權朝暉

(陜西城際鐵路有限公司，陜西 西安 712000)

0 引 言

隨著中國城市化進程加速，城市地鐵建設規(guī)模不斷擴大，延長線項目越來越多。地鐵延長線建設，軌道和車站等土建項目施建設比較簡單，但對于綜合監(jiān)控、信號、FAS、BAS、通信等系統(tǒng)類機電工程專業(yè)，因為延長線與既有線建設間隔周期不一樣，就需考慮延伸線與既有線路是否共用控制中心、原有各系統(tǒng)設備是否可以采購、原有系統(tǒng)設備是否滿足現(xiàn)在運營需求、延伸線的車站數(shù)量等因素[1]，技術實施方案有所不同，因此，探討地鐵延伸線專用通信系統(tǒng)的技術對項目建設有指導借鑒作用。

西安地鐵2號線二期在一期運營10年后才開始修建，一期的專用通信系統(tǒng)的傳輸設備、PIS設備、CCTV等設備已經(jīng)不能滿足實際需要，需要進行大量改造。14號線是在機場線運營1年后開始修建，為了方便后期運營管理以及節(jié)約成本，延長線與既有線路共用控制中心、延長線通信系統(tǒng)各子系統(tǒng)接口及通信與外部系統(tǒng)接口與機場線保持一致。延長線所有業(yè)務均接入機場線控制中心。雖然都是在原有線路基礎上延長，增加站點，每個子系統(tǒng)建設都需要獨立考慮如何建設。

1 延伸線的技術方案

在地鐵專用通信的子系統(tǒng)中，與行車相關系統(tǒng)有傳輸、LTE車地無線、調度電話、無線、電源、時鐘；面向乘客系統(tǒng)有廣播、乘客信息(PIS)；為地鐵運營服務的公務電話、CCTV等專業(yè)。

1.1 傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)實施方案

傳輸系統(tǒng)是為其他通信子系統(tǒng)和信號、綜合監(jiān)控、AFC、FAS、BAS等專業(yè)提供業(yè)務通道的系統(tǒng)，網(wǎng)絡結構為復用段保護環(huán)，采用的設備類型有MSTP、OTN、PTN等。

傳輸設備采用ITU技術標準，不同廠家的設備接口標準一致，延長線可以根據(jù)實際需要組網(wǎng)，地鐵傳輸?shù)闹饕饔檬强刂浦行南蚋鱾€車站之間一點對多點傳送信息、或者是控制中向車輛段(停車場)點對點間傳送信息[2]。

地鐵延伸線與既有線傳輸承載的業(yè)務基本類別相同，業(yè)務類型為點對點(E-LINE)或者總線式(E-Tree)。

西安地鐵2號線一期的傳輸以MSTP設備組成一個帶寬為5G的二纖雙向復用段保護環(huán)，目前5G的帶寬已經(jīng)不能滿足實際需求，在二期建設中，對一期傳輸進行全部替換，一期和二期傳輸設備保持一致。西安地鐵14號線傳輸設備與機場線設備同為華為的產品，但機場線使用OSN7500組成一個帶寬20G復用段保護環(huán)，14號線采用OSN1800V設備，為了確保14號線傳輸網(wǎng)絡接入機場線傳輸網(wǎng)絡，在機場線控制中心增加一套OSN1800V設備。因此延長線傳輸網(wǎng)絡建設可以與既有線采用同種設備型號，也可以采用不同設備。

(1)延伸線與既有線采用同種設備

優(yōu)點：組網(wǎng)簡單，融合度高、能滿足實際需求。

缺點：延長線路與既有線路間隔時間長，通信技術發(fā)展很快，既有設備技術落后，市場被淘汰，全網(wǎng)改造傳輸網(wǎng)絡費用高。

(2)采用與既有線路完全不同的技術及設備

優(yōu)點：采購招標比較容易。

缺點：

①如果兩套傳輸設備為不同廠家，延長線網(wǎng)絡不能采用既有網(wǎng)管，購買一套網(wǎng)管服務器并安裝與新增設備匹配的網(wǎng)管軟件；需每個系統(tǒng)在控制中心需增加交一臺換機，傳輸系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之前有兩次接口互聯(lián)。

每個系統(tǒng)增加交換機擴充與傳輸設備的接連接方式見圖1。

圖1 擴充交換機與傳輸設備連接示意圖

為了保證其他系統(tǒng)能安全接入控制中心，在控制中心核心機房，給每個系統(tǒng)再配置一臺交換機，完全可以解決延長線設備與既有線設備同時接入控制中心核心設備的接入問題。

②如果兩套傳輸設備為同一廠家但不同型號，設備技術兼容性差，可以與既有線共用網(wǎng)管。

在14號線建設中，機場線控制中心原有設備為一套華為OSN7500II型設備，所有到控制中心業(yè)務都是從此設備落地，14號線新增站點采用的是華為OSN1800V設備，兩套設備不兼容，但是業(yè)務單板采用ITU標準，接口一致。為了將14號線的業(yè)務接入機場線控制中心，且對原有業(yè)務影響最小便于割接進行，在機場線控制中心新增一套OSN1800V設備，在機場線既有線OSN7500II設備上擴容兩塊SL16單板(兩塊互為熱備)，將業(yè)務傳送到7500II設備上再通過PQ1板卡用來將接入的2 m業(yè)務落地；擴容兩塊EX2(兩塊互為熱備)，將14號線以太網(wǎng)業(yè)傳送到7500II設備上通過原有機場線各業(yè)務端口落地完成接入。

1.2 LTE車地無線系統(tǒng)實施方案

LTE車地無線系統(tǒng)能夠在高速移動狀態(tài)(不小于120 km/h)條件下，在地面和車輛之間提供寬帶數(shù)據(jù)無線傳輸服務，為CBTC信號列控信息(雙向)、車載PIS流媒體、車載CCTV、列車運行狀態(tài)信息、列車緊急文本信息以及集群調度提供符合業(yè)務指標需求的無線帶寬[3]。

基于LTE-M系統(tǒng)架構開發(fā)LTE車地無線綜合通信系統(tǒng)完全滿足中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的《城市軌道交通基于通信的列車運行控制系統(tǒng)(CBTC)接口規(guī)范-互聯(lián)互通接口規(guī)范》(中城裝備[2015]55號文)、(中城裝備[2015]100號文)中的相關要求[4]。

LTE網(wǎng)絡設備間的互聯(lián)互通，需要解決2個方面的問題。

首先要保證空口的互聯(lián)互通，即不同線路的TAU可以相互接入到對方的LTE車地通信地面系統(tǒng)中，滿足傳輸時延、切換時延和帶寬等性能指標，滿足要求下確保注冊、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，讓列車可以自由的在不同線路之間運行。

數(shù)據(jù)終端和LTE基站之間的接口稱為空口(Uu口)，是3GPP標準接口；核心網(wǎng)之間的互聯(lián)互通需要開放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，這三個接口也都是3GPP標準的接口。

LTE車地無線通信系統(tǒng)是完全基于3GPP標準和LTE-M標準，因此Uu接口、S5接口、S10接口和S6a接口都是開放的，只要后續(xù)其他線路的LTE系統(tǒng)所采用的設備滿足LTE-M標準，如果既有線預留足夠的接口，就能實現(xiàn)與后續(xù)其他線路的互聯(lián)互通。延長線的LTE系統(tǒng)，有三種方式可以實現(xiàn)與既有線互通。

(1)新增站點的BBU與RRU與既有線路完全一致設備，各站點的BBU接入既有系統(tǒng)的核心網(wǎng)設備。

優(yōu)點：該技術組網(wǎng)比較簡單，技術融合度高。

缺點：采購設備受限，采購方式只能采用唯一采購來源，價格容易受設備廠家控制。

(2)新增站點的BBU與RRU與原有站點設備廠家不一致，但新采購設備滿足接入既有核心網(wǎng)。

優(yōu)點：采購設備方式靈活。

缺點：后期運維人員需學習不同廠家的BBU和RRU技術，采購不同廠家的備件，備件費用較大。

(3)新增一套LTE核心網(wǎng)設備，新增站點BBU與RRU與原有設備不一致。

優(yōu)點：對既有系統(tǒng)依賴度比較小

缺點：新增LTE核心網(wǎng)需要和信號、車輛、PIS、車載CCTV等重新約定接口標準，技術相對復雜;投資費用大；運維復雜。

在西安機場線LTE車地無線系統(tǒng)建設中，已經(jīng)為延伸線地鐵14號線預留接口，所以LTE車地無線系統(tǒng)采用既有LTE系統(tǒng)所采用的站點設備進行擴容。

1.3 PIS(乘客信息顯示系統(tǒng))實施方案

PIS(乘客信息系統(tǒng))是以多媒體網(wǎng)絡技術為基礎，以計算機系統(tǒng)為核心，通過設置在站廳、上下行站臺、出入口、列車客室等位置的顯示屏，讓乘客及時準確地了解電客車運營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)、車站子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)構成。從控制功能上分為信息源、中心播出控制層、車站(列車)播出控制層和車站(列車)播出設備四個層次。

控制中心子系統(tǒng)作為PIS系統(tǒng)的核心，要實現(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和轉發(fā)、信息編輯處理、播出計劃制訂及信息發(fā)布控制；整個PIS公共信息的發(fā)布和播出；操作員接收、編輯、儲存及發(fā)送各類信息至前端設備；緊急文本下發(fā)；控制中心編輯軟件可以直接對各車站LCD播放版面、車站LED播放版面、查詢機的查詢頁面、車載LCD播放版面進行修改，編輯后可直接發(fā)布至前端設備；除此還有系統(tǒng)管理、磁盤空間管理以及運行日志管理等功能。

PIS控制中心子系統(tǒng)作為PIS的核心，與綜合監(jiān)控、信號ATS、時鐘、CCTV、傳輸、LTE車地無線系統(tǒng)等專業(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)的各項功能和接口需求，控制中心硬件設備有網(wǎng)管服務器、視頻流服務器、編/解碼器、接口服務器等。

車站子系統(tǒng)從控制中心接收發(fā)布的內容信息，通過播放控制器對本站的所有LCD顯示屏、LED屏、觸摸查詢終端進行播放，并對本站所有設備進行統(tǒng)一的控制和管理。

根據(jù)以上分析，軌道交通延伸線各個車站的PIS系統(tǒng)建設有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)管服務器、視頻流服務器、編/解碼器、接口服務器等設備。

優(yōu)點：采購招標簡單，廠家不唯一，利于后期擴容改造；

缺點：需采購控制中心網(wǎng)管服務器、視頻流服務器、編/解碼器、接口服務器等，費用高；接口比較多，需要和綜合監(jiān)控、信號ATS、傳輸、時鐘等專業(yè)協(xié)商接口方案，修改其他專業(yè)軟件；后期運營比較麻煩，下發(fā)文本、視頻等信息時需要在不同的網(wǎng)管操作。

(2)利用線控制中心既有網(wǎng)管服務器、視頻流服務器、編/解碼器、接口服務器等設備，原有PIS廠家開放系統(tǒng)接口，延長線各車站采用其他廠家視頻播放軟件。

優(yōu)點：費用比較少、與其他專業(yè)接口少。

缺點：需要既有線乘客信息系統(tǒng)提供提供控制中心PIS的軟件接口，延長線設備廠家進行軟件整合。

(3)延長線各個車站采用既有線車站技術方案，產品保持一致。

優(yōu)點：方便維護、費用低。

缺點：廠家唯一，招標不方便。

因此，延伸線PIS系統(tǒng)建設，應充分考慮延伸線與既有線間隔時間、既有線軟件使用情況，如果延伸線與既有線間隔時間較長，可以在控制中心增加一套控制中心子系統(tǒng)設備和軟件，確保延伸線和既有線獨立，并未后期既有線改造升級做準備，延伸線各車站與控制中心新建子系統(tǒng)采用相同的播控軟件；如果延伸線與既有線間隔時間較短，從建設成本和運營維護方便考慮，延伸線與既有線原有各車站系統(tǒng)方案保持一致。對延伸線PIS系統(tǒng)各車站的終端類設備，比如查詢機、LCD顯示屏、各出入口LED屏等設備，可以不必與既有線相同。

1.4 專用無線實施方案

地鐵延伸線一般與既有線為一個控制中心指揮調度，統(tǒng)一管理，共用調度系統(tǒng)，因此，延長線需和既有線保持一致，在調度大廳擴容調度臺，確保延伸長車站(或車場)調度用戶的覆蓋。如果延伸線不納入既有線統(tǒng)一運行，就需要再獨立設置核心網(wǎng)。新設置的核心網(wǎng)與既有線核心網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)級互聯(lián)互通[5]。

因此，延伸線有線調度電話系統(tǒng)均采用既有調度系統(tǒng)擴容方式。

1.5 專用電話實施方案

延長線如果納入既有線統(tǒng)一運行，那么延長線就要與既有線共用1套調度系統(tǒng)，延長線和既有線設備保持一致，即對既有調度系統(tǒng)進行擴容，實現(xiàn)延伸線車站(或車場)調度用戶的覆蓋[6]。

1.6 廣播系統(tǒng)實施方案

控制中心或車站的廣播系統(tǒng)控制功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)，在控制中心廣播系統(tǒng)是供中心調度人員使用，在各車站是供站務室值班人員使用。為了便于調度和站務使用，避免增加廣播與綜合監(jiān)控之間的接口，延伸線廣播系統(tǒng)設備和既有線保持一致。

1.7 CCTV系統(tǒng)實施方案

CCTV與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)之間存在接口關系，為了方便，延伸線的CCTV系統(tǒng)采用與既有線相同的設備，如果延伸線需要更換CCTV系統(tǒng)軟件，需要在控制中心配置1套CCTV操作控制臺，與PIS、CCTV的協(xié)商接口[7]。CCTV系統(tǒng)的終端攝像機、路由器、交換機等可以采用與既有線不同廠家設備。

1.8 時鐘系統(tǒng)的實施方案

時鐘為各個系統(tǒng)提供標準時間，為了全線保持統(tǒng)一時鐘，延伸線的時鐘系統(tǒng)應與既有線為同一套時鐘網(wǎng)絡，共用一級母鐘或NTP(網(wǎng)絡時間協(xié)議)服務器。

1.9 電源實施方案

為了便于管理，延長線的UPS設備可以和既有線保持一致，電池完全可以采用不同廠家設備。

2 結 語

綜上所述，延伸線的專用通信各子系統(tǒng)實施方案不盡相同。具體的系統(tǒng)實施方案既要考慮新舊線路的間隔時間，又要考慮設備兼容性、各專業(yè)之間的接口方案修改等因素。因此，針對不同的專業(yè)，延伸線路技術選擇需進行分析才能有較優(yōu)的系統(tǒng)方案。一般與控制中心調度直接相關的運營調度指揮系統(tǒng)，建議延伸線與既有線設備保持一致，共用網(wǎng)絡，尤其是無線調度、有線調度電話系統(tǒng)、LTE車地無線系統(tǒng)。對于像傳輸、電源等系統(tǒng)，或者后期需要整體更換的專業(yè)，延伸線的實施方案與既有線沒有任何關聯(lián)，可以按照新建線路進行設備招標，根據(jù)實際需求選擇最優(yōu)設備。