泉三高速緊急電話及廣播系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)與功能實(shí)現(xiàn)

■曹 乾

（福建省高速公路聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)有限公司，福州 350007）

隨著全國(guó)高速公路交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展并逐漸完善，全國(guó)高速公路里程突破16 萬(wàn)km 的跨越式增長(zhǎng)，長(zhǎng)隧道單洞長(zhǎng)度的不斷增加，早期傳統(tǒng)的雙纖光耦合型緊急電話及廣播系統(tǒng)因技術(shù)落后、系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題，已經(jīng)影響到高速公路隧道安全救援，通過(guò)單純的硬件維修和軟件維護(hù)，已經(jīng)無(wú)法解決隧道安全隱患。

在確保行車安全的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步考慮高速公路隧道緊急電話及廣播系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和維護(hù)安全性，采用基于EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)技術(shù)的單纖分光耦合器并聯(lián)結(jié)構(gòu)IP 型緊急電話及廣播系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)方案， 有效解決了目前系統(tǒng)存在的問(wèn)題。 該系統(tǒng)日益龐大的使用基礎(chǔ)、逐步穩(wěn)定的使用技術(shù)、優(yōu)化成熟的使用方法，為高速公路隧道緊急電話及廣播系統(tǒng)提供了強(qiáng)效的監(jiān)測(cè)運(yùn)行手段。

1 緊急電話及廣播系統(tǒng)發(fā)展歷程

隨著科技的日新月異，緊急電話及廣播系統(tǒng)先后經(jīng)歷了3 次技術(shù)變革。

第一代為有線緊急電話廣播系統(tǒng)[1]，有線緊急電話廣播系統(tǒng)分機(jī)與分機(jī)、分機(jī)與主機(jī)都采用電纜連接，指令與音頻數(shù)據(jù)都為模擬信號(hào)，存在傳輸距離近、抗干擾弱、音質(zhì)差、成本高、易被雷擊、系統(tǒng)容量小、電纜易被偷盜等問(wèn)題。

隨著光纖時(shí)代的到來(lái)，緊急電話廣播系統(tǒng)產(chǎn)生了第二代產(chǎn)品光纖緊急廣播系統(tǒng)電話[2]（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1）。 光纖緊急電話廣播系統(tǒng)依靠光纖連接，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，無(wú)論是傳輸距離、抗干擾能力、 語(yǔ)音質(zhì)量都得到了增強(qiáng)。 主干傳輸使用2芯光纖，設(shè)備與設(shè)備間使用分光耦合器連接，采用此方法光纖資源占用少，如出現(xiàn)分機(jī)故障不影響系統(tǒng)使用。 當(dāng)傳輸過(guò)程中光信號(hào)強(qiáng)度不夠是可增加光中繼，大大增大了系統(tǒng)容量。 隧道內(nèi)分機(jī)連接拓?fù)鋱D如圖2，三明南分中心技術(shù)改造前即為此代產(chǎn)品。

圖1 改造前系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖2 改造前隧道內(nèi)分機(jī)連接拓?fù)鋱D

隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，萬(wàn)物互聯(lián)，高速公路區(qū)域中心、市中心、省中心的規(guī)劃也相應(yīng)產(chǎn)生。 傳統(tǒng)的光纖緊急電話廣播系統(tǒng)在大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)就存在先天弊端， 因而產(chǎn)生了第三代產(chǎn)品IP 緊急電話廣播系統(tǒng)，IP 緊急電話傳輸數(shù)據(jù)格式采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP、UDP 協(xié)議，IP 緊急電話廣播系統(tǒng)在接入地點(diǎn)和遠(yuǎn)程管理上提供了很大的便利， 更適合大規(guī)模組網(wǎng)，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方設(shè)備就能接入，設(shè)備增減容易。 IP型緊急電話廣播系統(tǒng)是基于以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，通常分為3 種傳輸方式，分別為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)、環(huán)網(wǎng)光端機(jī)、EPON。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)是成對(duì)使用，每臺(tái)分機(jī)到中心都需要1 對(duì)光端機(jī)傳輸，且占用1 芯光纖資源，對(duì)于緊急電話廣播這種密集型設(shè)備來(lái)說(shuō)造價(jià)高、光資源占用厲害，行業(yè)內(nèi)部基本不采用。 環(huán)網(wǎng)光端機(jī)，光端機(jī)與光端機(jī)之間可以使用1 根光纖手拉手成環(huán)組網(wǎng)，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)光端機(jī)損壞不影響環(huán)內(nèi)其他設(shè)備使用，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)光端機(jī)損壞會(huì)造成兩個(gè)損壞節(jié)點(diǎn)間的所有設(shè)備無(wú)法傳輸。 EPON 是基于以太網(wǎng)的PON 技術(shù)， 它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、 無(wú)源光纖傳輸，單節(jié)點(diǎn)、多節(jié)點(diǎn)損壞不影響正常設(shè)備使用。 基于以上特點(diǎn)，采用EPON 更適合應(yīng)急設(shè)備“緊急電話廣播”使用。 本研究主要講述也是基于EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)，即三明南分中心此次技術(shù)改造的重點(diǎn)。

2 EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)IP 型緊急電話及廣播系統(tǒng)

EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）[3]，是基于以太網(wǎng)的PON 技術(shù)，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無(wú)源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。 EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)方案采用單纖分光耦合器并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由主傳輸系統(tǒng)OLT 通過(guò)光纖的97∶3 光纖耦合器與底層ONU 逐級(jí)進(jìn)行并聯(lián)形成傳輸鏈路，這種連接方式在任何一臺(tái)（或多臺(tái)）出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響其他， 對(duì)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生連鎖故障，不會(huì)造成系統(tǒng)大面積癱瘓（分光耦合器連接示意圖見圖3）。 同時(shí)長(zhǎng)距離傳輸時(shí)也不需要借助接入設(shè)備，保持了系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性和穩(wěn)定性。 由于光功率有限，每一路的光路僅能串接8～10 臺(tái)ONU，所以每個(gè)鏈路只能安裝8～10 臺(tái)緊急電話和廣播， 個(gè)別長(zhǎng)隧道需要多個(gè)光口的OLT。 相對(duì)于原來(lái)雙纖耦合型而言，EPON 系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單，后期故障判斷維護(hù)簡(jiǎn)單。

圖3 分光耦合器連接示意圖

3 技術(shù)改進(jìn)方案

3.1 系統(tǒng)組成

緊急電話系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4）主要由監(jiān)控分中心控制臺(tái)設(shè)備、隧道設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸EPON 或IP 光端機(jī)光設(shè)備及光、 電纜等部分組成。 （1）控制臺(tái)設(shè)備：主要包括管理計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)控制主機(jī)、數(shù)字錄音設(shè)備、接警電話機(jī)、播音設(shè)備、控制設(shè)備、以太網(wǎng)交換機(jī)、打印機(jī)以及相應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)用軟件等。 （2）隧道設(shè)備：洞口分機(jī)、隧道分機(jī)和隧道廣播及功放設(shè)備等。 （3）傳輸設(shè)備：包括傳輸光纜(4 芯)、電纜、EPON/OLT、EPON/ONU(或IP 光端機(jī))、以太網(wǎng)交換機(jī)、分光器等。

圖4 改造后系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

緊急電話系統(tǒng)和隧道廣播系統(tǒng)采用合設(shè)方案，緊急電話系統(tǒng)和隧道廣播系統(tǒng)共用同一主機(jī)及控制系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)連接方案

泉三高速（三明段）隧道緊急電話廣播設(shè)備分為兩段管理，分別接入已有的三明南和大田分中心IP 緊急電話廣播控制主機(jī)中，本次改造的緊急電話設(shè)備應(yīng)與原有設(shè)備兼容，此外按照已有規(guī)劃，今后三明轄區(qū)的所有緊急電話都要統(tǒng)一接入到三明市級(jí)中心統(tǒng)一管理，因此各個(gè)分中心緊急電話設(shè)備也要同市中心設(shè)備兼容。

緊急電話主機(jī)負(fù)責(zé)控制本項(xiàng)目段的IP 緊急電話和廣播，控制臺(tái)主機(jī)和管理計(jì)算機(jī)連接分中心以太網(wǎng)交換機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)交換系統(tǒng)接往所轄各隧道通訊機(jī)房以太網(wǎng)交換機(jī)， 再通過(guò)PON/OLT 接往隧道緊急電話分機(jī)PON/ONU， 每個(gè)PON/OLT 有2/4/6/8 個(gè)PON 口（每個(gè)PON 口通過(guò)一芯光纖和分光器可接入8～10 個(gè)PON/ONU）,緊急電話分機(jī)和功放分別用網(wǎng)線接入對(duì)應(yīng)點(diǎn)的PON/ONU。

三明南段，在隧道橫洞變電所或洞口外機(jī)房設(shè)置1 臺(tái)EPON/OLT，連接隧道中的EPON-ONU，共7 臺(tái)。 每處緊急電話和廣播功放處設(shè)置1 臺(tái)EPON/ONU，共126 臺(tái)。 緊急電話和廣播功放具有獨(dú)立IP地址。 在原來(lái)緊急電話及廣播的基礎(chǔ)位置更新安裝新的緊急電話及廣播， 隧道內(nèi)按200 m 間隔設(shè)置1個(gè)緊急電話（采用壁掛式），并在每個(gè)隧道口（一般距隧道入、出口為5～10 m 位置）設(shè)置1 個(gè)緊急電話通話柱（采用立柱式），緊急電話通話柱為全主機(jī)形式。共設(shè)置28 部洞口緊急電話分機(jī)，98 部隧道內(nèi)緊急電話分機(jī)；在緊急電話旁設(shè)置1 臺(tái)廣播功放，共設(shè)置洞口120 W 功放28 臺(tái)， 隧道內(nèi)60 W 功放98臺(tái)；每個(gè)隧道內(nèi)緊急電話上方設(shè)置1 個(gè)40 W 揚(yáng)聲器，共98 個(gè)；每側(cè)洞口入口緊急電話處設(shè)置1 個(gè)60 W揚(yáng)聲器，共28 個(gè)。 以嶺頭一號(hào)隧道為例見圖5。

圖5 改造后隧道內(nèi)分機(jī)連接拓?fù)鋱D

大田段， 在隧道橫洞變電所設(shè)置1 臺(tái)EPON/OLT，連接隧道中的EPON-ONU，共7 臺(tái)。 每處緊急電話和廣播功放處設(shè)置1 臺(tái)EPON/ONU,共168 臺(tái)。緊急電話和廣播功放具有獨(dú)立IP 地址。 在原來(lái)緊急電話及廣播的基礎(chǔ)位置更新安裝新的緊急電話及廣播， 隧道內(nèi)按200 m 間隔設(shè)置1 個(gè)緊急電話（采用壁掛式），并在每個(gè)隧道口（一般距隧道入、出口為5～10 m 位置）設(shè)置1 個(gè)緊急電話通話柱（采用立柱式），緊急電話通話柱為全主機(jī)形式。 共設(shè)置32部洞口緊急電話分機(jī),136 部隧道內(nèi)緊急電話分機(jī)； 在緊急電話旁設(shè)置1 臺(tái)廣播功放， 共設(shè)置洞口120 W 功放32 臺(tái)，隧道內(nèi)60 W 功放136 臺(tái)；每個(gè)隧道內(nèi)緊急電話上方設(shè)置1 個(gè)40 W 揚(yáng)聲器，共136個(gè)； 每側(cè)洞口入口緊急電話處設(shè)置1 個(gè)60 W 揚(yáng)聲器，共32 個(gè)。

緊急電話系統(tǒng)應(yīng)用軟件安裝在管理計(jì)算機(jī)上，使用圖形畫面進(jìn)行接警， 并接入以太網(wǎng)三層交換機(jī)，對(duì)其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供支持，如大屏聲光顯示、隧道攝象機(jī)聯(lián)動(dòng)等。 緊急電話系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間采用計(jì)算機(jī)RJ45 等接口方式連接， 實(shí)現(xiàn)信息共享。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

通過(guò)技術(shù)改造，EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)IP 型緊急電話及廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能：（1）識(shí)別、定位和顯示緊急電話分機(jī)的呼叫；（2）建立控制臺(tái)與緊急電話分機(jī)的接續(xù)；（3）建立管理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括信號(hào)區(qū)段、樁號(hào)、呼叫分機(jī)號(hào)碼、呼叫通話時(shí)間、事故類型和幫助類型等，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與值班員的人機(jī)對(duì)話，采用中文界面；（4）具有自動(dòng)數(shù)字錄音（及回放）和自動(dòng)打印功能；對(duì)呼叫人員與值班人員之間的通話進(jìn)行錄音， 錄音設(shè)備要求采用數(shù)字錄音方式；（5）存儲(chǔ)和顯示同時(shí)發(fā)生的呼叫；（6）可以中斷和保持呼叫分機(jī)的接續(xù)；（7）能進(jìn)行系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試，對(duì)通話柱隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)或自動(dòng)定期測(cè)試（單個(gè)檢測(cè)、部分檢測(cè)、全部巡回檢測(cè)），并能顯示測(cè)試結(jié)果；（8）操作員可通過(guò)緊急電話鍵盤及監(jiān)視器，實(shí)現(xiàn)與緊急電話計(jì)算機(jī)的人機(jī)對(duì)話；（9）從當(dāng)操作計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能維持基本通話功能，并存儲(chǔ)此間發(fā)生的呼叫信息；（10）多個(gè)通話柱同時(shí)呼叫時(shí)， 能自動(dòng)排隊(duì)， 并顯示呼叫分機(jī)的編號(hào)或公里標(biāo)。 （11）可自動(dòng)接通、保持、斷開與通話柱的通路；（12）可人工輸入事故類型及相應(yīng)的救助報(bào)告，并可進(jìn)行打??；（13）操作計(jì)算機(jī)可對(duì)多種交通事故、報(bào)警記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢，可以按時(shí)間、地點(diǎn)、事故類型、車輛類型、事故嚴(yán)重程度等進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)查詢；（14）呼叫時(shí)間、事件、處理方法等的記錄及打??；（15）監(jiān)控大屏聯(lián)動(dòng)、多機(jī)主機(jī)管理；（16）緊急電話可適用于較惡劣環(huán)境， 具有工作溫度范圍廣、防潮、防腐蝕、防雷、防雨（雪）、防盜、防破壞等措施；（17）擴(kuò)音功放：可實(shí)現(xiàn)單機(jī)/分組/全部呼叫廣播；（18）可實(shí)現(xiàn)多種音源播放選擇及同時(shí)播放；（19）可進(jìn)行廣播狀態(tài)自動(dòng)/手動(dòng)檢測(cè)；（20）可實(shí)現(xiàn)廣播音頻聯(lián)動(dòng)自動(dòng)播放。

5 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)此次技術(shù)改造，不僅徹底解決了現(xiàn)階段存在的不安全隱患，也極大的豐富了系統(tǒng)功能，延展了系統(tǒng)的開發(fā)和利用。 展望未來(lái)，在不久的將來(lái)， 可能會(huì)出現(xiàn)第四代“SIP 緊急電話廣播系統(tǒng)”SIP 緊急電話仍然基于網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)格式仍然采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP、UDP 協(xié)議， 但控制協(xié)議升級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)的SIP 協(xié)議，這使得不同制造商的產(chǎn)品存在了很好的通用性、互聯(lián)互通性，為智慧高速的建設(shè)奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。