城市軌道交通通信資源共享研究

龍衛(wèi)民

龍衛(wèi)民:中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司 高級工程師 610031成都

隨著我國城市人口的快速增加，城市規(guī)模的不斷擴大，城市交通量的迅猛增長，軌道交通作為低碳環(huán)保、快速便捷的城市公共交通工具，成為解決城市交通擁堵的良方，許多城市都加快了城市軌道交通的建設(shè)。

1 城市軌道交通通信系統(tǒng)的組成

城市軌道交通通信系統(tǒng)由專用通信、公用通信和公安通信三大系統(tǒng)構(gòu)成。

專用通信由傳輸、公務(wù)電話、專用電話、無線通信、廣播、時鐘、視頻監(jiān)視、乘客信息、集中網(wǎng)絡(luò)管理、電源等系統(tǒng)和通信線路組成，滿足軌道交通行車指揮、運營管理服務(wù)的需求。

公用通信由移動通信引入、傳輸、電源等系統(tǒng)和通信線路組成，是公眾移動通信網(wǎng)在軌道交通內(nèi)的延伸，應(yīng)滿足中國移動、中國聯(lián)通和中國電信等各電信運營商2G和3G移動通信引入的需求，為公眾提供移動通信服務(wù)，以提高乘客乘坐地鐵的舒適度，使乘客進入地鐵候車和乘坐地鐵時，能夠享受與地面一樣的移動通信服務(wù)。

公安通信由視頻監(jiān)視、無線通信、傳輸、信息網(wǎng)絡(luò)、會議視頻、有線電話、電源等系統(tǒng)和通信線路組成，滿足公安部門公共治安的需要，是公安通信網(wǎng)在軌道交通內(nèi)的延伸。

通信系統(tǒng)作為中樞神經(jīng)是城市軌道交通的重要基礎(chǔ)設(shè)施。如何合理進行通信資源共享、綜合利用，尤為重要，也是目前國內(nèi)城市軌道交通通信系統(tǒng)建設(shè)的難點和重要的研究課題。

2 資源共享的必要性

通過城市軌道交通通信系統(tǒng)的資源共享，能夠最大程度地降低工程建設(shè)投資、減少維護定員，以及減少運營成本。目前許多城市進行大規(guī)模城市軌道交通建設(shè)，做好資源共享具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。同時，通過資源共享能夠很好地解決城市軌道交通線網(wǎng)條件下，通信的互聯(lián)互通問題，確保信息互通，有利于節(jié)省設(shè)備投資，也使線網(wǎng)間通信的互聯(lián)互通問題迎刃而解。通過資源共享還能夠節(jié)省機房面積，間接地節(jié)省土建工程費用。在線網(wǎng)規(guī)劃下進行資源整合，能夠使整個通信系統(tǒng)配置的最優(yōu)化，能夠提高應(yīng)急指揮能力，特別是災(zāi)害狀態(tài)下作為一個整體的協(xié)調(diào)統(tǒng)一指揮。

城市軌道交通的通信系統(tǒng)資源共享應(yīng)遵循以下原則:滿足各通信系統(tǒng)對安全性、可靠性的要求;在考慮投資主體和建設(shè)方式的情況下，選擇適應(yīng)運營管理的維護模式;應(yīng)在線網(wǎng)規(guī)劃下實現(xiàn)多條城市軌道交通的通信資源共享;系統(tǒng)容量應(yīng)預(yù)留今后發(fā)展的需要;在降低工程建設(shè)成本的同時，應(yīng)考慮減少建成后的運營維護人員及成本。

3 資源共享方案研究

城市軌道交通通信系統(tǒng)的資源共享可分為2個方面:一方面是一條城市軌道交通線中通信承載平臺和傳輸媒介方面的資源共享;另一個方面是多條軌道交通的通信資源共享。

3.1 一條軌道交通線通信資源共享

在一條城市軌道交通線中，專用、公用和公安三大通信的服務(wù)對象不同，其各業(yè)務(wù)系統(tǒng)均是獨立的。由于這三大通信的覆蓋范圍均是車站、地鐵隧道等，因此在地下空間內(nèi)有一定的聯(lián)系，系統(tǒng)設(shè)備的布設(shè)地點基本一致，并且同時設(shè)計、施工、開通，也為資源共享創(chuàng)造了實施條件。城市軌道交通中的資源共享部分，主要有作為承載平臺的傳輸系統(tǒng)、解決隧道內(nèi)無線通信覆蓋的漏泄同軸電纜、視頻監(jiān)視系統(tǒng)，以及作為傳輸媒介的光纜等。

3.1.1 傳輸系統(tǒng)

軌道交通傳輸系統(tǒng)承載TDM和IP二類業(yè)務(wù)。TDM業(yè)務(wù)包括話音信息、低速數(shù)據(jù)、電話中繼等;IP業(yè)務(wù)包括視頻及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信息。TDM業(yè)務(wù)的QoS保證沒有問題，公安通信IP業(yè)務(wù)中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量可以通過專享帶寬給予保證。因此，三大通信的傳輸系統(tǒng)完全可以整合設(shè)置，但需要綜合考慮投資主體、建設(shè)方式、運營管理維護模式、業(yè)主要求、傳輸承載業(yè)務(wù)帶寬及發(fā)展需求等。

專用通信和公安通信的使用部門均屬城市公共服務(wù)領(lǐng)域，投資主體一般是城市軌道交通公司，傳輸系統(tǒng)設(shè)備容量完全能夠滿足其對帶寬的需求，共建也是可行的，可減少設(shè)備投資，共享維護設(shè)施及維護人員。

專用通信和公用通信的傳輸系統(tǒng)共享，需視建設(shè)方式和公用通信帶寬需求綜合考慮。建設(shè)方式為城市軌道交通公司建設(shè)，電信運營商租用通信資源時，可共建傳輸系統(tǒng);建設(shè)方式為以空間資源占用方式，由電信運營商自主建設(shè)和維護時，由于使用、維護管理部門均不相同，且公用通信帶寬需求大，引入地鐵的業(yè)務(wù)不斷增多，存在不斷擴容的可能，采用電信運營商獨立設(shè)置傳輸系統(tǒng)更為合理。

3.1.2 漏泄同軸電纜

專用無線通信系統(tǒng)一般采用800 MHz TETRA數(shù)字集群系統(tǒng);頻率配置為806～821 MHz(移動臺發(fā)、基站收)和851～866 MHz(基站發(fā)、移動臺收)2段頻率。無線場強覆蓋范圍包括地鐵運行線路全線的車站站臺、站廳及區(qū)間等;采用天線+漏泄電纜方案，區(qū)間隧道采用漏泄同軸電纜輻射方式進行場強覆蓋。

公安無線通信系統(tǒng)應(yīng)保證地下與地下、地下與地面、地下與已建地鐵線路，以及與公安局所屬各部門之間的公安通信聯(lián)絡(luò)，以便出現(xiàn)重大案情或重大事故時，能夠?qū)ΜF(xiàn)場公安各警種人員統(tǒng)一進行指揮調(diào)度。一般采用該城市的公安無線通信指揮調(diào)度系統(tǒng)制式，主要采用350MHz模擬集群或TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)。

由于專用無線和公安無線的頻段差異不大，本著資源共享的原則，從減少安裝維護工作量、降低投資、節(jié)能環(huán)保、節(jié)省隧道空間等方面考慮，專用無線通信和公安無線通信宜共享漏泄同軸電纜。

公用通信引入的系統(tǒng)主要有:中國移動的GSM 900M、TD-SCDMA，中國聯(lián)通的 GSM 900M、WCDMA，中國電信的CDMA2000，數(shù)字移動電視運營商的手機移動數(shù)字電視CMMB。在區(qū)間隧道無線覆蓋方式采用漏泄同軸電纜，用上、下行信號分纜傳輸方式覆蓋。由于公用通信的頻段與專用通信差異較大，共用漏泄同軸電纜需要增加技術(shù)措施，影響通信質(zhì)量，建議公用通信獨立設(shè)置漏泄同軸電纜。

3.1.3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

專用通信視頻監(jiān)視系統(tǒng)是地鐵運營管理現(xiàn)代化的配套設(shè)備，供控制指揮中心調(diào)度管理人員、車站值班員、站臺工作人員及司機實時監(jiān)視車站客流、列車出入站及旅客動向等情況。

公安通信視頻監(jiān)視系統(tǒng)通過設(shè)置在現(xiàn)場的攝像機，對地鐵各車站重要區(qū)域旅客流動及治安情況進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)、震懾和打擊違法犯罪行為，為查緝破案提供錄像取證。

目前，專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)和公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)大都采用共用前端攝像機，后臺設(shè)備和存儲設(shè)備等各自獨立建立方案。由于專用和公安的視頻監(jiān)視系統(tǒng)功能要求基本一致，監(jiān)視范圍也都是在站臺、站廳、出入口等處，因此，這2個視頻監(jiān)視系統(tǒng)完全可以合二為一，設(shè)置一個綜合視頻監(jiān)視系統(tǒng)，只需分別在車站值班員、中心調(diào)度員和車站警務(wù)站、派出所、地鐵公安分局監(jiān)控中心等設(shè)置監(jiān)控終端，實現(xiàn)資源共享，節(jié)省投資。

3.1.4 光纜資源

目前，專用、公用、公安通信分別在城市軌道交通的隧道內(nèi)，按上、下行方向各敷設(shè)1條光纜共計6條，大量占用地下隧道有限空間，加大投資和維護管理工作量。分析認為公用通信是否與專用通信的光纜合纜應(yīng)視建設(shè)方式而定;當(dāng)電信運營商采用租用通信資源方式時，合纜設(shè)置合適;當(dāng)電信運營商采用以空間資源占用方式自主建設(shè)時，單獨設(shè)置光纜更為合理。

3.2 多條軌道交通線通信資源共享

3.2.1 線網(wǎng)通信規(guī)劃

做好線網(wǎng)通信規(guī)劃是城市多條軌道交通線通信資源共享的前提和基礎(chǔ)。隨著建設(shè)規(guī)模和建設(shè)范圍的擴大，在線網(wǎng)下產(chǎn)生了許多新的問題。因此，在進行城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃與具體線路工程可行性研究時，有必要增加線網(wǎng)通信資源共享規(guī)劃研究，從系統(tǒng)性進行整體通信網(wǎng)研究，對通信的資源共享、互聯(lián)互通、安全、可靠等問題統(tǒng)籌考慮，使研究成果能夠指導(dǎo)具體線路設(shè)計，保證通信網(wǎng)的系統(tǒng)性、可靠性和協(xié)調(diào)性。廣州軌道交通已經(jīng)開展線網(wǎng)通信信號系統(tǒng)專題研究，用以指導(dǎo)2011～2020年線網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃編制，以及后續(xù)各線路工程可行性研究。

線網(wǎng)通信資源共享規(guī)劃是在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，在設(shè)計理念、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計方案、技術(shù)措施等方面統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，達到統(tǒng)一規(guī)劃、資源共享的目的。在線網(wǎng)通信資源共享規(guī)劃的指導(dǎo)下，開展具體線路工程設(shè)計，使設(shè)計方案得到了有效控制，避免了單條線路建設(shè)形成網(wǎng)絡(luò)后再進行資源整合而對前期投入造成的浪費，達到了線網(wǎng)通信系統(tǒng)配置的最優(yōu)化，降低建設(shè)投資，最大程度地減少今后長期運營成本的目的。

3.2.2 傳輸系統(tǒng)

當(dāng)城市軌道交通是多條線，需要形成網(wǎng)絡(luò)時，通信傳輸不僅要滿足本線的需求，還應(yīng)考慮控制中心、車輛段等與其他線的通信需求，其容量需求就會大幅增加，因此如何組織網(wǎng)絡(luò)提高傳輸系統(tǒng)的可靠性就非常重要，研究表明可以通過多徑路設(shè)計保證通信系統(tǒng)的可靠性和安全性。在原有各線傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加城市軌道交通骨干傳輸網(wǎng)，采用網(wǎng)狀組網(wǎng)方式，在控制中心、車輛段、換乘站等設(shè)置傳輸設(shè)備，滿足控制中心、車輛段與各線間的通信需求，同時骨干傳輸網(wǎng)為各線的傳輸系統(tǒng)提供保護，可大幅提高城市軌道交通傳輸系統(tǒng)在單點故障下的可靠性?？刂浦行摹④囕v段、換乘站等設(shè)置的傳輸設(shè)備預(yù)留各線引入條件，避免各線均在控制中心、車輛段設(shè)置傳輸設(shè)備，達到通信網(wǎng)的最優(yōu)化和資源共享的效果。

3.2.3 控制中心和車輛段

控制中心和車輛段是城市軌道交通的通信樞紐和車輛檢修基地，是調(diào)度通信系統(tǒng)中心和維修管理機構(gòu)所在地，通信各系統(tǒng)的中心設(shè)備和控制設(shè)備均設(shè)置于此，并且其設(shè)備價值較高。充分利用控制中心同址的優(yōu)勢，共用中心設(shè)備有2大好處:一是容易實現(xiàn)線網(wǎng)間的互聯(lián)互通;二是節(jié)省投資。隨著建設(shè)規(guī)模和建設(shè)范圍的擴大，城市軌道交通可設(shè)置2個控制中心，幾條線共用1個車輛段。

控制中心和車輛段可按其管轄范圍共用公務(wù)電話的交換機、專用電話的調(diào)度通信設(shè)備、無線通信的集群交換機、乘客信息系統(tǒng)的核心交換機、中心數(shù)據(jù)服務(wù)器、接口服務(wù)器及其網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)備等。設(shè)有2個控制中心時，2個控制中心的調(diào)度通信設(shè)備可以互聯(lián)，并且作為異地容災(zāi)備份互為備用，提高可靠性。

3.2.4 換乘站

換乘站應(yīng)分系統(tǒng)、分情況具體分析，劃分各線間的界面及接口，先建線路應(yīng)為后建線路預(yù)留設(shè)備容量及接口，在先建線及前期工程中應(yīng)充分考慮配套的電源、設(shè)備用房及相關(guān)的溝、槽、洞等配套工程，做好預(yù)留。換乘站可共享共用基站、視頻監(jiān)視、廣播等系統(tǒng)設(shè)備，由先期建設(shè)線路實施，并預(yù)留后期建設(shè)線路的接入條件。

4 結(jié)束語

專用、公用和公安三大通信應(yīng)結(jié)合投資主體和建設(shè)方式，實現(xiàn)資源共享。做好城市軌道交通通信系統(tǒng)的資源共享，不僅能夠最大程度地降低工程建設(shè)投資、減少維護定員、減少運營成本，還有利于線網(wǎng)間的互聯(lián)互通，提高通信網(wǎng)絡(luò)可靠性，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］ 中華人民共和國.GB50157-2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］ .2003．