地鐵延長線專用通進(jìn)傳信系統(tǒng)實施方案探討

權(quán)朝暉

(陜西城際鐵路有限公司，陜西 西安 712000)

0 引 言

隨著中國城市化進(jìn)程加速，城市地鐵建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，延長線項目越來越多。地鐵延長線建設(shè)，軌道和車站等土建項目施建設(shè)比較簡單，但對于綜合監(jiān)控、信號、FAS、BAS、通信等系統(tǒng)類機(jī)電工程專業(yè)，因為延長線與既有線建設(shè)間隔周期不一樣，就需考慮延伸線與既有線路是否共用控制中心、原有各系統(tǒng)設(shè)備是否可以采購、原有系統(tǒng)設(shè)備是否滿足現(xiàn)在運(yùn)營需求、延伸線的車站數(shù)量等因素[1]，技術(shù)實施方案有所不同，因此，探討地鐵延伸線專用通信系統(tǒng)的技術(shù)對項目建設(shè)有指導(dǎo)借鑒作用。

西安地鐵2號線二期在一期運(yùn)營10年后才開始修建，一期的專用通信系統(tǒng)的傳輸設(shè)備、PIS設(shè)備、CCTV等設(shè)備已經(jīng)不能滿足實際需要，需要進(jìn)行大量改造。14號線是在機(jī)場線運(yùn)營1年后開始修建，為了方便后期運(yùn)營管理以及節(jié)約成本，延長線與既有線路共用控制中心、延長線通信系統(tǒng)各子系統(tǒng)接口及通信與外部系統(tǒng)接口與機(jī)場線保持一致。延長線所有業(yè)務(wù)均接入機(jī)場線控制中心。雖然都是在原有線路基礎(chǔ)上延長，增加站點(diǎn)，每個子系統(tǒng)建設(shè)都需要獨(dú)立考慮如何建設(shè)。

1 延伸線的技術(shù)方案

在地鐵專用通信的子系統(tǒng)中，與行車相關(guān)系統(tǒng)有傳輸、LTE車地?zé)o線、調(diào)度電話、無線、電源、時鐘；面向乘客系統(tǒng)有廣播、乘客信息(PIS)；為地鐵運(yùn)營服務(wù)的公務(wù)電話、CCTV等專業(yè)。

1.1 傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實施方案

傳輸系統(tǒng)是為其他通信子系統(tǒng)和信號、綜合監(jiān)控、AFC、FAS、BAS等專業(yè)提供業(yè)務(wù)通道的系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為復(fù)用段保護(hù)環(huán)，采用的設(shè)備類型有MSTP、OTN、PTN等。

傳輸設(shè)備采用ITU技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)一致，延長線可以根據(jù)實際需要組網(wǎng)，地鐵傳輸?shù)闹饕饔檬强刂浦行南蚋鱾€車站之間一點(diǎn)對多點(diǎn)傳送信息、或者是控制中向車輛段(停車場)點(diǎn)對點(diǎn)間傳送信息[2]。

地鐵延伸線與既有線傳輸承載的業(yè)務(wù)基本類別相同，業(yè)務(wù)類型為點(diǎn)對點(diǎn)(E-LINE)或者總線式(E-Tree)。

西安地鐵2號線一期的傳輸以MSTP設(shè)備組成一個帶寬為5G的二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)，目前5G的帶寬已經(jīng)不能滿足實際需求，在二期建設(shè)中，對一期傳輸進(jìn)行全部替換，一期和二期傳輸設(shè)備保持一致。西安地鐵14號線傳輸設(shè)備與機(jī)場線設(shè)備同為華為的產(chǎn)品，但機(jī)場線使用OSN7500組成一個帶寬20G復(fù)用段保護(hù)環(huán)，14號線采用OSN1800V設(shè)備，為了確保14號線傳輸網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)場線傳輸網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)場線控制中心增加一套OSN1800V設(shè)備。因此延長線傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可以與既有線采用同種設(shè)備型號，也可以采用不同設(shè)備。

(1)延伸線與既有線采用同種設(shè)備

優(yōu)點(diǎn)：組網(wǎng)簡單，融合度高、能滿足實際需求。

缺點(diǎn)：延長線路與既有線路間隔時間長，通信技術(shù)發(fā)展很快，既有設(shè)備技術(shù)落后，市場被淘汰，全網(wǎng)改造傳輸網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用高。

(2)采用與既有線路完全不同的技術(shù)及設(shè)備

優(yōu)點(diǎn)：采購招標(biāo)比較容易。

缺點(diǎn)：

①如果兩套傳輸設(shè)備為不同廠家，延長線網(wǎng)絡(luò)不能采用既有網(wǎng)管，購買一套網(wǎng)管服務(wù)器并安裝與新增設(shè)備匹配的網(wǎng)管軟件；需每個系統(tǒng)在控制中心需增加交一臺換機(jī)，傳輸系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之前有兩次接口互聯(lián)。

每個系統(tǒng)增加交換機(jī)擴(kuò)充與傳輸設(shè)備的接連接方式見圖1。

圖1 擴(kuò)充交換機(jī)與傳輸設(shè)備連接示意圖

為了保證其他系統(tǒng)能安全接入控制中心，在控制中心核心機(jī)房，給每個系統(tǒng)再配置一臺交換機(jī)，完全可以解決延長線設(shè)備與既有線設(shè)備同時接入控制中心核心設(shè)備的接入問題。

②如果兩套傳輸設(shè)備為同一廠家但不同型號，設(shè)備技術(shù)兼容性差，可以與既有線共用網(wǎng)管。

在14號線建設(shè)中，機(jī)場線控制中心原有設(shè)備為一套華為OSN7500II型設(shè)備，所有到控制中心業(yè)務(wù)都是從此設(shè)備落地，14號線新增站點(diǎn)采用的是華為OSN1800V設(shè)備，兩套設(shè)備不兼容，但是業(yè)務(wù)單板采用ITU標(biāo)準(zhǔn)，接口一致。為了將14號線的業(yè)務(wù)接入機(jī)場線控制中心，且對原有業(yè)務(wù)影響最小便于割接進(jìn)行，在機(jī)場線控制中心新增一套OSN1800V設(shè)備，在機(jī)場線既有線OSN7500II設(shè)備上擴(kuò)容兩塊SL16單板(兩塊互為熱備)，將業(yè)務(wù)傳送到7500II設(shè)備上再通過PQ1板卡用來將接入的2 m業(yè)務(wù)落地；擴(kuò)容兩塊EX2(兩塊互為熱備)，將14號線以太網(wǎng)業(yè)傳送到7500II設(shè)備上通過原有機(jī)場線各業(yè)務(wù)端口落地完成接入。

1.2 LTE車地?zé)o線系統(tǒng)實施方案

LTE車地?zé)o線系統(tǒng)能夠在高速移動狀態(tài)(不小于120 km/h)條件下，在地面和車輛之間提供寬帶數(shù)據(jù)無線傳輸服務(wù)，為CBTC信號列控信息(雙向)、車載PIS流媒體、車載CCTV、列車運(yùn)行狀態(tài)信息、列車緊急文本信息以及集群調(diào)度提供符合業(yè)務(wù)指標(biāo)需求的無線帶寬[3]。

基于LTE-M系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)LTE車地?zé)o線綜合通信系統(tǒng)完全滿足中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的《城市軌道交通基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CBTC)接口規(guī)范-互聯(lián)互通接口規(guī)范》(中城裝備[2015]55號文)、(中城裝備[2015]100號文)中的相關(guān)要求[4]。

LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的互聯(lián)互通，需要解決2個方面的問題。

首先要保證空口的互聯(lián)互通，即不同線路的TAU可以相互接入到對方的LTE車地通信地面系統(tǒng)中，滿足傳輸時延、切換時延和帶寬等性能指標(biāo)，滿足要求下確保注冊、數(shù)據(jù)傳輸、切換的功能正常，其次要保證LTE核心網(wǎng)之間能夠互聯(lián)互通，支持終端的漫游切換，讓列車可以自由的在不同線路之間運(yùn)行。

數(shù)據(jù)終端和LTE基站之間的接口稱為空口(Uu口)，是3GPP標(biāo)準(zhǔn)接口；核心網(wǎng)之間的互聯(lián)互通需要開放S5接口、S10接口和S6a接口：S5接口是核心網(wǎng)S-GW與P-GW之間的接口，S10接口是LTE核心網(wǎng)MME之間接口，S6a接口是HSS與MME之間的接口，這三個接口也都是3GPP標(biāo)準(zhǔn)的接口。

LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)是完全基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)和LTE-M標(biāo)準(zhǔn)，因此Uu接口、S5接口、S10接口和S6a接口都是開放的，只要后續(xù)其他線路的LTE系統(tǒng)所采用的設(shè)備滿足LTE-M標(biāo)準(zhǔn)，如果既有線預(yù)留足夠的接口，就能實現(xiàn)與后續(xù)其他線路的互聯(lián)互通。延長線的LTE系統(tǒng)，有三種方式可以實現(xiàn)與既有線互通。

(1)新增站點(diǎn)的BBU與RRU與既有線路完全一致設(shè)備，各站點(diǎn)的BBU接入既有系統(tǒng)的核心網(wǎng)設(shè)備。

優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)組網(wǎng)比較簡單，技術(shù)融合度高。

缺點(diǎn)：采購設(shè)備受限，采購方式只能采用唯一采購來源，價格容易受設(shè)備廠家控制。

(2)新增站點(diǎn)的BBU與RRU與原有站點(diǎn)設(shè)備廠家不一致，但新采購設(shè)備滿足接入既有核心網(wǎng)。

優(yōu)點(diǎn)：采購設(shè)備方式靈活。

缺點(diǎn)：后期運(yùn)維人員需學(xué)習(xí)不同廠家的BBU和RRU技術(shù)，采購不同廠家的備件，備件費(fèi)用較大。

(3)新增一套LTE核心網(wǎng)設(shè)備，新增站點(diǎn)BBU與RRU與原有設(shè)備不一致。

優(yōu)點(diǎn)：對既有系統(tǒng)依賴度比較小

缺點(diǎn)：新增LTE核心網(wǎng)需要和信號、車輛、PIS、車載CCTV等重新約定接口標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)相對復(fù)雜;投資費(fèi)用大；運(yùn)維復(fù)雜。

在西安機(jī)場線LTE車地?zé)o線系統(tǒng)建設(shè)中，已經(jīng)為延伸線地鐵14號線預(yù)留接口，所以LTE車地?zé)o線系統(tǒng)采用既有LTE系統(tǒng)所采用的站點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容。

1.3 PIS(乘客信息顯示系統(tǒng))實施方案

PIS(乘客信息系統(tǒng))是以多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)系統(tǒng)為核心，通過設(shè)置在站廳、上下行站臺、出入口、列車客室等位置的顯示屏，讓乘客及時準(zhǔn)確地了解電客車運(yùn)營信息和公共媒體信息的多媒體綜合信息系統(tǒng)。

地鐵乘客信息系統(tǒng)(PIS)由控制中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)構(gòu)成。從控制功能上分為信息源、中心播出控制層、車站(列車)播出控制層和車站(列車)播出設(shè)備四個層次。

控制中心子系統(tǒng)作為PIS系統(tǒng)的核心，要實現(xiàn)的功能包括軌道交通外部信息接收、信息媒體文件的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)、信息編輯處理、播出計劃制訂及信息發(fā)布控制；整個PIS公共信息的發(fā)布和播出；操作員接收、編輯、儲存及發(fā)送各類信息至前端設(shè)備；緊急文本下發(fā)；控制中心編輯軟件可以直接對各車站LCD播放版面、車站LED播放版面、查詢機(jī)的查詢頁面、車載LCD播放版面進(jìn)行修改，編輯后可直接發(fā)布至前端設(shè)備；除此還有系統(tǒng)管理、磁盤空間管理以及運(yùn)行日志管理等功能。

PIS控制中心子系統(tǒng)作為PIS的核心，與綜合監(jiān)控、信號ATS、時鐘、CCTV、傳輸、LTE車地?zé)o線系統(tǒng)等專業(yè)在控制中心都有接口。

根據(jù)PIS系統(tǒng)控制中心子系統(tǒng)的各項功能和接口需求，控制中心硬件設(shè)備有網(wǎng)管服務(wù)器、視頻流服務(wù)器、編/解碼器、接口服務(wù)器等。

車站子系統(tǒng)從控制中心接收發(fā)布的內(nèi)容信息，通過播放控制器對本站的所有LCD顯示屏、LED屏、觸摸查詢終端進(jìn)行播放，并對本站所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理。

根據(jù)以上分析，軌道交通延伸線各個車站的PIS系統(tǒng)建設(shè)有3種方案。

(1)在控制中心子系統(tǒng)增加一套PIS播放軟件，增加網(wǎng)管服務(wù)器、視頻流服務(wù)器、編/解碼器、接口服務(wù)器等設(shè)備。

優(yōu)點(diǎn)：采購招標(biāo)簡單，廠家不唯一，利于后期擴(kuò)容改造；

缺點(diǎn)：需采購控制中心網(wǎng)管服務(wù)器、視頻流服務(wù)器、編/解碼器、接口服務(wù)器等，費(fèi)用高；接口比較多，需要和綜合監(jiān)控、信號ATS、傳輸、時鐘等專業(yè)協(xié)商接口方案，修改其他專業(yè)軟件；后期運(yùn)營比較麻煩，下發(fā)文本、視頻等信息時需要在不同的網(wǎng)管操作。

(2)利用線控制中心既有網(wǎng)管服務(wù)器、視頻流服務(wù)器、編/解碼器、接口服務(wù)器等設(shè)備，原有PIS廠家開放系統(tǒng)接口，延長線各車站采用其他廠家視頻播放軟件。

優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用比較少、與其他專業(yè)接口少。

缺點(diǎn)：需要既有線乘客信息系統(tǒng)提供提供控制中心PIS的軟件接口，延長線設(shè)備廠家進(jìn)行軟件整合。

(3)延長線各個車站采用既有線車站技術(shù)方案，產(chǎn)品保持一致。

優(yōu)點(diǎn)：方便維護(hù)、費(fèi)用低。

缺點(diǎn)：廠家唯一，招標(biāo)不方便。

因此，延伸線PIS系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)充分考慮延伸線與既有線間隔時間、既有線軟件使用情況，如果延伸線與既有線間隔時間較長，可以在控制中心增加一套控制中心子系統(tǒng)設(shè)備和軟件，確保延伸線和既有線獨(dú)立，并未后期既有線改造升級做準(zhǔn)備，延伸線各車站與控制中心新建子系統(tǒng)采用相同的播控軟件；如果延伸線與既有線間隔時間較短，從建設(shè)成本和運(yùn)營維護(hù)方便考慮，延伸線與既有線原有各車站系統(tǒng)方案保持一致。對延伸線PIS系統(tǒng)各車站的終端類設(shè)備，比如查詢機(jī)、LCD顯示屏、各出入口LED屏等設(shè)備，可以不必與既有線相同。

1.4 專用無線實施方案

地鐵延伸線一般與既有線為一個控制中心指揮調(diào)度，統(tǒng)一管理，共用調(diào)度系統(tǒng)，因此，延長線需和既有線保持一致，在調(diào)度大廳擴(kuò)容調(diào)度臺，確保延伸長車站(或車場)調(diào)度用戶的覆蓋。如果延伸線不納入既有線統(tǒng)一運(yùn)行，就需要再獨(dú)立設(shè)置核心網(wǎng)。新設(shè)置的核心網(wǎng)與既有線核心網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)級互聯(lián)互通[5]。

因此，延伸線有線調(diào)度電話系統(tǒng)均采用既有調(diào)度系統(tǒng)擴(kuò)容方式。

1.5 專用電話實施方案

延長線如果納入既有線統(tǒng)一運(yùn)行，那么延長線就要與既有線共用1套調(diào)度系統(tǒng)，延長線和既有線設(shè)備保持一致，即對既有調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，實現(xiàn)延伸線車站(或車場)調(diào)度用戶的覆蓋[6]。

1.6 廣播系統(tǒng)實施方案

控制中心或車站的廣播系統(tǒng)控制功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)，在控制中心廣播系統(tǒng)是供中心調(diào)度人員使用，在各車站是供站務(wù)室值班人員使用。為了便于調(diào)度和站務(wù)使用，避免增加廣播與綜合監(jiān)控之間的接口，延伸線廣播系統(tǒng)設(shè)備和既有線保持一致。

1.7 CCTV系統(tǒng)實施方案

CCTV與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)之間存在接口關(guān)系，為了方便，延伸線的CCTV系統(tǒng)采用與既有線相同的設(shè)備，如果延伸線需要更換CCTV系統(tǒng)軟件，需要在控制中心配置1套CCTV操作控制臺，與PIS、CCTV的協(xié)商接口[7]。CCTV系統(tǒng)的終端攝像機(jī)、路由器、交換機(jī)等可以采用與既有線不同廠家設(shè)備。

1.8 時鐘系統(tǒng)的實施方案

時鐘為各個系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)時間，為了全線保持統(tǒng)一時鐘，延伸線的時鐘系統(tǒng)應(yīng)與既有線為同一套時鐘網(wǎng)絡(luò)，共用一級母鐘或NTP(網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議)服務(wù)器。

1.9 電源實施方案

為了便于管理，延長線的UPS設(shè)備可以和既有線保持一致，電池完全可以采用不同廠家設(shè)備。

2 結(jié) 語

綜上所述，延伸線的專用通信各子系統(tǒng)實施方案不盡相同。具體的系統(tǒng)實施方案既要考慮新舊線路的間隔時間，又要考慮設(shè)備兼容性、各專業(yè)之間的接口方案修改等因素。因此，針對不同的專業(yè)，延伸線路技術(shù)選擇需進(jìn)行分析才能有較優(yōu)的系統(tǒng)方案。一般與控制中心調(diào)度直接相關(guān)的運(yùn)營調(diào)度指揮系統(tǒng)，建議延伸線與既有線設(shè)備保持一致，共用網(wǎng)絡(luò)，尤其是無線調(diào)度、有線調(diào)度電話系統(tǒng)、LTE車地?zé)o線系統(tǒng)。對于像傳輸、電源等系統(tǒng)，或者后期需要整體更換的專業(yè)，延伸線的實施方案與既有線沒有任何關(guān)聯(lián)，可以按照新建線路進(jìn)行設(shè)備招標(biāo)，根據(jù)實際需求選擇最優(yōu)設(shè)備。