地铁延长线专用通进传信系统实施方案探讨

权朝晖

(陕西城际铁路有限公司，陕西 西安 712000)

0 引 言

随着中国城市化进程加速，城市地铁建设规模不断扩大，延长线项目越来越多。地铁延长线建设，轨道和车站等土建项目施建设比较简单，但对于综合监控、信号、FAS、BAS、通信等系统类机电工程专业，因为延长线与既有线建设间隔周期不一样，就需考虑延伸线与既有线路是否共用控制中心、原有各系统设备是否可以采购、原有系统设备是否满足现在运营需求、延伸线的车站数量等因素[1]，技术实施方案有所不同，因此，探讨地铁延伸线专用通信系统的技术对项目建设有指导借鉴作用。

西安地铁2号线二期在一期运营10年后才开始修建，一期的专用通信系统的传输设备、PIS设备、CCTV等设备已经不能满足实际需要，需要进行大量改造。14号线是在机场线运营1年后开始修建，为了方便后期运营管理以及节约成本，延长线与既有线路共用控制中心、延长线通信系统各子系统接口及通信与外部系统接口与机场线保持一致。延长线所有业务均接入机场线控制中心。虽然都是在原有线路基础上延长，增加站点，每个子系统建设都需要独立考虑如何建设。

1 延伸线的技术方案

在地铁专用通信的子系统中，与行车相关系统有传输、LTE车地无线、调度电话、无线、电源、时钟；面向乘客系统有广播、乘客信息(PIS)；为地铁运营服务的公务电话、CCTV等专业。

1.1 传输网络系统实施方案

传输系统是为其他通信子系统和信号、综合监控、AFC、FAS、BAS等专业提供业务通道的系统，网络结构为复用段保护环，采用的设备类型有MSTP、OTN、PTN等。

传输设备采用ITU技术标准，不同厂家的设备接口标准一致，延长线可以根据实际需要组网，地铁传输的主要作用是控制中心向各个车站之间一点对多点传送信息、或者是控制中向车辆段(停车场)点对点间传送信息[2]。

地铁延伸线与既有线传输承载的业务基本类别相同，业务类型为点对点(E-LINE)或者总线式(E-Tree)。

西安地铁2号线一期的传输以MSTP设备组成一个带宽为5G的二纤双向复用段保护环，目前5G的带宽已经不能满足实际需求，在二期建设中，对一期传输进行全部替换，一期和二期传输设备保持一致。西安地铁14号线传输设备与机场线设备同为华为的产品，但机场线使用OSN7500组成一个带宽20G复用段保护环，14号线采用OSN1800V设备，为了确保14号线传输网络接入机场线传输网络，在机场线控制中心增加一套OSN1800V设备。因此延长线传输网络建设可以与既有线采用同种设备型号，也可以采用不同设备。

(1)延伸线与既有线采用同种设备

优点：组网简单，融合度高、能满足实际需求。

缺点：延长线路与既有线路间隔时间长，通信技术发展很快，既有设备技术落后，市场被淘汰，全网改造传输网络费用高。

(2)采用与既有线路完全不同的技术及设备

优点：采购招标比较容易。

缺点：

①如果两套传输设备为不同厂家，延长线网络不能采用既有网管，购买一套网管服务器并安装与新增设备匹配的网管软件；需每个系统在控制中心需增加交一台换机，传输系统与其他系统之前有两次接口互联。

每个系统增加交换机扩充与传输设备的接连接方式见图1。

图1 扩充交换机与传输设备连接示意图

为了保证其他系统能安全接入控制中心，在控制中心核心机房，给每个系统再配置一台交换机，完全可以解决延长线设备与既有线设备同时接入控制中心核心设备的接入问题。

②如果两套传输设备为同一厂家但不同型号，设备技术兼容性差，可以与既有线共用网管。

在14号线建设中，机场线控制中心原有设备为一套华为OSN7500II型设备，所有到控制中心业务都是从此设备落地，14号线新增站点采用的是华为OSN1800V设备，两套设备不兼容，但是业务单板采用ITU标准，接口一致。为了将14号线的业务接入机场线控制中心，且对原有业务影响最小便于割接进行，在机场线控制中心新增一套OSN1800V设备，在机场线既有线OSN7500II设备上扩容两块SL16单板(两块互为热备)，将业务传送到7500II设备上再通过PQ1板卡用来将接入的2 m业务落地；扩容两块EX2(两块互为热备)，将14号线以太网业传送到7500II设备上通过原有机场线各业务端口落地完成接入。

1.2 LTE车地无线系统实施方案

LTE车地无线系统能够在高速移动状态(不小于120 km/h)条件下，在地面和车辆之间提供宽带数据无线传输服务，为CBTC信号列控信息(双向)、车载PIS流媒体、车载CCTV、列车运行状态信息、列车紧急文本信息以及集群调度提供符合业务指标需求的无线带宽[3]。

基于LTE-M系统架构开发LTE车地无线综合通信系统完全满足中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统(CBTC)接口规范-互联互通接口规范》(中城装备[2015]55号文)、(中城装备[2015]100号文)中的相关要求[4]。

LTE网络设备间的互联互通，需要解决2个方面的问题。

首先要保证空口的互联互通，即不同线路的TAU可以相互接入到对方的LTE车地通信地面系统中，满足传输时延、切换时延和带宽等性能指标，满足要求下确保注册、数据传输、切换的功能正常，其次要保证LTE核心网之间能够互联互通，支持终端的漫游切换，让列车可以自由的在不同线路之间运行。

数据终端和LTE基站之间的接口称为空口(Uu口)，是3GPP标准接口；核心网之间的互联互通需要开放S5接口、S10接口和S6a接口：S5接口是核心网S-GW与P-GW之间的接口，S10接口是LTE核心网MME之间接口，S6a接口是HSS与MME之间的接口，这三个接口也都是3GPP标准的接口。

LTE车地无线通信系统是完全基于3GPP标准和LTE-M标准，因此Uu接口、S5接口、S10接口和S6a接口都是开放的，只要后续其他线路的LTE系统所采用的设备满足LTE-M标准，如果既有线预留足够的接口，就能实现与后续其他线路的互联互通。延长线的LTE系统，有三种方式可以实现与既有线互通。

(1)新增站点的BBU与RRU与既有线路完全一致设备，各站点的BBU接入既有系统的核心网设备。

优点：该技术组网比较简单，技术融合度高。

缺点：采购设备受限，采购方式只能采用唯一采购来源，价格容易受设备厂家控制。

(2)新增站点的BBU与RRU与原有站点设备厂家不一致，但新采购设备满足接入既有核心网。

优点：采购设备方式灵活。

缺点：后期运维人员需学习不同厂家的BBU和RRU技术，采购不同厂家的备件，备件费用较大。

(3)新增一套LTE核心网设备，新增站点BBU与RRU与原有设备不一致。

优点：对既有系统依赖度比较小

缺点：新增LTE核心网需要和信号、车辆、PIS、车载CCTV等重新约定接口标准，技术相对复杂;投资费用大；运维复杂。

在西安机场线LTE车地无线系统建设中，已经为延伸线地铁14号线预留接口，所以LTE车地无线系统采用既有LTE系统所采用的站点设备进行扩容。

1.3 PIS(乘客信息显示系统)实施方案

PIS(乘客信息系统)是以多媒体网络技术为基础，以计算机系统为核心，通过设置在站厅、上下行站台、出入口、列车客室等位置的显示屏，让乘客及时准确地了解电客车运营信息和公共媒体信息的多媒体综合信息系统。

地铁乘客信息系统(PIS)由控制中心子系统、车站子系统、车载子系统构成。从控制功能上分为信息源、中心播出控制层、车站(列车)播出控制层和车站(列车)播出设备四个层次。

控制中心子系统作为PIS系统的核心，要实现的功能包括轨道交通外部信息接收、信息媒体文件的存储和转发、信息编辑处理、播出计划制订及信息发布控制；整个PIS公共信息的发布和播出；操作员接收、编辑、储存及发送各类信息至前端设备；紧急文本下发；控制中心编辑软件可以直接对各车站LCD播放版面、车站LED播放版面、查询机的查询页面、车载LCD播放版面进行修改，编辑后可直接发布至前端设备；除此还有系统管理、磁盘空间管理以及运行日志管理等功能。

PIS控制中心子系统作为PIS的核心，与综合监控、信号ATS、时钟、CCTV、传输、LTE车地无线系统等专业在控制中心都有接口。

根据PIS系统控制中心子系统的各项功能和接口需求，控制中心硬件设备有网管服务器、视频流服务器、编/解码器、接口服务器等。

车站子系统从控制中心接收发布的内容信息，通过播放控制器对本站的所有LCD显示屏、LED屏、触摸查询终端进行播放，并对本站所有设备进行统一的控制和管理。

根据以上分析，轨道交通延伸线各个车站的PIS系统建设有3种方案。

(1)在控制中心子系统增加一套PIS播放软件，增加网管服务器、视频流服务器、编/解码器、接口服务器等设备。

优点：采购招标简单，厂家不唯一，利于后期扩容改造；

缺点：需采购控制中心网管服务器、视频流服务器、编/解码器、接口服务器等，费用高；接口比较多，需要和综合监控、信号ATS、传输、时钟等专业协商接口方案，修改其他专业软件；后期运营比较麻烦，下发文本、视频等信息时需要在不同的网管操作。

(2)利用线控制中心既有网管服务器、视频流服务器、编/解码器、接口服务器等设备，原有PIS厂家开放系统接口，延长线各车站采用其他厂家视频播放软件。

优点：费用比较少、与其他专业接口少。

缺点：需要既有线乘客信息系统提供提供控制中心PIS的软件接口，延长线设备厂家进行软件整合。

(3)延长线各个车站采用既有线车站技术方案，产品保持一致。

优点：方便维护、费用低。

缺点：厂家唯一，招标不方便。

因此，延伸线PIS系统建设，应充分考虑延伸线与既有线间隔时间、既有线软件使用情况，如果延伸线与既有线间隔时间较长，可以在控制中心增加一套控制中心子系统设备和软件，确保延伸线和既有线独立，并未后期既有线改造升级做准备，延伸线各车站与控制中心新建子系统采用相同的播控软件；如果延伸线与既有线间隔时间较短，从建设成本和运营维护方便考虑，延伸线与既有线原有各车站系统方案保持一致。对延伸线PIS系统各车站的终端类设备，比如查询机、LCD显示屏、各出入口LED屏等设备，可以不必与既有线相同。

1.4 专用无线实施方案

地铁延伸线一般与既有线为一个控制中心指挥调度，统一管理，共用调度系统，因此，延长线需和既有线保持一致，在调度大厅扩容调度台，确保延伸长车站(或车场)调度用户的覆盖。如果延伸线不纳入既有线统一运行，就需要再独立设置核心网。新设置的核心网与既有线核心网实现系统级互联互通[5]。

因此，延伸线有线调度电话系统均采用既有调度系统扩容方式。

1.5 专用电话实施方案

延长线如果纳入既有线统一运行，那么延长线就要与既有线共用1套调度系统，延长线和既有线设备保持一致，即对既有调度系统进行扩容，实现延伸线车站(或车场)调度用户的覆盖[6]。

1.6 广播系统实施方案

控制中心或车站的广播系统控制功能由综合监控系统实现，在控制中心广播系统是供中心调度人员使用，在各车站是供站务室值班人员使用。为了便于调度和站务使用，避免增加广播与综合监控之间的接口，延伸线广播系统设备和既有线保持一致。

1.7 CCTV系统实施方案

CCTV与综合监控系统、PIS系统之间存在接口关系，为了方便，延伸线的CCTV系统采用与既有线相同的设备，如果延伸线需要更换CCTV系统软件，需要在控制中心配置1套CCTV操作控制台，与PIS、CCTV的协商接口[7]。CCTV系统的终端摄像机、路由器、交换机等可以采用与既有线不同厂家设备。

1.8 时钟系统的实施方案

时钟为各个系统提供标准时间，为了全线保持统一时钟，延伸线的时钟系统应与既有线为同一套时钟网络，共用一级母钟或NTP(网络时间协议)服务器。

1.9 电源实施方案

为了便于管理，延长线的UPS设备可以和既有线保持一致，电池完全可以采用不同厂家设备。

2 结 语

综上所述，延伸线的专用通信各子系统实施方案不尽相同。具体的系统实施方案既要考虑新旧线路的间隔时间，又要考虑设备兼容性、各专业之间的接口方案修改等因素。因此，针对不同的专业，延伸线路技术选择需进行分析才能有较优的系统方案。一般与控制中心调度直接相关的运营调度指挥系统，建议延伸线与既有线设备保持一致，共用网络，尤其是无线调度、有线调度电话系统、LTE车地无线系统。对于像传输、电源等系统，或者后期需要整体更换的专业，延伸线的实施方案与既有线没有任何关联，可以按照新建线路进行设备招标，根据实际需求选择最优设备。