关于城市轨道交通通信方案设计的探讨

王飞翔

摘要 城市轨道交通通信方案设计既涉及技术层面也涉及运营管理模式，文章探讨主要针对技术层面。本着高质量发展要求，重点分析各系统主流方案设计及优缺点，提出集约化设计的一些思考。专用通信系统、公安通信系统和民用通信系统是城市轨道交通通信系统设计的重要组成部分。专用通信系统所包含的传输系统、视频监视系统、乘客信息系统、电源系统以及公安通信系统的视频监视系统和电源系统等涉及的建设投资较大，对建筑用房等其他专业方案设计也有影响，是设计方案讨论的重点。结合传输系统的承载内容，视频监视系统的设置方案，乘客信息系统的查询机设置方案，电源系统的集中设置方案等进行介绍和论证，为后续项目建设论证提供一定的经验总结，以供参考。

关键词 轨道交通;通信方案设计;顶层设计;集约化

中图分类号 U231.7 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0004-03

0 引言

中国城市轨道交通短时间内得到了快速的发展，轨道交通改善了城市的交通状况，市民出行和生活方式也得到改变。城市轨道交通促进了城市发展，拉开了城市的空间布局，对于推动产业升级及相关行业进步等方面也发挥了重要作用。根据有关数据：截至2021年底，共有49座城市开通运营城市轨道交通线路，运营线路的数量超过两百条，运营里程超过8 000 km。全国各地城市轨道交通也还在如火如荼地建设中，根据相关数据显示中国大陆城市轨道交通在建里程近5 000 km，在建车站超过3 000座。轨道交通通信系统是满足轨道交通高效沟通，运营管理的必要手段，在工程建设中必不可少。

专用通信系统、公安通信系统和民用通信系统是城市轨道交通通信系统设计的重要组成部分。专用通信系统主要服务的对象是轨道交通的运营管理部门，满足运营安全和运营调度的需求。公安通信系统主要为轨道交通公安部门提供应对公共安全管控需要的系统。民用通信系统主要为广大乘客提供公网服务，是将地面上享有的移动网络引入到无法覆盖的地下空间。

专用通信系统和公安通信系统设置主要根据地铁设计规范的要求并结合当地城市管理部门的需求进行设置。结合以往工程实践案例，探讨主要针对专用通信系统和公安通信系统方案设计进行，各部分如下：

1 传输系统

传输系统主要作为公共传输平台承载各子系统以及其他专业之间的通信功能，其系统承载量主要依据所需承载的业务类型和带宽容量来决定。根据规范要求，传输系统主要须满足城市轨道交通专用通信各子系统和杂散电流防护、信号系统ATS、信号维护、自动售检票等系统信息传输的要求。[1]典型项目传输带宽计算表如表1：

由表1数据可知，工程实践中以承载数据视频图像信息所需带宽最大，所以传输系统设计选型主要考虑满足视频监视和乘客信息系统的数据传输需求。针对公共传输平台选型时考虑一定的余量，提供多种通信方案设计选择是合理的。如果考虑控制投资，可以考虑在方案设计时将视频监视系统和乘客信息系统进行独立组网，在控制中心核心交换机上预留接口与其他系统进行信息交互。视频监视系统和乘客信息系统车站级交换机不接入车站级传输，直接通过区间干线光缆与控制中心核心层交换机进行组网，可采用星型拓扑结构或者环网结构，在车站数量较多时可以考虑设置汇聚点，一定范围内的车站选取中间车站设置汇聚层交换设备汇聚后再至控制中心核心层。此方案须考虑干线光缆纤芯，结合系统网络结构进行合理规划选择。该方案可以降低传输设备的性能要求，正常情况在满足使用要求的条件下，可降低项目的投资。

2 视频监视系统

专用视频监视系统主要满足运营管理单位对地铁运营管理的需求，而公安视频监视系统主要满足公安对于公共安全管控的需求。两者有一定的重叠，也有各自的侧重点。例如，专用视频监视更加注重设备的运行情况监视，上下乘客是否被门夹住等区域，而公安视频监视更注重人员密集区域。目前，系统方案主要有分设各自视频监视系统和合设为一套视频监视系统两种方案。对于分设各自视频监视系统方案接口界面清晰，建设、调试及运营管理方便，对于重叠区域的监视点位由专用视频监视系统提供接口至公安视频监视系统。合设为一套视频监视系统方案，主要根据监控需要的位置分别设置显示控制设备，其他设备合并设置。合并设置视频监视系统方案，在管控得当的条件下，将有效降低建设投资。目前两种方案均有案例，其中主要综合建设管理水平、轨道建设单位和公安部门的沟通等情况综合考虑选取方案。设计的重点，在于沟通建设和使用单位的需求，合理根据系统方案划分优先级，设置适当的管控和显示系统。

另外，目前视频监视系统主流采用网络视频摄像机前端，由前端传输至通信设备室接入交换机的传输线缆选用主要有网线或光缆。在90 m以内可以选用网线或光缆，超过90 m选用光缆。由于车站范围较大，超出90 m范围的视频摄像机点位较多。结合工程实际，初步设计及招标阶段处于前期未明确设备厂商，本着尽量减少招标项原则，也减小后续施工单位放线工作的难度，可以统筹考虑选用光缆传输，选用配置光口的摄像机。对于专用视频监视系统接入公安视频监视系统的网络安全问题，一般选用防火墙等安全设备进行保护即可。如果公安部门对网络安全有较高要求，目前的解决方案是通过专用视频解码器解码为模拟视频，再通过视频编码器编码接入至公安视频监视系统，此方案可以将两套视频监视系统实现物理隔离，充分保障了信息安全。

3 乘客信息系统

在正常運行情况下，乘客信息系统能够为乘客提供车站的指引和列出到发站的相关信息，为乘客提供高质量的服务。在非正常运营情况下，该系统能够为乘客提供紧急报警信息，引导乘客有序出入车站。乘客信息系统在车站的站厅、站台、进出站口、出入口通道及换乘通道等位置设置终端显示，常规在城市轨道交通车站站厅层设置查询机。随着智能终端的发展，目前查询机的使用频次很低，车站终端显示数量偏少。结合工程实践，后续项目建设建议可以取消乘客信息系统的查询机设置，增加设置合适类型和数量的显示终端并预留足够的核心层对外接口，为进行数据分析提供可靠途径。

乘客信息系统的另一设计重点为车辆与地面之间需进行车地无线通信系统设计，目前主流有LTE综合承载方案和WLAN方案。LTE综合承载方案业务带宽需求如表2：

其中，LTE综合承载方案由于满足目前的信息传输需求，所需的频点较多，而专用频点只有20 M，常规无线电主管部门很难批复全部频点给轨道交通。[2]同时，综合目前开通线路的使用情况，LTE综合承载在应对乘客信息系统的大容量视频流有所欠缺，后续扩展回传视频图像路数受限。

基于上述原因，后续项目建设推荐乘客信息系统车地无线工程方案采用WLAN方案承载。WLAN方案由于具有较大的带宽、较多的空间流数和高效的调制方式等特点，可以支持更高的性能，能够满足车地无线通信所需的较大数据流承载。WLAN方案目前的801.11 ac可以选择工作在5G频段，这个频段可以很好地规避在2.4G频段所遇到的信号干扰问题，进一步增加了系统的可靠性。而且5G频段也有更多的信道可以选择，也大大提高了系统的可用度。车载CCTV图像数据，通过大带宽车地无线网络，可实现在地面集中存储，解决列车上的设备空间问题，满足更长的存储要求（90天），同时大幅降低车载数据存储成本，提高存储可靠性，进一步提升轨道交通安全及防护水平[3]。

4 电源系统

轨道交通所需设置的信号系统、通信系统、综合监控系统、环境与设备监控系统、火灾自动报警系统、门禁系统和自动售检票系统等弱电系统的负荷分类都是一级负荷中特别重要的负荷。目前，常规的城市轨道交通供电系统设计为上述系统均提供两路独立的电源进线，同时系统本身还需要配备满足系统断电后还能运行一定时间的后备电源，也就是配置不间断电源系统，从而保证系统的可靠运行。轨道交通弱电系统不间断电源设置方案主要有集中不间断电源和分别设置不间断电源系统两种方案，各有应用。对于集中不间断电源方案主要优势是节约了不间断电源设备的投资、减小了设备所需占用的房间面积、减少了后续维护的备品备件，减少了各专业与动照专业的提资接口等，增加了各专业对集中不间断电源系统设计的提资接口，后续增加了运营管理的界面。目前，对于信号系统独立采用自行设置的不间断电源系统，满足较高标准的管控要求，明确界面是有必要的。对于综合监控、自动售检票及通信系统集约设置不间断电源系统，在管理得当条件下，是有一定投资节约的。

5 无线通信、公务电话、时钟等

无线通信、公务电话、时钟等系统具有线网级标准统一的要求，而又存在线网建设时序不一致，不同产品接口对接难度大等特点。建议在建设管理上，初期综合考虑进行统一规划，明确一轮线网规划范围内的线路保持标准的一致[4]。

不仅仅在上述系统层面，对于管理用房的配置，在满足运营管理要求的基础上，考虑一定范围的合并设置设备用房，也可以减少设备用房的面积，减少土建装修工程量，从而节省投资。

6 结语

适应新形势，满足新要求，轨道交通通信系统高质量发展，必然需要走向集约化。项目建设前期做好充分的顶层设计，选择高水平设计咨询单位，做深做细决策阶段技术经济论证，在管理上合理划归管理界面，通过这些方式高质量建设轨道交通工程[5]。

该文重点分析了上述各系统的主要系统功能，主要设计重点和常规重点比选方案。根据工程实践经验并结合与产品厂商的设计联络，主要定性的探讨了系统方案的比选，并给出了推荐方案，提出了一些整体性考虑的方案。由于项目建设的推进，通信技术的发展日新月异，存在一定的局限，仅作为抛砖引玉的探讨。

参考文献

[1]地铁设计规范： GB50157—2013[S]. 北京：中国建筑出版社， 2013.

[2]城市轨道交通车地综合通信系统（LTE-M）规范 中城装备〔2016〕009号.

[3]成锦. 城市軌道交通通信系统的现状及发展[J]. 通讯世界， 2015（5）： 20-21.

[4]曾南海. 邓军敏. 基于城市轨道交通通信无线系统的覆盖及网络优化[J]. 卷宗， 2016（8）： 820-821.

[5]黄辉. 基于TDD-LTE技术的城市轨道交通车地无线通信网络化技术[J]. 城市轨道交通研究， 2016（4）： 29-33.