城市轨道交通综合信息网业务接入的实现

毛 建 石琦玉 张 宁

(1. 南京地铁建设有限责任公司 南京 210008； 2. 东南大学智能运输系统研究中心 南京 210018)



城市轨道交通综合信息网业务接入的实现

毛 建1石琦玉2张 宁2

(1. 南京地铁建设有限责任公司 南京 210008； 2. 东南大学智能运输系统研究中心 南京 210018)

为实现城市轨道交通网络化运营较高的资源共享率以及较强的协调运营能力，首先对城市轨道交通控制中心各业务系统的通信需求进行分析，根据需求分析结果获取各业务系统传输信息业务的种类以及业务容量的大小；然后，对综合通信网的组成与功能定位进行描述；最后，根据信息传输种类以及业务容量大小等因素,确定综合通信网上层系统和控制中心业务系统接入综合信息网的接口类型与相关通信协议。 关键词 城市轨道交通；通信；业务接入；综合信息网

城市轨道交通只有在形成线网的情况下才能发挥其自身的高度集散能力，然而，形成线网之后，各条线路之间的协调运营、信息资源共享以及互联互通需要综合考虑[1]。因此，必须有一个专门的机构实现各线路之间的协调运营以及互联互通，能够承担这一职能任务的只有城市轨道交通控制中心，它同时兼具应急指挥中心的能力。

城市轨道交通控制中心业务内容庞杂，承载的信息量极大，是各线路信息资源共享以及互联互通的中枢，所以控制中心需要一个可靠的通信网来支撑其完成对各线路的协调指挥以及信息资源的共享等。城市轨道交通综合信息网就是连接控制中心和各条线路的纽带，辅助控制中心完成对各条线路的相关业务，是控制中心的专用信息通道。控制中心的各类信息业务较多，几乎所有的信息业务都是通过综合信息网进行传输的，所以，控制中心的各类业务系统对应的支撑信息系统如何接入综合通信网显得极其关键。研究综合信息网的业务接入首先应当明确综合信息网的业务需求和功能定位。

1 综合信息网的业务需求

城市轨道交通综合信息网是连接城市轨道交通控制中心和线网内各线路中心的信息纽带，承载着轨道交通的各项信息业务。支撑各项业务系统的信息系统通过接入综合信息网完成自身功能，而其接入方式取决于对应各项业务系统的信息类型、业务容量以及互联互通需求。换言之，各项业务系统对应的信息系统的接入方式取决于业务系统对综合信息网的具体需求。

控制中心的功能是协调轨道交通各线路之间的运营关系，完成线网内信息资源的共享，实现各线路及各系统之间的互联互通，同时在灾害情况下能够具有应急指挥中心的能力[2]。控制中心的主要任务包括监控轨道交通内关键设备和重要进程的运行情况，采集轨道交通各类数据并对其进行分析挖掘，根据分析挖掘结果形成科学决策意见供控制中心及其上级部门参考。控制中心能够将重要的轨道交通业务信息上传给城市主管部门，同时能够向各条线路统一下发相关业务信息及控制信息。控制中心的架构设置原则是便于各条线路的集中管理，其具体组织架构是按照各业务系统设置中央级的管理机构，其中应急指挥中心的管理权限最高。在每个业务系统内设置线路级的具体管理机构，分别对各个线路进行监控管理，线路级机构从属于中央级，这样的管理架构模式有助于统一协调各条线路之间的各项业务。

具体来说，作为轨道交通各线路的运营协调中心，控制中心应当具备监督管理、运营管理、计划管理的功能，这些功能通过控制中心的线网运营信息化系统实现。作为轨道交通各线路互联互通的枢纽，控制中心应当具备信息数据采集、数据挖掘分析、数据分析结果应用等功能。控制中心的线网数据中心系统能够实现数据分析等相关功能；作为紧急情况下的应急指挥中心，控制中心应当具备日常应急准备以及应急管理功能等。针对应急管理问题，控制中心设置专门的应急指挥中心业务系统完成灾害情况下的协调应急指挥。同时，控制中心还应当具备票务结算的清分中心系统以及服务于乘客的信息编播中心系统。

线网运营信息化系统的业务内容主要包括监督管理、运营管理和计划管理等，因此其通信需求以数据信息业务类型为主，但是数据种类不一，要求系统在接入综合信息网时能够传输多种数据信息，同时要求综合信息网具备较高的通信质量，保证数据信息的准确性。

线网数据中心系统是控制中心收集、存储、分析和挖掘处理数据的业务功能系统，其主要通过数据收集、存储以及分析挖掘实现轨道交通数据的一体化整合、线网信息的统计分析和信息发布等多项功能。因此，线网数据中心要求综合信息网能够传输较大业务容量的数据信息，同时与其他系统之间具有较强的互联互通性。线网运营信息化系统和线网数据中心系统对应的支撑信息系统分别是综合监控系统和自动售检票系统，设备数据信息的主要来源是综合监控系统，客流数据信息的主要来源是自动售检票系统。

轨道交通应急指挥中心系统是指挥、协调全市轨道交通网的信息系统，其主要功能是信息采集、线网综合监视及运营调度、线网应急事件处理、线网信息共享及发布等。应急指挥中心的业务功能繁多，其通信需求涵盖了多种信息业务类型。系统业务需求对应的支撑信息系统如图1所示。

图1 应急指挥中心业务系统与对应支撑信息系统的逻辑关系

由图1可知，应急指挥中心对综合通信的需求涵盖了各种信息业务类型，这就要求应急指挥中心对应的支撑信息系统在接入综合信息网时能够承载数据、语音和视频等各种通信业务类型，同时，需要保证在综合信息网与应急指挥中心进行信息交换的过程中具有较强的实时性。

信息编播中心系统通过综合信息网的传输通道与轨道交通各线路的乘客信息服务系统连接，向各线路乘客信息服务系统下发信息。乘客信息服务系统的主要信息载体是多媒体，所以信息编播中心系统的通信需求主要是多媒体信息业务，同样对通信的实时性要求较高，并且信息编播中心要求综合信息网与各线路之间具有较高的互联互通性。信息编播中心对应的支撑信息系统是乘客信息系统。

清分中心是城市轨道交通线网内各条线路自动售检票系统数据汇总和处理的唯一中心，其数据主要是乘客票卡交易数据[3]。清分中心除了通过综合信息网汇集线网内各线路自动售检票的交易数据信息外，还会通过综合信息网监控城市轨道交通线网内各条线路自动售检票系统设备的运行状态。因此，清分中心的主要通信需求为数据信息业务，各线路自动售检票系统的票卡交易数据需要通过综合信息网上传至清分中心。清分中心对应的支撑信息系统是自动售检票系统。

控制中心各业务系统实现自身功能都依赖于具体的设备系统，综合信息网接入各类业务系统的关键是综合信息网与各相关设备系统的接口衔接问题，由于控制中心内部业务系统涉及的设备系统较多，因此，各业务系统的需求体现为业务系统内部所有相关设备系统对综合信息网的需求。

综合以上分析，控制中心的各业务系统接入综合信息网的具体要求有所差异，影响接入的各项需求指标如表1所示。综合信息网需要承载数据、语音、视频以及多媒体等多种综合业务才能满足控制中心各业务系统的接入要求。控制中心是综合信息网的主要服务对象，符合控制中心各业务系统的通信需求是综合信息网业务接入的前提。

表1 控制中心业务系统对综合信息网各项指标的需求情况

2 综合信息网的功能定位

控制中心需要对城市内各条轨道交通线路进行及时、可靠的协调指挥，因此各条线路至控制中心的通信网络是实现其功能的关键因素。根据需求分析可知，综合信息网应当包括公务电话系统、专用电话系统、无线通信指挥系统、闭路电视监视系统、线网广播系统等，为与轨道交通正线通信系统相区别，称这些系统为上层系统；作为通信网，综合信息网还应当包括传输系统、时钟系统、电源与接地系统以及集中告警系统等。综合信息网的各业务子系统具有不同的功能，在实现控制中心与各线路中心信息交换过程中所表现出的作用也不尽相同。

2.1 传输平台的功能定位

综合信息网的传输平台是为各上层系统以及控制中心业务系统之间的通信而构建的，传送的主要是高速率信息业务，这与轨道交通正线上的传输系统有一定区别。控制中心内部子系统之间的业务都是通过与综合信息网传输平台的接入来实现，综合信息网传输平台与轨道交通正线传输系统的最大区别就是其数据传输量远大于正线传输系统的数据传输量；同时，综合信息网传输平台还是上层系统与轨道交通各线路中心之间的连接纽带，所以传输平台的业务接口非常丰富。除此之外，传输系统还需要专门的网络管理系统来完成对传输设备的配置、监测、控制及故障管理等任务，以此保证综合信息网的稳定可靠。总之，综合信息网传输平台是控制中心业务系统、上层系统和线路中心接入综合信息网的重要渠道。

2.2 上层系统的功能定位

公务电话系统、专用电话系统、无线通信指挥系统等上层系统是直接服务于控制中心的职能通信子系统，自身具备相应的数据业务能力。公务电话系统除了具备普通轨道交通正线公务电话系统的功能外，还需要具备各线路公务电话系统之间话务的转接以及网内与外网间部分话务的转接。专用电话系统实际上是正线专用电话的上级系统，其基本功能是为列车运营、电力供应、日常维护及防灾救护提供指挥平台，保证控制中心各专业调度员与各线路调度员之间的正常通话，灾害情况下这一点显得尤为重要。无线通信指挥系统通常应用在行车指挥中，正常运营模式下控制中心对行车指挥只监不控，所以通常情况下无线通信指挥系统处于空闲状态，紧急情况下能通过无线通信指挥系统实现移动指挥中心的功能。闭路电视监视系统能够及时获取线网内各线路任意车站和任意车辆内的实时视频图像信息，并且具有对图像采集设备的控制能力，同时可以回放存储的历史视频图像数据。

时钟系统、电源与接地系统作为辅助系统，分别为综合信息网提供统一的时钟信号及连续可靠、无瞬变的电压，同时设置集中告警系统全面监控综合信息网的各个设备以及各项进程，保证综合信息网具有可靠的数据交换能力。

综合信息网的上层系统与控制中心的业务系统必须通过合适的接口接入综合信息网的传输系统才能够实现自身的业务功能。

3 综合信息网的业务接入

综合信息网业务接入的内涵不仅包括接入综合信息网的系统业务内容及其相应的通信需求，而且还包括各业务系统接入综合信息网的方式，接入方式是指业务系统与综合信息网之间的接口类型以及与接口相对应的通信协议。前述对各系统业务内容和通信需求的分析能够为业务系统的接入方式选择提供依据。

3.1 上层系统接入的实现

上层系统是综合信息网的重要组成部分，线网级的通信业务功能全部由综合信息网的上层系统来实现，综合信息网的骨干架构是传输系统，所有上层系统都是通过接入传输系统实现自身的业务功能。各上层系统接入传输系统的接口形式如图2所示，不同上层系统传输的数据类型和业务容量不同，采用的接口形式也不同。

图2 上层系统接入传输系统的接口形式示意

公务电话系统传输的是语音数据，因此采用E1接口实现与传输系统的连接，同时公务电话系统也可以应用IP电话业务实现语音沟通，所以接入传输系统的公务电话接口可以是以太网接口，根据轨道交通的话务量，通常采用10/100 BASE-T接口进行传输。

专用电话系统直接用于运营调度和应急指挥，所以其地位十分重要。IP电话技术无法很好地解决语音通信中的时分复用业务，并且每次进行数据传输时都需要重新建立连接，因此其时延较高(在秒级以上)，这在专用电话系统中是不允许出现的，所以对于专用电话系统，调度交换机的接口形式主要采用E1接口，数字终端用户通常采用2B+D接口[4]。无线指挥系统的无线集群交换机以E1接口连接在公务电话系统的主交换机上，同时以RJ11接口连接在专用电话系统的录音设备上，方便无线手持台的通话管理。

视频监控系统承载的是视频数据，数据容量较大，通常采用以太网接口接入传输系统。视频控制业务采用数据传输量一般的10/100 BASE-T接口，视频传输业务则采用10/100/1000 BASE-T接口，以此保证实时视频数据不失真，历史录像调看业务采用10/100 BASE-T接口。

线网广播系统是覆盖在城市轨道交通全线网内的语音通信辅助管理系统，其主要作用是通过语音广播进行应急疏散和重要信息通告。目前较为高效的广播技术是IP广播或者IP数据传输音频，所以广播系统采用以太网接口接入传输系统，结合系统的容量可以确定广播数据传输业务和广播控制业务的接口均采用10/100 BASE-T接口。

时钟系统为整个综合信息网乃至全线自动化系统提供统一的时间标准，其需求主要是低速数据TDM(time division multiplexing,时分多路复用)业务，所以其接入传输系统通过RS 422或者RS 485接口[5]，如果采用IP技术进行传输，接口也可以是E1或者10/100 BASE-T。

集中告警系统为综合信息网内部各上层系统提供网络管理、网络设备统一配置、网络性能和故障监视等各项网络监管服务，所以集中告警系统与综合信息网其他上层系统之间存在相关接口，接口形式采用适用于网络监管服务的10/100 BASE-T以太网接口。

3.2 控制中心业务系统接入的实现

根据控制中心业务内容的分析结果可知，控制中心的业务系统之间数据交换频繁，传输的数据类型较多且数据量较大，所以控制中心的业务系统采用容量较大的1 000 BASE-T以太网接口接入综合信息网的传输系统，实现各业务系统之间的互联互通。为缓解综合信息网骨干传输通道的压力，各业务系统之间也存在专门的通信路径，这些通信路径也是综合信息网的组成部分。

线网运营信息化系统与应急指挥中心之间的接口采用1 000 BASE-F。线网运营信息化中心通过RJ 45接口与信息编播中心相连，通过两者的联合作用可以提升城市轨道交通的管理水平和服务水平。

清分中心与线网数据中心之间同样是通过1 000 BASE-F以太网接口实现各类业务交叉协作，各业务系统接入综合信息网使得城市轨道交通内部信息资源得到优化，方便资源的共享管理。清分中心和线网数据中心都是数据存储量较大的业务系统，两者之间存在数量较大的信息交换，所以它们之间采用1 000 BASE-T以太网接口。

应急指挥中心系统负责在灾害突发情况下协调各线路紧急救援，同时调度线网内各类资源迅速处理灾害事故，保证人员安全以及尽量降低事故损失。应急指挥中心系统通过以太网1 000 BASE-F获取线网数据中心的数据，为可能发生的灾害制定科学的预案；应急指挥中心系统与乘客信息编播系统的接口为冗余RJ 45，当灾害发生时可以通过它对线网发布相关疏散处理信息；应急指挥中心系统与上层视频监控系统的接口为冗余1 000 BASE-T，在灾害发生第一时间通过大屏系统直观查看灾害的具体情况，准确地判断灾害的性质，从而能够合理地启动应急预案。清分中心为应急指挥中心的客流疏散提供业务支持，因此，两者之间应当具有专门的通信路径，由于两个系统设置的位置相距较远，所以两者之间的接口采用1 000 BASE-F。综合信息网的时钟系统通过RS 422或者RS 485接口为应急指挥中心提供标准的同步时间。

线路中心是轨道交通单条线路的信息汇集点，是综合信息网服务的下游系统，所以各线路中心包含的信息系统需要合理地接入综合信息网，才能实现全线网的互联互通。由于正线自动化系统的专业较多，数据量大，所以应当采用1 000 BASE-F以太网接口接入综合信息网。线路中心各个正线系统的数据经过综合信息网分流至控制中心各业务系统，各业务系统之间也可以根据需要对这些数据进行交换。

综合信息网拥有以太网、E1、2B+D、RS 422以及RS 485等各类数据接口，且以太网接口类型丰富，具有不同基带传输速率的电接口和光接口，可以满足控制中心各业务系统与各线路中心的通信需求。以上分析确定了各系统接入综合信息网的硬件接口形式，硬件接口只有配备了合适的协议才能正常工作。根据硬件接口的规划内容可以看出，各系统接入综合信息网的硬件接口主要包括不同带宽的以太网接口、E1接口、RS 485接口、2B+D接口、RJ 45接口(100 BASE-T的一种具体接口形式)以及RJ 11接口等。其中，不同带宽的以太网接口和RJ 45接口采用目前应用最为广泛的通信网络协议TCP/IP，该协议成熟稳定可靠，能够实现综合信息网的各类以太网业务功能[6]；E1接口较为成熟的协议有两种，分别是G.703协议和V.35协议[7]，多数设备只符合V.35协议的部分子集，所以采用G.703协议作为E1接口的通信协议;RS 485接口在综合信息网中主要传输控制信息，所以采用Modbus协议来实现该类接口的通信[8]；2B+D接口也称BRI(basic rate interface,基本速率接口)，是ISDN(intergrated services digital network,综合业务数字网)网络的一种接口，所以应符合ISDN网的相关协议，并且该接口的B信道和D信道采用的协议也不相同，B信道在链路层上采用PPP协议，在网络层上采用IP协议，而D信道在链路层上采用LAPD协议，在网络层上采用X.25协议；RJ 11接口的协议是在TCP/IP协议的基础上加入呼叫控制以及网关控制协议而形成的VoIP协议堆栈[9]。接入综合信息网的各 种 硬 件接口在相关协议的配合下就能实现与综合信息网之间信息交换。

4 结语

通过分析控制中心业务系统的通信需求，从而确定各业务系统在信息类型、业务容量、实时性及可靠性等方面对综合信息网的要求，根据这些具体要求选择合适的接口类型完成各业务系统的接入，并且为各类接口匹配了相应的通信协议。控制中心业务系统以及线路中心接入综合信息网的具体形式由各业务系统的相关通信需求决定，业务系统的合理接入一方面能够实现综合信息网与不同业务系统之间的信息交换，另一方面为控制中心的业务功能扩展以及新建线路接入控制中心提供借鉴。

[1] 仲建华，梁青槐.城市轨道交通互联互通网络化运营的思考[J].都市快轨交通，2015，28(5)：10-12.

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[6] 李明,康静秋,贾智平.嵌入式TCP/IP协议栈的研究与开发[J].计算机工程与应用,2002(16):118-121.

[7] 詹平红,魏宗寿.基于G.703建议的E1数字接口转换研究[J].现代电子技术,2007(17):76-78.

[8] 邓志君,梁松峰.基于RS485接口Modbus协议的PLC与多机通讯[J].微计算机信息,2010(8):107-108.

[9] 刘步中.VoIP协议栈的安全性研究[J].无线互联科技,2013(12):125-126.

(编辑：王艳菊)

Service Access of Integrated Communication Networks for Urban Rail Transit

Mao Jian1Shi Qiyu2Zhang Ning2

(1. Nanjing Railway Co., Ltd., Nanjing 210008； 2. ITS Institute of Southeast University, Nanjing 210018)

In order to achieve a higher rate of information resource sharing and better coordinated operation, first, the communication requirements of the urban rail transit control center are analyzed, and the type of service and the capacity of the information of each service system are obtained according to the demand analysis. Then, the composition and function of the integrated communication network are described. Finally, according to the information types and the information capacity, the interface types and related communication protocols of integrated communication networks have been determined.Key words: urban rail transit; communication; service access; integrated communication networks

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.06.024

2016-04-05

2016-06-16

毛建，男，高级工程师，从事轨道交通设备系统设计管理研究，mao_j@njmetro.com.cn

江苏省科技厅产学研联合创新基金项目(BY2012497)

U231.7

A

1672-6073(2016)06-0120-05