上海城市軌道交通民用通信系統(tǒng)的規(guī)劃與實現(xiàn)

鄭燕燕 張雙健

(上海申通軌道交通研究咨詢有限公司,201103,上?！蔚谝蛔髡?工程師)

1 上海城市軌道交通民用通信系統(tǒng)規(guī)劃的背景

從1993年上海第一條地鐵建成通車至今,上海軌道交通已由單線運營發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)和運營,對地下空間的信息服務(wù)需求也隨之產(chǎn)生。在實現(xiàn)安全、高效、舒適地運送乘客的同時,如何為地下空間的乘客提供先進的、多樣的、暢通的、高質(zhì)量的各類信息服務(wù),并達到與地面空間無縫連接的目標(biāo),已成為提升城市軌道交通服務(wù)品質(zhì)和社會形象,并同時為企業(yè)帶來相應(yīng)收益的的重要課題。為此,對民用通信系統(tǒng)規(guī)劃(以下簡為“規(guī)劃”)的研究于2006年展開。該規(guī)劃結(jié)合了在上海軌道交通1、2號線引進移動通信的初步探索及成功經(jīng)驗,以城市軌道交通主體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)劃和要求為根本前提,以經(jīng)營城市軌道交通信息服務(wù)業(yè)務(wù)為最終目標(biāo),以移動通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛的市場應(yīng)用為切入點,實現(xiàn)上海城市軌道交通民用通信系統(tǒng)的統(tǒng)籌建設(shè)、運營、管理和經(jīng)營。

2 規(guī)劃的定位目標(biāo)及基本準(zhǔn)則

2.1 民用通信系統(tǒng)規(guī)劃的定位

民用通信系統(tǒng)的定位是:將建立一個多部門共享、涵蓋上海城市軌道交通全網(wǎng)絡(luò)的具有多種業(yè)務(wù)用途的經(jīng)營性信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),結(jié)合對城市軌道交通既有基礎(chǔ)資源的重復(fù)利用,以標(biāo)準(zhǔn)化、集約化的手段實現(xiàn)多家運營商的移動通信及數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)引入,服務(wù)大眾,優(yōu)質(zhì)經(jīng)營,為城市軌道交通的信息產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)。因此,在尚無明確、統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下,站在全網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌的高度,從系統(tǒng)的整體架構(gòu)、業(yè)務(wù)范圍、技術(shù)支持、全網(wǎng)監(jiān)控方式等多層面研究,并制定適合城市軌道交通業(yè)務(wù)特色的民用通信系統(tǒng)的整體規(guī)劃,是具有戰(zhàn)略眼光和深遠(yuǎn)意義的。

2.2 民用通信系統(tǒng)規(guī)劃的目標(biāo)

目標(biāo)一:規(guī)劃研究確定了民用通信系統(tǒng)以移動通信引入為契機和起點,逐步建立和發(fā)展多種信息類業(yè)務(wù)的建設(shè)目標(biāo),包含五大類系統(tǒng)。第一類為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)及語音通信系統(tǒng),將實現(xiàn)移動GSM900、聯(lián)通GSM900、上海電信CDMA800和各運營商的3G系統(tǒng)在城市軌道交通地下空間的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,以及程控交換電話的覆蓋;第二類為非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng),包括局域網(wǎng)(LAN)系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)和乘客信息系統(tǒng)(PIS);第三類為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲業(yè)務(wù)系統(tǒng),即IDC系統(tǒng);第四類為基礎(chǔ)配套系統(tǒng),包括傳輸系統(tǒng)及電源接地系統(tǒng);第五類為網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),即面向全網(wǎng)絡(luò)各系統(tǒng)的綜合監(jiān)控告警系統(tǒng)。上海城市軌道交通民用通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

目標(biāo)二:規(guī)劃將通過確定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的方法,達到既可提高服務(wù)質(zhì)量,亦可統(tǒng)籌安排各類資源、提高資源的共享程度和利用率、降低系統(tǒng)的建設(shè)和運營成本的目標(biāo),為下一步的經(jīng)營和商業(yè)模式的建立提供有利的基礎(chǔ)條件和支持。

綜上所述,規(guī)劃的總體目標(biāo)是擬通過建立技術(shù)先進、運行可靠、維護有效,并具有一定前瞻性的民用通信系統(tǒng),為逐步形成適合城市軌道交通特點的經(jīng)營管理及資產(chǎn)運作的產(chǎn)業(yè)體系提供良好的平臺,使之實現(xiàn)長期的、可持續(xù)性的發(fā)展。

圖1 上海城市軌道交通民用通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

2.3 民用通信系統(tǒng)規(guī)劃的基本準(zhǔn)則

1)民用通信系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)須服從城市軌道交通整體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)框架及其基本準(zhǔn)則,在符合線路建設(shè)的技術(shù)要求和實施標(biāo)準(zhǔn)的前提下實施。

2)民用通信系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)須遵循集約化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則,符合可靠性、兼容性、先進性的要求,兼顧現(xiàn)階段的信息技術(shù)要求和未來發(fā)展的要求。

3)民用通信系統(tǒng)須兼顧城市軌道交通常態(tài)下的信息業(yè)務(wù)開展與緊急狀態(tài)下的應(yīng)急功能,可通過與其他應(yīng)急系統(tǒng)的緊急聯(lián)動以共同實現(xiàn)為事故救援提供手段的功能要求。

4)民用通信系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)明確該系統(tǒng)與多家運營商之間的技術(shù)銜接、維護界面和管理接口。

5)為實現(xiàn)城市軌道交通信息服務(wù)的多元化,民用通信系統(tǒng)應(yīng)以發(fā)展的眼光捕捉具有持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ男聵I(yè)務(wù)并為其創(chuàng)造接入條件。其前提是試驗先行,確保安全。

6)民用通信各系統(tǒng)應(yīng)采用能適應(yīng)城市軌道交通的復(fù)雜運行環(huán)境、性能穩(wěn)定、性價比高、易于運營維護的成熟技術(shù)和設(shè)備。

3 規(guī)劃中各子系統(tǒng)的功能要求及基本技術(shù)原則

3.1 移動通信引入系統(tǒng)

移動通信引入系統(tǒng)是民用通信系統(tǒng)規(guī)劃中最早得以實施并隨著移動通信業(yè)務(wù)發(fā)展而發(fā)展的系統(tǒng),是民用通信系統(tǒng)最為傳統(tǒng)和成熟應(yīng)用的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)。

移動通信引入系統(tǒng)采用寬頻帶組網(wǎng)方式,頻率范圍從600 MHz至2.5 GHz,實現(xiàn)各大移動運營商2 G和3 G系統(tǒng)的語音及數(shù)據(jù)通信信號的引入和覆蓋,包括:GSM900、CDMA800、WCDMA 、CDMA2000、TD-SCDMA;并同時兼容其它無線通信體制,包括WLAN和DVB-T等,為真正意義的多制式、多頻段系統(tǒng)。系統(tǒng)覆蓋范圍包括地下車站、隧道區(qū)間、站廳及站臺公共區(qū)、辦公區(qū)域、設(shè)備區(qū)域、出入口和城市軌道交通管理范疇的公共商業(yè)區(qū)域。引入系統(tǒng)由集約化寬頻段信號分合路平臺(簡稱POI平臺)和綜合信號分布系統(tǒng)共同構(gòu)成。其中,綜合信號分布系統(tǒng)由泄漏同軸電纜、天線及饋纜等組成。為達到“綠色通信”的目標(biāo),引入系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合車站、隧道的結(jié)構(gòu)、限界、裝潢情況,合理布置有關(guān)設(shè)備及天饋線系統(tǒng),適當(dāng)增加天線并降低天線口的全向輻射功率(EIRP),以實現(xiàn)良好的均勻覆蓋。移動通信引入系統(tǒng)最終應(yīng)達到讓地鐵乘客享受到相當(dāng)于地面、甚至優(yōu)于地面的無線通信服務(wù),同時應(yīng)符合環(huán)保要求的目標(biāo)。

3.2 固定電話系統(tǒng)

民用通信的固定電話系統(tǒng)是公務(wù)電話系統(tǒng)的補充,主要用于滿足城市軌道交通公務(wù)電話及專用電話服務(wù)范圍以外的非運營性客戶的固定電話聯(lián)絡(luò)要求,如商鋪租戶、商務(wù)大樓客戶等。民用通信固定電話組網(wǎng)方案立足于城市軌道交通整體網(wǎng)絡(luò),并應(yīng)符合方便升級擴容、重點考慮負(fù)荷集中和便于管理的要求。固定電話系統(tǒng)采用數(shù)字程控交換設(shè)備組網(wǎng),由數(shù)字程控交換機、遠(yuǎn)端模塊、線路設(shè)施及終端組成,具備完善的計費功能和計費管理功能。

3.3 乘客信息系統(tǒng)(PIS)

PIS依托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以計算機系統(tǒng)為核心,以車站及列車車廂的顯示終端為媒介,向乘客提供行車時間、安全行車指導(dǎo)等相關(guān)信息服務(wù),同時可為地鐵電視的直播提供顯示功能。PIS包括車站PIS和車載PIS。無論是車站PIS還是車載PIS,均需具備與其他應(yīng)急系統(tǒng)的聯(lián)動功能,以實現(xiàn)在緊急狀況下的緊急信息顯示。

PIS采用民用通信上層中心、各線控制中心和本地(車站或車載設(shè)備)三級控制結(jié)構(gòu)。其中,上層中心與各線中心的傳輸鏈路由上層共用信息傳輸網(wǎng)絡(luò)提供。PIS依據(jù)不同的運營環(huán)境分別以正常模式、應(yīng)急模式和單點故障模式運行。

3.4 局域網(wǎng)(LAN)系統(tǒng)

LAN系統(tǒng)包含了內(nèi)部專用LAN接入系統(tǒng)和公眾LAN接入系統(tǒng)。內(nèi)部專用LAN系統(tǒng)用于實現(xiàn)城市軌道交通各車站、控制中心等用于生產(chǎn)的計算機終端的高速互聯(lián),并可統(tǒng)一接入互聯(lián)網(wǎng),還可實現(xiàn)基于LAN系統(tǒng)的VoIP(Voice over Internet Protocol,互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語音)電話功能。公眾 LAN接入系統(tǒng)用于實現(xiàn)城市軌道交通范圍內(nèi)的非運營性用戶通過集中或分散接入方式接入互聯(lián)網(wǎng)的需求,如商鋪客戶上網(wǎng)、銀行ATM設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?或?qū)崿F(xiàn)基于LAN系統(tǒng)的IP(Internet Protocol,網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議)電話業(yè)務(wù)的需求。LAN系統(tǒng)具備完善的用戶管理和計費功能。

3.5 無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)

為充分利用民用通信系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)資源,如泄漏同軸電纜、傳輸系統(tǒng)等,應(yīng)建立相互獨立的內(nèi)部專用WLAN和公眾WLAN接入平臺。

內(nèi)部專用WLAN系統(tǒng)的規(guī)劃目標(biāo)是用于實現(xiàn)車地寬帶無線通信,滿足高速運動中的地鐵列車與車站固定設(shè)施之間的雙向通信。在民用通信系統(tǒng)中,可為實現(xiàn)車載PIS的實時信息發(fā)布提供無線寬帶通道;并同時為實現(xiàn)城市軌道交通內(nèi)部的基于WLAN的移動通信提供平臺,以滿足常規(guī)通信手段未建立之前工程施工人員對內(nèi)部通信聯(lián)絡(luò)的需求。公眾WLAN系統(tǒng)的規(guī)劃目標(biāo)是建立基于多個通信運營商的WLAN用戶接入平臺,為城市軌道交通范圍內(nèi)的公眾乘客及商家提供快速的無線上網(wǎng)通道,并為開發(fā)基于公眾WLAN系統(tǒng)的增值應(yīng)用提供可能。如:城市軌道交通《時代報》的無線發(fā)布,以及結(jié)合建立合理的經(jīng)營模式為非軌道交通運營性客戶提供通話功能。公眾WLAN系統(tǒng)應(yīng)具備完善的用戶管理和計費功能。

3.6 綜合監(jiān)控告警系統(tǒng)

建立民用通信綜合監(jiān)控告警系統(tǒng)的目標(biāo)是高效、綜合地監(jiān)控和管理民用通信各子系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài),以及設(shè)備機房的環(huán)境狀態(tài)和身份識別信息;實現(xiàn)系統(tǒng)管理、性能監(jiān)視及故障管理的功能。綜合監(jiān)控告警系統(tǒng)依托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以計算機高速數(shù)據(jù)處理能力為核心,實時采集被控端設(shè)備和環(huán)境參量的具體狀態(tài)信息,并集中分析處理,實時地輸出至告警監(jiān)控終端上,實現(xiàn)高效的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化管理。

民用通信綜合監(jiān)控告警系統(tǒng)為車站級、各線控制中心級和上層監(jiān)控中心級的三級組網(wǎng)方式,可滿足城市軌道交通全網(wǎng)絡(luò)的民用通信系統(tǒng)的集中監(jiān)控。

綜合監(jiān)控告警系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可維護性、自診斷及恢復(fù)功能,以達到高可靠性和安全性;并具備開放性和平滑升級的能力,以達到網(wǎng)絡(luò)化的目標(biāo)。

3.7 城市軌道交通的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(Internet Data Center,簡為IDC)是近年來發(fā)展迅速的高品質(zhì)電信基礎(chǔ)設(shè)施,用以滿足互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用外包服務(wù)的需求。除電信企業(yè)外,很多政府機構(gòu)以及銀行、證券、保險、互聯(lián)網(wǎng)等眾多行業(yè)也都在建設(shè)各種不同用途、規(guī)模、等級的數(shù)據(jù)中心。在城市軌道交通民用通信系統(tǒng)規(guī)劃中,IDC系統(tǒng)將是其中預(yù)計投資最大的系統(tǒng)。應(yīng)充分利用城市軌道交通控制中心、大型換乘站、停車場、車輛段和地面樓宇中閑置或未得到充分開發(fā)的空間,并有效地整合城市軌道交通豐富的管道資源、光纖資源、電力資源等來建設(shè)IDC系統(tǒng),為城市軌道交通內(nèi)部用戶(如各類生產(chǎn)、管理數(shù)據(jù)的備份等)和外部企業(yè)客戶提供以服務(wù)器托管為主的互聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)業(yè)務(wù)。攜手電信基礎(chǔ)運營商和主流運營商建立長期的戰(zhàn)略合作關(guān)系,逐步形成規(guī)模效應(yīng)和品牌效應(yīng),為其在激烈的IDC市場中贏得更多的競爭力,大大地拓展城市軌道交通信息類服務(wù)的未來成長和贏利空間。

IDC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由邊界層、核心層、接入層構(gòu)成,并采用整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)全冗余和設(shè)備的全冗余配置來保證網(wǎng)絡(luò)的高可靠性;采用具有大容量特性的核心交換設(shè)備和易于拓展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),來保證網(wǎng)絡(luò)的可擴展性和高可用性。

目前,已將西藏南路信息樓作為試點,著手設(shè)計和建設(shè)IDC系統(tǒng),并將以點帶面逐步展開在上海城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IDC系統(tǒng)的建設(shè)。

3.8 電源及接地系統(tǒng)

民用通信系統(tǒng)設(shè)獨立完整的電源系統(tǒng)。它是民用通信的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)之一,為民用通信各子系統(tǒng)設(shè)備、電信運營商設(shè)于機房的信源設(shè)備,以及民用通信機房空調(diào)設(shè)備等提供不間斷、無瞬變、安全可靠的供電。電源系統(tǒng)為一級負(fù)荷供電,由降壓變電所引二路獨立的380 V三相交流電源至民用通信電源室;當(dāng)使用中的一路出現(xiàn)故障時,應(yīng)能自動或手動切換至另一路,并能在本地及遠(yuǎn)端及時告警。電源系統(tǒng)由外供交流電源切換屏、交流配電盤、直流配電屏等組成。電源系統(tǒng)的技術(shù)要求和指標(biāo)應(yīng)與專用通信的電源系統(tǒng)保持一致。

另外,民用通信電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮到同時服務(wù)于多家電信運營商并分別為其計量的特殊需求,其交流配電屏應(yīng)配置可分別用于不同運營商的交流電表,以保證電量統(tǒng)計的準(zhǔn)確性與便利性。

民用通信接地系統(tǒng)是確保系統(tǒng)設(shè)備正常工作和工作人員人身安全的基礎(chǔ)保障。通常情況下,專用通信系統(tǒng)將為民用通信系統(tǒng)預(yù)設(shè)接地端子,否則應(yīng)采用與車站供電系統(tǒng)合設(shè)接地體的方式設(shè)立接地系統(tǒng)。民用通信接地系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)與專用通信的接地系統(tǒng)指標(biāo)保持一致。

3.9 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)是軌道交通民用通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),為民用通信其他各子系統(tǒng)提供可靠的、冗余的、可擴展的傳輸通道,以滿足語音、數(shù)據(jù)、文字、圖像等各種業(yè)務(wù)的傳輸需求。傳輸系統(tǒng)包括系統(tǒng)設(shè)備和光纜設(shè)施。系統(tǒng)設(shè)備所采用的制式、系統(tǒng)性能要求以及系統(tǒng)自愈保護功能等,應(yīng)與專用通信的傳輸系統(tǒng)完全一致;其光纜的技術(shù)規(guī)格和敷設(shè)要求也應(yīng)與專用通信的保持一致。在光纜的容量設(shè)計方面,應(yīng)充分考慮民用通信的經(jīng)營性特點,應(yīng)留有充足的余量并依據(jù)線路條件盡可能實現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)化,以滿足系統(tǒng)擴容及經(jīng)營業(yè)務(wù)拓展的需求。

3.1 0 其他配套系統(tǒng)

根據(jù)民用通信系統(tǒng)的特點和功能需求,應(yīng)對設(shè)于車站、控制中心、上層中心的民用通信機房、電源機房的工程建設(shè)原則和工藝要求作出相應(yīng)規(guī)定,對系統(tǒng)建設(shè)所必需的預(yù)留孔洞和預(yù)埋管線的相關(guān)要求作出明確規(guī)定,對機房、區(qū)間、車站公共區(qū)的設(shè)備布置、安裝和纜線布放作出規(guī)范性規(guī)定。

4 結(jié)語

規(guī)劃確定了城市軌道交通民用通信系統(tǒng)的發(fā)展方向和各項建設(shè)內(nèi)容,規(guī)劃的實現(xiàn)可為城市軌道交通的乘客提供便利、優(yōu)質(zhì)、先進的個性化信息服務(wù),同時也為開展信息類業(yè)務(wù)的經(jīng)營打下基礎(chǔ)。到目前為止,規(guī)劃的各項內(nèi)容已逐項、逐步地在上海城市軌道交通的各條線上得以實現(xiàn),并根據(jù)市場變化、經(jīng)營需要以及不同線路的不同要求,予以適時地調(diào)整。隨著規(guī)劃的不斷細(xì)化和深化,其適用性也將不斷地提高,城市軌道交通信息業(yè)務(wù)的經(jīng)營理念和產(chǎn)業(yè)鏈價值也將得到完善。規(guī)劃的研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗亦可為全國其他城市的軌道交通民用通信系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒。

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