泉三高速紧急电话及广播系统技术改进与功能实现

■曹 乾

（福建省高速公路联网运营有限公司，福州 350007）

随着全国高速公路交通基础设施的快速发展并逐渐完善，全国高速公路里程突破16 万km 的跨越式增长，长隧道单洞长度的不断增加，早期传统的双纤光耦合型紧急电话及广播系统因技术落后、系统不稳定等问题，已经影响到高速公路隧道安全救援，通过单纯的硬件维修和软件维护，已经无法解决隧道安全隐患。

在确保行车安全的基础上，为进一步考虑高速公路隧道紧急电话及广播系统的运行可靠性和维护安全性，采用基于EPON 数据传输组网技术的单纤分光耦合器并联结构IP 型紧急电话及广播系统的技术改进方案， 有效解决了目前系统存在的问题。 该系统日益庞大的使用基础、逐步稳定的使用技术、优化成熟的使用方法，为高速公路隧道紧急电话及广播系统提供了强效的监测运行手段。

1 紧急电话及广播系统发展历程

随着科技的日新月异，紧急电话及广播系统先后经历了3 次技术变革。

第一代为有线紧急电话广播系统[1]，有线紧急电话广播系统分机与分机、分机与主机都采用电缆连接，指令与音频数据都为模拟信号，存在传输距离近、抗干扰弱、音质差、成本高、易被雷击、系统容量小、电缆易被偷盗等问题。

随着光纤时代的到来，紧急电话广播系统产生了第二代产品光纤紧急广播系统电话[2]（系统网络拓扑图见图1）。 光纤紧急电话广播系统依靠光纤连接，数据转变为数字信号，无论是传输距离、抗干扰能力、 语音质量都得到了增强。 主干传输使用2芯光纤，设备与设备间使用分光耦合器连接，采用此方法光纤资源占用少，如出现分机故障不影响系统使用。 当传输过程中光信号强度不够是可增加光中继，大大增大了系统容量。 隧道内分机连接拓扑图如图2，三明南分中心技术改造前即为此代产品。

图1 改造前系统网络拓扑图

图2 改造前隧道内分机连接拓扑图

随着网络时代的到来，万物互联，高速公路区域中心、市中心、省中心的规划也相应产生。 传统的光纤紧急电话广播系统在大规模联网就存在先天弊端， 因而产生了第三代产品IP 紧急电话广播系统，IP 紧急电话传输数据格式采用标准TCP/IP、UDP 协议，IP 紧急电话广播系统在接入地点和远程管理上提供了很大的便利， 更适合大规模组网，只要有网络的地方设备就能接入，设备增减容易。 IP型紧急电话广播系统是基于以太网传输数据，通常分为3 种传输方式，分别为点对点光端机、环网光端机、EPON。

点对点光端机是成对使用，每台分机到中心都需要1 对光端机传输，且占用1 芯光纤资源，对于紧急电话广播这种密集型设备来说造价高、光资源占用厉害，行业内部基本不采用。 环网光端机，光端机与光端机之间可以使用1 根光纤手拉手成环组网，当某一节点光端机损坏不影响环内其他设备使用，如果两个节点光端机损坏会造成两个损坏节点间的所有设备无法传输。 EPON 是基于以太网的PON 技术， 它采用点到多点结构、 无源光纤传输，单节点、多节点损坏不影响正常设备使用。 基于以上特点，采用EPON 更适合应急设备“紧急电话广播”使用。 本研究主要讲述也是基于EPON 数据传输组网技术的系统，即三明南分中心此次技术改造的重点。

2 EPON 数据传输组网IP 型紧急电话及广播系统

EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）[3]，是基于以太网的PON 技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。 EPON 数据传输组网方案采用单纤分光耦合器并联结构，由主传输系统OLT 通过光纤的97∶3 光纤耦合器与底层ONU 逐级进行并联形成传输链路，这种连接方式在任何一台（或多台）出现故障时不会影响其他， 对系统不会产生连锁故障，不会造成系统大面积瘫痪（分光耦合器连接示意图见图3）。 同时长距离传输时也不需要借助接入设备，保持了系统的相对独立性和稳定性。 由于光功率有限，每一路的光路仅能串接8～10 台ONU，所以每个链路只能安装8～10 台紧急电话和广播， 个别长隧道需要多个光口的OLT。 相对于原来双纤耦合型而言，EPON 系统架构简单，后期故障判断维护简单。

图3 分光耦合器连接示意图

3 技术改进方案

3.1 系统组成

紧急电话系统和广播系统（网络拓扑图如图4）主要由监控分中心控制台设备、隧道设备和数据传输EPON 或IP 光端机光设备及光、 电缆等部分组成。 （1）控制台设备：主要包括管理计算机、系统控制主机、数字录音设备、接警电话机、播音设备、控制设备、以太网交换机、打印机以及相应的系统应用软件等。 （2）隧道设备：洞口分机、隧道分机和隧道广播及功放设备等。 （3）传输设备：包括传输光缆(4 芯)、电缆、EPON/OLT、EPON/ONU(或IP 光端机)、以太网交换机、分光器等。

图4 改造后系统网络拓扑图

紧急电话系统和隧道广播系统采用合设方案，紧急电话系统和隧道广播系统共用同一主机及控制系统。

3.2 系统连接方案

泉三高速（三明段）隧道紧急电话广播设备分为两段管理，分别接入已有的三明南和大田分中心IP 紧急电话广播控制主机中，本次改造的紧急电话设备应与原有设备兼容，此外按照已有规划，今后三明辖区的所有紧急电话都要统一接入到三明市级中心统一管理，因此各个分中心紧急电话设备也要同市中心设备兼容。

紧急电话主机负责控制本项目段的IP 紧急电话和广播，控制台主机和管理计算机连接分中心以太网交换机，通过以太网交换系统接往所辖各隧道通讯机房以太网交换机， 再通过PON/OLT 接往隧道紧急电话分机PON/ONU， 每个PON/OLT 有2/4/6/8 个PON 口（每个PON 口通过一芯光纤和分光器可接入8～10 个PON/ONU）,紧急电话分机和功放分别用网线接入对应点的PON/ONU。

三明南段，在隧道横洞变电所或洞口外机房设置1 台EPON/OLT，连接隧道中的EPON-ONU，共7 台。 每处紧急电话和广播功放处设置1 台EPON/ONU，共126 台。 紧急电话和广播功放具有独立IP地址。 在原来紧急电话及广播的基础位置更新安装新的紧急电话及广播， 隧道内按200 m 间隔设置1个紧急电话（采用壁挂式），并在每个隧道口（一般距隧道入、出口为5～10 m 位置）设置1 个紧急电话通话柱（采用立柱式），紧急电话通话柱为全主机形式。共设置28 部洞口紧急电话分机，98 部隧道内紧急电话分机；在紧急电话旁设置1 台广播功放，共设置洞口120 W 功放28 台， 隧道内60 W 功放98台；每个隧道内紧急电话上方设置1 个40 W 扬声器，共98 个；每侧洞口入口紧急电话处设置1 个60 W扬声器，共28 个。 以岭头一号隧道为例见图5。

图5 改造后隧道内分机连接拓扑图

大田段， 在隧道横洞变电所设置1 台EPON/OLT，连接隧道中的EPON-ONU，共7 台。 每处紧急电话和广播功放处设置1 台EPON/ONU,共168 台。紧急电话和广播功放具有独立IP 地址。 在原来紧急电话及广播的基础位置更新安装新的紧急电话及广播， 隧道内按200 m 间隔设置1 个紧急电话（采用壁挂式），并在每个隧道口（一般距隧道入、出口为5～10 m 位置）设置1 个紧急电话通话柱（采用立柱式），紧急电话通话柱为全主机形式。 共设置32部洞口紧急电话分机,136 部隧道内紧急电话分机； 在紧急电话旁设置1 台广播功放， 共设置洞口120 W 功放32 台，隧道内60 W 功放136 台；每个隧道内紧急电话上方设置1 个40 W 扬声器，共136个； 每侧洞口入口紧急电话处设置1 个60 W 扬声器，共32 个。

紧急电话系统应用软件安装在管理计算机上，使用图形画面进行接警， 并接入以太网三层交换机，对其他子系统的数据请求提供支持，如大屏声光显示、隧道摄象机联动等。 紧急电话系统与监控系统之间采用计算机RJ45 等接口方式连接， 实现信息共享。

4 系统实现功能

通过技术改造，EPON 数据传输组网IP 型紧急电话及广播系统实现了以下功能：（1）识别、定位和显示紧急电话分机的呼叫；（2）建立控制台与紧急电话分机的接续；（3）建立管理计算机数据库，包括信号区段、桩号、呼叫分机号码、呼叫通话时间、事故类型和帮助类型等，实现计算机与值班员的人机对话，采用中文界面；（4）具有自动数字录音（及回放）和自动打印功能；对呼叫人员与值班人员之间的通话进行录音， 录音设备要求采用数字录音方式；（5）存储和显示同时发生的呼叫；（6）可以中断和保持呼叫分机的接续；（7）能进行系统的自动测试，对通话柱随时进行检测或自动定期测试（单个检测、部分检测、全部巡回检测），并能显示测试结果；（8）操作员可通过紧急电话键盘及监视器，实现与紧急电话计算机的人机对话；（9）从当操作计算机出现故障时，系统能维持基本通话功能，并存储此间发生的呼叫信息；（10）多个通话柱同时呼叫时， 能自动排队， 并显示呼叫分机的编号或公里标。 （11）可自动接通、保持、断开与通话柱的通路；（12）可人工输入事故类型及相应的救助报告，并可进行打印；（13）操作计算机可对多种交通事故、报警记录进行统计查询，可以按时间、地点、事故类型、车辆类型、事故严重程度等进行综合统计查询；（14）呼叫时间、事件、处理方法等的记录及打印；（15）监控大屏联动、多机主机管理；（16）紧急电话可适用于较恶劣环境， 具有工作温度范围广、防潮、防腐蚀、防雷、防雨（雪）、防盗、防破坏等措施；（17）扩音功放：可实现单机/分组/全部呼叫广播；（18）可实现多种音源播放选择及同时播放；（19）可进行广播状态自动/手动检测；（20）可实现广播音频联动自动播放。

5 结论

综上所述，通过此次技术改造，不仅彻底解决了现阶段存在的不安全隐患，也极大的丰富了系统功能，延展了系统的开发和利用。 展望未来，在不久的将来， 可能会出现第四代“SIP 紧急电话广播系统”SIP 紧急电话仍然基于网络传输，数据格式仍然采用标准TCP/IP、UDP 协议， 但控制协议升级为标准的SIP 协议，这使得不同制造商的产品存在了很好的通用性、互联互通性，为智慧高速的建设奠定更加坚实的基础。