒng)擴(kuò)展能力和對于系統(tǒng)升級改造的適應(yīng)性，可降低系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)的難度。

3.2 引入GSM－R無線通信系統(tǒng)制式

隨著鐵道部進(jìn)入成都軌道交通建設(shè)運(yùn)營的行列，在地鐵新建線路中究竟采用何種無線制式是一個(gè)需要考慮的問題。從實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、規(guī)范網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的角度來說，與單設(shè)TETRA系統(tǒng)相比，成都地鐵采用在鐵路廣泛使用的GSM-R制式將十分有利，這不僅能很好地與國鐵網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通與技術(shù)資源共享，也能提高無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與實(shí)施質(zhì)量，降低使用成本。建議成都地鐵進(jìn)行兩者的比選，充分考慮采用GSM-R系統(tǒng)建設(shè)方案的可行性。同時(shí)，建議結(jié)合當(dāng)前軌道交通建設(shè)和運(yùn)營模式的變化，在《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中引入GSM-R制式。這將有利于從標(biāo)準(zhǔn)層面，對軌道交通無線通信的系統(tǒng)制式、系統(tǒng)功能、設(shè)備技術(shù)條件等提出相應(yīng)的規(guī)定，以促進(jìn)無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃質(zhì)量的提高和系統(tǒng)使用特性的完善。

3.3 實(shí)現(xiàn)城際軌道交通統(tǒng)一指揮與系統(tǒng)互通

以上海11號線花橋延伸項(xiàng)目為例，在既有申通集團(tuán)軌道交通應(yīng)急指揮中心和軌道交通清分中心的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)與江蘇省昆山和蘇州軌道交通的對接，就需要研究該線路在蘇滬兩地軌道交通車輛的統(tǒng)一調(diào)度，研究兩地調(diào)度在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)時(shí)的相互控制方案，這樣才能保證調(diào)度指揮系統(tǒng)在不同行政區(qū)域范圍內(nèi)資源的共享和協(xié)調(diào)。同時(shí)，只有理順城際線路在整個(gè)公交一卡通結(jié)算體制中的關(guān)系，落實(shí)跨區(qū)域的運(yùn)營收入清算方式和接口設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)合理的運(yùn)營收入分配，使城際線路實(shí)現(xiàn)良性運(yùn)作。

此外，城際線路較長，分界點(diǎn)情況復(fù)雜，行政區(qū)域各異，這些特點(diǎn)決定了城際鐵路往往需要分段進(jìn)行建設(shè)。就系統(tǒng)設(shè)備而言，為保證其車載信號、視頻監(jiān)控、無線通信、乘客信息、車輛狀態(tài)檢測等系統(tǒng)功能始終正常，在跟隨動(dòng)車組進(jìn)入相鄰城市區(qū)域運(yùn)行以后，必須實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備在相鄰城市區(qū)段內(nèi)與地面設(shè)備的制式統(tǒng)一，保證信號覆蓋方式兼容。因此，各城市之間需廣泛開展技術(shù)協(xié)調(diào)或編制統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，保證系統(tǒng)互連互通和功能協(xié)調(diào);同時(shí)，研究和解決跨城市設(shè)備的分段管理和集中維修，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)語

隨著鐵道部介入成都市的軌道交通建設(shè)管理以及滬蘇、廣佛城際地鐵建設(shè)新模式的出現(xiàn)，城市軌道交通正由以往的“孤島”模式朝著城際網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)、分段屬地化管理、國鐵與城市軌道交通“無縫連接”模式發(fā)展。因此，必須根據(jù)新的發(fā)展特點(diǎn)，對弱電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)制式、指揮和管理模式等開展進(jìn)一步的比選和優(yōu)化研究，以便為提升軌道交通的服務(wù)特性提供技術(shù)上的保證。

［1］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［2］TB 10006—2005鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］TB 10621—2009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［4］《鐵道部、成都市人民政府關(guān)于推進(jìn)成都市域軌道交通建設(shè)的框架協(xié)議》簽字儀式今日舉行［EB/OL］.(2010-05-12) ［2010-11-01］.http://www.chengdu.gov.cn/GovInfoOpens2/detail_allpurpose.jsp?id=vQ823bv2Pzica 4jhDhA4.

［5］我市與鐵道部簽推市域軌道交通建設(shè)協(xié)議［NB/OL］.成都 日 報(bào) (2010-09-04) ［2010-11-01］.http://www.chengdu.gov.cn/PublicService/LegalServices/detail.jsp?id=348497.

［6］滬軌交11號線花橋段延伸項(xiàng)目獲批準(zhǔn):2012年底連通昆山［EB/OL］.(2010-10-12) ［2010-11-01］.http://www.sh.chinanews.com.cn/PageUrl/201010121116417.html.

［7］景巖.論地鐵通信傳輸系統(tǒng)［J］.鐵道通信信號，2006，42(6):54-56.