地铁通信系统改造方案探讨与实践

董新忠，孙毅，姚登峰

（1.深圳市中兴系统集成技术有限公司，上海 200135；2.杭州市地铁集团有限责任公司，浙江杭州 310000；3.杭州市地铁集团有限责任公司，浙江杭州 310000）

0 引言

地铁通信系统为地铁正常运营提供必要的通信交流手段，为乘客提供列车运营信息和公共媒体信息等，是地铁运营的重要支撑系统。随着时间的推移和地铁扩容，地铁通信系统的改造需求越来越迫切，改造案例也越来越多。因此，在不影响或尽量减少对地铁正常运营情况下完成通信系统的改造，是一个集技术和项目管理的系统工程。通过定制合理的改造方案不仅可以降低对地铁正常运营的影响，也能降低改造成本，确保改造得以顺利实施。

1 工程概况

1.1 地铁通信系统的改造场景及范围

地铁通信系统有多种改造类型，一是设备超过使用年限或产品功能和性能不能满足当前的需求，需要升级换代；二是地铁扩容，原支线段延长成独立线路，原支线段的设备全部替换等。这两种场景共同点都是设备替换，不同点是场景二还需要考虑原主线路老设备继续运行，相关的子系统需要考虑恢复，比如传输环需要割接等。本文重点探讨场景二的案例，杭州地铁1号线临平支线改造为9号线的线路示意图见图1。

图1 支线线路改造为独立线路示意图

图中1号线在客运中心站分叉，往临平方向为1号线支线，本次改造将1号线临平段支线从原来线路中割接出来，两端延长独立成新线9号线。

1.2 地铁通信系统改造的困难

既有线路设备的改造困难很多，最主要的问题表现在：机房面积受限，新设备的安装、施工时间受限，工作效率很低，且不能对既有设备白天正常运营产生影响。因此，在人员安全管理、设备安全管理、施工组织等方面都提出了更高的要求。此外，部分终端设备的利旧需求更增加了改造工程实施的难度。

1.3 地铁通信系统改造总体思路

既有线路设备改造替换有很多限制条件，在制定改造方案时不可能像新建站一样尽善尽美，有些内容只能取舍，例如机柜安装位置、线缆走线等，最重要的原则主要有以下几点：

（1）替换设备的安装调试不能影响既有设备的正常运营；

（2）新设备的安装位置根据机房实际情况灵活布置，但不能影响设备今后的正常维护；

（3）割接方案需要考虑施工能力，可通过增加一些临时切换设备以降低割接当晚的施工量和难度；

（4）既有设备的线缆，有些无法拆除的只能保留；

（5）老设备拆除，替换的新设备不建议重新调整安装位置；

（6）拆分改造后原主线路需要恢复，删除不必要的配置，传输删除多余节点重新组环。

2 地铁通信系统改造准备

本文探讨的改造方案基于杭州地铁1号线临平支线段改造独立成9号线的实际应用案例，要求7个站在不中断运营的情况下一晚完成1号和9号线拆分。表1为各子系统的替换及利旧情况，重点讨论无线、乘客信息、广播系统的改造。其他子系统主要是新建，对既有设备的影响相对较小，因此不再详细描述。

表1 设备利旧及新建情况

2.1 机房勘察

原机房里的设备布置没有考虑后续改造设备的安装空间，原设备的摆放都是按顺序在中间放置，且通信机房面积一般都不大，为安装替换设备造成了很大困难。通过机房勘察，根据实际情况合理安排安装位置，本着功能第一，美观第二的原则完成替换设备布置的设计。

2.1.1 通信设备室设备布置

本机房新增6个机柜，机柜布置图见图2。公务电话系统安装在原OA（DDF）机柜中，MDF设备利旧，其他系统具体位置如图2所示。其中，右侧乘客信息机柜边上通道只剩约300mm，通行受限，待最终原13、14、10、12、1、2号机柜拆除，通行受限问题得到改善。左侧广播机柜边上通道有600mm，可正常通行，所有机柜的前后门都可以正常打开，设备维护空间足够。

图2 新增设备机房平面布置图

2.1.2 通信电源室设备布置

电源设备室的空间比较小，没有额外空间可以安装新增的电源设备。原电池已使用近10年，一组电池出现故障无法使用，替换方案是拆除一组旧电池，腾出空间安装新UPS、配电柜和电池。机房空间实景图见图3，设备平面布置图见图4。

图3 机房实景图

图4 新增设备后机房平面布置图

2.2 终端设备的勘察

（1）车控室终端设备的勘察

车控室现有操作台上空间紧张，新增无线固定台、专用电话调度台、广播控制盒及音频话筒无法直接一步安装到位，需要提前准备临时安装位置，提前调试完成，待正式割接时拆除旧设备，新终端设备调整安装位置。

（2）LCD、LED屏的安装勘察

LCD屏的安装支架利旧，由于新旧LCD屏的固定方式不一样，但大小尺寸相同，通过对原有支架的改造增加适配固定件，满足新LCD屏的安装。

LED屏的光纤和电源线利旧，需提前排查线缆位置和标签，以便割接时将尾纤从ODF架跳接至新系统交换机。电源线也需要最终割接至新PIS机柜的配电箱上，在布置PIS新机柜时就需要考虑，若长度不够可采用高可靠性的接续端子延长电源线。

（3）广播扬声器的安装勘察

广播扬声器的现场勘察，需查清广播分区及功放输出线和扬声器的连接关系，并做好标签，为后续割接做好准备工作。

2.3 区间线缆引入及走线勘察

施工单位需要重点勘察区间光电缆的引入以及线缆走线路由，线缆引入机房的走线路径及盘留安排，机房地板下线槽和走线情况，新增设备和机柜的进入路径，区间光电缆的进入路径等，为编写施工方案做好准备工作。

3 重点子系统的改造方案

3.1 无线子系统

3.1.1 既有设备基本情况

既有线路无线系统采用数字集群组网，设备品牌为MOTO，工作频段为800MHz，在控制中心设交换中心一套，每个车站、场段各一个二载频基站，两个长区间各安装一套直放站，每车站一个固定台。

车站采用室内分布天线覆盖，区间采用漏缆覆盖，每隧道内一根。

3.1.2 替换改造目标

（1）采用东方通信数字集群设备替换原无线设备，各站/场段新建二载频数字集群基站1套、固定台1套，控制中心设交换中心一套；

（2）天馈系统（包括区间漏缆和车站室内分布系统）利旧；

（3）直放站利旧；

（4）在换乘站新建一套互联网关，实现不同厂家互通；

（5）调试期间新旧无线系统同时开启，为新线路新车调试提供无线通信功能。

3.1.3 改造方案总体思路

（1）新老无线系统通过合理频率规划，采用不同频率组网，保证新老系统可以共存；

（2）采用合路器将新基站输出信号合路到既有天馈系统中，最终割接后拆除合路器；

（3）新基站信号的合路采用循序渐进的方式，每步操作都要经过详细的测试，确保可回退，控制对原无线系统的影响。

3.1.4 频率规划

为实现新旧无线系统并存，需要统一规划频率，保证两个系统间频率错开相互无干扰，表2为改造期间频率规划，最终的频率要结合延长线新站开通及线网的整体规划，最后再做一次翻频。

表2 无线频率规划表

表2 续

3.1.5 合路方案

客运中心站为1号、9号线换乘站，区间轨道有4个方向，其射频合路最为复杂，下面按客运中心站为例制定合路方案。合路方案天馈连接见图5。由于客运中心是换乘站，原1号线MOTO基站不拆除，合路器将一直保留。

图5 客运中心站无线合路图

3.1.6 合路实施步骤

（1）读取记录1号线基站功率配置，完成1号线车站及区间的覆盖测试和区间切换测试；

（2）安装合路器，测试加入合路器对1号线场强及切换的影响；

（3）逐站接入9号线基站后，测试1号、9号线无线系统基本呼叫测试；

（4）全线接入9号线基站并测试及优化。

从第（2）步开始的操作，将对原1号线设备产生影响，需要制定回退方案。增加合路器将增加损耗导致覆盖信号减弱，需要做详细的对比测试；9号线基站开启后是否产生干扰，也需要进行详细的对比测试，务必保证原1号无线设备正常运行，覆盖和切换到达运营需求。发现异常及时回退，分析定位，解决问题后继续操作。

3.2 乘客信息子系统

3.2.1 既有设备基本情况

原1号线PIS系统由编播中心、分线中心、车站（含车辆段、停车场、车辆）三级组网。分线中心设置中心服务器、ISCS接口服务器、媒体编辑、播出查看、发布管理、广告管理、系统管理终端等设备，分中心负责1号线信息的编辑、存储、发布等功能。

各车站设置有车站服务器、播放控制器、LCD显示屏等设备，车站设备直接负责为乘客提供信息显示功能。

区间设置5.8G的无线局域网AP设备，负责为正线车辆传送相关信息，采用802.11a制式。在隧道区间AP采用壁挂安装方式，在地上区间AP采用立杆方式安装。

3.2.2 替换改造目标

（1）9号线分线中心全部新设；

（2）9号线车站机房设备（车站服务器、播控器、网络设备等）全部新设；

（3）车站LCD屏更换（客运中心站只更换9号线站台LCD屏），安装支架利旧，光纤和电源线新设；

（4）车站LED屏全部利旧，除（客运中心站）接入9号线播控器，设置网管终端管理LED屏；

（5）车地无线（WIFI）全部新建，采用5.1G频段组网。

3.2.3 改造方案总体思路

乘客信息系统的改造，难点在于终端设备（LCD、LED屏）数量多，一晚割接工作量很大，需要通过方案设计拆解工作，把大部分工作提前完成，减少割接当晚的施工量，以便改造工作可以实施。

3.2.4 LCD屏的改造

提前完成PIS系统机房设备的安装调试，更换LCD屏，将1号、9号线的视频源全部输入LCD屏，割接当晚只要切换显示屏视频输入源就完成割接，具体操作过程如下。

（1）对原有LCD屏支架定制适配件以便固定新LCD屏；

（2）提前更换LCD显示屏，利用既有视频线、串行控制线和电源线缆进行连接，仍接入1号线播放控制器，播放1号线视频源（新LCD屏无高清分量接口，增加临时转换线完成连接）；

（3）提前完成9号线光缆、电源线的敷设，完成光纤成端、跳纤连接至新LCD屏的OPS卡；

（4）将LCD屏的原1号线电源供电下电，采用9号线的新设电源线给LCD屏供电，并将9号线的视频源接入LCD屏的第二个视频输入口，通过LCD屏遥控器选择9号线视频源播放，对LCD屏播放9号线视频的功能进行测试，测试完成后恢复1号线电源线对LCD屏供电，选择播放1号线视频源；

（5）割接当晚使用LCD屏遥控器，将LCD屏切换到9号线视频源播放；

（6）割接后第二天开始，拆除LCD屏原1号线的电源线，采用9号线新设电源线对LCD屏供电。

3.2.5 LED屏的改造

LED屏利旧，割接时将光纤连接至9号线播控设备，并使用单独的网管管理。为正式拆分当晚割接顺利，需提前把光纤跳接至9号线，并通过分线中心及LED屏网管下发显示格式和内容验证功能，具体步骤如下：

（1）在原管理平台上查询，记录各出入口LED显示屏的IP地址，并做好对应编号；

（2）在9号线新设的LED屏网管上进行数据配置和版式设计；

（3）在9号线网络交换机上配置路由，保证控制中心9号线PIS系统IP地址与原1号线LED显示屏IP地址能够互通；

（4）在车站机柜侧将LED屏的尾纤跳接至9号线PIS系统，并对尾纤做好标签，在9号线LED屏网管上查看LED屏状态，对LED屏进行管理、修改显示内容，测试完成后恢复LED屏与1号线PIS系统连接。

3.2.6 Wi-Fi车地无线改造

Wi-Fi车地无线设备全部新建，区间AP点位利旧。这部分不存在割接，整个建设过程同新建。

3.3 广播子系统

3.3.1 既有设备基本情况

既有线一般车站按站厅公共区、上行站台公共区、下行站台公共区和设备区设置4个广播区。

3.3.2 替换改造目标

（1）机房设备全部新建；

（2）扬声器及线缆利旧；

（3）噪感新建。

3.3.3 改造方案总体思路

广播机房设备全部新建，扬声器利旧，改造的难点是前期需要测试，不能影响原1号线广播系统的正常运行，正式拆分当晚需一晚完成全部扬声器割接。考虑到施工因素，割接方案中引入了倒切开关，解决调试和快速割接的难题，正式拆分后再将倒切开关拆除。倒切开关示意图见图6。

图6 扬声器倒切开关示意图

3.2.4扬声器的割接方案

首先完成广播系统的机房设备安装和调试，利旧扬声器的割接包括以下主要步骤。

（1）提前摸排利旧扬声器的输入电压，确保可以接入新的功放；

（2）提前摸排扬声器的分路、接线情况，并做好标签；

（3）安装倒切开关（单刀双掷开关），将1号、9号线功放的输出接到倒切开关的输入端，扬声器接输出端，测试1号、9号线广播系统的功能是否正常；

（4）在1号线运营时，将倒切开关拨至1号线功放输出；9号线调试时，将切换开关拨至9号线功放输出；

（5）正式拆分当晚，只需将倒切开关拨至9号线功放输出。

4 改造方案实施重点

地铁通信设备改造方案的实施，最关键的是正式拆分当晚的割接操作，所以，在割接准备阶段需要将所有工作根据重要性和可实施性，并结合施工人力，统筹安排总体工序。详细制定割接当晚每个车站每个系统的操作步骤和操作时间，并通过提前演练最终确定所有工序操作时间和人员组织安排。

4.1 割接改造总体工序安排

割接当晚需要对7个站同时操作，施工单位人力有限，且所有工作都在割接当晚操作时间窗内完成，管理和协调难度很大，出错的风险很大。所以，需要将工作根据重要性进行评估，有些工作可以提前完成，有些工作可以割接后再陆续完成，只有少量工作需要在割接当晚实施。

根据各个子系统的特点及改造方案计划，割接当晚操作内容如下。专用电话需要将端头电话跳线；广播将倒切开关拨到9号线；乘客信息采用遥控器将LCD屏切换至9号线显示内容，利旧LED屏将尾纤跳接至9号线交换机，并通过网管下发显示内容。

4.2 割接演练及正式拆分

4.2.1 割接演练

在正式拆分前，需要组织多场割接演练，演练分为专项割接演练和拆分演练。

专项割接演练重点是检验各系统的相关操作内容、操作步骤和操作时间及人员安排，并验证与信号和综合监控的接口功能。

拆分演练是按最终1号、9号线拆分操作为目标，第二天1号、9号线正式独立运营所需的所有割接内容，重点演练人员的组织安排，拆分后主要功能验证测试，以及拆分后人员的保障安排等。

4.2.2 正式拆分

正式拆分当晚，根据拆分操作工序安排，对相关的割接内容进行操作，重点是人员组织，割接操作作业单，操作小组配备手持台保持通信沟通，以及拆分后的运营保障。

在OCC设置一个通信总指挥，根据信号的割接进展指挥通信团队的割接操作，并根据操作组反馈结果总体把握割接进度，对反馈的问题及时判断处理。

在网管中心安排技术保障组，每个系统安排工程师技术支持，对出现的技术问题及时分析处理。

每个车站安排操作实施组，人员包括地铁公司通信工班、各系统技术人员、施工人员、车站总体协调人，根据OCC通信总指挥下达的命令完成相关割接操作和功能测试，上报操作结果。

拆分完成后需组织通信保障，重要系统需提供两周全运营时段的保障，保障地点分为控制中心和车站，控制中心保障人员负责各系统的告警和整体运行情况分析处理，车站保障人员负责对现场出现的问题及时处理，对车站站务人员在使用中遇到的故障提供技术支持。

4.3 设备拆除

正式拆分后，待遗留问题处理完成、新线运行稳定后，可以开始对原1号线设备的拆除。拆除分为物理设备拆除和网管配置数据的删除两部分。其中，传输和交换机组网还涉及网络的割接调整，对原1号线的传输网络中6个站的网元删除，并将光纤链路连接成环，以保证1号线剩余主线的环境保护功能完整。5结语

地铁通信系统在不中断运营情况下的改造，需要充分考虑既有设备的利旧、机房环境的情况，并结合施工单位的人力状况，仔细研究每个系统的技术特点，针对每个系统制定切实可行的改造技术方案，通过合理安排精心组织，全量倒切演练，才能顺利完成最终的替换改造工作。