广州新型有轨电车试验段通信系统简析与优化

甘 锐



广州新型有轨电车试验段通信系统简析与优化

甘 锐

摘 要：随着现代有轨电车的快速发展，作为保障行车服务、提高服务质量和管理水平的通信系统建设方式也呈多样化。文章针对广州新型有轨电车试验段通信系统的设计方案和建设模式进行了阐述，并对其通信系统的设计方案与功能优化提出了相关建议。

关键词：有轨电车；通信系统；优化

甘锐：广州有轨电车有限责任公司，工程师，广东广州510380

0　引言

广州新型有轨电车试验段工程为广东省第1条现代有轨电车运营线路。试验段工程从万胜围至广州塔，全长7.7 km，共11座车站，于2014年12月31日投入试运营。

城市轨道交通通信系统由专用通信、民用通信及公安通信3大部分组成。由于有轨电车均为地面线路，因此无需单独建设民用通信系统。公安通信主要包括无线系统与视频监控系统，广州地铁公安统一使用市政务网，无需重复建设，加之有轨电车车站为全覆盖设计，可将视频监控与公安监控合二为一，因此，有轨电车通信系统仅包含专用通信系统。

试验段工程通信系统是有轨电车指挥、运行、组织运输生产的神经系统，是提高运输效率、传递交通信息的重要设施，并为运营管理及乘客提供有效的服务保障。通信系统的系统功能配置及质量将直接关系到有轨电车的运营管理效率。

1　试验段通信系统简析

试验段工程通信系统由以下9个子系统组成：无线调度系统、传输通信系统、不间断电源系统、视频监控系统、广播系统、乘客信息系统、时钟系统、计算机网络系统和有线电话系统。

1.1无线调度系统

无线调度系统为有轨电车固定用户与移动用户之间、移动用户与移动用户之间提供可靠的通信手段。根据有轨电车运营管理的实际情况，还应满足管理所必需的调度通信，为确保行车安全，提高运营效率和管理水平，改善服务质量，应对突发事件的调度指挥提供通信手段。本试验段无线调度系统使用广州电信800 M 政务网，调度台及手持台为甲购方式，停车场配置了行车调度与设备调度2个调度台，共配置75台手持台。

通过租用政务网实现有轨电车无线调度系统功能，无需投入建设成本且网络后续维护有可靠保障。后续线路建议沿用租用政务网的建设模式，待线路路径确定后全面开展信号场强测试，结合测试报告提出完善措施及总体信号覆盖要求。

1.2传输通信系统

传输通信系统作为试验段工程通信系统的基础网络，为其他通信子系统及信号系统、票务系统、SCADA 等专业提供了可靠的、冗余的、可重构的、灵活的信道，并将成为保证有轨电车运行所必需信息的传输媒体。试验段传输通信系统共7个传输设备点，包括5个车站、1个调度中心和1个新造车辆段，每个车站下挂2个工业级交换机。

该试验段为广州第1条采用“节点+工业交换机”组网模式的轨道交通线路。这一传输模式充分结合了有轨电车特有的组网特点，设备组网上减少了6个节点，轨道交通线路造价成本上至少可节约25% 的概算。该模式能提供的端口数量远远大于全节点组网模式，并能提供单、多模光口、千兆以太网接口，端口类型完全可以满足接入系统的需求，后续线路可继续沿用“节点+工业交换机”组网模式。

1.3不间断电源系统

不间断电源系统为通信各子系统及信号、售检票系统提供稳定的电源保证，当外供交流电停电时，能够自动启动备用蓄电池为系统设备提供不间断电源。试验段不间断电源系统主机结合各车站的负载容量配置，车站分为30 kVA 及40 kVA 两个型号，停车场为100 kVA。电池均按2组配置，后备时间统一为2 h，负载分别为通信、信号及售检票3大系统。

1.4视频监控系统

视频监控系统是保证轨道交通行车组织和运输安全的重要设备，该系统为调度中心调度员、值班员等提供有关列车运行、防灾救灾、客流情况及社会治安等方面的视觉信息，同时为地铁公安提供实时的监控需求。系统主要由网络高清摄像机、网络存储设备、视频服务器及相关软件组成，其中传输通道由传输系统提供。

试验段视频监控系统采用“车站存储+中央存储”的模式，并采用 PC 端监控终端的模式，摄像头基本采用光传输模式。有轨电车因车站无专人值守，视频监控可有效提高运营管理的效率。

1.5广播系统

广播系统是调度中心调度人员和现场值班员向乘客通告有轨电车运行及安全、向导等服务信息，向工作人员发布作业命令和通知的通信设备，同时用于在发生紧急情况时指导疏散乘客。

广播系统由中心级（含停车场）、车站级广播2部分组成。中心级广播系统与各车站通过有线传输网连接，构成1个多站址的网络化广播系统，可实现中心对全线各站广播设备的遥控、遥测和管理。语音和数据均采用一路10 M /100 Mbit/s 以太网总线方式传输。

1.6乘客信息显示系统

乘客信息显示系统（PIDS）通过设置中央播控系统、车站/车辆显示系统、车地无线通信系统及车辆视频监视系统，实现了旅客服务质量的提高及各类重要信息的实时传递。

1.7时钟系统

时钟系统为试验段其他系统设备提供统一的时间信号，使各系统定时设备与本系统同步，还为调度中心调度员、相关部门工作人员、其他运营人员及乘客提供统一标准时间信息。全线时钟系统采用调度中心一级组网方式，在调度中心新设一级母钟、北斗 GPS 天线，在全线各设备站通过传输系统提供对时信号，从而实现对全线时钟系统设备的统一管理。

1.8计算机网络系统

计算机网络为停车场及车站提供办公网络，并由停车场统一接入广州地铁办公网，通过地铁总公司外部出口访问互联网。通过接入广州地铁办公网可以登录办公自动化系统、邮箱系统等总公司信息系统，且无需申请外部网络带宽，既节约建设费用又提高了办公效率，后续线路可继续沿用此组网模式。

在试验段停车场的办公室、设备用房等处统一设超5类信息插座，为停车场内数据、图像提供标准的、统一的、可灵活设置的通道。所有的信息插座通过超5类电缆和安装在配线间的 EDF 配线架相连接，并根据不同的需求在配线架上进行跳接。为确保系统的稳定性及可靠性，交换机与交换机、配线架与交换机之间均采用原装跳线实现，配线间汇聚交换机与弱电设备室的云计算平台核心交换机之间采用8芯单模光缆连通。

1.9有线电话系统

试验段有线电话系统采用软交换设备组网，按“中心交换节点+接入节点”两级结构设计组网方案。在本工程调度中心通信设备室设中心软交换设备（Softswitch）、中继/信令网关（TG/SG）、网管服务器、应用服务器、数据库服务器、以太网交换机等，负责完成本线电话业务的控制及处理。系统接入广州地铁公务电话系统，并预留与其他后期线路、公众电话网用户的互通。

试验段有线电话通过广州地铁公园前控制中心的数字程控交换机接入广州电信，号码资源分为内线与外线，其中外线电话100门，内线电话1000门，并在每个车站配置2套可视电话，为运营管理提供了很大的便利。有线电话直接接入广州地铁线网再出局的方式减少了租用中继的费用，并可实现在整个总公司范围内拨打内线。该组网方式较为经济实用，建议继续沿用。

调度中心设置录音设备，对各值班台的通话、广播系统调度中心的播音、重要监听等内容进行录音。同时在调度中心设置网管系统，网管具有配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等功能，可完成对软交换系统的监测、控制和管理。

2　通信系统优化建议

2.1无线调度系统优化

（1）手持台优化。试验段工程列车司机与调度通话均为手持台，因其电池使用受限，建议后续线路中每列车安装2台车载台，车载台相对手持台能有较稳定的电源及更加可靠的无线信号，通话质量更为优越。因此，应确保列车司机优先使用车载台，将手持台作为车载台的后备模式。

（2）调度台优化。目前调度台通过 PC 端配置麦克风通话，通话时需用鼠标按住选择组直至通话结束才释放鼠标。建议后续调度台配置数字电话，并直接在数字电话的界面上配置通话组按键，或采用 PC 端与麦克风增加通话按钮。

2.2传输系统优化

传输系统以光缆作为主干信息传送的载体，且各车站之间都需要有连接点，在设计阶段需优化熔纤类型。当整条光缆处连接点超过15个车站时建议采用直熔的模式，这样可减少1倍的接头并降低不少于50% 的光信号衰减。

试验段工程区间需敷设光缆的专业有供电、通信和信号。为提高系统资源使用效率，减少工程投资成本，后续线路可考虑区间光缆优化，将3大专业在路径一致的区段全部共用光缆，需求阶段汇总纤芯需求，按冗余原则配置好纤芯，以减少区间光缆数量及综合管线数量。

2.3不间断电源系统优化

试验段后备时间各负载均按2 h 配置，为提高电池供电效率，后续线路可将 UPS 负载后备时间分级设置，将各接入负载按系统对运营的影响特征分为一类和二类，一类负载按2 h 后备时间配置，二类按半小时配置。为实现总体电池功能，可将 UPS 主机新增1个计时器，按优化的后备时间配置后适当降低电池的容量配置，提高电池供电的总体效率。有轨电车车站设备房比地铁相对受限，车站电池的配置可以考虑在同等容量和性能的条件下选择尺寸较小的品牌及型号，以减少车站设备房的占地面积。

试验段监控与车地无线 AP 均由 UPS 提供电源，各单电源线缆分别敷设。为提高资源使用效率，在后续线路中可考虑所有区间使用 UPS 电源统一敷设电源线，在容量满足的前提下分别接入主电源线，从而减少材料采购及管线数量。

2.4视频监控系统优化

（1）显示屏连接方式优化。本工程调度大厅配置了2块46英寸显示大屏，显示屏的信号源通过解码器及合成器上传。从运营近1年的故障统计可发现增加了解码器与合成器后故障率较高，主要原因为解码器稳定性较低且中间接口较多。为提高设备运行的稳定性，建议后续工程监控大厅显示屏直接连接监控服务器的 VGA 接口。

（2）摄像头调取方式优化。本工程监控终端配置PC 界面，通过点击调取摄像头，摄像头的切换不够灵活。为方便调度员实时调取，可通过配置操作键盘将每1路监控编号，调度员需要提取任何1支摄像头时，只需输入编号即可实现大屏幕显示功能。

（3）摄像头支架美化。车站摄像头支架可在保障牢固性的前提下进一步美化，使立杆及支架小型化，颜色与车站装修风格保持一致并于出厂前完成喷漆。托架设计时应考虑旋转功能，确保摄像头能多方位灵活调整。

（4）监控立杆优化。本工程在行人过轨处配置了监控点，为减少监控立杆的数量，后续工程需考虑将行人过轨视频监控信号灯的立杆及电源线集成使用，利用原有的人行路口信号灯杆，并配置球机监控设备以提高监视范围的灵活性。行人监控立杆与信号灯的立杆共用效果见图1。

（5）交通监控优化。试验段工程监控系统包含通信系统视频监控、信号交通工程监控2部分，交通路口均为交通工程监控覆盖。后续线路设计可将交通工程监控直接纳入视频监控系统，以实现统一存储、统一传输路径、减少内部接口点的目的，便于车站及区间监控从车辆段传送至地铁公安，路口监控通过租用运营商光路从车辆段传送至交警大队。

图1　行人过轨监控与信号灯立杆合用效果图

2.5广播系统优化

（1）车站喇叭优化。试验段工程广播系统从功能角度基本满足运营的实际需求，本车站共10个3 W 的喇叭，上下行各5个，40 m 的站台配置比较充足。建议后续线路车站上下行不多于3个喇叭，并按5～6+W 的功率配置，在上下行站台各安装1个噪声感应器以提高音频质量。

（2）报文数据包优化。为实现灵活的运营模式，建议信号系统发送给广播的报文中包含大小交路、是否越站功能的数据包，以满足动态线路运营图的需要，从而实现大小交路运行的广播提示，进一步提高运营服务质量。

（3）音频话筒优化。调度大厅广播操作台目前都是通过音频话筒人工广播，后续线路需考虑为音频话筒增加外部音源接口，直接通过 USB 接口设备实现音源播放。

（4）引入数字广播。随着芯片集成化的发展，数字广播成为轨道交通的发展趋势，其最大优势为抗干扰能力强、传输距离远、音质较高等。为减少车站设备房的设备占用空间并降低用电，后期新线建设可提出数字广播的需求，并要求其具备循环播放、定时播放、远程语音文件传输、外接音源等功能。

此外，为增加停车场的总体艺术感，停车场喇叭可考虑采用地埋式（工艺式）或者壁挂式。

2.6乘客信息显示系统优化

受无线带宽限制，本工程每列车只能查询2路监控，后期线路设计需提高无线带宽以实现不少于4路监控的实时查询。无线网络优先使用信号系统，并预留WiFi 实现车地无线需求。通过采用 WLAN 技术将所有车地业务优化成1套网络，通过服务集标识（ SSID） 区分各业务，并根据系统的重要性设置不同级别，实现信号无线网、PIDS无线网、WiFi 无线网络三网合一。

2.7时钟系统优化

试验段时钟系统较为简单，系统设置功能比较全面，安装及调试过程均比较顺利。系统自投入使用以来运行非常稳定，后续线路的时钟系统可沿用试验段一级时钟系统与数字、模拟子钟组网的模式。

2.8计算机网络系统优化

停车场各房间网络面板与电源面板为2套图纸，因施工工期紧张，造成网络面板与电源面板有部分未能完全集中，影响了办公室内部布线。后期工程需将网络、电源设计的2套图纸整合，使二者完全吻合。

2.9有线电话系统优化

调度大厅各调度台参照地铁的模式配置了有线数字调度台，但由于有轨电车车站无人值守，数字调度台只能充当普通电话使用，无法发挥其应有的功能，因此建议后期线路取消数字调度台。

3　其他相关建议

随着有轨电车线网的发展，可考虑在各停车场之间建立可视电话会议系统。

通信各子系统均配置了设备维护终端，查询设备故障时需每个终端逐一检查确认。为提高设备维护效率，可考虑配置集中告警系统，将各个子系统的故障实时信息以及信号系统、售检票系统、供电系统的设备运行信息统一发送至集中告警系统。该系统可安装于设备调度处，以统一设备故障管理、优化调度大厅布置、减少调度大厅的使用终端。

试验段区间立杆主要有限速标、信号 AP、路灯、视频监控、WiFi AP 杆等。立杆尚无固定标准，颜色、型号均不统一，并且立杆过多影响城市环境。后期线路建议将所有立杆统一颜色、高度、型号，实现一杆多用，不同类型的设备可通过立杆分层安装实现各自功能。

试验段电缆井及设备均安装于两侧，该方式增加了电缆井数量，使综合管线基础开挖量大且过轨管线较多。后期线路建议将综合管线及电缆井敷设于轨道中间，并将各类立杆整合后布置于轨道中间，减少过轨管线数量和区间设备安装管线的工作量。

4　结论

广州新型有轨电车试验段工程荣获广东省宜居环境奖，通信系统在系统组网及功能设计中大胆地开展了以下工程应用创新：传输系统采用“节点 + 交换机”的组网模式；广东省首次城市轨道交通无线调度采用城市集群共网；集中式的 UPS 供电方式；通信、信号统一车地无线网络及设置站台可视电话。但在后期的线路建设中仍可进一步优化，真正使系统建设最大程度地满足运营功能的需要并实现资源的最大整合，在不影响服务质量的前提下降低工程造价，体现出有轨电车作为不同于地铁与公交的第三套交通系统的价值。

参考文献

［1］ 方境，甘玉玺，谢海. 浅谈城市轨道交通通信系统工程建设项目管理和创新［J］. 广东科技，2012（15）.

［2］ 程鑫，曲直. 沈阳现代有轨电车通信系统整体设计方案分析［J］. 都市快轨交通，2013（6）.

责任编辑 李媛芳

Analysis and Optimization of Telecommunication System for Tram Test Section in Guangzhou

Gan Rui

Abstract:With the rapid development of modern tram, the construction modes of the telecommunication system also has a variety of ways, which works as the guarantee of train operation service, improvement of the service quality and management level. The paper describes the design scheme and construction mode of the telecommunication system of the new type tram test section in Guangzhou, and puts forward some suggestions on the design of the telecommunication system and the optimization of its function.

Keywords:tram, telecommunication system, optimization

中图分类号：U482.1：TN91

收稿日期2015-12-25