地鐵通信系統(tǒng)改造方案探討與實踐

董新忠，孫毅，姚登峰

（1.深圳市中興系統(tǒng)集成技術(shù)有限公司，上海 200135；2.杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江杭州 310000；3.杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江杭州 310000）

0 引言

地鐵通信系統(tǒng)為地鐵正常運營提供必要的通信交流手段，為乘客提供列車運營信息和公共媒體信息等，是地鐵運營的重要支撐系統(tǒng)。隨著時間的推移和地鐵擴容，地鐵通信系統(tǒng)的改造需求越來越迫切，改造案例也越來越多。因此，在不影響或盡量減少對地鐵正常運營情況下完成通信系統(tǒng)的改造，是一個集技術(shù)和項目管理的系統(tǒng)工程。通過定制合理的改造方案不僅可以降低對地鐵正常運營的影響，也能降低改造成本，確保改造得以順利實施。

1 工程概況

1.1 地鐵通信系統(tǒng)的改造場景及范圍

地鐵通信系統(tǒng)有多種改造類型，一是設(shè)備超過使用年限或產(chǎn)品功能和性能不能滿足當前的需求，需要升級換代；二是地鐵擴容，原支線段延長成獨立線路，原支線段的設(shè)備全部替換等。這兩種場景共同點都是設(shè)備替換，不同點是場景二還需要考慮原主線路老設(shè)備繼續(xù)運行，相關(guān)的子系統(tǒng)需要考慮恢復，比如傳輸環(huán)需要割接等。本文重點探討場景二的案例，杭州地鐵1號線臨平支線改造為9號線的線路示意圖見圖1。

圖1 支線線路改造為獨立線路示意圖

圖中1號線在客運中心站分叉，往臨平方向為1號線支線，本次改造將1號線臨平段支線從原來線路中割接出來，兩端延長獨立成新線9號線。

1.2 地鐵通信系統(tǒng)改造的困難

既有線路設(shè)備的改造困難很多，最主要的問題表現(xiàn)在：機房面積受限，新設(shè)備的安裝、施工時間受限，工作效率很低，且不能對既有設(shè)備白天正常運營產(chǎn)生影響。因此，在人員安全管理、設(shè)備安全管理、施工組織等方面都提出了更高的要求。此外，部分終端設(shè)備的利舊需求更增加了改造工程實施的難度。

1.3 地鐵通信系統(tǒng)改造總體思路

既有線路設(shè)備改造替換有很多限制條件，在制定改造方案時不可能像新建站一樣盡善盡美，有些內(nèi)容只能取舍，例如機柜安裝位置、線纜走線等，最重要的原則主要有以下幾點：

（1）替換設(shè)備的安裝調(diào)試不能影響既有設(shè)備的正常運營；

（2）新設(shè)備的安裝位置根據(jù)機房實際情況靈活布置，但不能影響設(shè)備今后的正常維護；

（3）割接方案需要考慮施工能力，可通過增加一些臨時切換設(shè)備以降低割接當晚的施工量和難度；

（4）既有設(shè)備的線纜，有些無法拆除的只能保留；

（5）老設(shè)備拆除，替換的新設(shè)備不建議重新調(diào)整安裝位置；

（6）拆分改造后原主線路需要恢復，刪除不必要的配置，傳輸刪除多余節(jié)點重新組環(huán)。

2 地鐵通信系統(tǒng)改造準備

本文探討的改造方案基于杭州地鐵1號線臨平支線段改造獨立成9號線的實際應(yīng)用案例，要求7個站在不中斷運營的情況下一晚完成1號和9號線拆分。表1為各子系統(tǒng)的替換及利舊情況，重點討論無線、乘客信息、廣播系統(tǒng)的改造。其他子系統(tǒng)主要是新建，對既有設(shè)備的影響相對較小，因此不再詳細描述。

表1 設(shè)備利舊及新建情況

2.1 機房勘察

原機房里的設(shè)備布置沒有考慮后續(xù)改造設(shè)備的安裝空間，原設(shè)備的擺放都是按順序在中間放置，且通信機房面積一般都不大，為安裝替換設(shè)備造成了很大困難。通過機房勘察，根據(jù)實際情況合理安排安裝位置，本著功能第一，美觀第二的原則完成替換設(shè)備布置的設(shè)計。

2.1.1 通信設(shè)備室設(shè)備布置

本機房新增6個機柜，機柜布置圖見圖2。公務(wù)電話系統(tǒng)安裝在原OA（DDF）機柜中，MDF設(shè)備利舊，其他系統(tǒng)具體位置如圖2所示。其中，右側(cè)乘客信息機柜邊上通道只剩約300mm，通行受限，待最終原13、14、10、12、1、2號機柜拆除，通行受限問題得到改善。左側(cè)廣播機柜邊上通道有600mm，可正常通行，所有機柜的前后門都可以正常打開，設(shè)備維護空間足夠。

圖2 新增設(shè)備機房平面布置圖

2.1.2 通信電源室設(shè)備布置

電源設(shè)備室的空間比較小，沒有額外空間可以安裝新增的電源設(shè)備。原電池已使用近10年，一組電池出現(xiàn)故障無法使用，替換方案是拆除一組舊電池，騰出空間安裝新UPS、配電柜和電池。機房空間實景圖見圖3，設(shè)備平面布置圖見圖4。

圖3 機房實景圖

圖4 新增設(shè)備后機房平面布置圖

2.2 終端設(shè)備的勘察

（1）車控室終端設(shè)備的勘察

車控室現(xiàn)有操作臺上空間緊張，新增無線固定臺、專用電話調(diào)度臺、廣播控制盒及音頻話筒無法直接一步安裝到位，需要提前準備臨時安裝位置，提前調(diào)試完成，待正式割接時拆除舊設(shè)備，新終端設(shè)備調(diào)整安裝位置。

（2）LCD、LED屏的安裝勘察

LCD屏的安裝支架利舊，由于新舊LCD屏的固定方式不一樣，但大小尺寸相同，通過對原有支架的改造增加適配固定件，滿足新LCD屏的安裝。

LED屏的光纖和電源線利舊，需提前排查線纜位置和標簽，以便割接時將尾纖從ODF架跳接至新系統(tǒng)交換機。電源線也需要最終割接至新PIS機柜的配電箱上，在布置PIS新機柜時就需要考慮，若長度不夠可采用高可靠性的接續(xù)端子延長電源線。

（3）廣播揚聲器的安裝勘察

廣播揚聲器的現(xiàn)場勘察，需查清廣播分區(qū)及功放輸出線和揚聲器的連接關(guān)系，并做好標簽，為后續(xù)割接做好準備工作。

2.3 區(qū)間線纜引入及走線勘察

施工單位需要重點勘察區(qū)間光電纜的引入以及線纜走線路由，線纜引入機房的走線路徑及盤留安排，機房地板下線槽和走線情況，新增設(shè)備和機柜的進入路徑，區(qū)間光電纜的進入路徑等，為編寫施工方案做好準備工作。

3 重點子系統(tǒng)的改造方案

3.1 無線子系統(tǒng)

3.1.1 既有設(shè)備基本情況

既有線路無線系統(tǒng)采用數(shù)字集群組網(wǎng)，設(shè)備品牌為MOTO，工作頻段為800MHz，在控制中心設(shè)交換中心一套，每個車站、場段各一個二載頻基站，兩個長區(qū)間各安裝一套直放站，每車站一個固定臺。

車站采用室內(nèi)分布天線覆蓋，區(qū)間采用漏纜覆蓋，每隧道內(nèi)一根。

3.1.2 替換改造目標

（1）采用東方通信數(shù)字集群設(shè)備替換原無線設(shè)備，各站/場段新建二載頻數(shù)字集群基站1套、固定臺1套，控制中心設(shè)交換中心一套；

（2）天饋系統(tǒng)（包括區(qū)間漏纜和車站室內(nèi)分布系統(tǒng)）利舊；

（3）直放站利舊；

（4）在換乘站新建一套互聯(lián)網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)不同廠家互通；

（5）調(diào)試期間新舊無線系統(tǒng)同時開啟，為新線路新車調(diào)試提供無線通信功能。

3.1.3 改造方案總體思路

（1）新老無線系統(tǒng)通過合理頻率規(guī)劃，采用不同頻率組網(wǎng)，保證新老系統(tǒng)可以共存；

（2）采用合路器將新基站輸出信號合路到既有天饋系統(tǒng)中，最終割接后拆除合路器；

（3）新基站信號的合路采用循序漸進的方式，每步操作都要經(jīng)過詳細的測試，確?？苫赝?，控制對原無線系統(tǒng)的影響。

3.1.4 頻率規(guī)劃

為實現(xiàn)新舊無線系統(tǒng)并存，需要統(tǒng)一規(guī)劃頻率，保證兩個系統(tǒng)間頻率錯開相互無干擾，表2為改造期間頻率規(guī)劃，最終的頻率要結(jié)合延長線新站開通及線網(wǎng)的整體規(guī)劃，最后再做一次翻頻。

表2 無線頻率規(guī)劃表

表2 續(xù)

3.1.5 合路方案

客運中心站為1號、9號線換乘站，區(qū)間軌道有4個方向，其射頻合路最為復雜，下面按客運中心站為例制定合路方案。合路方案天饋連接見圖5。由于客運中心是換乘站，原1號線MOTO基站不拆除，合路器將一直保留。

圖5 客運中心站無線合路圖

3.1.6 合路實施步驟

（1）讀取記錄1號線基站功率配置，完成1號線車站及區(qū)間的覆蓋測試和區(qū)間切換測試；

（2）安裝合路器，測試加入合路器對1號線場強及切換的影響；

（3）逐站接入9號線基站后，測試1號、9號線無線系統(tǒng)基本呼叫測試；

（4）全線接入9號線基站并測試及優(yōu)化。

從第（2）步開始的操作，將對原1號線設(shè)備產(chǎn)生影響，需要制定回退方案。增加合路器將增加損耗導致覆蓋信號減弱，需要做詳細的對比測試；9號線基站開啟后是否產(chǎn)生干擾，也需要進行詳細的對比測試，務(wù)必保證原1號無線設(shè)備正常運行，覆蓋和切換到達運營需求。發(fā)現(xiàn)異常及時回退，分析定位，解決問題后繼續(xù)操作。

3.2 乘客信息子系統(tǒng)

3.2.1 既有設(shè)備基本情況

原1號線PIS系統(tǒng)由編播中心、分線中心、車站（含車輛段、停車場、車輛）三級組網(wǎng)。分線中心設(shè)置中心服務(wù)器、ISCS接口服務(wù)器、媒體編輯、播出查看、發(fā)布管理、廣告管理、系統(tǒng)管理終端等設(shè)備，分中心負責1號線信息的編輯、存儲、發(fā)布等功能。

各車站設(shè)置有車站服務(wù)器、播放控制器、LCD顯示屏等設(shè)備，車站設(shè)備直接負責為乘客提供信息顯示功能。

區(qū)間設(shè)置5.8G的無線局域網(wǎng)AP設(shè)備，負責為正線車輛傳送相關(guān)信息，采用802.11a制式。在隧道區(qū)間AP采用壁掛安裝方式，在地上區(qū)間AP采用立桿方式安裝。

3.2.2 替換改造目標

（1）9號線分線中心全部新設(shè)；

（2）9號線車站機房設(shè)備（車站服務(wù)器、播控器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）全部新設(shè)；

（3）車站LCD屏更換（客運中心站只更換9號線站臺LCD屏），安裝支架利舊，光纖和電源線新設(shè)；

（4）車站LED屏全部利舊，除（客運中心站）接入9號線播控器，設(shè)置網(wǎng)管終端管理LED屏；

（5）車地無線（WIFI）全部新建，采用5.1G頻段組網(wǎng)。

3.2.3 改造方案總體思路

乘客信息系統(tǒng)的改造，難點在于終端設(shè)備（LCD、LED屏）數(shù)量多，一晚割接工作量很大，需要通過方案設(shè)計拆解工作，把大部分工作提前完成，減少割接當晚的施工量，以便改造工作可以實施。

3.2.4 LCD屏的改造

提前完成PIS系統(tǒng)機房設(shè)備的安裝調(diào)試，更換LCD屏，將1號、9號線的視頻源全部輸入LCD屏，割接當晚只要切換顯示屏視頻輸入源就完成割接，具體操作過程如下。

（1）對原有LCD屏支架定制適配件以便固定新LCD屏；

（2）提前更換LCD顯示屏，利用既有視頻線、串行控制線和電源線纜進行連接，仍接入1號線播放控制器，播放1號線視頻源（新LCD屏無高清分量接口，增加臨時轉(zhuǎn)換線完成連接）；

（3）提前完成9號線光纜、電源線的敷設(shè)，完成光纖成端、跳纖連接至新LCD屏的OPS卡；

（4）將LCD屏的原1號線電源供電下電，采用9號線的新設(shè)電源線給LCD屏供電，并將9號線的視頻源接入LCD屏的第二個視頻輸入口，通過LCD屏遙控器選擇9號線視頻源播放，對LCD屏播放9號線視頻的功能進行測試，測試完成后恢復1號線電源線對LCD屏供電，選擇播放1號線視頻源；

（5）割接當晚使用LCD屏遙控器，將LCD屏切換到9號線視頻源播放；

（6）割接后第二天開始，拆除LCD屏原1號線的電源線，采用9號線新設(shè)電源線對LCD屏供電。

3.2.5 LED屏的改造

LED屏利舊，割接時將光纖連接至9號線播控設(shè)備，并使用單獨的網(wǎng)管管理。為正式拆分當晚割接順利，需提前把光纖跳接至9號線，并通過分線中心及LED屏網(wǎng)管下發(fā)顯示格式和內(nèi)容驗證功能，具體步驟如下：

（1）在原管理平臺上查詢，記錄各出入口LED顯示屏的IP地址，并做好對應(yīng)編號；

（2）在9號線新設(shè)的LED屏網(wǎng)管上進行數(shù)據(jù)配置和版式設(shè)計；

（3）在9號線網(wǎng)絡(luò)交換機上配置路由，保證控制中心9號線PIS系統(tǒng)IP地址與原1號線LED顯示屏IP地址能夠互通；

（4）在車站機柜側(cè)將LED屏的尾纖跳接至9號線PIS系統(tǒng)，并對尾纖做好標簽，在9號線LED屏網(wǎng)管上查看LED屏狀態(tài)，對LED屏進行管理、修改顯示內(nèi)容，測試完成后恢復LED屏與1號線PIS系統(tǒng)連接。

3.2.6 Wi-Fi車地無線改造

Wi-Fi車地無線設(shè)備全部新建，區(qū)間AP點位利舊。這部分不存在割接，整個建設(shè)過程同新建。

3.3 廣播子系統(tǒng)

3.3.1 既有設(shè)備基本情況

既有線一般車站按站廳公共區(qū)、上行站臺公共區(qū)、下行站臺公共區(qū)和設(shè)備區(qū)設(shè)置4個廣播區(qū)。

3.3.2 替換改造目標

（1）機房設(shè)備全部新建；

（2）揚聲器及線纜利舊；

（3）噪感新建。

3.3.3 改造方案總體思路

廣播機房設(shè)備全部新建，揚聲器利舊，改造的難點是前期需要測試，不能影響原1號線廣播系統(tǒng)的正常運行，正式拆分當晚需一晚完成全部揚聲器割接?？紤]到施工因素，割接方案中引入了倒切開關(guān)，解決調(diào)試和快速割接的難題，正式拆分后再將倒切開關(guān)拆除。倒切開關(guān)示意圖見圖6。

圖6 揚聲器倒切開關(guān)示意圖

3.2.4揚聲器的割接方案

首先完成廣播系統(tǒng)的機房設(shè)備安裝和調(diào)試，利舊揚聲器的割接包括以下主要步驟。

（1）提前摸排利舊揚聲器的輸入電壓，確?？梢越尤胄碌墓Ψ?；

（2）提前摸排揚聲器的分路、接線情況，并做好標簽；

（3）安裝倒切開關(guān)（單刀雙擲開關(guān)），將1號、9號線功放的輸出接到倒切開關(guān)的輸入端，揚聲器接輸出端，測試1號、9號線廣播系統(tǒng)的功能是否正常；

（4）在1號線運營時，將倒切開關(guān)撥至1號線功放輸出；9號線調(diào)試時，將切換開關(guān)撥至9號線功放輸出；

（5）正式拆分當晚，只需將倒切開關(guān)撥至9號線功放輸出。

4 改造方案實施重點

地鐵通信設(shè)備改造方案的實施，最關(guān)鍵的是正式拆分當晚的割接操作，所以，在割接準備階段需要將所有工作根據(jù)重要性和可實施性，并結(jié)合施工人力，統(tǒng)籌安排總體工序。詳細制定割接當晚每個車站每個系統(tǒng)的操作步驟和操作時間，并通過提前演練最終確定所有工序操作時間和人員組織安排。

4.1 割接改造總體工序安排

割接當晚需要對7個站同時操作，施工單位人力有限，且所有工作都在割接當晚操作時間窗內(nèi)完成，管理和協(xié)調(diào)難度很大，出錯的風險很大。所以，需要將工作根據(jù)重要性進行評估，有些工作可以提前完成，有些工作可以割接后再陸續(xù)完成，只有少量工作需要在割接當晚實施。

根據(jù)各個子系統(tǒng)的特點及改造方案計劃，割接當晚操作內(nèi)容如下。專用電話需要將端頭電話跳線；廣播將倒切開關(guān)撥到9號線；乘客信息采用遙控器將LCD屏切換至9號線顯示內(nèi)容，利舊LED屏將尾纖跳接至9號線交換機，并通過網(wǎng)管下發(fā)顯示內(nèi)容。

4.2 割接演練及正式拆分

4.2.1 割接演練

在正式拆分前，需要組織多場割接演練，演練分為專項割接演練和拆分演練。

專項割接演練重點是檢驗各系統(tǒng)的相關(guān)操作內(nèi)容、操作步驟和操作時間及人員安排，并驗證與信號和綜合監(jiān)控的接口功能。

拆分演練是按最終1號、9號線拆分操作為目標，第二天1號、9號線正式獨立運營所需的所有割接內(nèi)容，重點演練人員的組織安排，拆分后主要功能驗證測試，以及拆分后人員的保障安排等。

4.2.2 正式拆分

正式拆分當晚，根據(jù)拆分操作工序安排，對相關(guān)的割接內(nèi)容進行操作，重點是人員組織，割接操作作業(yè)單，操作小組配備手持臺保持通信溝通，以及拆分后的運營保障。

在OCC設(shè)置一個通信總指揮，根據(jù)信號的割接進展指揮通信團隊的割接操作，并根據(jù)操作組反饋結(jié)果總體把握割接進度，對反饋的問題及時判斷處理。

在網(wǎng)管中心安排技術(shù)保障組，每個系統(tǒng)安排工程師技術(shù)支持，對出現(xiàn)的技術(shù)問題及時分析處理。

每個車站安排操作實施組，人員包括地鐵公司通信工班、各系統(tǒng)技術(shù)人員、施工人員、車站總體協(xié)調(diào)人，根據(jù)OCC通信總指揮下達的命令完成相關(guān)割接操作和功能測試，上報操作結(jié)果。

拆分完成后需組織通信保障，重要系統(tǒng)需提供兩周全運營時段的保障，保障地點分為控制中心和車站，控制中心保障人員負責各系統(tǒng)的告警和整體運行情況分析處理，車站保障人員負責對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題及時處理，對車站站務(wù)人員在使用中遇到的故障提供技術(shù)支持。

4.3 設(shè)備拆除

正式拆分后，待遺留問題處理完成、新線運行穩(wěn)定后，可以開始對原1號線設(shè)備的拆除。拆除分為物理設(shè)備拆除和網(wǎng)管配置數(shù)據(jù)的刪除兩部分。其中，傳輸和交換機組網(wǎng)還涉及網(wǎng)絡(luò)的割接調(diào)整，對原1號線的傳輸網(wǎng)絡(luò)中6個站的網(wǎng)元刪除，并將光纖鏈路連接成環(huán)，以保證1號線剩余主線的環(huán)境保護功能完整。5結(jié)語

地鐵通信系統(tǒng)在不中斷運營情況下的改造，需要充分考慮既有設(shè)備的利舊、機房環(huán)境的情況，并結(jié)合施工單位的人力狀況，仔細研究每個系統(tǒng)的技術(shù)特點，針對每個系統(tǒng)制定切實可行的改造技術(shù)方案，通過合理安排精心組織，全量倒切演練，才能順利完成最終的替換改造工作。