南水北調(diào)配套工程廊涿干渠通信系統(tǒng)設(shè)計

李連全

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

1 系統(tǒng)概述

廊涿干渠通信系統(tǒng)建設(shè)的目的是為各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的各種語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息在管理處與現(xiàn)地站之間的可靠傳遞提供服務(wù)。為滿足廊涿干渠工程全線自動監(jiān)控、調(diào)度通信的要求，沿干渠全線建立一個高速、可靠、安全的通信網(wǎng)絡(luò)，同時根據(jù)工程管理機構(gòu)的功能、布置位置及各類自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向的特點，在各現(xiàn)地站間建立并實現(xiàn)與公網(wǎng)的互聯(lián)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

廊涿干渠通信工程包括：通信系統(tǒng)；UPS不間斷電源系統(tǒng)；光纜敷設(shè)系統(tǒng)。

3 通信系統(tǒng)設(shè)計基本原則及需求分析

3.1 設(shè)計基本原則

系統(tǒng)設(shè)計本著先進性、可靠性、靈活性的原則，綜合考慮系統(tǒng)的可擴展性，業(yè)務(wù)拓展功能及系統(tǒng)升級功能。采用專網(wǎng)專線的建網(wǎng)模式，以容量大、穩(wěn)定性高、傳輸距離長的單模光纖作為傳輸介質(zhì)，7個現(xiàn)地站采用光纖鏈型匯聚方式接入管理處，保證了系統(tǒng)的可靠性。

3.2 需求分析

通信系統(tǒng)需求分析包括通信傳輸需求分析、行政電話機語音調(diào)度系統(tǒng)需求分析、通信光纜需求分析。

3.2.1 通信傳輸需求分析

通信傳輸系統(tǒng)能夠支撐所有信息點的通信，安全高效地支撐整個計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并為程控交換及行政調(diào)度系統(tǒng)提供傳輸通道。

3.2.2 行政電話分析語音調(diào)度系統(tǒng)需求分析

3.2.2.1 功能需求

行政電話及語音調(diào)度系統(tǒng)工程既要有普通的行政電話交換功能，又需要有電話調(diào)度系統(tǒng)功能。

電話調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)支持組群的設(shè)置，調(diào)度過程應(yīng)一鍵到位，快速地撥通組群中單個或多個電話。

電話調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)充分滿足上級與下級之間的管理層次。系統(tǒng)應(yīng)適用于大規(guī)模調(diào)度、多節(jié)點組網(wǎng)的特點。調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)能夠跨越多級交換系統(tǒng)實現(xiàn)對專網(wǎng)內(nèi)任意一部電話終端的調(diào)度，并可接續(xù)到公用網(wǎng)的電話。

系統(tǒng)應(yīng)支持分級設(shè)置。對專網(wǎng)內(nèi)電話的調(diào)度在功能上應(yīng)具備調(diào)度強插、強拆、分級管理等要求。

行政及調(diào)度系統(tǒng)的管理應(yīng)便捷、靈活，應(yīng)支持整個系統(tǒng)的統(tǒng)一管理、監(jiān)控。具有圖形、文字相結(jié)合的管理界面，以便于進行維護、管理和設(shè)置。

語音通信是實現(xiàn)河北省南水北調(diào)配套工程各級機構(gòu)信息上發(fā)下收的最重要的通信手段之一，其安全可靠性要求高，要求系統(tǒng)在單個設(shè)備和計算機網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下不影響電話網(wǎng)絡(luò)的正常運行。

3.2.2.2 容量需求

行政電話主要滿足日常行政辦公要求，包括本機構(gòu)內(nèi)部通話和對外聯(lián)絡(luò)電話，出局話務(wù)量主要是上下級機構(gòu)之間的聯(lián)系，平級單位之間的話務(wù)量較小。

調(diào)度電話系統(tǒng)需滿足管理處對于現(xiàn)在站的集中調(diào)度模式，主要用于下達調(diào)度指令和上級向下級了解情況、聽取匯報。滿足管理處對現(xiàn)地站生產(chǎn)調(diào)度通信的需要，可插入和強拆下級的通話。

管理處按平均每人1部行政電話考慮。考慮到調(diào)度電話的重要性，調(diào)度電話應(yīng)與行政電話分別配置。調(diào)度電話數(shù)量按平均運行管理崗位數(shù)量取定。

現(xiàn)地站通信站點，一般只有1棟建筑物，每個閘站通信站點的電話需求平均按1+1部調(diào)度電話和2部行政電話配置。

系統(tǒng)容量應(yīng)預(yù)留部分冗余，并可進一步擴容。

3.2.3 通信光纜需求

通信系統(tǒng)光纜網(wǎng)的功能需求，應(yīng)能滿足自動化調(diào)度系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的組網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組網(wǎng)需要，且光纖調(diào)度應(yīng)靈活。

通信系統(tǒng)光纜網(wǎng)的性能需求，應(yīng)能滿足基于SDH的MSTP通信傳輸10Gbit/s系統(tǒng)對光纖光纜的性能需求，且應(yīng)有一定的可擴充性。

通信系統(tǒng)光纜網(wǎng)的安全需求，應(yīng)在光纜組網(wǎng)方式和光纜線路防護方面進行有效的保護，并建設(shè)光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)和光纖資源管理預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合完善的運行維護體制進行光纜線路的維護和光纜線路故障的應(yīng)急搶修，來有效保障光纜網(wǎng)的安全。

光纜中光纖數(shù)量的配置應(yīng)充分考慮到網(wǎng)絡(luò)冗余要求、預(yù)期系統(tǒng)制式、傳輸系統(tǒng)容量、網(wǎng)絡(luò)可靠性、新業(yè)務(wù)發(fā)展、光纜結(jié)構(gòu)和其他潛在的需求及維護用備料的儲備。綜合考慮，選取了16芯單模光纜進行傳輸。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

廊涿干渠通信系統(tǒng)共設(shè)置兩層，包括1個管理處通信中心構(gòu)成的集中監(jiān)視層及7個現(xiàn)地閥站數(shù)字管理平臺組成的現(xiàn)地采集層。集中監(jiān)視層和現(xiàn)地采集層之間采用鏈型光纖組成自愈環(huán)通信方式，實現(xiàn)基于以太網(wǎng)的視頻、監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸。整個系統(tǒng)信號經(jīng)過一次數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)傳輸。視頻及監(jiān)控數(shù)據(jù)信號可從任意節(jié)點輸入，任意節(jié)點輸出，保證了信號的傳輸質(zhì)量。

本系統(tǒng)從7個現(xiàn)地控制站到管理監(jiān)視站之間的傳輸采用沿渠道敷設(shè)的光纖作為傳輸通道。整個全光數(shù)字監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，融合了數(shù)字非壓縮視頻編碼技術(shù)、光纖專網(wǎng)通信技術(shù)、數(shù)字矩陣技術(shù)及軟件技術(shù)。全網(wǎng)具備全數(shù)字傳輸及交叉切換、前端無限擴容等功能。各個監(jiān)控站點以節(jié)點式光端設(shè)備為通訊核心，接入多路異步數(shù)據(jù)、圖像及及音頻。對于視頻信息，采用數(shù)字非壓縮視頻處理方式。同時，提供一個（可擴展到兩個）獨立100/10M以太網(wǎng)通道，實現(xiàn)PLC等業(yè)務(wù)的傳輸。7個監(jiān)控站與管理處組成一個自愈系統(tǒng)，全線各現(xiàn)地站通過自愈環(huán)上傳本站業(yè)務(wù)，并由管理處進行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)網(wǎng)管通過TCP/IP協(xié)議通信并支持WEB訪問設(shè)置。

5 通信節(jié)點設(shè)備構(gòu)成

5.1 全數(shù)字管理平臺

（1）全數(shù)字管理平臺為刀片式矩陣，各業(yè)務(wù)板卡均自帶交換功能，無需配置其它的交換板實現(xiàn)交換，以免交換板故障造成系統(tǒng)癱瘓。

（2）全數(shù)字管理平臺應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸機箱，雙電源備份，單個機箱支持不少于16個業(yè)務(wù)插槽。模塊化結(jié)構(gòu)，支持熱插拔，各類業(yè)務(wù)功能模塊均以板卡方式提供，不同業(yè)務(wù)板卡接口兼容；各業(yè)務(wù)接口均可通過高速線纜采用配線架輸出，方便安裝維護。

（3）全數(shù)字管理平臺視頻傳輸應(yīng)采用數(shù)字非壓縮方式，確保圖像清晰度高，無延時。

（4）全數(shù)字管理平臺主干傳輸?shù)膯喂獍灞仨毦邆?個光口，支持36路雙向視頻傳輸，并自帶100M以太網(wǎng)和1000M以太網(wǎng)。

（5）全數(shù)字管理平臺主干傳輸要支持2.5G以上（含2.5G）傳輸速率；光傳輸支持單、雙纖等多種傳輸方式。

（6）全數(shù)字管理平臺需具有模擬視頻輸入輸出,光輸入接口：模擬視頻輸入/輸出板單板最少支持16路模擬視頻輸入/輸出，并具有視頻連接指示燈。

（7）全數(shù)字管理平臺應(yīng)支持分布式數(shù)字矩陣，多個數(shù)字視頻矩陣系統(tǒng)之間通過光纖可以與任意拓撲組網(wǎng)結(jié)構(gòu)互聯(lián)，每個數(shù)字視頻矩陣能夠?qū)θW(wǎng)接入的視頻、音頻和數(shù)據(jù)等多業(yè)務(wù)進行管理、控制、交換，實現(xiàn)全網(wǎng)多業(yè)務(wù)的共享和統(tǒng)一調(diào)度。

（8）全數(shù)字管理平臺應(yīng)采用數(shù)字背板交換總線，單模塊總線交換能力不小于152路視頻。

（9）全數(shù)字管理平臺應(yīng)支持多節(jié)點聯(lián)網(wǎng)：任意節(jié)點設(shè)備應(yīng)均可實現(xiàn)視頻信號的接入、切換輸出和總線傳輸，任意節(jié)點均可通過數(shù)字非壓縮視頻總線下載圖像，全網(wǎng)只需一次模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)支持視頻信號的多點共享和雙向傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)會議電視功能。

（10）全數(shù)字管理平臺必須支持多種業(yè)務(wù)接入傳輸：提供視頻、數(shù)據(jù)、音頻、以太網(wǎng)、E1、電話、報警、對講、視頻會議及低速數(shù)據(jù)的接入和傳輸。

（11）全數(shù)字管理平臺提供專用的網(wǎng)管時鐘板，提供系統(tǒng)時鐘。

（12）系統(tǒng)在圖像切換、控制部分需支持軟硬件兩種方式，硬件方式要支持外部鍵盤操作，軟件方式要支持在平臺軟件的客戶端主機上操作。

（13）各現(xiàn)地站設(shè)置的數(shù)字管理平臺為管理處設(shè)置的數(shù)字管理平臺的簡化版，其基本功能相同，根據(jù)通訊要求區(qū)別配置。

5.2 通訊網(wǎng)管系統(tǒng)

通過網(wǎng)管軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視，視頻調(diào)配，系統(tǒng)資源管理、用戶管理、視頻存儲、錄像查詢調(diào)用等功能。

（1）網(wǎng)管設(shè)備：全數(shù)字視頻管理平臺設(shè)備必須具備專用的網(wǎng)管板模塊，采用IP接口方式對整個系統(tǒng)的設(shè)備進行在線管理和調(diào)度。網(wǎng)管板應(yīng)可提供至少1個IP開放式接口，同時提供至少8個串口用于連接鍵盤和攝像機。

（2）系統(tǒng)配置：網(wǎng)管系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)中所有設(shè)備的網(wǎng)管地址在中心網(wǎng)管軟件上進行添加，并根據(jù)系統(tǒng)實際拓撲構(gòu)建拓撲圖；支持多級電子地圖，支持樹型列表。通過設(shè)備硬件網(wǎng)管芯片可自動讀取設(shè)備參數(shù)并實時顯示,用戶還可根據(jù)需要修改網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

（3）系統(tǒng)控制：完成圖像的切換調(diào)用和控制，能夠根據(jù)需要隨時更改后臺數(shù)據(jù)庫配置，添加攝相機協(xié)議。支持多級服務(wù)器，實現(xiàn)對各節(jié)點硬件設(shè)備的管理、配置、故障巡檢。

（4）信息顯示及故障告警：能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備進行巡檢，并可實時監(jiān)測并顯示所有設(shè)備的運行狀態(tài)。當(dāng)有設(shè)備出現(xiàn)關(guān)鍵故障時，系統(tǒng)可自動判斷故障類型并在中心網(wǎng)管界面提出告警信息。

可以監(jiān)測并顯示的關(guān)鍵運行參數(shù)包括：設(shè)備地址、光鏈路狀態(tài)、視頻鏈路狀態(tài)、CPU運行溫度等。

可以判斷并報告的故障類型應(yīng)包括：光口收無光、誤碼告警、視頻丟失告警、失電告警、過熱告警、鏈路狀態(tài)異常等,如設(shè)備出現(xiàn)故障可自動報警并提示故障類型。

（5）用戶管理：需提供完善的用戶管理，包括權(quán)限設(shè)置、優(yōu)先級判別、多級管理模式的定義等?？砷_放端口，與其他系統(tǒng)平臺對接，實現(xiàn)資源的共享和互相調(diào)用。能夠根據(jù)用戶的需求提供二次開發(fā)服務(wù)。

（6）視頻存儲：將指定的視頻進行集中存儲，存儲設(shè)備支持標(biāo)準(zhǔn)的IP-SAN、NAS及DAS設(shè)備?？稍O(shè)定存儲計劃，對指定的攝像機在計劃時間段內(nèi)進行錄像存儲。可以在客戶端上對所點播的實時視頻及錄像文件進行本地存儲?？墒录|發(fā)存儲，在事件發(fā)生和解除時分別開始和停止對設(shè)定攝像機的錄像存儲。

（7）錄像查詢調(diào)用：在客戶端對錄像文件進行按“攝像機+時間”或按“事件”檢索，可進行錄像的遠程回放及下載。

6 UPS不間斷電源系統(tǒng)

為保證干渠監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，避免電網(wǎng)波動或停電事故對監(jiān)控系統(tǒng)造成的影響，在管理處和各現(xiàn)地站設(shè)置UPS不間斷電源設(shè)備。廊涿干渠管理處設(shè)置2臺10kVA的UPS電源并機使用，現(xiàn)地個管理所設(shè)置1臺3kVA的UPS電源單機使用。

7 光纜敷設(shè)系統(tǒng)

本工程擬采用硅芯管氣吹敷纜方式，渠道施工時應(yīng)隨渠道沿線埋設(shè)通信光纜所用硅芯管管道、安裝人孔檢查井。吹纜的施工過程中，光纜所受到的為均勻牽引力，分布在每一段上的張力很小，因而機械特性和光學(xué)特性可以得到保證。光纜網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)將光纜防護（防雷、防強電等）及防機械損傷統(tǒng)籌考慮并采取有效的防護措施。

8 結(jié)語

廊涿干渠是河北省南水北調(diào)配套工程第一條長距離輸水干渠，該工程通信系統(tǒng)的實施，滿足本工程全線自動監(jiān)控、調(diào)度通信的要求，為各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的各種語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息在廊涿干渠工程管理機構(gòu)與現(xiàn)地站之間的可靠傳遞提供了有效服務(wù)。

［1］DL/T5080—1997，水利水電工程通信技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］SL 292—2004，水利系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)導(dǎo)則［S］.

［3］GB50348—2004，安全防范工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］GB/T50065—2011，交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］DL/T620—1997，過電壓保護與絕緣設(shè)計規(guī)范［S］.