城市轨道交通“不停运”改扩建通信系统建设方案分析

摘要：随着城市轨道交通的不断发展，修建地铁的城市和地铁线路的里程不断增加。前期建设的地铁线路通信系统已运行多年，存在设备老化，技术制式陈旧等问题。通信系统的建设在保证不停运正常运行的前提下，与既有设备满足相互兼容，保持技术具有一定的先进性，提升整个线路通信系统的功能均是项目设计的重难点。本文结合南京地铁2号线改扩建项目通信系统建设方案，分析了轨道交通改扩建项目中通信系统的建设要点和工程中需要注意的问题。希望通过对实践中获得的经验为今后同类项目提供借鉴。

关键词：  城市轨道交通;通信系统改造

一、 项目背景

通信系统是保证地铁列车安全高效运营和为乘客提供高质量的出行服务的重要手段，是维护地铁正常运营，在异常情况下迅速转变为防灾救援和事故处理重要指挥系统。地铁通信系统中传输设备、电话交换设备等使用年限在10-15年左右，网络设备比如说电脑、服务器等设备使用年限在5-10年左右。随着城市的发展及地铁建设规划的调整，线路运营8-10年后，线路延长、通信系统制式升级或线路贯通运营均涉及线路通信系统的改造升级。

以南京地铁2号线为例，南京地铁2号线于2010年5月建成通车试运营，距今已经开通运营了11年的时间。随着南京城市发展，为了进一步加强鱼嘴地区与中心城区的联系，对南京地铁2号线向西延长，增加4座车站及1座停车场[1]。南京地铁2号线通信系统设备存在明显老化，且技术陈旧，专用传输系统带宽仅为2.5G，视频监视系统仍采用模拟标清摄像机，广播系统采用模拟功放等技术方案，面对地铁线路延伸通信系统运营的压力亟待改造升级。

南京地铁2号线西延段通信系统应采用技术先进，管理便利的新技术、新设备，既有线通信系统应与西延段作为一条线完整的系统，确保既有线各通信系统与西延段通信设备相互兼容，技术标准尽可能保持一致，能够实现贯通运营，统一管理，故西延段需对既有线通信系统进行必要的升级改造。

二、工程特点及难点

对于南京地铁2号线西延段的建设，在保证既有2号线全天候正常、安全运营的前提下，对正线部分通信设备，特别是对控制中心的通信设备进行革命性地改造升级，以确保后续西延段平常、平滑的接入，是此项目设计的重点和难点。

（一）改扩建工程涉及专业多，各专业之间相互交叉，相辅相成，但作业面却狭窄等问题。本次改扩建项目当然不仅仅只是通信专业，是南京地铁2号线全专业的一次改扩建。其他专业的改造升级势必会使通信系统进行配合，一起进行改造升级。信号专业ATS升级[2];综合监控专业由综合信息系统升级成综合监控系統;供电、AFC等多个专业新增了业务传输的需求;终点站站后轨道道岔的改造;调度大厅装修的改造等等均对通信专业提出了新的改扩建需求。

（二）改扩建是以不影响既有线正常运营为前提。既有2号线是南京地区东西向轨道交通干线，途径建邺区、鼓楼区、秦淮区、玄武区和栖霞区等，平均日客流量超过65万人次，是贯穿主城区交通客流量最大的东西轴线。一旦停运势必给南京城市交通造成巨大影响，因此在改扩建期间，是以既有2号线“不停运”为项目前提，也是工程重点。

（三）既有线由于运营多年，设备老化严重，备品备件不足，且部分通信厂家已退出轨道交通市场，对改扩建项目贯通运营带来了巨大的压力[3]。无线通信TETRA核心设备主控板卡均发生过故障，且整体设备存在多种问题。PIS系统平台软件厂家已退出轨道交通市场，无法实现扩容升级。视频监视图像从车站至中心传输利用OTN设备提供的编码板上传，编码板的协议为私有协议，且目前传输厂家工程师对编码板协议并未完全掌握。

（四）通信系统的改扩建均需利用有限夜间检修时间进行施工。改扩建工程存在大量控制中心改造、倒接等工作，需要设计与建设、运营、施工单位等紧密配合，制定合理的工程方案、应急预案和施工筹划，利用夜间不到4小时的停运时段，有计划地、安全地逐步完成该项改造工作。

（五）改扩建应满足线路服务水平的要求。既有2号线已运营开通11年，这期间通信技术飞速发展，对轨道交通技术带来了日新月异的变化。同时人们对轨道交通的服务水平的要求也日益提高。因此，本次通信系统改扩建应根据新技术的发展趋势及运营管理的需求，对既有线及西延段整体通信系统功能进行升级，使本线路运营更安全、便利，服务更人性化。

三、实施计划

（一）无线通信系统

1.既有技术方案及存在问题

前几年城市轨道交通无线通信系统一般采用TETRA数字集群系统组建。由于TETRA技术制式原引于欧洲，国际技术体制及国际成熟品牌存在技术协议不统一，不同品牌设备无法实现互联互通，解决新建系统与既有系统工程相互兼容，保证系统的高可靠性成了工作的难点。

既有线数字集群核心设备运行多年，硬件老化，故障多发，软件版本较低，系统软件存在固有缺陷。既无法满足线网级与其他中心数字集群核心设备的互联互通，且日常运营维护时也存在众多小毛病。在此中心MSO基础上扩建延长线路，满足西延段各车站的接入，存在较大的安全隐患。在轨道交通多个系统存在与TETRA数字集群系统互连的接口，多个系统的改造升级也会对MSO稳定运行造成影响。

2.改造方案

（1）对既有线设备系统工作状况进行充分调研。

（2）考虑到不间断既有线的运营，本次对TETRA系统中心MSO设备进行更换。

既有基站在新的MSO设备下正常进入集群模式，车站固定台、车载台、手持台能够正常入网且各项功能正常，是无线通信系统成功向MSO割接的前提条件。为了降低风险，应先建立新的MSO设备，并对既有线各个车站基站接入新的MSO设备进行测试，即将新设的MSO配置完成后，配置新MSO的2M接口连接至传输设备，分批将既有车站割接到新的MSO上，测试基站是否能够注册。待测试完成后，测试车站应回退到既有MSO设备，以保证线路的正常运营。车站测试时，应对手持台、车载台分别进行测试，能否满足正常运营。测试完成后，应做好正式割接技术方案及前期准备工作，制定详细的施工组织计划，控制风险点，做好应急预案和安全保证措置，利用天窗点实施正式割接[4]。

（3）对中心MSO、车站基站固态软件版本进行升级，满足与线网、其他线路互连互通，便于后期网络化管理。

既有车站基站固件软件升级通过控制中心网管软件将MTS设备的R09固件和配置文件下放至各车站基站主用TSC中的过渡存储位置，再通过主用TSC升级基站应用软件，并将配置文件复制到备用TSC板卡，重启基站进行主备切换完成整个基站的软件升级至R09，完成基站功能验证测试。由于既有线车站较多，本次将对既有车站分三个晚上进行软件升级。同时应对基站升级可能存在风险做好应急处理措施。

（4）在新建车站内设置基站及配套设施，并割接到新的中心MSO内。

（二）视频监视系统

1.既有技术方案

既有线视频监视系统以模拟标清摄像机为主，采用传统的“模拟采集+数字传输”方案。它是由标清摄像机、地环隔离变压器、字符叠加器、视频切换矩阵、硬盘录像机、视频编码板等设备组成。它是一种基于模拟视频切换矩阵的方案，从车站到控制中心的视频图像传输采用数字压缩编码技术。

2.改造必要性及运营需求

视频监视系统是城市轨道交通安全运营管理的重要手段。由于视频监视系统具有直观性和可视性，一旦出现异常情况，可以通过直接调看相关区域视频画面，及时制定应对方案，指挥引导现场工作人员采取措施，保证乘客出行安全，快速疏导乘客。

随着视频监视系统高清化、智能化的发展，高清视频显示已成为使用者必然的选择，但是既有车站大量的模拟摄像机仍然发挥着作用，现有的视频监控体系管理模式需要保持[5]。如果将全部既有车站视频监视系统进行改造，工作量巨大，费用较高，且既有线是南京地铁日常运营中重要轨道交通干线，日客流量繁忙，改造工程会对人们日常出行造成一定的影响。

既有车站视频监视系统功能存在一定的缺陷，控制中心调度员无法实现对车站云台摄像机的控制，目前仅车站能够实现对云台的调用，也给运营单位带来众多不便。此方面也是本次改扩建工程重点需要解决的问题之一。

既有线视频图像传输至控制中心通过传输设备提供的专用视频编码板实现，视频编码协议采用H.264的协议。若实现不同厂家视频平台对接，可按照GB/T28181《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》的要求采用标准的协议和视频流对接[6]。由于本线建成年限较早，H.264的编码协议存在部分非标准协议，为高清视频平台解析既有图像造成大量的工作需要解决。

3.改造方案

通过对既有车站硬盘录像机的解析，同时在车站新增以太网交换机将车站硬盘录像机与OTN传输设备连接，中心高清视频监视平台实现对既有线标清图像实时调看、视频图像上墙、视频录像调看及摄像机云台控制等统一调看控制等各项功能。

（三）公务电话及专用电话系统

城市轨道交通电话系统功能主要包括两部分：一部分是用于为地铁内部运营人员与地铁各部门、各单位以及外部人员之间提供电话联系;另一部分是为运营调度、日常维护、防灾救助等工作提供调度电话交换。在国内城市轨道交通电话系统设置中，公务和专用电话一般采用分开设置，各自独立运行的方案。南京既有2号线电话系统采用了“公专合一”的方案，也是南京唯一采用“公专合一”方案的线路。

既有电话系统采用程控交换技术，在中心、车站分别设置程控交换设备。由于电话系统的成本较低，综合布线系统均可利旧，电话系统改造周期短，可采用一次性全部更换的方案。考虑到程控交换设备运行稳定，不宜损坏，对于延长线亦可采用扩容升级方案，待大修改造期再考虑统一更换的方案。

（四）广播系统

既有线广播系统采用模拟广播的方案，中心、车站之间通过音频线及RS422接口互连，音频接口用于传输语音信息，而低速率接口用于传输控制命令。统一更换广播系统设备不影响车站内布线及运营，改造难度较低。中心、车站采用不同厂家的广播设备，数字接口标准化并未完全统一，需对控制命令、广播业务下发等功能进行标准化对接。

四、结束语

众所周知，随着我国城市轨道交通线路持续运营，越来越多的城市地铁线路进入了设备改造更新的周期。以北京、南京、深圳为例，早前建设线路至今已运营15年，系统设备已经进入大修改造的阶段，需在“不停运”情况下完成对轨道交通系统设备的改造升级。在充分调研既有线的技术方案后，以确保既有线安全运营调度出发，与相关各单位工作人员紧密合作，对系统技术方案、系统倒接工序、系统风险的控制等多个方面进行深入的分析及优化，同时还需关注其他专业对通信系统改造升级带来的变化及影响。通信系统应运用“逐个分析、各個击破”的方式从多种角度将改造升级中遇到的关键问题找到，并通过设计与施工、运营多次沟通加以验证和落实，为线路通信系统“不停运”改造升级奠定技术基础，同时也为今后越来越多的类似项目提供了参考的宝贵经验。

作者单位：闫夏   北京城建设计发展集团股份有限公司

参  考  文  献

[1] 南京地铁2号线西延工程通信系统初步设计文件.南京.2017.

[2] 张惺.城市轨道交通信号系统大修改造方案分析[J] .铁路通信信号，2020.

[3] 南京地铁2号线西延工程通信系统改造方案汇报.南京.2018.

[4] 南京地铁2号线西延工程无线通信系统800M TETRA核心设备割接方案.南京.2020.

[5] 于超.城市轨道交通通信系统升级改造中的重点问题把控及风险管理[J].都市快轨交通，2021.

[6] 朱广佳.王国华 城市轨道交通高清视频改造方案研究[J] .铁路通信信号工程技术，2018.

[7] 南京地铁2号线西延工程视频监视系统割接实施方案.南京.2020.