甘 銳

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廣州新型有軌電車試驗段通信系統(tǒng)簡析與優(yōu)化

甘 銳

摘 要：隨著現(xiàn)代有軌電車的快速發(fā)展，作為保障行車服務、提高服務質(zhì)量和管理水平的通信系統(tǒng)建設方式也呈多樣化。文章針對廣州新型有軌電車試驗段通信系統(tǒng)的設計方案和建設模式進行了闡述，并對其通信系統(tǒng)的設計方案與功能優(yōu)化提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：有軌電車；通信系統(tǒng)；優(yōu)化

甘銳：廣州有軌電車有限責任公司，工程師，廣東廣州510380

0　引言

廣州新型有軌電車試驗段工程為廣東省第1條現(xiàn)代有軌電車運營線路。試驗段工程從萬勝圍至廣州塔，全長7.7 km，共11座車站，于2014年12月31日投入試運營。

城市軌道交通通信系統(tǒng)由專用通信、民用通信及公安通信3大部分組成。由于有軌電車均為地面線路，因此無需單獨建設民用通信系統(tǒng)。公安通信主要包括無線系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)，廣州地鐵公安統(tǒng)一使用市政務網(wǎng)，無需重復建設，加之有軌電車車站為全覆蓋設計，可將視頻監(jiān)控與公安監(jiān)控合二為一，因此，有軌電車通信系統(tǒng)僅包含專用通信系統(tǒng)。

試驗段工程通信系統(tǒng)是有軌電車指揮、運行、組織運輸生產(chǎn)的神經(jīng)系統(tǒng)，是提高運輸效率、傳遞交通信息的重要設施，并為運營管理及乘客提供有效的服務保障。通信系統(tǒng)的系統(tǒng)功能配置及質(zhì)量將直接關(guān)系到有軌電車的運營管理效率。

1　試驗段通信系統(tǒng)簡析

試驗段工程通信系統(tǒng)由以下9個子系統(tǒng)組成：無線調(diào)度系統(tǒng)、傳輸通信系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)和有線電話系統(tǒng)。

1.1無線調(diào)度系統(tǒng)

無線調(diào)度系統(tǒng)為有軌電車固定用戶與移動用戶之間、移動用戶與移動用戶之間提供可靠的通信手段。根據(jù)有軌電車運營管理的實際情況，還應滿足管理所必需的調(diào)度通信，為確保行車安全，提高運營效率和管理水平，改善服務質(zhì)量，應對突發(fā)事件的調(diào)度指揮提供通信手段。本試驗段無線調(diào)度系統(tǒng)使用廣州電信800 M 政務網(wǎng)，調(diào)度臺及手持臺為甲購方式，停車場配置了行車調(diào)度與設備調(diào)度2個調(diào)度臺，共配置75臺手持臺。

通過租用政務網(wǎng)實現(xiàn)有軌電車無線調(diào)度系統(tǒng)功能，無需投入建設成本且網(wǎng)絡后續(xù)維護有可靠保障。后續(xù)線路建議沿用租用政務網(wǎng)的建設模式，待線路路徑確定后全面開展信號場強測試，結(jié)合測試報告提出完善措施及總體信號覆蓋要求。

1.2傳輸通信系統(tǒng)

傳輸通信系統(tǒng)作為試驗段工程通信系統(tǒng)的基礎網(wǎng)絡，為其他通信子系統(tǒng)及信號系統(tǒng)、票務系統(tǒng)、SCADA 等專業(yè)提供了可靠的、冗余的、可重構(gòu)的、靈活的信道，并將成為保證有軌電車運行所必需信息的傳輸媒體。試驗段傳輸通信系統(tǒng)共7個傳輸設備點，包括5個車站、1個調(diào)度中心和1個新造車輛段，每個車站下掛2個工業(yè)級交換機。

該試驗段為廣州第1條采用“節(jié)點+工業(yè)交換機”組網(wǎng)模式的軌道交通線路。這一傳輸模式充分結(jié)合了有軌電車特有的組網(wǎng)特點，設備組網(wǎng)上減少了6個節(jié)點，軌道交通線路造價成本上至少可節(jié)約25% 的概算。該模式能提供的端口數(shù)量遠遠大于全節(jié)點組網(wǎng)模式，并能提供單、多模光口、千兆以太網(wǎng)接口，端口類型完全可以滿足接入系統(tǒng)的需求，后續(xù)線路可繼續(xù)沿用“節(jié)點+工業(yè)交換機”組網(wǎng)模式。

1.3不間斷電源系統(tǒng)

不間斷電源系統(tǒng)為通信各子系統(tǒng)及信號、售檢票系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源保證，當外供交流電停電時，能夠自動啟動備用蓄電池為系統(tǒng)設備提供不間斷電源。試驗段不間斷電源系統(tǒng)主機結(jié)合各車站的負載容量配置，車站分為30 kVA 及40 kVA 兩個型號，停車場為100 kVA。電池均按2組配置，后備時間統(tǒng)一為2 h，負載分別為通信、信號及售檢票3大系統(tǒng)。

1.4視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是保證軌道交通行車組織和運輸安全的重要設備，該系統(tǒng)為調(diào)度中心調(diào)度員、值班員等提供有關(guān)列車運行、防災救災、客流情況及社會治安等方面的視覺信息，同時為地鐵公安提供實時的監(jiān)控需求。系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡高清攝像機、網(wǎng)絡存儲設備、視頻服務器及相關(guān)軟件組成，其中傳輸通道由傳輸系統(tǒng)提供。

試驗段視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用“車站存儲+中央存儲”的模式，并采用 PC 端監(jiān)控終端的模式，攝像頭基本采用光傳輸模式。有軌電車因車站無專人值守，視頻監(jiān)控可有效提高運營管理的效率。

1.5廣播系統(tǒng)

廣播系統(tǒng)是調(diào)度中心調(diào)度人員和現(xiàn)場值班員向乘客通告有軌電車運行及安全、向?qū)У确招畔?，向工作人員發(fā)布作業(yè)命令和通知的通信設備，同時用于在發(fā)生緊急情況時指導疏散乘客。

廣播系統(tǒng)由中心級（含停車場）、車站級廣播2部分組成。中心級廣播系統(tǒng)與各車站通過有線傳輸網(wǎng)連接，構(gòu)成1個多站址的網(wǎng)絡化廣播系統(tǒng)，可實現(xiàn)中心對全線各站廣播設備的遙控、遙測和管理。語音和數(shù)據(jù)均采用一路10 M /100 Mbit/s 以太網(wǎng)總線方式傳輸。

1.6乘客信息顯示系統(tǒng)

乘客信息顯示系統(tǒng)（PIDS）通過設置中央播控系統(tǒng)、車站/車輛顯示系統(tǒng)、車地無線通信系統(tǒng)及車輛視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)了旅客服務質(zhì)量的提高及各類重要信息的實時傳遞。

1.7時鐘系統(tǒng)

時鐘系統(tǒng)為試驗段其他系統(tǒng)設備提供統(tǒng)一的時間信號，使各系統(tǒng)定時設備與本系統(tǒng)同步，還為調(diào)度中心調(diào)度員、相關(guān)部門工作人員、其他運營人員及乘客提供統(tǒng)一標準時間信息。全線時鐘系統(tǒng)采用調(diào)度中心一級組網(wǎng)方式，在調(diào)度中心新設一級母鐘、北斗 GPS 天線，在全線各設備站通過傳輸系統(tǒng)提供對時信號，從而實現(xiàn)對全線時鐘系統(tǒng)設備的統(tǒng)一管理。

1.8計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)

計算機網(wǎng)絡為停車場及車站提供辦公網(wǎng)絡，并由停車場統(tǒng)一接入廣州地鐵辦公網(wǎng)，通過地鐵總公司外部出口訪問互聯(lián)網(wǎng)。通過接入廣州地鐵辦公網(wǎng)可以登錄辦公自動化系統(tǒng)、郵箱系統(tǒng)等總公司信息系統(tǒng)，且無需申請外部網(wǎng)絡帶寬，既節(jié)約建設費用又提高了辦公效率，后續(xù)線路可繼續(xù)沿用此組網(wǎng)模式。

在試驗段停車場的辦公室、設備用房等處統(tǒng)一設超5類信息插座，為停車場內(nèi)數(shù)據(jù)、圖像提供標準的、統(tǒng)一的、可靈活設置的通道。所有的信息插座通過超5類電纜和安裝在配線間的 EDF 配線架相連接，并根據(jù)不同的需求在配線架上進行跳接。為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，交換機與交換機、配線架與交換機之間均采用原裝跳線實現(xiàn)，配線間匯聚交換機與弱電設備室的云計算平臺核心交換機之間采用8芯單模光纜連通。

1.9有線電話系統(tǒng)

試驗段有線電話系統(tǒng)采用軟交換設備組網(wǎng)，按“中心交換節(jié)點+接入節(jié)點”兩級結(jié)構(gòu)設計組網(wǎng)方案。在本工程調(diào)度中心通信設備室設中心軟交換設備（Softswitch）、中繼/信令網(wǎng)關(guān)（TG/SG）、網(wǎng)管服務器、應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、以太網(wǎng)交換機等，負責完成本線電話業(yè)務的控制及處理。系統(tǒng)接入廣州地鐵公務電話系統(tǒng)，并預留與其他后期線路、公眾電話網(wǎng)用戶的互通。

試驗段有線電話通過廣州地鐵公園前控制中心的數(shù)字程控交換機接入廣州電信，號碼資源分為內(nèi)線與外線，其中外線電話100門，內(nèi)線電話1000門，并在每個車站配置2套可視電話，為運營管理提供了很大的便利。有線電話直接接入廣州地鐵線網(wǎng)再出局的方式減少了租用中繼的費用，并可實現(xiàn)在整個總公司范圍內(nèi)撥打內(nèi)線。該組網(wǎng)方式較為經(jīng)濟實用，建議繼續(xù)沿用。

調(diào)度中心設置錄音設備，對各值班臺的通話、廣播系統(tǒng)調(diào)度中心的播音、重要監(jiān)聽等內(nèi)容進行錄音。同時在調(diào)度中心設置網(wǎng)管系統(tǒng)，網(wǎng)管具有配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等功能，可完成對軟交換系統(tǒng)的監(jiān)測、控制和管理。

2　通信系統(tǒng)優(yōu)化建議

2.1無線調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化

（1）手持臺優(yōu)化。試驗段工程列車司機與調(diào)度通話均為手持臺，因其電池使用受限，建議后續(xù)線路中每列車安裝2臺車載臺，車載臺相對手持臺能有較穩(wěn)定的電源及更加可靠的無線信號，通話質(zhì)量更為優(yōu)越。因此，應確保列車司機優(yōu)先使用車載臺，將手持臺作為車載臺的后備模式。

（2）調(diào)度臺優(yōu)化。目前調(diào)度臺通過 PC 端配置麥克風通話，通話時需用鼠標按住選擇組直至通話結(jié)束才釋放鼠標。建議后續(xù)調(diào)度臺配置數(shù)字電話，并直接在數(shù)字電話的界面上配置通話組按鍵，或采用 PC 端與麥克風增加通話按鈕。

2.2傳輸系統(tǒng)優(yōu)化

傳輸系統(tǒng)以光纜作為主干信息傳送的載體，且各車站之間都需要有連接點，在設計階段需優(yōu)化熔纖類型。當整條光纜處連接點超過15個車站時建議采用直熔的模式，這樣可減少1倍的接頭并降低不少于50% 的光信號衰減。

試驗段工程區(qū)間需敷設光纜的專業(yè)有供電、通信和信號。為提高系統(tǒng)資源使用效率，減少工程投資成本，后續(xù)線路可考慮區(qū)間光纜優(yōu)化，將3大專業(yè)在路徑一致的區(qū)段全部共用光纜，需求階段匯總纖芯需求，按冗余原則配置好纖芯，以減少區(qū)間光纜數(shù)量及綜合管線數(shù)量。

2.3不間斷電源系統(tǒng)優(yōu)化

試驗段后備時間各負載均按2 h 配置，為提高電池供電效率，后續(xù)線路可將 UPS 負載后備時間分級設置，將各接入負載按系統(tǒng)對運營的影響特征分為一類和二類，一類負載按2 h 后備時間配置，二類按半小時配置。為實現(xiàn)總體電池功能，可將 UPS 主機新增1個計時器，按優(yōu)化的后備時間配置后適當降低電池的容量配置，提高電池供電的總體效率。有軌電車車站設備房比地鐵相對受限，車站電池的配置可以考慮在同等容量和性能的條件下選擇尺寸較小的品牌及型號，以減少車站設備房的占地面積。

試驗段監(jiān)控與車地無線 AP 均由 UPS 提供電源，各單電源線纜分別敷設。為提高資源使用效率，在后續(xù)線路中可考慮所有區(qū)間使用 UPS 電源統(tǒng)一敷設電源線，在容量滿足的前提下分別接入主電源線，從而減少材料采購及管線數(shù)量。

2.4視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化

（1）顯示屏連接方式優(yōu)化。本工程調(diào)度大廳配置了2塊46英寸顯示大屏，顯示屏的信號源通過解碼器及合成器上傳。從運營近1年的故障統(tǒng)計可發(fā)現(xiàn)增加了解碼器與合成器后故障率較高，主要原因為解碼器穩(wěn)定性較低且中間接口較多。為提高設備運行的穩(wěn)定性，建議后續(xù)工程監(jiān)控大廳顯示屏直接連接監(jiān)控服務器的 VGA 接口。

（2）攝像頭調(diào)取方式優(yōu)化。本工程監(jiān)控終端配置PC 界面，通過點擊調(diào)取攝像頭，攝像頭的切換不夠靈活。為方便調(diào)度員實時調(diào)取，可通過配置操作鍵盤將每1路監(jiān)控編號，調(diào)度員需要提取任何1支攝像頭時，只需輸入編號即可實現(xiàn)大屏幕顯示功能。

（3）攝像頭支架美化。車站攝像頭支架可在保障牢固性的前提下進一步美化，使立桿及支架小型化，顏色與車站裝修風格保持一致并于出廠前完成噴漆。托架設計時應考慮旋轉(zhuǎn)功能，確保攝像頭能多方位靈活調(diào)整。

（4）監(jiān)控立桿優(yōu)化。本工程在行人過軌處配置了監(jiān)控點，為減少監(jiān)控立桿的數(shù)量，后續(xù)工程需考慮將行人過軌視頻監(jiān)控信號燈的立桿及電源線集成使用，利用原有的人行路口信號燈桿，并配置球機監(jiān)控設備以提高監(jiān)視范圍的靈活性。行人監(jiān)控立桿與信號燈的立桿共用效果見圖1。

（5）交通監(jiān)控優(yōu)化。試驗段工程監(jiān)控系統(tǒng)包含通信系統(tǒng)視頻監(jiān)控、信號交通工程監(jiān)控2部分，交通路口均為交通工程監(jiān)控覆蓋。后續(xù)線路設計可將交通工程監(jiān)控直接納入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一傳輸路徑、減少內(nèi)部接口點的目的，便于車站及區(qū)間監(jiān)控從車輛段傳送至地鐵公安，路口監(jiān)控通過租用運營商光路從車輛段傳送至交警大隊。

圖1　行人過軌監(jiān)控與信號燈立桿合用效果圖

2.5廣播系統(tǒng)優(yōu)化

（1）車站喇叭優(yōu)化。試驗段工程廣播系統(tǒng)從功能角度基本滿足運營的實際需求，本車站共10個3 W 的喇叭，上下行各5個，40 m 的站臺配置比較充足。建議后續(xù)線路車站上下行不多于3個喇叭，并按5～6+W 的功率配置，在上下行站臺各安裝1個噪聲感應器以提高音頻質(zhì)量。

（2）報文數(shù)據(jù)包優(yōu)化。為實現(xiàn)靈活的運營模式，建議信號系統(tǒng)發(fā)送給廣播的報文中包含大小交路、是否越站功能的數(shù)據(jù)包，以滿足動態(tài)線路運營圖的需要，從而實現(xiàn)大小交路運行的廣播提示，進一步提高運營服務質(zhì)量。

（3）音頻話筒優(yōu)化。調(diào)度大廳廣播操作臺目前都是通過音頻話筒人工廣播，后續(xù)線路需考慮為音頻話筒增加外部音源接口，直接通過 USB 接口設備實現(xiàn)音源播放。

（4）引入數(shù)字廣播。隨著芯片集成化的發(fā)展，數(shù)字廣播成為軌道交通的發(fā)展趨勢，其最大優(yōu)勢為抗干擾能力強、傳輸距離遠、音質(zhì)較高等。為減少車站設備房的設備占用空間并降低用電，后期新線建設可提出數(shù)字廣播的需求，并要求其具備循環(huán)播放、定時播放、遠程語音文件傳輸、外接音源等功能。

此外，為增加停車場的總體藝術(shù)感，停車場喇叭可考慮采用地埋式（工藝式）或者壁掛式。

2.6乘客信息顯示系統(tǒng)優(yōu)化

受無線帶寬限制，本工程每列車只能查詢2路監(jiān)控，后期線路設計需提高無線帶寬以實現(xiàn)不少于4路監(jiān)控的實時查詢。無線網(wǎng)絡優(yōu)先使用信號系統(tǒng)，并預留WiFi 實現(xiàn)車地無線需求。通過采用 WLAN 技術(shù)將所有車地業(yè)務優(yōu)化成1套網(wǎng)絡，通過服務集標識（ SSID） 區(qū)分各業(yè)務，并根據(jù)系統(tǒng)的重要性設置不同級別，實現(xiàn)信號無線網(wǎng)、PIDS無線網(wǎng)、WiFi 無線網(wǎng)絡三網(wǎng)合一。

2.7時鐘系統(tǒng)優(yōu)化

試驗段時鐘系統(tǒng)較為簡單，系統(tǒng)設置功能比較全面，安裝及調(diào)試過程均比較順利。系統(tǒng)自投入使用以來運行非常穩(wěn)定，后續(xù)線路的時鐘系統(tǒng)可沿用試驗段一級時鐘系統(tǒng)與數(shù)字、模擬子鐘組網(wǎng)的模式。

2.8計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)優(yōu)化

停車場各房間網(wǎng)絡面板與電源面板為2套圖紙，因施工工期緊張，造成網(wǎng)絡面板與電源面板有部分未能完全集中，影響了辦公室內(nèi)部布線。后期工程需將網(wǎng)絡、電源設計的2套圖紙整合，使二者完全吻合。

2.9有線電話系統(tǒng)優(yōu)化

調(diào)度大廳各調(diào)度臺參照地鐵的模式配置了有線數(shù)字調(diào)度臺，但由于有軌電車車站無人值守，數(shù)字調(diào)度臺只能充當普通電話使用，無法發(fā)揮其應有的功能，因此建議后期線路取消數(shù)字調(diào)度臺。

3　其他相關(guān)建議

隨著有軌電車線網(wǎng)的發(fā)展，可考慮在各停車場之間建立可視電話會議系統(tǒng)。

通信各子系統(tǒng)均配置了設備維護終端，查詢設備故障時需每個終端逐一檢查確認。為提高設備維護效率，可考慮配置集中告警系統(tǒng)，將各個子系統(tǒng)的故障實時信息以及信號系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)、供電系統(tǒng)的設備運行信息統(tǒng)一發(fā)送至集中告警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可安裝于設備調(diào)度處，以統(tǒng)一設備故障管理、優(yōu)化調(diào)度大廳布置、減少調(diào)度大廳的使用終端。

試驗段區(qū)間立桿主要有限速標、信號 AP、路燈、視頻監(jiān)控、WiFi AP 桿等。立桿尚無固定標準，顏色、型號均不統(tǒng)一，并且立桿過多影響城市環(huán)境。后期線路建議將所有立桿統(tǒng)一顏色、高度、型號，實現(xiàn)一桿多用，不同類型的設備可通過立桿分層安裝實現(xiàn)各自功能。

試驗段電纜井及設備均安裝于兩側(cè)，該方式增加了電纜井數(shù)量，使綜合管線基礎開挖量大且過軌管線較多。后期線路建議將綜合管線及電纜井敷設于軌道中間，并將各類立桿整合后布置于軌道中間，減少過軌管線數(shù)量和區(qū)間設備安裝管線的工作量。

4　結(jié)論

廣州新型有軌電車試驗段工程榮獲廣東省宜居環(huán)境獎，通信系統(tǒng)在系統(tǒng)組網(wǎng)及功能設計中大膽地開展了以下工程應用創(chuàng)新：傳輸系統(tǒng)采用“節(jié)點 + 交換機”的組網(wǎng)模式；廣東省首次城市軌道交通無線調(diào)度采用城市集群共網(wǎng)；集中式的 UPS 供電方式；通信、信號統(tǒng)一車地無線網(wǎng)絡及設置站臺可視電話。但在后期的線路建設中仍可進一步優(yōu)化，真正使系統(tǒng)建設最大程度地滿足運營功能的需要并實現(xiàn)資源的最大整合，在不影響服務質(zhì)量的前提下降低工程造價，體現(xiàn)出有軌電車作為不同于地鐵與公交的第三套交通系統(tǒng)的價值。

參考文獻

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責任編輯 李媛芳

Analysis and Optimization of Telecommunication System for Tram Test Section in Guangzhou

Gan Rui

Abstract:With the rapid development of modern tram, the construction modes of the telecommunication system also has a variety of ways, which works as the guarantee of train operation service, improvement of the service quality and management level. The paper describes the design scheme and construction mode of the telecommunication system of the new type tram test section in Guangzhou, and puts forward some suggestions on the design of the telecommunication system and the optimization of its function.

Keywords:tram, telecommunication system, optimization

中圖分類號：U482.1：TN91

收稿日期2015-12-25