鐵路隧道有線應(yīng)急電話系統(tǒng)的方案研究

朱慶蕓 陳 梅

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

1 概述

隨著中國鐵路的快速發(fā)展，鐵路隧道總長度在不斷增加，截止2009年底，全路正式運營線路共有隧道7 573座，長度合計約5 148 km，其中5 km以上的隧道約占隧道總長度的18%，10 km以上的隧道18座；超過20 km的隧道有蘭新線烏鞘嶺隧道、石太線太行山隧道等。隨之而來的隧道內(nèi)安全保障給我們帶來了新的挑戰(zhàn)。要預(yù)防和避免隧道內(nèi)的突發(fā)事件，或在突發(fā)事件爆發(fā)后能夠以最快最有效的手段進(jìn)行指揮和搶險救援，保證把損失降到最低，信息暢通必不可少。在現(xiàn)有隧道中，除無線列調(diào)系統(tǒng)和GSM-R系統(tǒng)為隧道應(yīng)急通信提供無線通信手段外，沒有專用的有線應(yīng)急電話系統(tǒng)為隧道應(yīng)急通信提供保障。根據(jù)鐵道部《關(guān)于印發(fā)〈鐵路處置長大隧道突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案〉的通知》(鐵辦2010[11]號)及其他相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，有線應(yīng)急電話系統(tǒng)是隧道應(yīng)急通信必備的通信設(shè)施，因此對其方案進(jìn)行研究很有必要。

2 系統(tǒng)總體要求

1）滿足事故發(fā)生時現(xiàn)場鐵路工作人員的報警，滿足鐵路工作人員對設(shè)備的日常維護(hù)、維修。

2）隧道內(nèi)的設(shè)備應(yīng)具有防塵、防腐、防電磁干擾、防風(fēng)壓和抗震等功能，終端設(shè)備的防護(hù)等級不宜低于IP65，應(yīng)實現(xiàn)“一鍵通”的功能，并要求通話信息中提供報警人員所在的位置。

3）應(yīng)急中心在下達(dá)命令時，應(yīng)具有自動尋找現(xiàn)場用戶的功能。

4）隧道內(nèi)的遠(yuǎn)端設(shè)備應(yīng)具備自檢功能，減少現(xiàn)場檢查工作量，降低檢查難度。

5）現(xiàn)場設(shè)備供電方便、功耗小。

6）應(yīng)急電話報警按鍵應(yīng)有燈光顯示。

7）隧道內(nèi)的遠(yuǎn)端設(shè)備使用壽命盡量長，減少設(shè)備維護(hù)。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)隧道的不同類型，應(yīng)急電話系統(tǒng)可分為以下3種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1）普通單線隧道有線應(yīng)急電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2）設(shè)有救援站的單線隧道有線應(yīng)急電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 系統(tǒng)方案

4.1 方案一

4.1.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

采用全數(shù)字化應(yīng)急語音對講系統(tǒng)設(shè)備。系統(tǒng)由中央交換機(jī)、遠(yuǎn)端應(yīng)急控制中心設(shè)備（包括室內(nèi)話音對講終端和網(wǎng)管）、隧道通話終端設(shè)備和傳輸電纜等構(gòu)成。

中央交換機(jī)可設(shè)置在隧道口通信機(jī)房或隧道中部救援站機(jī)房，通過低頻防護(hù)電纜，與隧道電話終端連接，每根3×4×0.9的低頻防護(hù)電纜最多可帶27個話機(jī)，單側(cè)最遠(yuǎn)距離可達(dá)13 km。

數(shù)字技術(shù)：遠(yuǎn)端應(yīng)急控制中心設(shè)備與中央交換機(jī)采用IP語音信號，中央交換機(jī)與隧道通話終端設(shè)備傳輸為FSK信號。

中央交換機(jī)采用全數(shù)字化設(shè)計，可配置26塊處理板，每塊處理板可帶26部室外電話終端，最大交換容量為26×26。中央交換機(jī)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)或光纖與中心設(shè)備連接，通過低頻防護(hù)電纜與終端設(shè)備連接，負(fù)責(zé)給終端設(shè)備集中供電。

4.1.2 系統(tǒng)主要功能

1）通話廣播功能：半雙工通話、隧道內(nèi)尋人呼叫和全呼、組呼、優(yōu)先級呼叫、搶插、強(qiáng)拆等。

2）監(jiān)控功能：系統(tǒng)每隔一定時間向隧道通話終端發(fā)送檢測信號，故障設(shè)備在第一時間反饋給應(yīng)急控制中心；隧道通話終端的工作狀態(tài)信息會被實時監(jiān)控。

3）控制功能：控制中心設(shè)備可對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)更改、配置、故障診斷等；當(dāng)遠(yuǎn)端應(yīng)急控制中心在工作狀態(tài)時，所有遠(yuǎn)端電話按鍵上的指示燈均會亮起，起到占線指示作用。

4.1.3 系統(tǒng)對傳輸和電源的要求

系統(tǒng)對傳輸?shù)囊螅哼h(yuǎn)端應(yīng)急控制中心—中央交換機(jī)之間需要2個2 M的傳輸通道。

系統(tǒng)對電源的需求：遠(yuǎn)端應(yīng)急控制中心500 W。中央交換機(jī)設(shè)備350+N×250(當(dāng)應(yīng)急電話的數(shù)量小于等于26個時，功耗為350 W；在此基礎(chǔ)上應(yīng)急電話數(shù)量每增加26個，功率增加250 W)。

4.2 方案二

4.2.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

系統(tǒng)由主機(jī)、分機(jī)、局端接口模塊、遠(yuǎn)端接口模塊以及傳輸電纜等部分組成，如圖4所示。

圖4中管理電腦、值班機(jī)、主機(jī)、局端模塊等可設(shè)置在應(yīng)急控制中心。主機(jī)采用四線音頻接口，通過接入網(wǎng)將音頻信號傳至隧道口處的遠(yuǎn)端模塊，再通過低頻防護(hù)電纜接入隧道里的分機(jī)。分機(jī)與主機(jī)的線路連接方式為總線式，一臺主機(jī)板卡可帶4組分機(jī)，每組分機(jī)線路可并接60部電話分機(jī)。一個值班話機(jī)可管理99部分機(jī)。

應(yīng)急電話機(jī)采用集中供電方式，分機(jī)本身不需配備電池，分機(jī)工作電源由遠(yuǎn)端模塊經(jīng)電纜供給。

本系統(tǒng)要求線路條件：環(huán)阻（不包括話機(jī)阻抗）≤1 500 Ω。最遠(yuǎn)傳輸距離計算：根據(jù)國家電纜標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，線徑為0.9 mm的芯線單位阻值為29 Ω/km，則環(huán)路計算阻值為58 Ω/km，應(yīng)急電話分機(jī)通話揚聲時的交流阻抗為400 Ω，因此，每根3×4×0.9的低頻防護(hù)電纜最遠(yuǎn)傳輸距離不大于（1500-400）/58=19 km。

4.2.2 系統(tǒng)主要功能

1）通話功能：雙工通話，主機(jī)及時顯示分機(jī)呼叫信息；有呼叫排隊處理功能；配置錄音卡及相應(yīng)軟件后，可以將呼叫通話實時錄音、查詢、回訪等。

2）監(jiān)控功能：隨時或定時對分機(jī)進(jìn)行各種性能檢測，包括自動巡檢和個別單檢。

3）應(yīng)急電話機(jī)采用按鈕式的操作方式。用戶按鈕發(fā)起呼叫，開始通話；通話結(jié)束由主機(jī)控制，避免了因無意操作而引起的線路不暢。遠(yuǎn)端和中心均可按鍵即通話。

4.2.3 系統(tǒng)對傳輸和電源的要求

系統(tǒng)對傳輸?shù)囊螅壕侄四K—遠(yuǎn)端模塊之間需要接入網(wǎng)提供四線音頻接口。

系統(tǒng)對電源的需求：中心機(jī)房600 W（主機(jī)+局端模塊+網(wǎng)管），遠(yuǎn)端模塊100 W。

4.3 方案三

4.3.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

光纖隧道應(yīng)急電話系統(tǒng)，由局端設(shè)備、節(jié)點設(shè)備和雙向環(huán)的光纖通道組成，如圖5所示。

中心機(jī)房設(shè)立統(tǒng)一網(wǎng)管平臺、交換機(jī)及每個隧道的光纖應(yīng)急電話中心節(jié)點設(shè)備。主控室設(shè)應(yīng)急電話控制臺。網(wǎng)管平臺通過以太網(wǎng)管理交換機(jī)和中心節(jié)點設(shè)備，并通過以太網(wǎng)向監(jiān)控中心按需傳遞相關(guān)信息。

隧道內(nèi)應(yīng)急電話系統(tǒng)由光纖和節(jié)點設(shè)備組成。節(jié)點設(shè)備由主、副機(jī)構(gòu)成，對應(yīng)放置在隧道兩邊。節(jié)點電話主機(jī)為裝有光收發(fā)模塊的隧道型數(shù)字抗噪聲應(yīng)急電話機(jī)。節(jié)點電話主機(jī)通過光纖傳送電話信號，需外接220 V交流電源，工作功耗30 W。主機(jī)給副機(jī)供電，副機(jī)只需通過一對0.5線芯的雙絞線接入主機(jī)即可，不需外接電源。副機(jī)到主機(jī)之間的最遠(yuǎn)傳輸距離為3 km，一臺主機(jī)雙向帶副機(jī)最多12個。

信號采用光纜傳輸最遠(yuǎn)可達(dá)80 km，如果做環(huán)路保護(hù)，則單向最遠(yuǎn)傳輸距離為80/2=40 km，額外增加光纖放大器設(shè)備可延長傳輸距離。

4.3.2 系統(tǒng)主要功能

1）多業(yè)務(wù)功能：雙工通話，及時顯示分機(jī)的呼叫信息，全呼、組呼和單呼，摘機(jī)即可通話。

2）統(tǒng)一網(wǎng)管：系統(tǒng)有統(tǒng)一網(wǎng)管平臺，有多級管理機(jī)制，能顯示每個話機(jī)以及各節(jié)點設(shè)備的工作情況（摘、掛機(jī)狀態(tài)；環(huán)境溫度、工作電壓等），并可按需送往控制中心。

3）監(jiān)控功能：隨時或定時對分機(jī)進(jìn)行各種性能檢測，包括自動巡檢和個別單檢。

4）光纖自愈保護(hù)：節(jié)點光模塊和局端設(shè)備都有兩個光纖接口，采用單纖雙向環(huán)連接，有自愈功能。

4.3.3 系統(tǒng)對傳輸和電源的要求

系統(tǒng)對傳輸?shù)囊螅褐行慕粨Q機(jī)—電話主機(jī)全線共用2根光纖。

系統(tǒng)對電源的需求：中心機(jī)房1 000 W（100門用戶），超過100門，每增加100門耗電增加500 W。現(xiàn)場電話主機(jī)50 W。

4.4 方案四

區(qū)間光通信系統(tǒng)：將光通信寬帶技術(shù)引入?yún)^(qū)間，區(qū)間通信柱（裝置區(qū)間光通信終端設(shè)備）即可使用普通攜帶電話機(jī)與現(xiàn)有數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)、區(qū)段接入網(wǎng)溝通，直接呼叫車站、調(diào)度和自動電話，實現(xiàn)通話柱的呼叫、區(qū)間通話功能。還可直接連接應(yīng)急通信指揮、搶險救援等音頻、視頻系統(tǒng)設(shè)備，實施動態(tài)圖像傳輸、計算機(jī)通信和監(jiān)控信息管理。

4.4.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

區(qū)間光通信系統(tǒng)設(shè)備由車站設(shè)備、區(qū)間設(shè)備及光纖3部分組成。車站設(shè)備主要包括區(qū)間光通信車站設(shè)備、語音媒體接入網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等。區(qū)間設(shè)備主要包括區(qū)間光通信終端設(shè)備、區(qū)間光通信便攜電話機(jī)等。光通信柱隧道應(yīng)急電話系統(tǒng)如圖6所示。

區(qū)間光通信柱平時在線不供電，使用時采用12 V便攜式電池加電激活，設(shè)備即可正常運行。

4.4.2 系統(tǒng)主要功能

1）系統(tǒng)具有網(wǎng)管功能，并具有光纖故障時建立迂回通道保證區(qū)間通信的功能。

2）實現(xiàn)了鐵路沿線全光纜通信，提升了區(qū)間通信質(zhì)量。同時取消區(qū)段電纜，也減化了維修品種，減少了維修工作量。

3）區(qū)間光通信系統(tǒng)采用寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有組網(wǎng)簡單、結(jié)構(gòu)靈活、接口豐富且擴(kuò)展性好，管理、維護(hù)方便等特點，適用于鐵路區(qū)間和站區(qū)傳輸組網(wǎng)。

4）結(jié)合Voip技術(shù)，可保證區(qū)間作業(yè)人員通話使用，又為區(qū)間作業(yè)組織者提供更加先進(jìn)和便捷的通信手段。

4.4.3 系統(tǒng)對傳輸、電源的需求

系統(tǒng)對傳輸?shù)男枨螅汗馔ㄐ跑囌驹O(shè)備—隧道口需要利用既有光纜中的一根光纖，隧道內(nèi)需新敷設(shè)1根8芯光纜（雙洞敷設(shè)2根）。

系統(tǒng)對電源的需求：區(qū)間光通信車站設(shè)備300 W。

5 方案優(yōu)缺點

以上介紹的4種方案各有特點，方案對比如表1所示。

表1 方案對比表

方案一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰簡單，而且隧道內(nèi)不用再為應(yīng)急電話終端提供電源，但隧道內(nèi)的中央交換機(jī)價格較高，性價比方面適合長大隧道；方案二組網(wǎng)簡便靈活，且隧道內(nèi)不用為應(yīng)急電話終端提供電源，但要求鐵路沿線必須有接入網(wǎng)系統(tǒng)；方案三光纖電話抗干擾能力強(qiáng)、區(qū)間有自愈環(huán)保護(hù)，但要求區(qū)間電話主機(jī)處能夠滿足供電需求；方案四組網(wǎng)簡單靈活，隧道內(nèi)不用為應(yīng)急電話終端提供電源，但需要工作人員隨身攜帶便攜電話機(jī)。

工程中具體采用哪種方案，需要與隧道的建設(shè)規(guī)模及鐵路沿線的通信、電源資源相結(jié)合，選擇最適合的方案。

[1] 鐵辦2010[11]號 關(guān)于印發(fā)《鐵路處置長大隧道突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案》的通知．

[2] TB10003-2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[3] TB10621-2009高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）[S].