地鐵消防無線通信系統(tǒng)的方案與應用

王華東

摘 要： 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市化進程的加快，越來越多的城市大力增加并完善地鐵設施，地鐵已成為大多數(shù)人上班出行的必乘交通工具。但是地鐵在給人們出行帶來方便的同時，也存在著一定的消防安全隱患，由于地鐵的人員密集和運行空間具有封閉性等原因，給消防工作帶來極大的困難。因此，如何建立一套有效的地鐵消防無線通信系統(tǒng)對預防和處理突發(fā)性地鐵安全事故起著十分重要的作用。本文通過對地鐵消防無線通信具體要求的分析入手，對地鐵消防無線通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方式進行探究。

關(guān)鍵詞： 地鐵；消防；無線通信

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市化進程的加快，軌道交通規(guī)模不斷發(fā)展壯大，已成為一個城市交通的重要組成部分，給百姓出行帶來了極大的方便。但是地鐵客運環(huán)境封閉，客流集中，在出現(xiàn)火災等突發(fā)災害事故的情況下，會因缺乏環(huán)境照明、氧氣存量有限、無通信保障而導致消防部隊撲救困難，易造成人員的大量傷亡。2003年韓國大邱地鐵火災中，就突出顯現(xiàn)了緊急狀況下地鐵消防通信困難的問題，因此加強地鐵消防無線通信系統(tǒng)建設是處理突發(fā)性地鐵安全事故的重要工作之一。地下封閉空間通信一直是困擾消防無線現(xiàn)場通信的瓶頸問題， 本文通過對地鐵消防無線通信具體要求的分析入手，結(jié)合現(xiàn)有無線通信技術(shù)手段，提出了一套適用于地下空間的消防無線通信系統(tǒng)應用方案，進一步保證地鐵的安全運行。

1 地鐵消防通信原則

根據(jù)《消防通信指揮系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50313-2000）的要求，地鐵消防通信根據(jù)其實際情況應符合以下原則：

1）地鐵消防控制中心應設置獨立的消防專用無線通信網(wǎng)。

2）地鐵消防無線通信網(wǎng)宜采用單頻單工和異頻單工（半雙工）調(diào)度指揮網(wǎng)的模式組網(wǎng)，其可靠通信覆蓋區(qū)域應滿足地鐵滅火救援作戰(zhàn)指揮調(diào)度和消防業(yè)務的需要。

3）地鐵消防無線通信網(wǎng)應由三級網(wǎng)組成，即：消防一級網(wǎng)（城市消防管區(qū)覆蓋網(wǎng)），由基地臺、固定臺、車載臺組成。其功能是保障消防指揮中心與所屬消防大隊、中隊固定臺、車載臺之間的通信聯(lián)絡。消防二級網(wǎng)（火場指揮網(wǎng)），由車載臺或手持臺組成。其功能是保障滅火作戰(zhàn)中火場各級指揮員手持臺之間的通信聯(lián)絡。消防三級網(wǎng)（消防戰(zhàn)斗網(wǎng)），主要用手持臺組成，其功能為火場各參戰(zhàn)消防中隊內(nèi)部，中隊前后方指揮員之間、指揮員與戰(zhàn)斗班長之間、班長與水槍手及戰(zhàn)斗車駕駛員之間，以及特勤搶險班戰(zhàn)斗員之間提供通信聯(lián)絡。

另外，地鐵消防通信的要求也相對較高。1）高覆蓋率。無線信號范圍應覆蓋到地鐵進出站口、站廳、站臺、隧道、管理用房、設備用房等。2）高呼通率。在地鐵突發(fā)事故中要進行有效地組織，爭分奪秒地處理安全事故，地鐵消防通信必須確保通暢以進行有效地指揮，必須保證高呼通率。3）穩(wěn)定性和可靠性。地鐵消防通信在保證了高覆蓋率和高呼通率的同時，也必須確保具有較強的穩(wěn)定性和可靠性，為消防部隊順利地進行搶險救援提供基本的保證。

2 消防無線系統(tǒng)的現(xiàn)狀

從系統(tǒng)體制來講，消防部隊以前采用的通信系統(tǒng)多為常規(guī)通信，即利用全國公安消防部隊無線通信使用的350MHz頻段，建立自己的通信系統(tǒng)，只有少數(shù)城市加入當?shù)毓布合到y(tǒng)，而常規(guī)系統(tǒng)與集群系統(tǒng)相比有許多不足。消防無線設備也較落后，主要表現(xiàn)在通信機在對信號的接收、處理、傳輸?shù)冗^程中采用的技術(shù)落后，從而影響了通信的質(zhì)量和效率。

從頻率資源來講，目前全國公安消防部隊無線通信使用的頻率為350MHz頻段，盡管消防部門有自己的專用頻點，但數(shù)量有限，頻率資源越顯匱乏，很難滿足實戰(zhàn)的需要，不能滿足各中隊享有自己專用頻點的要求，尤其是災害現(xiàn)場大，進行大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)的場合，凸顯頻率的不足，經(jīng)常造成同頻干擾。

3 系統(tǒng)設計方案

考慮到350MHz頻段的頻率資源緊張，以及國家對無線通信模擬制式轉(zhuǎn)數(shù)字制式的要求，本系統(tǒng)主要采用數(shù)模兼容基站臺。與傳統(tǒng)模擬制式相比，數(shù)模兼容基站臺具有較多優(yōu)勢，主要有：頻帶利用率高，12.5kHz分時技術(shù)可以容納兩個話音信道，比模擬對講機高一倍；保密性很高：由于語音信號完全數(shù)字化處理，使得加解密技術(shù)得到很好的應用；話音質(zhì)量高：由于數(shù)字通信技術(shù)擁有系統(tǒng)內(nèi)錯誤校正功能，和模擬制式相比，它可以在一個范圍更廣的信號環(huán)境中，接收到較少的音頻噪音，聲音更清晰。

系統(tǒng)在所有地下車站分別設置數(shù)模兼容基站臺（3對異頻頻點），對地鐵出入口附近主要道路、地下主變電站、站廳層、站臺層及區(qū)間隧道范圍內(nèi)的手持臺進行異頻信號本地轉(zhuǎn)發(fā)，其中1對異頻頻點用于消防指揮員信道，另外2對用于戰(zhàn)斗員信道。

新建地鐵線路與既有軌道交通線路有換乘車站的情況下，如果換乘站已先行設置了基站臺，且信號已覆蓋了部分站廳層、出入口通道以及部分站臺層等共用區(qū)域，則需要考慮避免同頻干擾，不再增設置基站臺，在這些換乘站的已建通信機房內(nèi)設置光纖直放站近端機，在新建線路的通信機房內(nèi)設置光纖直放站遠端機，把既有軌道交通線路的信號覆蓋到新建線路的站廳、站臺及隧道區(qū)間。

新建地鐵線路與將來待建軌道交通線路有換乘車站的情況下，則需要在這些車站的消防無線基站機柜內(nèi)預留光纖直放站近端機的安裝位置和供電插座，以滿足待建線路信號引入的要求。

系統(tǒng)在線路控制中心通信機械室設置1套以太網(wǎng)交換機，負責各車站基站設備、光纖直放站設備與控制中心設備的通信聯(lián)系。

在線路控制中心調(diào)度大廳設置1臺控制臺，負責遠程控制各車站基站設備的中繼開啟/關(guān)閉，同時實時顯示各車站基站設備的工作狀態(tài)；具備與時鐘系統(tǒng)NTP協(xié)議的接口。

在線路控制中心通信網(wǎng)管室設置1套網(wǎng)管服務器和網(wǎng)管終端，負責對各車站基站設備、光纖直放站設備的工作狀態(tài)和故障情況進行監(jiān)控和和故障告警，對光纖直放站進行參數(shù)設置，對各車站基站設備進行人工自檢和定期自檢；授權(quán)人員可在檢修狀態(tài)下控制車站基臺的開啟/關(guān)閉，控制優(yōu)先級別低于控制臺；檢測結(jié)果可以匯總統(tǒng)計和打印輸出；具備與集中告警系統(tǒng)的接口，提供各車站基站設備、光纖直放站的工作狀態(tài)及告警信息；具備與時鐘系統(tǒng)NTP協(xié)議的接口。

新建地鐵線路各車站基站設備、光纖直放站設備通過傳輸系統(tǒng)提供的以太網(wǎng)總線經(jīng)過以太網(wǎng)交換機與控制臺和網(wǎng)管設備通信；已建線路進行數(shù)模兼容改造時，如果傳輸系統(tǒng)無法提供以太網(wǎng)總線，則各車站基站設備、光纖直放站設備通過通信傳輸系統(tǒng)提供的已有RS422點對點的傳輸通道，由增加的RS422/IP轉(zhuǎn)換設備進行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過以太網(wǎng)交換機與控制臺和網(wǎng)管設備通信。

地鐵消防無線通信系統(tǒng)的無線信號可以利用公安和消防合用的分合路平臺，也可以獨立設置分合路平臺，進行信號的分配。在站廳層及側(cè)式站臺和地下主變電站采用室內(nèi)天線進行覆蓋；在島式站臺和區(qū)間隧道采用漏纜進行覆蓋（公安無線與消防無線共用漏纜進行信號覆蓋）；在車站地面出入口或新風井附近采用室外天線進行覆蓋（地面室外天線應有防雷接地保護）；當消防無線系統(tǒng)獨立設置分合路平臺時，需為公安無線系統(tǒng)預留相應的射頻接口。

系統(tǒng)組成如下圖：

4 系統(tǒng)功能與主要技術(shù)指標

4.1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)可將地面消防無線信號引入地鐵地下空間，為地面上下間提供無線信號的覆蓋；當消防隊員在某個車站處置突發(fā)事件時，實現(xiàn)該車站出入口附近主要道路、站廳層、站臺層及區(qū)間隧道范圍內(nèi)消防指揮員之間和消防戰(zhàn)斗員之間的通話呼叫，系統(tǒng)能支持消防部隊現(xiàn)有手持臺模擬和數(shù)字兼容的工作方式。

系統(tǒng)可根據(jù)消防救援需要，在控制中心實時控制車站基站設備中繼功能的開啟和關(guān)閉，控制方式包括單個車站、相鄰3個車站或全部車站的控制及狀態(tài)反饋的功能。車站基站設備具有本地和遠程開啟/關(guān)閉功能，本地操作具有最高優(yōu)先級。

系統(tǒng)具有監(jiān)視、檢測和統(tǒng)計功能

1）實時監(jiān)視車站基站設備及光纖直放站的工作狀態(tài)，并保持設備處于常開狀態(tài)；（關(guān)閉時應有警示）。

2）定期對故障情況進行定性檢測，并具有故障告警功能：

基站設備的工作狀態(tài)（中繼開啟/關(guān)閉、接收、轉(zhuǎn)發(fā)）

光纖直放站的工作狀態(tài)

中繼臺的功率檢測、電源檢測

控制單元的電源檢測

3）系統(tǒng)能向集中告警系統(tǒng)提供故障告警信息和告警修復信息。

4.2 系統(tǒng)主要技術(shù)指標

工作頻段：350MHz

雙工間隔：10MHz

頻道間隔：25KHz（模擬） 12.5KHz（數(shù)字）

通話地點及時間概率：≥95%

呼叫建立時間：≤0.5s

場強覆蓋范圍：在地下車站的出入口半徑350米的附近地面區(qū)域、出入口通道、站廳層公共區(qū)、消防泵房、環(huán)控機房、站臺層、區(qū)間隧道和地下主變電站，場強大于-85dBm

工作環(huán)境溫度：-10℃～40℃（室內(nèi)）；-15℃～65℃（室外）；

工作環(huán)境相對濕度： 25℃時 30%～75%（室內(nèi)）；35℃時 10%～90%（室外）

防護等級：IP20（室內(nèi)）；IP65（室外）；IP67（隧道內(nèi)）；

5 結(jié)束語

地鐵公共交通的規(guī)模正在日益擴大，客流量也與日俱增，地鐵消防通信的通暢在處理突發(fā)事件中發(fā)揮著重要的作用，本文提出了一套易于實現(xiàn)而較為可靠的地鐵消防無線通信系統(tǒng)方案，進一步完善了封閉空間內(nèi)的無線通信組網(wǎng)模式。

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