城市軌道交通“不停運(yùn)”改擴(kuò)建通信系統(tǒng)建設(shè)方案分析

摘要：隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，修建地鐵的城市和地鐵線路的里程不斷增加。前期建設(shè)的地鐵線路通信系統(tǒng)已運(yùn)行多年，存在設(shè)備老化，技術(shù)制式陳舊等問(wèn)題。通信系統(tǒng)的建設(shè)在保證不停運(yùn)正常運(yùn)行的前提下，與既有設(shè)備滿足相互兼容，保持技術(shù)具有一定的先進(jìn)性，提升整個(gè)線路通信系統(tǒng)的功能均是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)。本文結(jié)合南京地鐵2號(hào)線改擴(kuò)建項(xiàng)目通信系統(tǒng)建設(shè)方案，分析了軌道交通改擴(kuò)建項(xiàng)目中通信系統(tǒng)的建設(shè)要點(diǎn)和工程中需要注意的問(wèn)題。希望通過(guò)對(duì)實(shí)踐中獲得的經(jīng)驗(yàn)為今后同類項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞：? 城市軌道交通;通信系統(tǒng)改造

一、 項(xiàng)目背景

通信系統(tǒng)是保證地鐵列車(chē)安全高效運(yùn)營(yíng)和為乘客提供高質(zhì)量的出行服務(wù)的重要手段，是維護(hù)地鐵正常運(yùn)營(yíng)，在異常情況下迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榉罏?zāi)救援和事故處理重要指揮系統(tǒng)。地鐵通信系統(tǒng)中傳輸設(shè)備、電話交換設(shè)備等使用年限在10-15年左右，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備比如說(shuō)電腦、服務(wù)器等設(shè)備使用年限在5-10年左右。隨著城市的發(fā)展及地鐵建設(shè)規(guī)劃的調(diào)整，線路運(yùn)營(yíng)8-10年后，線路延長(zhǎng)、通信系統(tǒng)制式升級(jí)或線路貫通運(yùn)營(yíng)均涉及線路通信系統(tǒng)的改造升級(jí)。

以南京地鐵2號(hào)線為例，南京地鐵2號(hào)線于2010年5月建成通車(chē)試運(yùn)營(yíng)，距今已經(jīng)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)了11年的時(shí)間。隨著南京城市發(fā)展，為了進(jìn)一步加強(qiáng)魚(yú)嘴地區(qū)與中心城區(qū)的聯(lián)系，對(duì)南京地鐵2號(hào)線向西延長(zhǎng)，增加4座車(chē)站及1座停車(chē)場(chǎng)[1]。南京地鐵2號(hào)線通信系統(tǒng)設(shè)備存在明顯老化，且技術(shù)陳舊，專用傳輸系統(tǒng)帶寬僅為2.5G，視頻監(jiān)視系統(tǒng)仍采用模擬標(biāo)清攝像機(jī)，廣播系統(tǒng)采用模擬功放等技術(shù)方案，面對(duì)地鐵線路延伸通信系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的壓力亟待改造升級(jí)。

南京地鐵2號(hào)線西延段通信系統(tǒng)應(yīng)采用技術(shù)先進(jìn)，管理便利的新技術(shù)、新設(shè)備，既有線通信系統(tǒng)應(yīng)與西延段作為一條線完整的系統(tǒng)，確保既有線各通信系統(tǒng)與西延段通信設(shè)備相互兼容，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)盡可能保持一致，能夠?qū)崿F(xiàn)貫通運(yùn)營(yíng)，統(tǒng)一管理，故西延段需對(duì)既有線通信系統(tǒng)進(jìn)行必要的升級(jí)改造。

二、工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

對(duì)于南京地鐵2號(hào)線西延段的建設(shè)，在保證既有2號(hào)線全天候正常、安全運(yùn)營(yíng)的前提下，對(duì)正線部分通信設(shè)備，特別是對(duì)控制中心的通信設(shè)備進(jìn)行革命性地改造升級(jí)，以確保后續(xù)西延段平常、平滑的接入，是此項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（一）改擴(kuò)建工程涉及專業(yè)多，各專業(yè)之間相互交叉，相輔相成，但作業(yè)面卻狹窄等問(wèn)題。本次改擴(kuò)建項(xiàng)目當(dāng)然不僅僅只是通信專業(yè)，是南京地鐵2號(hào)線全專業(yè)的一次改擴(kuò)建。其他專業(yè)的改造升級(jí)勢(shì)必會(huì)使通信系統(tǒng)進(jìn)行配合，一起進(jìn)行改造升級(jí)。信號(hào)專業(yè)ATS升級(jí)[2];綜合監(jiān)控專業(yè)由綜合信息系統(tǒng)升級(jí)成綜合監(jiān)控系統(tǒng);供電、AFC等多個(gè)專業(yè)新增了業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨?終點(diǎn)站站后軌道道岔的改造;調(diào)度大廳裝修的改造等等均對(duì)通信專業(yè)提出了新的改擴(kuò)建需求。

（二）改擴(kuò)建是以不影響既有線正常運(yùn)營(yíng)為前提。既有2號(hào)線是南京地區(qū)東西向軌道交通干線，途徑建鄴區(qū)、鼓樓區(qū)、秦淮區(qū)、玄武區(qū)和棲霞區(qū)等，平均日客流量超過(guò)65萬(wàn)人次，是貫穿主城區(qū)交通客流量最大的東西軸線。一旦停運(yùn)勢(shì)必給南京城市交通造成巨大影響，因此在改擴(kuò)建期間，是以既有2號(hào)線“不停運(yùn)”為項(xiàng)目前提，也是工程重點(diǎn)。

（三）既有線由于運(yùn)營(yíng)多年，設(shè)備老化嚴(yán)重，備品備件不足，且部分通信廠家已退出軌道交通市場(chǎng)，對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目貫通運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了巨大的壓力[3]。無(wú)線通信TETRA核心設(shè)備主控板卡均發(fā)生過(guò)故障，且整體設(shè)備存在多種問(wèn)題。PIS系統(tǒng)平臺(tái)軟件廠家已退出軌道交通市場(chǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容升級(jí)。視頻監(jiān)視圖像從車(chē)站至中心傳輸利用OTN設(shè)備提供的編碼板上傳，編碼板的協(xié)議為私有協(xié)議，且目前傳輸廠家工程師對(duì)編碼板協(xié)議并未完全掌握。

（四）通信系統(tǒng)的改擴(kuò)建均需利用有限夜間檢修時(shí)間進(jìn)行施工。改擴(kuò)建工程存在大量控制中心改造、倒接等工作，需要設(shè)計(jì)與建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、施工單位等緊密配合，制定合理的工程方案、應(yīng)急預(yù)案和施工籌劃，利用夜間不到4小時(shí)的停運(yùn)時(shí)段，有計(jì)劃地、安全地逐步完成該項(xiàng)改造工作。

（五）改擴(kuò)建應(yīng)滿足線路服務(wù)水平的要求。既有2號(hào)線已運(yùn)營(yíng)開(kāi)通11年，這期間通信技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)軌道交通技術(shù)帶來(lái)了日新月異的變化。同時(shí)人們對(duì)軌道交通的服務(wù)水平的要求也日益提高。因此，本次通信系統(tǒng)改擴(kuò)建應(yīng)根據(jù)新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及運(yùn)營(yíng)管理的需求，對(duì)既有線及西延段整體通信系統(tǒng)功能進(jìn)行升級(jí)，使本線路運(yùn)營(yíng)更安全、便利，服務(wù)更人性化。

三、實(shí)施計(jì)劃

（一）無(wú)線通信系統(tǒng)

1.既有技術(shù)方案及存在問(wèn)題

前幾年城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)一般采用TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)組建。由于TETRA技術(shù)制式原引于歐洲，國(guó)際技術(shù)體制及國(guó)際成熟品牌存在技術(shù)協(xié)議不統(tǒng)一，不同品牌設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，解決新建系統(tǒng)與既有系統(tǒng)工程相互兼容，保證系統(tǒng)的高可靠性成了工作的難點(diǎn)。

既有線數(shù)字集群核心設(shè)備運(yùn)行多年，硬件老化，故障多發(fā)，軟件版本較低，系統(tǒng)軟件存在固有缺陷。既無(wú)法滿足線網(wǎng)級(jí)與其他中心數(shù)字集群核心設(shè)備的互聯(lián)互通，且日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)時(shí)也存在眾多小毛病。在此中心MSO基礎(chǔ)上擴(kuò)建延長(zhǎng)線路，滿足西延段各車(chē)站的接入，存在較大的安全隱患。在軌道交通多個(gè)系統(tǒng)存在與TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)互連的接口，多個(gè)系統(tǒng)的改造升級(jí)也會(huì)對(duì)MSO穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。

2.改造方案

（1）對(duì)既有線設(shè)備系統(tǒng)工作狀況進(jìn)行充分調(diào)研。

（2）考慮到不間斷既有線的運(yùn)營(yíng)，本次對(duì)TETRA系統(tǒng)中心MSO設(shè)備進(jìn)行更換。

既有基站在新的MSO設(shè)備下正常進(jìn)入集群模式，車(chē)站固定臺(tái)、車(chē)載臺(tái)、手持臺(tái)能夠正常入網(wǎng)且各項(xiàng)功能正常，是無(wú)線通信系統(tǒng)成功向MSO割接的前提條件。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)先建立新的MSO設(shè)備，并對(duì)既有線各個(gè)車(chē)站基站接入新的MSO設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，即將新設(shè)的MSO配置完成后，配置新MSO的2M接口連接至傳輸設(shè)備，分批將既有車(chē)站割接到新的MSO上，測(cè)試基站是否能夠注冊(cè)。待測(cè)試完成后，測(cè)試車(chē)站應(yīng)回退到既有MSO設(shè)備，以保證線路的正常運(yùn)營(yíng)。車(chē)站測(cè)試時(shí)，應(yīng)對(duì)手持臺(tái)、車(chē)載臺(tái)分別進(jìn)行測(cè)試，能否滿足正常運(yùn)營(yíng)。測(cè)試完成后，應(yīng)做好正式割接技術(shù)方案及前期準(zhǔn)備工作，制定詳細(xì)的施工組織計(jì)劃，控制風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，做好應(yīng)急預(yù)案和安全保證措置，利用天窗點(diǎn)實(shí)施正式割接[4]。

（3）對(duì)中心MSO、車(chē)站基站固態(tài)軟件版本進(jìn)行升級(jí)，滿足與線網(wǎng)、其他線路互連互通，便于后期網(wǎng)絡(luò)化管理。

既有車(chē)站基站固件軟件升級(jí)通過(guò)控制中心網(wǎng)管軟件將MTS設(shè)備的R09固件和配置文件下放至各車(chē)站基站主用TSC中的過(guò)渡存儲(chǔ)位置，再通過(guò)主用TSC升級(jí)基站應(yīng)用軟件，并將配置文件復(fù)制到備用TSC板卡，重啟基站進(jìn)行主備切換完成整個(gè)基站的軟件升級(jí)至R09，完成基站功能驗(yàn)證測(cè)試。由于既有線車(chē)站較多，本次將對(duì)既有車(chē)站分三個(gè)晚上進(jìn)行軟件升級(jí)。同時(shí)應(yīng)對(duì)基站升級(jí)可能存在風(fēng)險(xiǎn)做好應(yīng)急處理措施。

（4）在新建車(chē)站內(nèi)設(shè)置基站及配套設(shè)施，并割接到新的中心MSO內(nèi)。

（二）視頻監(jiān)視系統(tǒng)

1.既有技術(shù)方案

既有線視頻監(jiān)視系統(tǒng)以模擬標(biāo)清攝像機(jī)為主，采用傳統(tǒng)的“模擬采集+數(shù)字傳輸”方案。它是由標(biāo)清攝像機(jī)、地環(huán)隔離變壓器、字符疊加器、視頻切換矩陣、硬盤(pán)錄像機(jī)、視頻編碼板等設(shè)備組成。它是一種基于模擬視頻切換矩陣的方案，從車(chē)站到控制中心的視頻圖像傳輸采用數(shù)字壓縮編碼技術(shù)。

2.改造必要性及運(yùn)營(yíng)需求

視頻監(jiān)視系統(tǒng)是城市軌道交通安全運(yùn)營(yíng)管理的重要手段。由于視頻監(jiān)視系統(tǒng)具有直觀性和可視性，一旦出現(xiàn)異常情況，可以通過(guò)直接調(diào)看相關(guān)區(qū)域視頻畫(huà)面，及時(shí)制定應(yīng)對(duì)方案，指揮引導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作人員采取措施，保證乘客出行安全，快速疏導(dǎo)乘客。

隨著視頻監(jiān)視系統(tǒng)高清化、智能化的發(fā)展，高清視頻顯示已成為使用者必然的選擇，但是既有車(chē)站大量的模擬攝像機(jī)仍然發(fā)揮著作用，現(xiàn)有的視頻監(jiān)控體系管理模式需要保持[5]。如果將全部既有車(chē)站視頻監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行改造，工作量巨大，費(fèi)用較高，且既有線是南京地鐵日常運(yùn)營(yíng)中重要軌道交通干線，日客流量繁忙，改造工程會(huì)對(duì)人們?nèi)粘３鲂性斐梢欢ǖ挠绊憽?/p>

既有車(chē)站視頻監(jiān)視系統(tǒng)功能存在一定的缺陷，控制中心調(diào)度員無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)站云臺(tái)攝像機(jī)的控制，目前僅車(chē)站能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)云臺(tái)的調(diào)用，也給運(yùn)營(yíng)單位帶來(lái)眾多不便。此方面也是本次改擴(kuò)建工程重點(diǎn)需要解決的問(wèn)題之一。

既有線視頻圖像傳輸至控制中心通過(guò)傳輸設(shè)備提供的專用視頻編碼板實(shí)現(xiàn)，視頻編碼協(xié)議采用H.264的協(xié)議。若實(shí)現(xiàn)不同廠家視頻平臺(tái)對(duì)接，可按照GB/T28181《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》的要求采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和視頻流對(duì)接[6]。由于本線建成年限較早，H.264的編碼協(xié)議存在部分非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，為高清視頻平臺(tái)解析既有圖像造成大量的工作需要解決。

3.改造方案

通過(guò)對(duì)既有車(chē)站硬盤(pán)錄像機(jī)的解析，同時(shí)在車(chē)站新增以太網(wǎng)交換機(jī)將車(chē)站硬盤(pán)錄像機(jī)與OTN傳輸設(shè)備連接，中心高清視頻監(jiān)視平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)既有線標(biāo)清圖像實(shí)時(shí)調(diào)看、視頻圖像上墻、視頻錄像調(diào)看及攝像機(jī)云臺(tái)控制等統(tǒng)一調(diào)看控制等各項(xiàng)功能。

（三）公務(wù)電話及專用電話系統(tǒng)

城市軌道交通電話系統(tǒng)功能主要包括兩部分：一部分是用于為地鐵內(nèi)部運(yùn)營(yíng)人員與地鐵各部門(mén)、各單位以及外部人員之間提供電話聯(lián)系;另一部分是為運(yùn)營(yíng)調(diào)度、日常維護(hù)、防災(zāi)救助等工作提供調(diào)度電話交換。在國(guó)內(nèi)城市軌道交通電話系統(tǒng)設(shè)置中，公務(wù)和專用電話一般采用分開(kāi)設(shè)置，各自獨(dú)立運(yùn)行的方案。南京既有2號(hào)線電話系統(tǒng)采用了“公專合一”的方案，也是南京唯一采用“公專合一”方案的線路。

既有電話系統(tǒng)采用程控交換技術(shù)，在中心、車(chē)站分別設(shè)置程控交換設(shè)備。由于電話系統(tǒng)的成本較低，綜合布線系統(tǒng)均可利舊，電話系統(tǒng)改造周期短，可采用一次性全部更換的方案?？紤]到程控交換設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，不宜損壞，對(duì)于延長(zhǎng)線亦可采用擴(kuò)容升級(jí)方案，待大修改造期再考慮統(tǒng)一更換的方案。

（四）廣播系統(tǒng)

既有線廣播系統(tǒng)采用模擬廣播的方案，中心、車(chē)站之間通過(guò)音頻線及RS422接口互連，音頻接口用于傳輸語(yǔ)音信息，而低速率接口用于傳輸控制命令。統(tǒng)一更換廣播系統(tǒng)設(shè)備不影響車(chē)站內(nèi)布線及運(yùn)營(yíng)，改造難度較低。中心、車(chē)站采用不同廠家的廣播設(shè)備，數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)化并未完全統(tǒng)一，需對(duì)控制命令、廣播業(yè)務(wù)下發(fā)等功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接。

四、結(jié)束語(yǔ)

眾所周知，隨著我國(guó)城市軌道交通線路持續(xù)運(yùn)營(yíng)，越來(lái)越多的城市地鐵線路進(jìn)入了設(shè)備改造更新的周期。以北京、南京、深圳為例，早前建設(shè)線路至今已運(yùn)營(yíng)15年，系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入大修改造的階段，需在“不停運(yùn)”情況下完成對(duì)軌道交通系統(tǒng)設(shè)備的改造升級(jí)。在充分調(diào)研既有線的技術(shù)方案后，以確保既有線安全運(yùn)營(yíng)調(diào)度出發(fā)，與相關(guān)各單位工作人員緊密合作，對(duì)系統(tǒng)技術(shù)方案、系統(tǒng)倒接工序、系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的控制等多個(gè)方面進(jìn)行深入的分析及優(yōu)化，同時(shí)還需關(guān)注其他專業(yè)對(duì)通信系統(tǒng)改造升級(jí)帶來(lái)的變化及影響。通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)用“逐個(gè)分析、各個(gè)擊破”的方式從多種角度將改造升級(jí)中遇到的關(guān)鍵問(wèn)題找到，并通過(guò)設(shè)計(jì)與施工、運(yùn)營(yíng)多次溝通加以驗(yàn)證和落實(shí)，為線路通信系統(tǒng)“不停運(yùn)”改造升級(jí)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)也為今后越來(lái)越多的類似項(xiàng)目提供了參考的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

作者單位：閆夏? ?北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 南京地鐵2號(hào)線西延工程通信系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)文件.南京.2017.

[2] 張惺.城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)大修改造方案分析[J] .鐵路通信信號(hào)，2020.

[3] 南京地鐵2號(hào)線西延工程通信系統(tǒng)改造方案匯報(bào).南京.2018.

[4] 南京地鐵2號(hào)線西延工程無(wú)線通信系統(tǒng)800M TETRA核心設(shè)備割接方案.南京.2020.

[5] 于超.城市軌道交通通信系統(tǒng)升級(jí)改造中的重點(diǎn)問(wèn)題把控及風(fēng)險(xiǎn)管理[J].都市快軌交通，2021.

[6] 朱廣佳.王國(guó)華 城市軌道交通高清視頻改造方案研究[J] .鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2018.

[7] 南京地鐵2號(hào)線西延工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)割接實(shí)施方案.南京.2020.