第3章 地铁传输网 3.1地铁发展历程 1863年1月10日，英国首都伦敦诞生了世界上第一条用蒸汽机车牵引的地下铁道线路(6.5km)，至今已有近160年的历史。经过百年的发展，通过不断提高技术水平，伦敦地铁系统已成为当今世界上的先进技术范例之一，特别是1879年电力驱动机车研究成功后，伦敦地铁几乎每年都有新发展。受伦敦成功建设地铁的影响，美国纽约也于1867年建成了第一条地铁线路。世界上较早建设地铁的国家和城市还有法国巴黎(1900年)、德国柏林(1902年)和汉堡、美国费城以及西班牙马德里(1919年)等。在此之后，除“第二次世界大战”期间地铁建设处于低潮期外，世界上地铁建设蓬勃发展，加拿大多伦多和蒙特利尔、意大利罗马和米兰、美国旧金山和华盛顿，俄罗斯莫斯科和圣彼得堡等著名的城市都修建了地铁。整亚洲地区也有日本、韩国、新加坡、马来西亚、印度等国家以及中国香港特别行政区相继修建了地铁。 日本东京的第一条地铁线路于1927年建成通车。虽然日本的地铁是效仿欧洲技术建设而成，但日本在修建地铁的同时，着重开发主要车站及其邻近的公众聚集场所，这些场所能促进地下商业中心的建设，而且与地下车站连成一片，使地铁这一公益性基础设施获得了新的活力，取得了较好的经济效益和社会效益。截至2019年，东京已拥有13条地铁线路，线路总长度约326km，共设置车站285座，是当今世界上地铁客运量最大的城市之一。 世界上修建速度最快和最繁华的地铁是莫斯科地铁。1932年，莫斯科的第一条地铁线路开始动工，这条长11.6km，拥有13座车站的地铁线路，到1935年5月建成通车，所耗时间仅3年有余，建设速度空前。发展至今，莫斯科已拥有地铁线路9条，总长度约244km，年客运量已突破26亿人次。莫斯科地铁的建筑风格和客运效率举世闻名，每个车站都由著名的建筑师设计，并配有许多精美雕塑，使乘客有身临宫殿之感。 世界上唯一能通过公司内部资产运作获得盈利的地铁运营公司在中国香港特别行政区。由于香港特别行政区80%的居民都居住或工作在依山傍水的窄小走廊地带，要想在地面通过大规模拆除房屋、拓宽道路来减轻交通拥挤不太可取，因此大力推进地铁工程。目前，香港特别行政区的地铁和轻轨交通已形成布局合理、换乘方便、四通八达的地铁网，覆盖港岛主要地区，并与大陆铁路相连。香港特别行政区地铁的运输效率和巨大的经济效益举世闻名。 随着我国国民经济的持续增长和城市化进程的加快，城市人口日益膨胀，小城镇发展为城市，大城市发展为大都市； 加之城市机动化程度的飞速发展，城市人均拥有机动车的比率呈指数上升趋势，“走路难、乘车难、行车难、停车难”的矛盾日益激化，城市交通拥堵问题已成为当前我国各大城市经济社会发展和城市各项功能建设的“瓶颈”。借鉴世界发达国家的经验，从解决问题的前瞻性、保证交通的安全性和可靠性、减少对城市空气和环境的污染及可持续性发展等各方面综合考虑，在城市中心区修建轨道交通，是解决城市交通拥堵问题的根本措施，是我国大城市走出交通困境的必由之路。轨道交通以其运送量大、快速、正点、低能耗、少污染和乘坐舒适方便等优点，常被称为“绿色交通”。城市轨道交通的建设，可以提高市民生活质量，缓解交通拥挤； 可以促进经济社会发展，改善投资环境； 可以带动沿线土地开发利用和促进大城市各相关领域的发展，这对于21世纪实现城市可持续发展具有重要的战略意义。 我国城市轨道交通工程建设方兴未艾。1969年10月1日，北京地铁一期工程完工，并于1981年正式对普通民众开放。随着我国改革开放的不断深化和社会经济的持续发展，20世纪90年代，以北京、上海和广州为代表的国内大城市，从改善城市交通状况、促进城市协调发展的目的出发，分别修建了城市轨道交通线路。此后，国内其他一些大城市也相继制定了各自的城市轨道交通规划。目前国内有52个城市规划了城市轨道交通，其中43个城市已经开通或已经开工，城市轨道交通已成为我国城市基础设施建设领域的一个热点。 截至2020年年底，全国共有24个城市的地铁线网规模达到100km或以上。其中，上海的运营线路长度超过800km，北京运营线路长度超过700km，二者的全年客运量约39亿人次，线网规模和客流在国内遥遥领先，已经逐渐形成超大线网规模。广州运营线路长度超过500km，全年客运量约33亿人次。深圳的运营线路长度超过400km，年客运量约为18亿人次。成都运营线路长度快速增长，进入500km行列。南京、武汉、重庆运营线路长度均超过300km，西安、杭州、青岛、天津、郑州五市的运营线路长度均超过200km。成都、武汉、南京、重庆的年客运量均突破10亿人次。 城市快速轨道交通历经发展，种类、形式繁多，常见的城市轨道交通制式包括地铁、轻轨、跨座式单轨、悬挂式单轨、中低速磁悬浮、有轨电车、APM等； 按照客运能力的大小，可以分为大运量、中运量和小运量交通系统等。在这些轨道交通制式中，地铁的各类系统最为齐全，也最为典型，也是我国各大城市主要建设的城市轨道交通制式。因此本章主要以地铁为例，介绍各种业务系统以及传输网解决方案。 3.2地铁传输网介绍 3.2.1地铁系统介绍 地铁属于集多工种、多专业于一身的复杂系统，在过去的100多年中，地铁从单一的线路布置，发展到采用先进技术组成的复杂而通畅的地下和高架网络。充分利用现代高新技术成就，是实现高度现代化城市轨道交通系统安全运转的保证。地铁系统是一个庞大的系统，由多个子系统组成，如图31所示。 图31地铁系统总览 (1) 地铁信号系统： 信号系统在城市轨道交通领域主要起着控制列车安全、正点、高效高密运行，确保列车和乘客安全的作用，在城市轨道交通中占有重要地位，它是保障轨道交通行车安全与高效运行的重要手段。 (2) 地铁通信系统： 地铁通信系统是为组织地下铁道运输、指挥列车运行和进行业务联络而设置的。地铁通信系统分为专用通信系统、警用通信系统和民用通信系统。其中专用通信系统归属地铁公司管理，主要用于地铁的行车、运营、管理等和安全运维直接相关的业务； 警用通信归属地铁警用分局管辖，主要用于涉及人身财产安全的监控与警力指挥调度； 民用通信归属电信运营商，主要用于运营商的网络接入。这些系统都会通过各自的传输系统来进行承载。 (3) 地铁传输网： 为满足地铁通信各子系统和信号、电力监控、防灾、环境与设备监控系统和自动售检票系统等各种信息传输的要求，地铁一般都会建立以光纤通信为主的传输系统网络，传输系统是通信系统中最重要的一个子系统之一，是一切需要传递信息和数据的机电系统(包括通信系统的子系统)的基础。地铁传输系统分为专用传输、警用传输、民用传输，它们分别承载对应的专用通信、警用通信、民用通信的各类业务。 1. 地铁信号系统 信号系统在城市轨道交通中占有重要地位，它是保障轨道交通行车安全与高效运行的重要手段。信号系统的结构与性能直接关系到项目初期建设投资、系统运量、运行能耗以及系统运行与维修成本。目前在城市轨道交通中使用的信号系统一般称为自动机车控制(Automatic Train Control，ATC)系统。 图32城市轨道交通信号ATC系统 ATC系统在设备组成角度分为列车自动防护(Automatic Train Protection，ATP)、列车自动运行(Automatic Train Operation，ATO)、联锁以及列车自动监控(Automatic Train Supervision，ATS)4个子系统，如图32所示。 信号系统在城市轨道交通领域主要起着控制列车安全、正点、高效高密运行，确保列车和乘客安全的作用。通过各子系统间的协调动作实现在线路上列车的安全间隔、超速防护、自动驾驶及行车指挥自动化功能，并实现实时在线的列车运行状态监督，为其他监控系统提供行车信息，提高行车指挥效率，减少行车指挥人员的劳动强度。 (1) ATP子系统包括车载和轨旁设备，主要实现列车间隔控制和超速防护、列车位置检测、列车测速定位，支持不同驾驶模式下的列车控制和车门监控，并在站台非正常情况下实现紧急停车功能，还能监控列车非正常移动(溜车)，控制车载信号设备的显示及报警，实现与ATO、ATS和联锁系统的信息交换和处理等功能。 (2) ATO子系统是自动控制列车运行的设备。在ATP的保护下，根据ATS的指令实现列车的自动驾驶，能够自动完成对列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动的控制，确保达到设计间隔及行车速度。包括实现列车的自动驾驶，车门控制，车站定位停车，调整列车运行状态(包括启动、加速、惰行、巡航及制动)，与ATS、ATP交换信息及控制车载广播，列车区间运行时分的控制，牵引及制动控制满足舒适度的要求等。 (3) ATS子系统主要用于列车的调度，在ATP及ATO子系统的支持下完成对全线列车运行的自动管理和监控，包括列车运行图编制及管理、列车运行调整、进路控制及取消、列车运行模拟和培训、系统设备操作记录、系统设备状况监视、司机发车指示、旅客向导信息生成和显示、车辆段列车运行监控、列车运行信息记录及回放、报告和报表生成及打印等功能。 (4) 联锁子系统是实现道岔、信号机、轨道电路间的正确联锁关系及进路控制的安全设备。联锁设备是自动化信号系统的重要环节，是信号系统的重要组成部分，是确保行车安全的基础设备，必须符合故障安全原则及必要的设备冗余要求。联锁系统的主要功能为： 按正确的联锁关系设定、解锁列车进路； 对正常进路进行防护； 向ATP提供信号状态、列车进路设置情况、保护区段的建立、相关接口及区间运行方向等条件； 完善的自诊断功能，能对联锁设备本身、UPS电源、轨道电路等实施监督，并具有与微机监测远程诊断系统接口的功能。在联锁控制工作站上，能对不同的操作人员赋予相应的职责、权利，以确保对设备的正确控制。 ATC系统从功能上主要分为列车控制(列控)和线路安全防护(闭塞)。下面分别进行介绍。 2. 地铁列控方式 地铁的列控方式主要分为阶梯式和连续式两种。在阶梯式速度控制方式下，列车只需获得由轨道电路提供的最高限制速度信息即可自动完成列车超速保护，这种方式相对来说比较简单，但是列车最终间隔较大，无法充分发挥地铁的运输能力； 且轨道电路阻抗受隧道内湿度影响比较大，目前采用这种控制方式的地铁越来越少。 根据速度检查的时机不同，阶梯式速度控制方式又可分为出口检查方式和入口检查方式。出口检查方式在闭塞分区入口给出列车限制速度值，采取人控优先方法，控制列车在闭塞分区出口的速度不超过下一闭塞分区的限制速度，如超速，即强迫制动，如图33所示。 1—司机操作常用制动曲线； 2—基于常用制动的阶梯式限制速度曲线； 3—超速后设备动作的最大常用制动曲线； 4—保护区段 图33出口检查方式 入口检查方式是在闭塞分区入口处给出该闭塞分区列车速度的限制值，控制列车到该闭塞分区出口时不超过限制速度，如图34所示。 1—设备自动速度曲线图； 2—阶梯式入口检查速度曲线 图34入口检查方式 为了适应更高的列车运行密度、速度，提高列车运行控制的实时性、运行效率以及列车运行的平稳性，各信号厂家在20世纪80年代初开发了连续式控制方式，来实现对列车运行速度的连续监控，这种方式又称目标距离(distancetogo)方式。 在这种方式下，车载信号设备需在列车运行过程中连续计算当前最高允许速度及紧急制动(最大常用制动)速度，因而需要获得大量信息，包括前方列车位置及信号设备状态的动态信息； 列车性能信息，如列车长度及制动或减速率； 线路坡度、道岔位置及曲线半径及限速等固定静态信息； 线路区段临时限速信息； 特殊情况下要求列车紧急停车信息； 其他辅助信息，如信息报文识别号、列车自动驾驶运行数据等。目前这种方式已经成为地铁信号控制的主流方式，如图35所示。 图35速度距离模式曲线控制方式 实现此种列车控制的技术关键在于列车如何定位以及将信息传送给后续列车。为此开发了多种列车测速及定位技术，如雷达或速度脉冲发生器测速技术，轨道电路、环线边界、环线交叉、固定位置应答器定位技术； 以及列车与地面设备间信息传送技术，如数字编码轨道电路、点式应答器、环线、甚高频无线通信等。根据采用的列车定位技术及列车与地面设备间信息传送技术的不同，这种列车控制模式又可分为以下两种。 (1) 以数字编码无绝缘轨道电路作为列车定位设备及信息传送媒介的准移动闭塞。 (2) 移动闭塞CBTC列车控制方式。由于轨道电路只能实现地车单向数据传输，无法实现车地双向数据传输，且轨道电路阻抗调试复杂，容易受到隧道内湿度变化影响，因此目前绝大多数地铁均采用CBTC的方式。 3. 地铁闭塞方式 信号系统的闭塞制式分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞3种。固定划分区段的轨道电路，提供分级速度信息，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，实施阶梯式的速度监督，使列车由最高速度逐步降至零。固定闭塞ATP系统采用阶梯式控制方式，对列车运行控制精度不高，降低了列车的舒适度、增加了司机的劳动强度，限制了通过能力的进一步提高，如图36所示。 图36固定闭塞系统 准移动闭塞系统采用“跳跃式”连续速度/距离曲线控制模式，列车尾部依次出清各电气绝缘节点时跳跃跟随。列车的最小正常追踪运行间隔为安全保护距离加一个闭塞分区长度再加最高允许速度下使用常用制动直至停车的制动距离。基于轨道电路的准移动闭塞系统的最小追踪间隔一般可达到90s，如图37所示。 图37准移动闭塞系统 准移动闭塞具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力，能提高线路的利用率，能向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态等信息，ATP车载设备结合固定的车辆性能数据计算出适合本列车运行的速度距离曲线，保证列车在该曲线下有序运行。准移动闭塞采用速度距离曲线的列控方式，提高了列车运行的平稳性，列车追踪运行的最小安全间隔较短，对提高区间通过能力有利； 连续式准移动闭塞ATS、ATP子系统与ATO子系统结合性较强，ATC系统技术成熟。 准移动闭塞在20世纪90年代开始大量采用，这类系统可以满足城轨交通运营要求，实现了速度距离曲线对列车的控制，增加了舒适度，基本属于20世纪90年代的技术，也是目前各地铁系统采用的基本技术。 在通信技术快速发展前提下，各信号厂家又陆续开发出基于通信的列车控制方式，即移动闭塞CBTC列车控制系统。这是基于车载设备与地面设备间进行连续、高速度、大容量、可靠、安全的数据信息交换及通过各种技术手段实现列车自定位的列车控制方式，这种列车控制方式能确保实现移动闭塞行车模式，如图38所示。 图38移动闭塞系统 移动闭塞系统使用了IEEE 1474的安全制动模型。该安全制动模型至少应考虑以下因素： (1) 列车长度、列车定位误差、最大的测速误差、系统的响应时间及时延、最大列车加速度、线路坡度。 (2) 最不利情况下，从监测到超速至切断牵引和紧急制动的反应时间。 (3) 最不利情况下，列车紧急制动的减速度等。 CBTC控制模式采用“速度距离曲线模式”的列控方式，目前常用的车地双向通信方式有感应环线、无线扩频电台、裂缝波导、漏缆等。 准移动闭塞和移动闭塞明显优于固定闭塞，而移动闭塞在列车定位、追踪间隔、通过能力方面又优于准移动闭塞。与基于轨道电路的闭塞制式相比，移动闭塞制式具有以下主要特点。 (1) 实现车地双向、实时、高速度、大容量的信息传输。 (2) 列车定位精度高。 (3) 列车运行权限更新快。 (4) 不受牵引回流的干扰。 (5) 轨旁设备简单，可靠性高。 (6) 缩短列车追踪间隔，提高通过能力。 (7) 能适应不同性能列车的运行。 整个CBTC信号系统由ATS列车自动监督控制子系统、ATP列车自动防护子系统、ATO列车自动运行子系统、CBI联锁子系统、DCS数据传输子系统构成。其中车地通信部分目前多采用WLAN或LTEM来承载。一般来说，轨旁CBI和ATP使用专用的DCS网络(多采用工业交换机组建)，如果采用WLAN，那么信号系统会自己组建IP网络。如果采用LTEM，那么有的地铁线路采用DCS承载，有的地铁线路采用传输系统来承载(取决于地铁公司将它们的承载划分到信号系统还是通信系统)。因此，地铁光传输网有可能会承载涉及行车安全的业务。 4. 地铁通信系统 地铁通信系统为组织地下铁道运输、指挥列车运行和进行业务联络而设置的通信系统。地铁通信系统分为专用通信系统、警用通信系统和民用通信系统，如表31所示，这些系统都会通过各自的传输系统来进行承载。 表31地铁通信体统组成 地铁通信系统主 要 作 用主要子系统 专用通信系统调度运营指挥综合信息平台 调度、公务电话系统 无线通信系统 CCTV、PIS、PA、CLK等 专用传输系统 民用通信系统运营商无线引入商用多媒体业务 移动通信引入系统 数字移动多媒体系统 民用传输系统 警用通信系统无线、视频监控一体化系统 警用无线通信系统 警用视频监控系统 警用传输系统 3.2.2地铁传输网概述 为满足地铁通信各子系统和信号、电力监控、防灾、环境与设备监控系统和自动售检票等系统各种信息传输的要求，地铁一般都会建立以光纤通信为主的传输系统网络，传输系统是通信系统中最重要的子系统之一，是一切需要传递信息和数据的机电系统(包括通信系统的子系统)的基础。地铁传输系统的位置与作用如图39所示，需要注意的是，LTEM既有可能归在信号专业建设，也有可能归在通信专业建设，视不同业主的职责划分决定。例如，成都地铁的LTEM由信号专业承建； 深圳地铁的LTEM由通信专业承建； 广州地铁LTEM的A网由信号专业承建，B网由通信专业承建。 图39地铁传输网的位置与作用 3.2.3地铁传输网承载通信业务分析 地铁传输网分为专用传输、警用传输、民用传输，它们分别承载对应的专用通信、警用通信、民用通信的各类业务。下面对这些业务系统进行详细介绍。 1. 地铁专用通信业务 地铁专用通信主要业务如表32所示。 表32地铁专用传输主要业务类型 专用业务名称接口带宽/(b/s) 语音业务公务电话、专用电话等E11×2M 低速数据业务广播音频数据、电视控制信号、时间等 RS232/422/485 2/4线音频数据1×2M 2M中继业务 无线集群E12×2M 调度电话E12×2M 系统互联E12×2M 宽带数据业务 广播信号FE10M 列车自动控制信号(ATS)FE10~100M 电力远动监控信号(SCADA)FE10M 自动售检票信号(AFC)FE10~100M 防灾报警信号(FAS)FE10M 环控信号(BAS)FE10M 电源监控信号FE10M 通信系统本身的管理、监控信号FE10M 综合监控系统信息FE1000M 其他运营维护数据及信息FE10~100M 计算机网络GE500~1000M 视频业务视频实时上传及调用GE5000M 乘客信息业务乘客信息系统(PIS)GE、10GE500M 1) 电话系统 电话系统包括公务电话、专用电话与调度电话。 公务电话系统是为轨道交通系统内运营、管理、维修等各部门工作人员提供日常工作联系的手段，它是集语音、图像、中低速数据于一体的交换网络，可提供系统内部用户之间的电话联络、系统内部用户与公用电话网用户之间的电话联络，能将“119”“110”和“120”等特种业务呼叫自动转移至公用电话网的“119”“110”和“120”上。在专用电话系统出现重大故障时，公务电话系统可作为专用电话的应急通信手段。 公务电话系统由电话交换机、自动电话及其附属设备组成。电话交换机可以是程控电话交换机，也可以是软交换系统，为地铁提供电话业务以及用户终端业务，包括智能用户电报、可视图文、传真、用户电报、可视电话等。当调度通信系统出现故障的时候，也能够利用交换机的会议功能完成调度通信功能。 专用电话系统是为控制中心调度员、车站、车辆段、停车场的值班员组织指挥行车、运营管理及确保行车安全而设置的，主要包括调度电话，站间行车电话，车站、车辆段、停车场内直通电话以及区间电话。调度电话是为列车运营、电力供应、日常维护、防灾救护提供指挥手段的专用通信设备，要求迅速、直达，不允许与运营无关的其他用户接入该系统。 调度电话系统是供控制中心调度员与各车站、车辆段、停车场值班员以及与行车业务直接有关的工作人员进行调度通信之用。调度电话系统包括行车、电力、防灾、维修等调度电话。 调度电话系统由中心调度专用主控设备，车站、车辆段、停车场专用分控设备，调度电话终端，调度电话分机，多轨迹录音装置及维护终端等组成。调度电话终端设置在控制中心、车站以及车辆段(场)各值班员座席上。其中行车调度电话分机应设置在各车站行车值班员、车辆段信号楼行车值班员等处； 电力调度电话分机应设置在各变电所的主控制室、低压配电室及其他特殊需要的地点； 防灾、调度电话分机应设置在各车站、车辆段综合控制室以及车辆段的消防控制室等地点。调度电话系统实现如下功能。 (1) 控制中心调度台应能对下属分机进行个别呼叫、分组呼叫和全部呼叫，能实现强插、强拆、优先级控制等功能。任何情况下均不能发生阻塞。 (2) 实现控制中心总调度员与各系统调度员之间的通话。 (3) 控制中心总调度员协调和监视行车、电力、环控(防灾)、维修调度员的控制操作。 (4) 控制中心行车调度员、电力调度员、环控(防灾)调度员、维修调度员与各站(段)相应值班员之间的直接通话。 (5) 调度分机可对相应调度台进行一般呼叫和紧急呼叫。 (6) 调度分机呼叫调度台时，调度台应能按顺序显示呼叫分机号码，并区分是一般呼叫还是紧急呼叫。 (7) 各调度系统间的分机、调度系统内的分机之间不允许进行通话。 (8) 调度台与分机的通话，在控制中心应能自动记录，控制中心的调度设备应具有自检功能，能对整个调度系统进行检测，并可显示检测结果，能对通话进行录音。 (9) 站(段)内电话： 车站值班员与本站有固定位置的有关人员之间进行直接通话； 车站值班员与本站特殊地点装设的紧急联络电话之间进行直接通话。车辆段各值班员(通号楼值班员、运转值班员、列检值班员)与本段有关人员之间进行直接通话。车辆段内各值班员之间进行直接通话。 (10) 站间电话： 相邻站(段)值班员之间、联锁站车站值班员之间进行直接通话。 (11) 区间电话： 也称轨旁电话，区间电话机能选择与相邻车站值班员间直接通话，并可以通过切换装置接入公务电话系统。 2) 视频监控系统 视频监控系统(ClosedCircuit Television，CCTV)是地铁运营管理现代化的配套设备，为控制中心调度员、各车站值班员、列车司机等提供有关列车运行、防灾、救灾及乘客疏导等方面的视觉信息。CCTV应由中心控制设备、车站控制设备、图像摄取、图像显示及视频信号传输等部分组成。 CCTV系统在下列场所应设监视摄像机： 各车站出入口及通道、上下行站台、自动扶梯、换乘通道、紧急疏散通道等公共场所，以及设备区等区域； 并在控制中心行车调度员、防灾调度员、车站值班员等所在场所设置控制、监视装置。在上下行站台列车停车位置设置监视装置。CCTV系统应提供如下功能。 (1) 监视功能。 CCTV统供控制中心的调度管理人员、车站值班员、站台工作人员及司机实时监视各车站客流、列车出入站以及旅客上下车等情况，使其能根据现场情况及时采取对应措施，以提高运行组织管理效率，保证列车安全、正点地运送旅客。它的监视范围为各车站的出入通道、站厅区和站台区，其中站厅区的监视目标主要是自动售检票进出闸机以及上下站台的自动扶梯的乘客流向，站台监视区的监视目标主要是乘客上下列车的情况。 CCTV可为车站值班员提供对车站的站台、站厅等主要区域的监视，为列车司机提供相应站台旅客上、下车等情况的监视； 为控制中心调度员提供对各车站的监视。 (2) 控制功能。 CCTV采用三级独立监视和两级控制的方式： ① 三级独立监视分别为控制中心调度员、车站值班员和司机。 ② 两级控制为中心级和车站级。中心级和车站级的监视及控制相互独立，同时控制中心级的各操作控制也相互独立，平时以控制中心监控为主，在发生紧急情况时，车站值班员应具备最高级别的控制权。 中心级和车站级的操作员分别通过设于以上两处的控制设备对任意一体化球形摄像机的焦距、方向进行独立选择控制。摄像机视频信号叠加时间和摄像区域信息后分别显示在运营控制中心(Operation Control Center，OCC)、车站和司机室/站台的监视器上。控制设备对所有摄像机信号的显示可以进行手动和自动循环切换控制，自动循环时间可调，也可以选择跳过某一路。 (3) 录像功能。 CCTV系统应具备所有摄像机实时视频图像录像功能，录像时间满足反恐法以及运营管理相关要求。 控制中心可选看各车站任何一个摄像机传回的画面，还可以同时观看任意车站的多路画面； 车站可选看本站的任何一个摄像机传回的画面，还可以同时观看多路画面； 如果有需要，车站之间也可以相互调用摄像机的画面。例如，某个车站出现火灾或紧急情况时，邻近车站就可以相互调用视频监控，进行统一的管理协调。 按照系统功能，CCTV系统一般由控制中心监视子系统、车站监视子系统、司机监视子系统组成。 (4) 控制中心监视子系统。 控制中心监视子系统由网络设备、管理服务器、流媒体服务器、调度员后备终端和集中维护管理终端等设备组成。中央调度大厅大屏显示部分一般由综合监控统一配置，大屏数量按照不小于6路视频信号同时显示配置。 (5) 车站监视子系统。 车站监视子系统是为了车站值班员能监视本站乘客上下车、出入站以及列车行车情况，主要由摄像机、交换机、服务器、工作站和监视器等组成。 在车站的出入通道、站台和站厅等处安装摄像机，每个车站的摄像机数量根据各区域线路的特点进行配置，一般为100~250台，各摄像机通过网络线缆或者光纤直接接入车站交换机(或汇聚交换机)。 (6) 司机监视子系统。 列车停靠站台时，司机需要了解站台客流情况及乘客上下车情况。一般是在地铁站台上下行两端分别设置监视器供司机监视站台情况。司机监视器一般按照同时显示单侧站台4路摄像机图像配置。 近几年，为了降低司机的劳动强度，缩短列车运行间隔，出现了在驾驶室设置监视器的方案，即在站台及驾驶室分别设图像无线传送设备，将站台摄像机视频监视信号通过无线方式传送到驾驶室的监视器上，不仅可以使司机在驾驶座位上实时掌握乘客的上下车情况，还可以使司机在未到站前即可提前了解站台情况。 3) PIS 乘客信息系统(Passenger Information System，PIS)是地铁实现“以人为本”、进一步提高服务质量、提高地铁运营管理水平、扩大对旅客服务范围的有效工具。车站信息显示系统的功能需求主要表现在以下几个方面。 (1) 候车信息： 提供下次列车到站时间预告、行车信息通告等。 (2) 服务信息： 提供重大标题新闻、天气预报、交通信息等。 (3) 政策通告： 提供公共安全宣传、公共卫生宣传、政策宣传等。 (4) 广告宣传： 提供多媒体广告信息。 有线电视信号(Cable TV，CATV)引入： 选择播放有线电视信号，包括重大事件、热点问题、重大赛事等。 PIS采用集中控制方式运行，信源的采编在控制中心完成，车站负责信息的接收与播放，系统采用两级架构： 中央级、车站级。中央级主要完成全线信息的集中采编及播放控制，主要功能包括： (1) 受理广告业务或其他多媒体播出业务。 (2) 接收CATV信号，对重大事件、热点问题、重大赛事及时转播。 (3) 收集并叠加显示服务信息(包括天气预报等)。 (4) 采编并叠加显示重要标题新闻。 (5) 接收并叠加显示同步时钟信息。 (6) 接收并叠加显示ATS提供的各个车站列车到站时间等行车信息。 (7) 编制节目播出计划，记录并统计节目实际播出时段及累计播出时间，利用广告节目或有偿播出的费用统计。 车站级主要完成从中央级接收本站信息及播放，具备在脱离中央级支持时的本地实时播放功能。中央级和车站级系统间的传输通道通过通信传输网提供。 此外，PIS也需要通过车载信息显示系统来向乘客传递信息。车载信息显示系统是列车信息系统的一部分，包括在列车车厢内设置的LCD显示器、LED指示器及动态闪光线路图，其中LCD显示器用来显示动态图像(如广告、新闻等)，LED指示器用来显示列车信息(如列车到站信息、换乘信息、短消息等)，在紧急情况下，结合车辆广播系统对车内乘客进行疏散指导，体现旅客服务的宗旨，加快各种信息、公告的传递； 同时用于将列车收集的运行状态信息上传，以提高地铁运营管理水平，确保行车安全。 中央主控系统提供的显示内容要下传到运动列车的信息显示设备上、列车运行状态实时信息要上传到中央主控系统，必须由无线通信系统为其提供传输通道。目前暂时有两种方案： 基于专用无线通信系统方案和无线局域网方案。 (1) 基于专用无线通信系统方案。 该方案直接利用专用无线通信(Long Term EvolutionMetro，LTEM)系统的数据传输通道来传输中央主控系统发送给列车的信息，同时将列车运行状态信息传送到中央主控系统。该方案系统性能稳定，有良好的传输质量，能满足列车移动条件下的信号质量要求，不易受干扰； 但需要向无线电管理部门申请频点，相对来说部署成本较高。 (2) 无线局域网方案。 该方案利用无线局域网，通过在车站、隧道区间设置无线接入点(Access Point，AP)设备，在列车上安装带无线网关的终端设备，从而构成无线传输通道，将中心信息库的信息(短信息和视频信号)传送到列车上，同时将列车运行状态信息传送到中央主控系统。该方案采用2.4GHz/5.8GHz频段，属非管制频段，无须专门向无线电管理部门申请频点，容易受到干扰； 且在列车高速移动时，实际承载效率会受到极大的影响。 4) 无线系统 无线通信系统为地铁内部固定工作人员与流动工作人员之间以及流动工作人员之间提供移动语音和数据通信服务。 无线通信系统的固定用户包括控制中心的行车调度员、环控调度员、维修调度员，各车站的车站值班员、车辆段值班员等； 移动用户包括列车司机、运营人员、维护人员和现场作业人员等。系统既要满足正线列车运行指挥以及沿线工作人员进行日常运营、维护、事故维修及防灾救灾的通信要求，还应满足车辆段值班员、段内列车司机、场内作业人员等用户之间实施调车及车辆维修的移动通信的需要。概括而言，地铁无线通信系统具备以下主要特点： (1) 多组群通信，包括行车调度组群、环境控制组群、维修作业组群、保安组群、站务组群、车辆段作业组群、一般移动用户等，这些组群各自形成独立的闭合用户群，组群之间一般不允许相互通信。 (2) 各组群内部通信主要为调度通信业务，既需要个呼功能，还需要组呼和广播功能，更需要紧急呼叫功能。 无线通信系统制式可分为常规无线通信、模拟集群、数字集群等方式。其中常规无线通信和模拟集群系统由于频率和设备资源等利用率不高、传输数据的效率和可靠性低等诸多原因，其建设和应用受到国家政策的严格限制，除了作为临时或过渡措施，原则上不能作为地铁无线通信系统。 就数字集群而言，国家信息产业部早已正式确定了陆地集群无线电系统(Terrestrial Trunked Radio，TETRA)作为我国数字集群的标准。作为欧洲数字集群通信标准的TETRA，其功能和技术指标适合生产调度指挥使用，以多个不同调度系统共建最为适宜，能很好地满足以生产调度为主的地铁专用无线通信网的需要。TETRA选用800MHz频段，工作频段： 806~821MHz(上行)，851~866MHz(下行)，信道间隔： 25kHz，双工间隔： 45MHz，各基站均采用二载频基站，基站频率采用3组频率复用的方式设置。TETRA数字集群具有以下优点： (1) 良好的抗干扰能力，能提供较高的平均话音质量。 (2) 具有多种等级的加密技术，针对不同的用户提供不同的加密等级，加强话音的保密功能。 (3) 有效数据传输速率可以达到28.8kb/s，可满足窄带数据业务发展的需要。 (4) 标准公开，由ETSI进行管理，具有多供应商的市场环境，可以保证良好的性价比。 (5) 系统高效、经济实用，在城市轨道交通系统中得到了广泛的使用。 TETRA无线通信系统可采用单基站大区制、多基站中区制+直放站和多基站小区制3种方式进行组网设计。 (1) 单基站大区制方式： 在控制中心设置移动交换控制中心设备和基站，在地铁沿线各车站均设置射频放大设备，车站和区间隧道采用天线或架设漏泄同轴电缆实现场强覆盖。因系统容量有限、用户入网争用等影响系统通信的可靠性，加之系统通话组不能自动转换、扩展困难等，不适合在城市轨道交通中采用。 (2) 多基站中区制+直放站方式： 在控制中心设置移动交换控制中心设备，在地铁沿线的重要车站设置基站(通常以信号闭塞区间的管辖范围进行基站的设置)，其他车站设置光纤直放站或射频直放站，由各基站控制。移动交换控制中心设备与基站之间通过有线传输网提供的通道连接。车站和区间隧道采用天线或架设漏泄同轴电缆实现场强覆盖。 (3) 多基站小区制方式： 在控制中心设置移动交换控制中心设备，在地铁沿线各站设置基站，移动交换控制中心设备与基站之间通过有线传输网提供的通道连接，车站和区间隧道采用天线或架设漏泄同轴电缆实现场强覆盖。 中区制和小区制方式均能较好地实现数字集群系统的一般功能，频谱利用率高，不存在入网争用等问题，能实现列车台进出车辆段时的通话组自动转换，车站与列车台能进行选号呼叫，可实现车站值班员与基站覆盖区内列车台的小组通话。 TETRA无线通信系统由移动交换控制中心设备、网络维护管理设备、调度台、TETRA基站、列车车载台、车站固定台、移动人员便携台、漏泄同轴电缆及天线组成。在控制中心设置移动交换控制中心设备及网络维护管理设备，在总调度、行车调度、环控调度、维修调度等处设置调度台，车辆段设置远程调度台； 沿线各车站、车辆段设置TETRA基站设备，各基站通过光传输通道与控制中心的移动交换控制中心相连。 沿线各车站值班员(防灾值班员)处设置车站固定电台； 各列车两端驾驶室内配置车载台； 移动作业人员如各车站值班员(站长)、站台工作人员、防灾人员、综合维修部门人员配备单工便携台，部分指挥人员配备双工便携台，构成一个以行车调度功能为主的包括环境控制、维修、车辆段多个子系统并存的链状专用无线通信网。 车辆段、地面高架部分及各车站站厅采用天线实现场强覆盖； 区间可以采用天线或两条(上、下行)漏泄同轴电缆实现场强覆盖。 车辆段设调度台及基站，利用集群的虚拟网功能构成车辆段无线通信子系统，车辆段值班员配备固定电台，车辆段内检车维修人员配备便携台。为解决列车因出入车辆段时需在行车调度通话组与车辆段调度组之间进行快速切换的问题，在移动交换控制中心设置与ATS系统的接口，由ATS系统提供触发信号，正常情况下根据ATS控制自动切换，条件具备时也可根据频率扫描自动切换，同时列车电台上设置一个专用按钮，供非正常情况使用和强制性人工切换。当列车进入车辆段时，列车电台根据ATS控制、频率扫描或手动按钮，从行车调度通话组切换到车辆段调度组，与车辆段值班员、车辆段内移动人员共同构成车辆段无线通信子系统，完成对车辆段内列车及移动作业人员的调度指挥。 系统内无线用户经授权后还可通过移动交换中心控制器与有线交换机的互联，实现与公务通信系统或市话有线用户的双向直拨功能； 根据需要对各用户设置相应的用户等级，除紧急呼叫外，调度员通话具有最高优先级。 5) LTEM系统 城市轨道行业需要车地无线网络承载列控列调、宽带集群、PIS/CCTV、轨旁物联等业务。“连续、可靠、安全、不间断”是城市轨道车地无线通信最重要的要求，而且随着轨道交通行业自动化、数字化、智能化发展，传统的城市轨道通信业务采用两种制式(WLAN、TETRA)、4张网络(信号、PIS、CCTV、调度)同时进行承载，面临着诸多挑战。 (1) WiFi承载CBTC控制信号易受干扰、安全无法保障，过去，很多车地无线网络通过WiFi承载，但WiFi面临越来越严重的干扰和信息安全问题，WLAN抗干扰能力差且采用公共频段，在手机热点、遥控设备等干扰源日益增多的情况下，易导致列车被迫停车，PIS视频质量无法保障。 (2) WiFi无线方案重选次数多，高速情况下成功率低，设备隧道维护困难，随着轨道交通向120km时速的高速化发展，WLAN不能满足高速情况下稳定的车地无线带宽需求。WiFi覆盖距离短，只有150~300m，重选频率高，高速情况下切换成功率低； 另外，隧道维护时间窗只有4h，AP设备分布节点多，故障定位和维护困难。 (3) 传统的窄带TETRA方案只支持语音，无法满足视频大数据业务需求，传统的窄带TETRA速率低，无法支持视频呼叫、视频分发等业务，且TETRA将来无法平滑演进到4G/5G技术。 (4) 多张网络组网复杂，建设成本和维护成本高。 因此，城市轨道需要多业务统一承载的网络，同时需在高速移动状态下，提供满足宽带、稳定性、具有QoS保障和实时性要求的信号列控信息(双向)车地无线数据业务承载。在这样的背景下，LTEM诞生了。LTEM(Metro)是基于4.5G TDLTE技术的城市轨道交通无线车地通信解决方案，能够很好地实现“连续、可靠、安全、不间断”的城市轨道通信保障，同时承载CBTC、集群调度、PIS和CCTV等多种业务。极简组网，维护难度低，采用专用频点和多级QoS机制保障业务安全可靠，关键通信业务稳定运营。LTEM端到端的产品解决方案，包含基站、核心网、终端、网管，方案整体组网架构如图310所示。 图310LTEM整体组网架构示意图 国内给LTEM分配了20MHz专用的频段，即1785~1805MHz频段，该频段可以给地铁、机场等多个行业使用，当前全国已经有多个城市开通了采用LTEM的线路，用于承载PIS、CCTV、CBTC、集群调度等业务。由于LTEM采用TDD时分复用机制，因此需要高精度时间同步进行上下行时隙配比，考虑到地铁在城市内建设，GPS信号容易受到高楼遮挡，且地下建设有可能出现天馈线部署困难等实际问题，因此需要传输系统提供IEEE 1588v2高精度时钟。 6) 广播系统 地铁广播系统主要用于向乘客通告列车运行以及安全、向导等服务信息，向工作人员发布作业命令和通知。地铁广播系统由车站(含控制中心OCC)广播系统和车辆段广播系统组成。 (1) 车站广播： 主要用于向运营管理、维护人员播发相关公务信息； 向乘客广播各种公告信息，包括列车运营信息、乘客服务信息等，同时兼做发生灾害事故时的应急广播。 (2) 车辆段广播： 是为段内运转值班员向辖区进行作业指挥而独立设置的广播系统。车辆段广播系统既可为独立的系统，也可根据需要纳入车站(含控制中心OCC)广播系统。 车站广播系统优先级与运营管理规定有关，各种优先权的设置可以根据需要调整。 正常情况下，控制中心具备最高的优先级别。即在控制中心进行广播时，车站广播系统接收来自控制中心的广播命令和广播信源，进行相应广播，对本站的广播指令暂时中断执行，待控制中心广播结束后自动恢复本地工作状态。 紧急情况下，站台广播具有最高优先级(自动中断其他信源)，车站级次之(设紧急控制按钮)。 车辆段广播设备由广播控制盒(含话筒)、功率放大器、控制立柜、扬声器和现场的语音插播盒等设备组成。广播控制盒(含话筒)分别设于车辆段信号楼值班员、运转值班员和停车列检库值班员处。 车站广播系统采用两级调度： 控制中心(OCC)和车站。控制中心又分为环控调度(一级)和行车调度(二级)两级。 (1) 控制中心： 由广播控制设备、各种播音操作台(含信源)、通信接口装置、状态显示装置、数字录音装置、功率放大器和负载控制装置、扬声器等组成。其中功率放大器、负载控制装置及扬声器用于控制中心建筑物内部广播。控制中心广播控制设备设置的接口包括： 与各车站广播的数据及语音接口； 与监测管理系统的数据通信接口； 与时钟系统的数据通信接口。 (2) 车站： 由广播控制盒(含信源)、综合控制装置、功率放大器立柜、站台插播盒、音量回授控制设备以及扬声器等组成。 广播系统另设维护检测终端，用于监测系统的工作状态，并对各车站进行远程测试。 连接控制中心广播控制设备与车站广播设备间的传输通道包括广播语音信道和监测控制信道，广播语音信道为宽带音频信道，监测控制信道为低速数据信道，监检测控制信道、广播语音信道分别采用RS422和宽带音频接口通过传输系统提供。 7) 时钟同步系统 时钟同步系统由轨道交通时钟分配和网络定时同步系统两部分组成，主要设备有中心一级母钟、车站二级母钟及子钟等。系统为各线、各车站提供统一的标准时间信息，为其他各系统提供统一的定时信号。时钟同步系统既要为控制中心、车站、车场等各部门工作人员及乘客提供统一的标准时间信息； 又要为轨道交通ISCS、SCADA、ACS、ATC、AFC、FAS、BAS等系统提供高精度的时钟信号，信号的精度均可满足各系统要求； 还要为通信传输、交换系统提供同步信号。 时钟系统采用控制中心及车站/车辆段两级组网方式，由GPS卫星时间信号接收机、两级母钟(OCC一级母钟，车站、车辆段二级母钟)、子钟(时间显示单元)、网络管理维护终端、传输通道及接口等组成，控制中心设备和车站/车辆段设备之间的信号传输依靠传输系统提供的低速数据传输通道完成，母钟与子钟间通过电缆连接。 时钟同步系统通常包含如下集中设备。 (1) GPS卫星时间信号接收机： 设于控制中心，它接收卫星时间，向一级母钟(主、备用铷钟)提供时钟源信号。 (2) 一级母钟： 设于控制中心，由主、备用铷钟，时钟信号处理、产生及分配单元等组成； 主备钟之间能够自动切换、互为备用，其频率稳定度应在10-9以上。一级母钟应同时具备定时同步信号分配(BITS)及时间信息分配部件，即铷钟或GPS信号源既用于BITS，又用于时钟分配系统。 (3) 二级母钟： 设于各车站和车辆段，定时接收一级母钟发送的时间编码信息，以消除累计误差，二级母钟本身具备振荡源，当一级母钟或传输通道发生故障时，仍可驱动子钟并告警； 二级母钟具备多路数字式及指针式输出接口。 (4) 子钟： 安装于控制中心调度室、车站综合控制室、牵引变电所值班室、站厅及与行车有关的办公室等，为行车部门和乘客提供准确、统一的时间信息。站台设置有乘客信息显示屏，故不重复设置子钟。子钟有数字式子钟和指针式子钟两种类型。 (5) 网络管理维护终端： 设于控制中心，便于控制中心维护管理人员对全线时钟系统设备进行监控。 (6) 传输通道及接口： 一级母钟与二级母钟间的传输通道利用通信传输网络解决，接口为以太网接口(早期有RS422接口)。一级母钟分配给其他系统的时间信息接口暂定为RS422或者网络时间协议(Network Time Protocol，NTP)以太网接口。二级母钟与子钟间通过电缆连接。 8) 电源及接地系统 通信电源系统必须是独立的供电设备并具有集中监控管理功能，保证对通信设备不间断、无瞬变地供电、通信电源设备应满足通信设备对电源的要求。 地铁通信设备应按一级负荷供电。由变电所引接双电源双回线路的交流电源至通信机房交流配电屏，当使用中的一路出现故障时，应能自动切换至另一路。对要求直流供电的通信设备，应采用集中方式供电。通信设备的接地系统设计，应做到确保人身、通信设备安全和通信设备的正常工作。 通信电源系统的交流输出具有短路保护，能连续供应220V交流电。当外供交流电源故障时，通信电源应保证连续工作。通信设备的后备电池容量满足在交流停电时，通信设备维持4h正常运行工作时间。蓄电池应是无腐蚀性气体析出的阀控式铅酸蓄电池，适合设在通信电源室内。 电源设备应有自检功能，可由控制中心采集检测的结果，具有向通信系统网管提供有关故障信息的接口。考虑到各车站、车辆段通信设备室均为无人值守，为便于集中维护，设通信电源及环境监控系统，可以监控电源、温度、湿度、水浸等信息。在OCC设监控中心设备，在各车站、停车场设车站监控设备。 接地系统对通信设备正常工作和人身安全十分重要。考虑在OCC、各车站、车辆段和停车场由杂散电流防护及接地专业提供弱电综合接地体，接地电阻≤1Ω。各车站、车辆段和控制中心的通信机房设置地线盘和接地端子，地线盘设置在通信电源室活动地板下。 2. 地铁警用通信业务 为了公共安全和综合治理的需要，地铁沿线管辖范围内必然要设置各种警务部门，如警用分局、派出所和车站警务室，既履行其社会职责，负责地铁沿线管辖范围内的乘客和公共场所的安全，又对地铁的正常运营起到间接的保障作用。警用通信系统正是为满足警用部门的指挥和日常业务提供的通信保障手段。地铁警用通信系统包括警用视频监控系统、警用无线通信指挥调度系统、警用计算机网络系统、警用专用电话系统。 警用通信系统的方案不仅与警用系统的管理模式和需求密切相关，还与既有的警用调度指挥系统及其通信系统的网络形式相关。警用部门行政机构按警用分局、派出所、警务站三级考虑，其中警用分局及派出所设在地面，每个车站设一个警务站，派出所的数量需要结合城市线网规划以及警用部门的行政划分综合设置。 警用视频监控系统一般会与地铁CCTV系统合建，在CCTV系统的基础上增加警用监控所需的车站相关地区的摄像机。警用集群无线通信指挥系统直接采用当地的警用集群无线网络，采用分散无线引入方式，让警用集群无线信号全面覆盖地下车站和隧道。 在地铁各级警用部门配备计算机网络和相应设备，通过光纤将各级网络连接成为一个整体，并接入当地警用分局的上级网络，采用光接入网的方式将警用有线调度电话延伸到地铁各级警用部门。同时，警用通信系统各个子系统所需的不间断电源和光纤统一设置。 地铁警用传输主要业务类型如表33所示。 表33地铁警用传输主要业务类型 警用业务名称接口带宽/(b/s) 2M中继业务 警用无线通信引入系统E12×2M 消防无线通信引入系统E12×2M 警用有线电话通信系统E12×2M 警用计算机网络系统E12×2M 其他E12×2M 宽带数据业务 警用电源系统FE10~100M 通信系统本身的管理、监控信号FE10M 警用计算机网络系统FE/GE10~1000M 其他FE10~100M 视频业务警用视频监控系统GE/10GE5000M 1) 警用视频监控系统 警用视频监控系统是警用部门维护地铁正常运营管理秩序的重要系统，是警用部门的眼睛，是为各级警用人员对地铁的公共区域实施监视，提高地铁治安水平，保障乘客生命财产安全和地铁安全运营的有效工具，也是警用机关开展日常工作和及时发现、快速处置突发性事件的技术手段。 警用视频监控系统监视范围如下： (1) 地铁车站出入口、车站区域的人行通道。 (2) 站台和站厅、售票区域。 (3) 车站内的商业区。 (4) 车站内其他需要监视的重点区域。 地铁警用视频监控系统由3级结构组成： 警用分局指挥中心、派出所和警务站。整个系统主要由摄像机、视频采集/服务器、网络设备、监控终端等组成，如图311所示。 图311警用视频监控系统 2) 警用无线通信指挥调度系统 警用集群无线通信指挥调度系统是为了加强地铁范围内日常治安管理，以及确保各车站范围内出现重大案情或治安事件时，警用局和地铁警用分局各级警用指挥人员能够对现场各警务人员统一进行指挥调度而设置的。 警用集群无线通信系统主要是将警用局的警用无线通信指挥调度系统信号引入到地下，覆盖地铁站厅、站台、出入通道和隧道区间。在地铁各警务站(地下)设无线分基站，无线分基站通过警用承载网接入分局交换中心或者当地市警用无线交换中心。在出入口通道以及站厅等区域，设置天线覆盖地下空间； 在区间，通过漏泄同轴电缆完成区间以及站台的信号覆盖，如图312所示。 图312警用无线通信指挥调度系统 3) 警用计算机网络系统 警用计算机网络系统的功能需求主要表现在以下几方面。 (1) 警务核查： 检索警用数据库，查阅警务资料及档案； 在线警讯网络，接收核查通报，掌握通缉对象资料。 (2) 警务办公： 完成事务管理、财务管理、人事管理等； 提供个人办公管理、考勤管理； 提供现代办公手段，实现对公文流转的自动处理，包括办理发文的文件起草、审核、会签、签发、统计和归档，以及办理收文的文件登记、批转、传阅、批示、催办，实现公文处理流程化、电子化、网络化； 提供信息发布平台，提供资讯服务； 提供网络在线学习、培训及技术支持平台。 警用计算机网络系统主要承担如下业务： (1) 承担警用视频监控系统的图像传送任务。 (2) 警用有线电话的网络连接。 警用计算机网络系统结构如下： (1) 采用IEEE 802.3标准1000Mb/s交换式以太网。 (2) 10/100Mb/s桌面连接速率。 (3) 对省/市网络、派出所网络的通道采用独立、冗余的物理链路。 (4) 采用多级安全防护体系，干线数据全部采用加密传输，并提供数据备份策略。 具体如图313所示。 图313警用计算机网络系统网络结构 4) 警用专用电话系统 地铁警用专用电话是整个警用专用电话的一部分，是警用系统的警用专用电话在地铁系统的延伸，是地铁警用人员之间及与其他警用部门之间进行公务联络的专用通信工具。 由于警用通信系统中已建立了专用计算机网络，并分布到各地铁警用分局、派出所和警务站。为减少警用通信系统设备，方便运营维护及管理，节省工程投资，特别是地铁警用专用电话数量不多，采用IP电话完全可以满足地铁警用专用电话系统的需求。 警用专用电话交换机至地铁警用分局的网络维持现状不变，在地铁警用分局配置IP电话网守，至派出所之间利用计算机网络，将每个派出所的电话用户及各警务站电话用户接入，如图314所示。 图314警用专用电话系统 3. 地铁民用通信业务 地铁民用传输主要业务类型如表34所示。 表34地铁民用传输主要业务类型 民用业务名称接口带宽/(b/s)备注 2M中继业务 运营商AE110×2M 运营商AE110×2M 运营商AE110×2M 其他E16×2M2G业务 以太网业务 视频传输FE/GE/10GE100M~10G 在线直播FE/GE/10GE100M~10G 视频会议FE/GE100~1000M 其他FE/GE/10GE100M~10G3G/4G/5G业务 1) 主要设计思路 为了完善城市轨道交通的服务功能，提高服务水平，增加城市轨道交通建设的附加投资效益，地铁应考虑商业通信系统的建设，包括移动电话引入、商业设施网络等。其中最主要的功能是将运营商4G/5G移动电话信号引入地铁线路，覆盖地铁站厅、站台、区间和出入口通道，使乘客在地铁范围能够享受到与地面相同的移动通信服务。 移动电话引入按设一处移动信号引入中心、每个车站设置基站考虑，各电信运营商的交换机至各车站基站之间的通道在移动信号引入中心集中引入。系统容量按3个运营商、提供3种制式的服务进行设计。系统除满足语音传输外，也需要满足传送高速数据、图像、视频的要求。 各电信运营商核心网至轨道交通移动电话引入中心站的传输通道由各公用电信运营商负责建设，所有基站一般由运营商提供并负责安装。轨道交通民用通信仅负责移动通信引入中心站至各车站基站的传输通道及场强覆盖。 为了满足核心网与基站间的链路需求，新设相应的传输系统，并考虑预留部分数字通道出租能力。 2) 移动通信系统构成 移动通信引入系统除满足目前各电信运营商的各种移动电话制式的需求外，还应考虑将来新增移动电话运营商和移动电话制式的需要，同时可以为轨道交通外部用户提供光纤通道及有线用户接入网的传输端口等业务。系统无线信号覆盖范围包括每个车站的站厅、站台、商业街、出入通道等公共区域和全部地下隧道。 移动电话引入系统包括传输子系统、无线分配子系统、集中监控子系统和电源及接地子系统。当前移动通信主要包括4G和5G，中国移动、中国电信、中国联通均运营了4G和5G网络，中国广电也运营了5G网络。 3.2.4地铁传输网现网组网架构 由于地铁民用通信多采用运营商自建的方式，设计标准和规范均采用运营商的规范，和地铁运营的关系不大，因此后面主要针对专用及警用传输系统进行讨论，其中又以地铁专用传输系统最为典型。 按照网络层级来分，地铁专用传输系统分为线网传输系统和线路传输系统，或者称为线网骨干网与线路骨干网，如图315所示。 图315地铁专用传输系统两层架构 1. 线网传输系统 线网传输系统是连接轨道交通主用、灾备中心及各线路中心等主要业务节点之间的主干传输系统，主要用于连接城市交通控制中心(NOCC)与各条地铁线的控制中心(OCC)，部分地方还会连接线网云平台，它能统筹管理各条地铁线路的运力分配和列车调配，让地铁、公交与城市交通协调运力，实现城市公共交通资源的最佳配合。 线网传输系统一般不直接参与每条地铁线路的具体运输工作，但它会统筹规划每条地铁线的运力资源，合理安排线路的运输能力，协调地铁与其他交通制式的相互配合关系。 例如，城市工作日上班早高峰，在一些换乘站会出现大量进站、出站及换乘的客流，为使站厅等待的客流最少，乘客换乘效率最高，就需要该换乘站内不同线路的列车到站有一定的先后顺序。此时NOCC就会根据人流预测模型计算出不同线路列车到站先后顺序的最佳间隔时间，确保A线的乘客下车后刚好走到B线站台就能上车，尽量减少等待时间，减少站厅的聚集人数，确保早高峰行程通畅。 再比如，某城市体育中心举办大型的比赛或者演唱会，散场之后同时有数万人涌入体育场周边的公交站、地铁站、停车场，此时就需要NOCC来统筹调配各种交通资源。NOCC通过加密行车密度，开行大站快车等方式，让体育场地铁站的乘客尽快疏散； 同时也需要让公交、私家车相互配合，合理调配道路资源，让散场的观众尽快乘坐各种交通工具快速离开。这些都需要通过线网传输网进行数据采集、数据传递、数据分发等工作。 对于像长三角、珠三角这样的城市群来说，各个城市之间的城市轨道交通逐渐呈现互联互通的趋势。例如，广州地铁和佛山地铁就实现了互通，另外深圳地铁和东莞地铁也在积极实现互连互通。除了地铁的互通，城际铁路和市域铁路的发展也使得城市之间的轨道交通连接变得更加密切，这就让线网传输系统有了新的外延。 在这样的背景下，线网传输系统除了需要连接城市内的NOCC和OCC之外，还需要考虑在城际调度中心、地铁区域控制中心等节点设置传输网设备。线网传输系统更能通过及时传递客运流信息，提前预测预警大客流消息，为城市之间的公共交通统一协同提供决策依据。因此，大区域的线网传输系统应能连接区域内各城市的NOCC及主要区域中心，实现数据流跨城市之间的无缝对接与无阻塞流动。 2. 线路传输系统 线路传输系统主要用于单条地铁线的业务传输，是连接轨道交通主用、灾备中心及本线各车站、车辆段、停车场等业务节点的传输系统。它作为各种业务信息的基础承载平台，为通信系统的各子系统以及其他自动控制、管理系统提供控制中心至车站(或车辆段)、车站至车站(或车辆段)的信息传输通道，具体的业务类型在前面已经有比较详细的描述。 3.3地铁线网传输系统F5G解决方案 3.3.1新业务需求 随着我国经济的快速发展，各一线城市由于地铁线路越来越多，已经逐渐形成了地铁网。地铁之间的换乘、公交与地铁的换乘日益频繁，原有的各条地铁线路独立运维的模式已经越来越无法满足城市交通整体规划与整体运维的要求。因此在具备多条地铁线成网运行的城市，需要建设一张线网传输网将各条线路连接起来。目前北京、上海、广州、深圳等城市已经陆续开始建设，成都、西安、杭州等城市也开始规划建设线网骨干网。 城市交通控制中心(NOCC)的设立，为线网传输系统提供了建设需求。NOCC(有的地方叫COCC或者TCC)主要用于整个城市的地铁资源调配，部分城市还计划将NOCC作为整个城市的公共交通资源管理与调配中心。NOCC通过线网传输系统，能够实时调用各OCC的数据和信息，也能够实现各条线路的资金清分与数据互通。 同时城市线网中心大脑地位日益显著，线网融合、敏捷车站、数字列车和智能OCC等新业务对地铁线网传输系统提出了大带宽的新需求，如图316所示。 图316地铁线网传输系统新需求 建议采用大容量OTN方案，目前各大城市地铁线网传输系统普遍采用OTN来构建。 3.3.2组网方案 地铁线网传输系统通过大容量OTN设备进行组网，组网带宽大于100Gb/s，通过线网传输系统连接线路传输系统和数据中心，如图317所示。 图317地铁线网传输系统组网方案 线网传输网采用具备电交叉能力的OTN设备，能够支持ODUk(k=0，1，2，3，4，flex)信号的交叉调度。在保护方面，OTN系统支持光通道共享保护(OCh SPRing)、ODUk环网保护、基于ODUk的SNCP保护、基于OCh的1+1或1∶N保护以及光线路系统上采用基于光放段的OLP和基于光复用段的OMSP保护方式。同时，线网骨干网还具备以太网业务能力，根据业务需要，可支持IEEE 1588v2/ITUT G8275.1时间同步协议，符合ITUT G.8275.1标准。 线网传输网提供不少于100Gb/s单波线路带宽。采用支线路分离的体系架构。采用DWDM平台，满足未来业务带宽扩容需求。在业务承载中，TDM业务和IP业务分别分配在不同的波道或子波道，单波可支持10Gb/s、100Gb/s或更高速率，支持不同单波速率混传。 3.3.3关键技术——大容量OTN OTN是由一组通过光纤链路连接在一起的光网元组成的网络，能够提供基于光通道的客户信号的传送、复用、路由、管理、监控以及保护(可生存性)。OTN范畴包含了光层网络和电层网络，它具备大带宽密集波分复用(DWDM)能力，能够实现40波、80波、120波的业务合波，单波速率有10~800Gb/s等多种选择，实现超大带宽传输能力，这样就能把工作在不同载波波长上的多路光信号复用进一根光纤中传输，并能够在接收端实现各信道分离。在电层上，OTN具有高带宽的复用、交换和配置，具备前向纠错(FEC)支持能力，能够有效提升链路可靠性，实现更远距离的传输。 OTN是面向传送层的技术，内嵌标准FEC，在光层和电层具备完整的维护管理开销功能，适用于大颗粒业务的承载与调度。OTN设计的初衷是希望将SDH作为净负荷完全封装到OTN中，后来在发展中，OTN逐渐实现了以太网业务、FC业务等多种业务的接入与透传，成为了传输网的主流制式。 OTN系统多采用环形结构，可灵活选择单环、相切环、相交环、MESH等多种拓扑结构。通常OTN部署在主用及备用NOCC、车辆段、区域控制中心及OCC等传输节点，用于各线路业务信息上传到主用及灾备中心间的业务传送。 OTN系统具备多种保护能力。一般来说，线网传输网需要配置ODUk SNCP保护，倒换时间小于或等于50ms。ODUk SNCP采用1+1保护模式，它保护的是OTN网络中ODUk级别的业务，利用双发选收功能实现，如图318所示。 图318ODUk SNCP倒换示意图 OTN设备能支持光监控通路并能对其进行复用和解复用，实现对网管等信息的传送。光监控通路不限制两个光纤放大器间的距离，实现监控通道和业务通道分离； 监控通路在线路光纤放大器失效时仍然可以使用，即光监控信号不能经过光放大器放大。 OTN具有比较复杂的光层，因此需要提供多种光层的监测手段。华为OTN系统的监控板自带OTDR功能，能替代光谱分析仪，实现光纤质量的监测，并能全网统观全局，智能监测任意路段光纤； 光谱监测功能能够在线自动扫描光信噪比和光功率，实现OSNR监测，节省仪表成本和人工成本； 故障诊断功能能够提前预警性能劣化点或光信道； 合波板和光放大板也能够实现光功率的自动优化，保证不同波长波道的增益平坦度。 3.3.4设计实例 以某城市轨道交通高速数据网为例，如图319所示。该工程属于高速数据网与光传输网的叠加子网络，包含运营执行数据网和运营管理数据网，两个子网分别由核心节点、骨干接点、汇聚节点组成，分别连接轨道交通1~21号线控制中心(OCC)、轨道交通主用网络协调及应急中心(COCC)、备用网络协调及应急中心(BCOCC)、城市轨道和公交总队(以下简称轨交总队)、警用分控中心、主备无线交换中心(MSO、BMSO)、软交换中心(规划)、清分中心(ACC)、数据中心、培训中心、运营公司等轨道交通上层管理应用节点，主要用于各上层节点之间各种信息的传递(包括视频、低速数据信息及高速数据信息等各种信息传输)。在传输网层面采用OTN技术，在各上层节点间通过光缆连接组建环路带宽不低于80Gb/s的光纤环网。 根据网络拓扑方案，传输网按照两个带宽不低于80Gb/s环网拓扑进行组网，环路采用OTN光路保护、环网保护。拓扑核心由两个节点组成，并预留未来扩容的能力； 两个骨干子环包括13个80Gb/s骨干接点和2个10Gb/s接入节点。骨干环1(西环)由东宝兴路、轨交分局中山公园路、C3 大楼、虹梅、朱家角、吴中路、隆德路2和新村路共8个站点组成； 骨干环2(东环)由东宝兴路、恒通大楼、C3 大楼、资产中心、颛桥、新闸路、民生路、中山北路共8个站点组成； 核心环由东宝兴路、轨交分局、C3大楼和恒通大楼组成。另外，隆德路1以链形接入隆德路2，C3（蒲汇塘）以链形接入C3大楼。骨干环采用 40×10Gb/s OTN构建，核心环采用80×10Gb/s OTN构建。 图319某城市轨道交通高速数据网OTN组网方案拓扑示意图 核心层以C3大楼、东宝兴路、轨交总队及恒通大楼4个节点为基础进行建设； 其中核心层设备以双机集群的方式进行部署，与两个数据中心分别采用2×10GE或者40GE进行互联。骨干层以线路的OCC节点为基础； 每个骨干接点部署一套设备，通过光传输网提供的传输通道进行与核心层设备的互联，骨干接点设备链路通过光传输网实现通道保护。各线路在控制中心利用各线路侧传输系统将各线的高速管理网业务信息进行接入上联。 3.4地铁线路传输系统F5G解决方案 3.4.1新业务需求 地铁线路传输系统除了传统的专用、警用、民用通信业务之外，近年来也增加了不少新的业务，如自动化运营业务、智慧车站业务、云化业务等。下面对这些业务的需求进行介绍。 1. 智慧车站业务需求 智慧车站既是智慧城市的一部分，也是智慧城市理念的延续。如果智慧城市是从社会、经济、环境问题出发，构建宜居、公平、可持续发展的城市，那么智慧车站就是从解决乘客、服务、基础设施的问题出发，构建服务体验佳、设施完善、高效并可持续发展的车站。智慧车站的基础是新ICT技术的应用，主要包括以下3个基础。 (1) 车站智慧管理(Smart Management) 指采用新技术手段改善管理效率，包含员工管理、客流管理、安全管理及新商业模式。 (2) 智慧基础设施(Smart Infrastructure)代表了车站更加开放，与城市交通设施更加融合； 在新技术应用上，IoT和AI应用到设施监控和管理可使效率提升、节能减排、乘客满意。 (3) 智慧出行(Smart Mobility)指通过车站设计、互联网应用、多种交通方式对接等各种手段，提升乘客出行体验。其中具体包含了数据汇聚和开放、App应用、车站交互终端、与城市交通数据打通、多种交通方式对接等。 智慧车站按统一云架构，以实现跨专业、跨系统、跨功能的整合联动。利用云与大数据有机融合实现“云”端统一存储、统一分析。智慧专网融合新一代WiFi、宽带集群技术形成统一传输和网络覆盖。建立数据核心资产管理，数据经统一时空维度、数据治理和大数据融合分析，汇聚融合数据仓库，实现数据共享服务。所有智慧应用均基于统一标准规范建设。智慧车站基于乘客智慧出行、车站业务管理两条主线，在乘客服务、车站管理和智慧运维3方面实现3个转型示范。 (1) 乘客服务以乘客为中心，通过出行App作为线上服务统一入口，集成线下智慧服务，给乘客一对一贴心服务，由人工被动服务向主动、精准、高效、增值服务转型，实现优质的旅客服务。 (2) 车站管理以数字平台为管控核心，支持车站全天的高效安全自动运作。车站管理由按岗位、分专业的垂直管理向安全、高效人机协同的扁平化管理转型。 (3) 智慧运维围绕智慧检测、健康管理、智慧检修三大方向，使设备管理从“计划预防修”向“状态修”转型，未来还可实现“预知修”，降低全流程成本。 智慧车站管理系统整体架构分为智能交互层、智能连接(基础设施)层、智能中枢(数字平台)层、智慧应用层4个部分。总体技术架构采用中心云+边缘云+智能端的云边端协同系统技术架构，实现一站式车站运营工作管理、设备联动、突发事件告警、运营一键响应及处理，实现车站环境及数据信息的可视化，如图320所示。 图320智慧车站架构分层 云边端协同架构分为中心云、边缘计算节点、终端3层，边缘计算节点位于中心云和终端之间，向下支持各类终端设备的接入，向上与中心云对接： (1) 智能交互。 ① 支持各类智能化终端设备，如摄像头、工业EL检测仪、车载传感器、智能终端、智能数据采集设备等。 ② 终端设备可由多方设备厂商提供，可植入终端模块SDK，负责协议转化，完成与边缘和云端的数据传输。 ③ 车站智慧专网接入点作为边缘计算节点，部署在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，就近提供边缘智能服务，满足地铁行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。 (2) 智能连接。 在智慧生产区设立智慧专网，为智慧车站数字运营平台提供连接至深云/过渡云的网络资源以及为各终端层接入平台提供网络支持。 (3) 智能中枢。 基于云平台底座提供集成平台、视频调度平台、统一定位平台、视图平台、AI平台、大数据平台等能力，对云边端场景中涉及的终端设备、边缘计算节点进行管理。同时结合云端大规模的算力，满足海量数据的计算、存储需求： ① AI类推理基础服务，如机器学习、模型构建、推理、图像识别等，增加AI类基础服务资源。 ② 大规模集群智能AI算力，多种平台级AI服务，与终端进行匹配训练、推理。 ③ 通过云边端协同架构实时提供车站全场景动态信息服务，满足车站运营生产组织常态及应急需求，实现客流监控分析、运营风险预警、应急预案可视化、人员设备定位监控、运营资源调配、事件处置辅助决策等功能。科学组织车站运营生产，提高生产组织的效率和效果。 (4) 车站智慧应用。 基于数字平台层提供的实时处理和离线分析处理的数据能力，可在现有应用场景的基础上进一步深化应用，搭建“车站智慧服务、车站智慧管理、设备智慧运维、车站智慧巡检”等功能，满足车站业务需求，整合智慧施工、智慧票务、视频分析、设备健康度分析、智慧消防等应用。 在具体业务层面，地铁智慧车站主要业务类型如表35所示。 表35地铁智慧车站主要业务类型 业务名称业务类型接口类型接口数量组网拓扑带宽/(b/s) 智能客服数据GE 1 共享 2000M 边门 数据 GE 1 共享 1000M 安检 数据 GE 1 共享 2000M 电子导向 数据 GE 1 共享 2000M 物联网 数据 GE 1 共享 2000M 物联网配套平台 数据 GE 1 共享 2000M 环境传感 数据 GE 1 共享 1000M 卷闸门 数据 GE 1 共享 2000M 扶梯部件预警 数据 GE 1 共享 2000M 站台门防夹检测系统 数据 GE 1 共享 2000M 智能照明 数据 GE 1 共享 2000M 环境传感 数据 GE 1 共享 2000M 既有PIDS、导引 数据 GE 1 共享 2000M 无线 数据 GE 1 共享 2000M 电子屏 数据 GE 1 共享 1000M 预留 数据 GE 1 共享 2000M 2. 自动化运营业务需求 地铁的后续发展方向是自动化运营。自动化运营的主要目的是提升运营效率，降低劳动强度，减少人工干预出错的概率，如上海10号线采用自动化运营之后全线减少2列车底，节省了大量成本。 地铁列车运行控制系统有如下运行等级。 (1) UTO(Unattended Train Operation)等级： 全自动无人驾驶控制等级。所有列车运行在信号控制系统的行车指令下运行，车辆的唤醒、启动、出车辆段、正线运行、精确停车、自动折返、入车辆段、休眠等全部无须人员介入。 (2) DTO(Driverless Train Operation)等级： 无司机的驾驶控制等级。列车在有运营人员在列车上时运行，但运营人员不进行加速、减速或制动等列车的运行控制，并且不负责观测列车前方轨道区域情况和在出现危险情况时停车。列车在车站的控制，如车门打开和关闭，可以由运营人员或信号系统完成。 (3) STO(Semiautomated Train Operation)等级： 有人自动驾驶控制等级。为传统的自动驾驶CBTC运行等级，是在司机监控下的自动列车驾驶。司机负责观察轨道区域并且在危险情况下停止列车。司机不负责加速、减速或制动等列车的运行控制。一般列车从车站安全离开由司机负责操作。 (4) ITO(Intermittent Train Operation)等级： 点式后备等级。作为基于CBTC系统的无人驾驶列车控制系统的后备等级，基于点式的移动授权信息，实现列车的自动运行防护与超速防护，具备闯红灯防护功能。 (5) CTO(CBI backup Train Operation)等级： 联锁后备等级。为系统的降级控制方式，基于站间闭塞原理，司机根据轨旁信号设备显示行车。在CTO等级，系统不再具有ATP防护功能，列车运行安全由司机和运营人员保证。 自动化运营分为有人值守DTO和无人值守UTO两级，当前还主要处于DTO级别，未来的发展方向是UTO。自动化运营不仅是自动驾驶，更是全流程自动化，包括自动驾驶、自动折返、自动出库、自动入库、自动检修、自动休眠、自动唤醒等，这意味着全流程业务系统数据化、联动化和实时化，网络会进行大量的数据传递、存储和分析，实际上这也是云计算和大数据的应用，其中不仅涉及数据的获取和存储，更涉及数据的相互传递与联动，如图321所示。 图321地铁自动化运营主要场景 以车站火灾为例，当前在人工值守的场景下，火灾发出报警，值守人员发现火警后通过电话通知相关单位，并通过人工进行现场确认和指挥调度； 但在自动运营场景下，火灾情况首先由传感器发现，然后将信息传递给电力数据单元、信号数据单元和机电数据单元，存入历史数据信息，并和视频监控、FAS设备、电力设备联动，将摄像头对准火灾区域，启动该区域的灭火装置，通过PIS指挥旅客疏散，通过AFC打开所有闸机加快疏散进度，并通过信号系统将本站车开走，把即将到站的车扣留在上一个车站或者直接甩站，实现各个子系统的大联动，如图322所示。 图322地铁自动化运营带来业务系统数据融合 伴随自动化运营的实施，各业务系统会产生大量的监测数据，这些监测数据就形成了大数据的基础流量。作为大数据的传送通道，传输必然会在数据的可靠传递中起到重要的作用。另外，传输系统未来还会传递大量涉及行车的业务，这些业务不一定直接控车(如轨道异物监测)，但它的数据会对行车造成直接的影响，并且也需要在云上进行存储。轨道交通各系统产生的生产数据，虽然安全性要求比信号列控要低，但对控车有直接影响，因此它的隔离性非常重要，比其他数据要高。这类数据也需要被外部调用，因此它的传递需要传输系统来做，而不会通过DCS来做。 3. 云化业务需求 云计算、大数据、人工智能的引入，对地铁通信提出了新的挑战，运用云计算、大数据、物联网、人工智能等新兴通信技术，通过对城市轨道交通信息的全面感知、 深度互联和智能融合，实现运营生产、运营管理、企业管理、建设管理以及资源管理等业务领域的智能化、智慧化的城市轨道交通系统。按照《智慧城轨信息技术架构与网络安全》的定义，地铁网络分为安全生产网、内部管理网和外部管理网。安全生产网是用于承载城市轨道交通运营生产类面向一线生产及调度人员服务的应用系统的计算机网络； 内部管理网是用于承载城市轨道交通运营管理、企业管理、建设管理、资源管理等面向企业内部用户服务的应用系统的计算机网络； 外部服务网是用于承载城市轨道交通乘客服务类等面向外部或公众用户服务应用系统的计算机网络。 相对于传统的地铁通信，云化业务对传输带宽和实时性要求更高，要求将各业务系统的数据实时传递到云平台，这就对传输网提出了新的要求： 云化带来数据存储位置上移，高清、高质量监控点的建设与增加，都需要传输带宽与之匹配。以视频监控系统CCTV为例。传统的视频监控系统是把视频存储设备放置在各个车站，OCC通过传输网调用各个车站的视频数据。在这种模式下，传输网的视频流量完全取决于OCC的视频监控调看大屏幕数量，例如，OCC监控中心有100个屏幕，那么就可以同时调看100路摄像头，按照每一路高清摄像头4~8Mb/s的带宽计算，传输网总带宽也就不到1Gb/s。但是一旦实现视频云存储之后，所有车站的所有摄像头都会实时上传到云平台，此时线路传输网的带宽等于所有车站视频监控流量的总和。按照当前普遍的设计思路，每个车站会部署200~250路高清摄像头(部分区域部署4K、8K摄像头)，那么每个车站都会产生至少1Gb/s的视频数据流，再加上AFC、PIS等系统产生的数据，全线至少产生25Gb/s的传输带宽需求。 对于上了城轨云的地铁线路，云计算会带来更大的带宽量，特别是视频集中存储之后，每个车站所有的流量会实时上传。城轨云建设需要传输提供超大带宽，以便将各车站的视频监控业务实时上传到数据中心，进行统一集中存储，实现地铁视频监控90天存储和调用。 地铁采用LTEM作为CBTC或者PIS承载通道的趋势越来越明显，CBTC通过LTEM进行承载需要确保业务的隔离与安全，而LTEM采用TDD模式(1785~1805MHz)，上下行数据都在同一个频段上传输，因此需要采用高精度时间同步来划分上下行时隙配比，这样要求有线网络具备IEEE 1588v2高精度时间同步功能，以便在难以部署GPS或北斗的地下特殊区段为LTEM提供授时功能； AFC业务涉及人脸识别和对外资金结算，需要确保网络安全和物理隔离； 各车站之间的业务需要相互调用，既要满足跨环通信的要求，又要满足相切环和相交环组网的要求。地铁云化线路主要业务类型如表36所示。 表36地铁云化线路主要业务类型 业务名称业务类型接口类型接口数量组网拓扑带宽/(b/s) 公务电话数据 FE 2 共享 1000M 专用电话 语音 E1 30 点对点 60M 无线通信Tetra 语音 FE 2 共享 200M 无线调度台 语音 FE 1 共享 50M 广播 数据 FE 1 共享 10M 时钟 数据 FE 1 共享 10M 录音 数据 FE 1 共享 50M 电话网管 数据 FE 1 共享 50M 电源网管 数据 FE 1 共享 50M AFC 数据 GE 4 共享 4000M LTE(含A/B网) 数据 GE 4 共享 4000M 综合安防 数据 10GE 4 共享 7000M 综合监控 数据 10GE 2 共享 2000M PIS 视频 GE 2 共享 2000M OA 数据 GE 2 共享 2000M 总带宽(不含保护) ＞25G 此外，如果算上地铁工控云，那么一般还需要预留10Gb/s带宽，业务侧采用10GE接口。 3.4.2技术演进 地铁线路传输系统是每条地铁线通信信息系统的基础平台，它的好坏直接决定了该条地铁线路的运营质量。近20年来，地铁线路传输系统经历了多次技术演进。国内地铁传输网先后采用的线路传输系统技术体制主要有同步数字传输系列(SDH)、开放传输网络(OTN)、弹性分组环(RPR)、增强型MSTP、分组增强型OTN等，如图323所示。 图323地铁线路传输制式的演进 1. 同步数字传输系列(SDH) SDH网是由网元和光纤组成的同步数字传输网络，进行信息的同步复用、传输、分插和交叉连接。SDH网具有一套标准化的信息同步复用等级，称为同步传送模块STMN； 具有一种块状帧结构，安排了丰富的开销用于网络的运行、管理和维护(Operation，Administration and Maintenance，OAM)； 具有统一的网络节点接口(NetworktoNetwork Interface，NNI)，简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换过程。 SDH具有国际统一的网络节点接口标准，具有信号互通、传输、复用、交叉连接的功能； 具有标准化的同步复用方式和映射结构等级(STM1、STM4、STM16、STM64等)和块状帧结构，丰富的开销有利于网络的维护管理； 具有统一的光接口，能够实现横向兼容，允许不同厂商的设备在光路上互通； 采用软件进行网络配置和控制，易于增加新功能和新特性，有利发展； 组网灵活，网络结构和设备简单，可组成点对点、链形、环形等拓扑结构的网络； 扩容能力强，接口丰富。 但是SDH仅为数据提供窄带通道，无法满足日益迫切的各种控制系统局域网联网需求，各种控制系统需配置相应的通信处理设备(如网桥、通信前置处理机、终端服务器等)； 如果采用数字方式，则图像传输需要大量带宽； 多数产品无法提供广播系统7~15kHz宽带音频接口，因此当前SDH已经不再作为地铁的主流传输制式。 2. 多业务传送平台(MSTP) 为了满足日益增长的宽带数据业务传送需求，SDH已经发展成为多业务传送平台，采用虚级联和通用成帧规程(GFP)技术对SDH进行改进，使其能够更好地支持以太网业务，并提高带宽的利用率和灵活性。 RPR是构筑在MSTP上的一种传输协议，是专门为优化数据包的传输而提出的。它符合IEEE 802.17标准，是一种千兆IP over Optical技术，也是一种MAC层协议； RPR采用基于环形结构的一种带空间复用的传输方式，它吸收了千兆以太网的经济性、SDH对延时和抖动严格保障、可靠的时钟和50ms环网保护特性等多重优点。RPR具有空间复用机制，可同MPLS(多协议标记交换)相结合，简化IP转发，同时具有第三层路由功能，基于RPR技术的设备可以承载具有突发性的IP业务，同时支持传统语音传送。RPR的特点主要集中在3个方面： 带宽效率、保护机制、简化业务的提供。下面介绍其主要优缺点。 优点： (1) 空间再用，一根光纤可以分段传输数据。 (2) 双环结构，两根光纤同时传输数据，使带宽提高2倍。 (3) 公平机制，所有节点对带宽具有同等的控制权，从而为带宽的统计复用提供最佳的保证。 (4) 统计复用，网络带宽分段使用，且任意节点间富余的带宽可以被其他节点所使用，以成倍提高可用带宽。 (5) 可以提供比SDH的自动保护倒换(APS)更好的网络自愈功能，可以在50ms内恢复IP业务，不需要路由表的重新收敛。 (6) 可以直接映射和支持IP包的优先级，直接支持IP包的广播以及其他业务控制功能。 缺点： (1) RPR只能组单环，不具备跨环通信功能，因此地铁环路上的所有节点都只能共享带宽。 (2) 带宽最高只能到10Gb/s，单个RPR环路最大只能提供1.25Gb/s带宽，无法满足地铁更大颗粒的业务需求。 (3) IEEE 802.17标准已经冻结多年不再演进，整个产业链已经萎缩。 基于以上特点，MSTP当前在地铁应用中已经不是主流的传输技术。 3. 增强型MSTP 增强型MSTP不但能够通过TDM平面实现传统SDH业务的高质量传送，还能通过分组平面承载以太网业务，实现灵活的QoS策略和丰富的广播/组播业务，而且能够实现端到端的隧道管理，端到端的运行、管理与维护(OAM)以及快速的业务保护与恢复。这些特点使得增强型MSTP能够很好地满足铁路通信系统对越来越多数据业务的需求，同时也能兼容既有低速业务扁平化管理的需求。 当前，增强型MSTP已经有了国家标准，即YD/T 2486—2013。在业务承载中，除了满足YD/T 1238—2002 中规定的SDH、ATM、以太网业务功能要求外，增强型MSTP新增了如下功能： (1) 支持增强以太网处理功能，包括OAM、保护(可选)、QoS。 (2) 可选支持MPLSTP层处理功能，包括分组交换、电路仿真、OAM、保护、QoS等。 (3) 提供基于分组的频率同步(可选)和时间同步(可选)功能。 增强型MSTP支持多种业务类型，如TDM业务、以太网业务、ATM业务等。与PTN不同的是，增强型MSTP支持传统的TDM平面，在承载TDM业务时可以选择采用传统的SDH承载，也可采用电路仿真方式承载。因此，增强型MSTP继承了现有MSTP传输网的特点和优势，同时可以满足未来分组化业务传送的需求； 它采用与SDH类似的运营方式，使得运维人员能够继续使用现有的网络运营和管理系统，减少员工的培训成本，这一点对于大型行业客户尤为重要。 增强型MSTP的关键技术主要包括MSTP技术、MPLSTP技术、混合线卡技术和PID技术。混合线卡是增强型MSTP的关键技术，它能够通过一路光纤实现SDH和分组多平面业务的混合组网，达到节约光纤资源、简化组网配置的目的。混合线卡可提供40Gb/s业务接入能力，能有效提升网络带宽，实现大颗粒业务的灵活调度。 40Gb/s混合线卡在线路侧的数据结构为OTU3。在数据帧内部，可以分成若干个ODU0/ODU1/ODU2进行承载。一般来说，STM16以内的SDH业务映射到ODU1颗粒内承载，STM64的SDH业务映射到ODU2颗粒内承载，GE业务映射到ODU0颗粒内承载，10GE业务映射到ODU2颗粒内承载。由于一个OTU3可以承载4个ODU2或者32个ODU0，所以对于分组业务来说，不同类型的业务就可以映射到不同的ODU0或者ODU2颗粒中传输，实现了各类业务的物理隔离。 混合线卡采用了光电集成设备(PID)技术来实现40Gb/s传送，它是将传统的光电转换单元和合分波单元集成在一组PID单板上，一组PID单板能实现传统多块线路板和MUX/DEMUX功能。单块PID单板最大可提供40Gb/s容量的线路接口，不需要其他光层组件，两块PID单板通过一对光纤连接，即可构建40Gb/s容量的点到点传送系统。这种方式实现了设备的高集成度，使系统既具有大容量特性，又避免了光层复杂、调测繁杂的问题，极大地简化了系统配置和运行维护，实现了不同类型业务灵活的接入。 在时钟同步方面，增强型MSTP既支持传统的ITUT G.813频率同步，也支持IEEE 1588v2高精度时间同步，并能灵活匹配不同的网络同步制式。这样就能满足LTEM对高精度时间同步的要求。 增强型MSTP当前已经成为地铁主流传输制式之一，服务于各大城市地铁线。 4. 分组增强型OTN与OSU 面向未来地铁业务上云的需求，地铁线路传输网带宽已普遍向100Gb/s演进，部分地铁已经考虑采用200Gb/s传输网，原有增强型MSTP最高带宽为40Gb/s，无法满足未来发展要求。当前在地铁云化场景下已全面采用分组增强型OTN制式进行线路传输网建设。同时，考虑到不同业务带宽颗粒不一致，传统ODUk最小只能到1.25Gb/s，地铁传输系统也在分组增强型OTN的基础上，引入了OSU技术进行小颗粒业务承载，这样能够充分提升地铁的带宽利用率，并预留未来向5G演进的能力。分组增强型OTN及OSU将成为F5G时代在地铁系统中的主流技术应用。 3.4.3组网方案 分组增强型OTN支持地铁常见的环形组网，包括单环组网与多环组网。单环组网是所有节点全部接在一个物理环上面。 在这种组网模式下，环上所有车站均共享这个环的带宽。单环组网适用于车站较少的地铁线路，一旦车站数量较多，组建单环会导致每个节点的可用带宽减少，且发生倒换时会影响所有节点，因此更多的地铁线路采用多环组网。按照环与环之间的连接方式，组网分为相切环和相交环。 图324相切环组网拓扑 相切环采用2或3个环相切于OCC的组网方式，业务只在各自的小环上进行汇聚和带宽共享，如图324所示。如果有分组跨环业务，则需要通过OCC节点进行交换。在这种组网模式下，每个车站的带宽分配取决于每个小环上的节点数，与环的数量和总节点数没有关系。一旦某一个环出现断纤或者节点故障，则只有出问题的小环产生保护倒换，其他环路业务不会产生倒换。 相切环的组网相对比较简单，业务流向比较清晰，是当前地铁的主流组网方式之一，但是相切环的缺点在于，一旦OCC节点出现故障，整网所有业务就无法到达OCC，也无法进行跨环通信，因此目前越来越多的地铁选择相交环组网。在地铁相交环组网中，通常采用OCC和车辆段作为相交点，2或3个环在这两个节点相交，相交环通常用于设置备用OCC线路，在车辆段完全复制一套OCC的业务设备，这样当OCC的设备出现整体故障时，备用OCC就能够接管业务系统，相交环的组网方式比相切环要复杂得多。 由于地铁相交环采用的是VPLS业务，为避免环路风暴，同时有效提升相交两环的带宽，分组增强型OTN配置了网络侧链路聚合组(NNI LAG)，把传统的客户侧的聚合功能移植到了网络侧，如图325所示。 图325相交环组网拓扑 这样，在主备控制中心之间可以配置NNI LAG，即把两对或多对光缆通过链路聚合的方式在逻辑上捆绑成一对逻辑链路，从而避免链路出现环路，同时极大地提高网络可靠性。 对于分组增强型OTN线路传输网来说，在云化的大背景下，通过组建一个或者多个100Gb/s或更高带宽的环路，覆盖地铁线路OCC和车站，并把各车站的业务向上汇聚到工控云和管理云。在这里传输网除了能够传递专用通信业务之外，还会开辟专用的通道传输智慧车站的各类业务，同时满足业务向多个云平台进行汇聚和分发的要求。有自动运营需求的应该考虑小带宽业务物理隔离要求。传输系统应具备更加智能的路径选择能力，适配不同云平台的汇聚需求，如图326所示。 图326适配云平台的线路传输网 在具体项目的网络光纤连接方式上，可以采用两种连接方式。 1. 方式一： 所有节点共享环组网(纯电层组网) 如图327所示，所有节点共享环组网是当前地铁的主流组网方式，主要用于环内各节点有大量共享型业务(环形VPLS专网业务)的场景。在这种模式下，传输环相邻节点直接通过光纤相连，业务会逐站经过电层交叉(SDH交叉或者分组交换)传递到目的地，从带宽的分配来说，相当于环上所有节点共享环路带宽。 图327所有节点共享环组网 这种方式最大的优势是业务节点之间交换比较方便，对控制中心的压力比较小，即使控制中心的传输设备出现整体故障，下面的车站之间仍然能够进行业务交换； 同时各节点之间的带宽是共享的，同一类业务可以通过统计复用的方式共享环路带宽。开局阶段相邻节点直接通过光纤对接，不需要考虑光层设计，通常也不需要考虑色散补偿或光功率调整(部分距离超过60km的链路除外)，运维习惯更接近MSTP，对人员的技能要求较低； 同时，这种方式在规划带宽的时候比较容易，每一类业务在环路上只需要开辟一份共享带宽就可以，不需要进行波长规划，各节点带宽分配通过分组平面统计复用来完成。 但这种组网方式会带来投资成本的增加，原因是环路内所有节点的线路侧带宽都要按照最大带宽来设计。例如，一个环路上有10个节点，每个节点产生10Gb/s流量，那么整个环路就需要100Gb/s带宽，此时所有节点东西向都需要配100Gb/s线卡，成本较高。且一旦环路后续流量增加超过了原设计流量，即使只有部分节点带宽扩容，仍然需要所有节点都扩容线卡，扩容造价增加较多，施工难度增加，所有节点都需要进行施工。如果某个节点出现故障，会造成环内所有业务节点全部进行保护倒换自愈。 2. 方式二： 不同的节点通过波分组网(光层+电层组网) 随着地铁业务上云越来越多，业务集中化的趋势也越来越明显。在这种模式下，车站之间的流量会越来越小，也就不一定再需要共享型传输环网。在这样的前提条件下，不同的节点通过波分组网就成为了一个可能的选择，如图328所示。 图328不同的节点通过波分组网 在这种组网模式下，环内每个节点相当于直接开通1~4波业务到控制中心，经过中间节点的时候通过DWDM光层穿通的方式进行节点跨越，到控制中心之后再进行汇聚上云。还是以10个节点的环路为例，此时每个节点只需要开通1波10Gb/s到控制中心，环路总带宽仍然为100Gb/s(10波10Gb/s)。这种方式适合节点间不需要大量业务交互的场景，各个节点的带宽独占。 这种方式的优势在于投资成本更低，每个节点只需要配置自己的带宽就可以，不需要考虑其他节点的带宽叠加。即使后期带宽需求增加，也只需要调整相应节点的带宽或者扩波即可，对其他节点没有影响，能够降低造价，减少施工难度； 同时业务拓扑简单，即使节点出现故障也只影响单节点业务，不会造成全环倒换自愈。 当然，采用DWDM会引入光层设计和光层施工，需要进行波长规划，并需要计算光功率、色散等光层参数，运维习惯也更加接近传统OTN，对人员的技能要求更高； 同时由于环内带宽无法共享，业务带宽规划需要更加精细。 在实际项目中，需要根据业务的流向和需求进行组网方案的选择，也可以将以上两种模型结合起来组网，即汇聚型业务采用波分组网，共享型业务采用共享环组网，形成“一网双平面”的组网模式。此时可以专门预留一波10Gb/s，将环内每个节点都逐一连接起来，实现共享VPLS业务逐站中继，其余业务通过各自节点的波道直拉到控制中心，汇聚后再上云。 3.4.4关键技术 对于F5G在地铁的应用，主要以分组增强型OTN和OSU技术的应用为主。分组增强型OTN是在OTN基础上，融合了MSTP和PTN技术形成的综合传送技术。它主要用于城域传输网，解决OTN无法接入2Mb/s业务、无法实现分组业务共享等问题。同时，它还具备100Gb/s大带宽线路传输能力，能够通过DWDM技术实现多路100Gb/s传输。分组增强型OTN支持OTN、分组和E1接口，确保业务接入，能够实现TDM和分组业务混合组网，还支持数据中心互联的FC接口，支持ODUk和VC物理隔离，解决关键业务安全问题； 支持IEEE 1588v2高精度时间同步，确保100ns级别的精度，解决城市地下获取GPS信号困难的问题； 支持L2分组特性，满足车站间业务相互调用，满足相交环和相切环组网，满足跨环业务调用和单环独立倒换。OSU是新一代分组增强型OTN技术。 1. 分组增强型OTN技术 分组增强型OTN处理的基本对象是ODUk业务，同时又具备处理MSTP和以太网开销的能力，这样就能适配多种业务的接入、交换和传输。 1) 分组增强型OTN技术原理 分组增强型OTN在分组平面采用MPLSTP协议进行分组业务处理，能够具备PTN处理能力，同时能够通过ODUk实现不同以太子网业务的物理隔离，能够保证不同类型的分组业务之间互不干扰，也能满足2Mb/s业务和分组业务的隔离传送要求。 分组增强型OTN提供完整的MSTP功能，能够实现E1及STMN业务的封装、映射和复用，也能够实现EOS功能。分组增强型OTN设备的分组平面采用PTN传送模式，支持FE、GE、10GE业务接入，支持MPLSTP(MPLSTransport Profile)/PWE3等技术，可灵活地实现纯分组模式或混合模式组网，实现对数据业务的高效统计复用。分组业务分为专线业务(Virtual Private Wire Service，VPWS)和专网业务(Virtual Private LAN Service，VPLS)两种。由于地铁的分组业务基本上都要实现带宽共享，因此VPWS业务在地铁系统中应用较少，主要是VPLS业务。分组增强型OTN的OTN映射与复用遵循ITUT G.709标准，可以支持多种客户信号的映射和透明传输，并能提供对更大颗粒业务的透明传送的支持。OTN目前定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元(Optical channel Data Unitk，ODUk，k=0,1，2，3，4)，即ODU0(1.25Gb/s)、ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)、ODU3(40Gb/s)和ODU4(100Gb/s)。 分组增强型OTN技术增加了不同种类业务颗粒的调度灵活性，也节约了大量的通道资源，能够组成共享专网业务，实现多站点间的业务和带宽共享，最大限度地利用好带宽和通道，避免大量点对点通道带来的带宽浪费和组网不灵活。在地铁传输网建设中，分组增强型OTN能够很好地匹配地铁云化建设架构，提升网络带宽，适配多种业务类型，打造云化承载网。分组增强型OTN能实现线路带宽100Gb/s，各站点保证容量，确保视频监控集中存储和AFC的带宽需求。 分组增强型OTN不仅能够应用于城市轨道交通线路传输网，同时也能够应用于线网规模不大的城市轨道交通骨干传输网。当前，全国已经有超过20条地铁线采用分组增强型OTN技术建网，来满足高清视频监控云化存储需求，构筑地铁通信和安防的基础。例如，深圳地铁6/10号线在国内首次采用了视频监控云化存储系统，并计划后续新建地铁线路全面转型为云化综合承载网，因此线路传输网采用分组增强型OTN构建，提供100Gb/s带宽。广州地铁“十三五”线路为了适应综合监控、视频监控、门禁、智能安检等云化的需要，线路传输网也采用了分组增强型OTN系统，开通了100Gb/s带宽，大大提高了业务承载能力。 2) 分组增强型OTN技术特点 (1) 大带宽及带宽平滑演进优势： 由于PIS和CCTV的高清化和密集化趋势，以及云化集中存储趋势，地铁专用通信传输带宽逐年增长，分组增强型OTN根据国内实际情况，可提供10Gb/s和100Gb/s混合线卡方案，满足各级城市带宽需求，并通过License授权方式按需选择20Gb/s、40Gb/s、100Gb/s带宽，后期可不更换硬件平滑升级，最大限度地保护客户投资，满足地铁云化和非云化高带宽需求。 (2) TDM与以太网双平面转发： 国内地铁业务中的电话系统，无线调度系统绝大多数还是采用E1接口承载(少量采用PCM)，分组增强型OTN采用TDM与以太网双平面独立转发，既保证了以太网可以采用最先进的PTN核心技术MPLSTP承载，又保证了E1业务通过SDH硬管道承载，避免使用电路仿真技术(Circuit Emulation Service，CES)承载(会增大网络时延和时延抖动)，确保TDM业务的业务性能。分组增强型OTN光传输系统可提供MPLSTP环网保护技术，当系统检测到信号丢失、帧丢失、告警指示信号、超过门限的误码缺陷及指针丢失时，系统自动进行检测和保护倒换，倒换时间小于或等于50ms。传输系统具备本工程所需的各种业务接入功能，为其他通信子系统（如自动售检票系统等）提供可靠的、冗余的、可重构的、灵活的信息传输及交换信道。 (3) 物理隔离提升安全性： 地铁系统作为涉及公共安全的网络相对于运营商网络安全性要求较高，不同的以太网子系统(例如，CCTV/PIS/AFC等)需要做到完全物理隔离。分组增强型OTN采用了ODU0(1.25Gb/s)物理硬管道，便于各子系统进行物理隔离，考虑到PIS、CCTV等业务都有云化的趋势，ODU0管道可以进行多管道绑定以满足此类应用需求，其他小带宽业务可按照峰值带宽设计(避免业务拥塞)映射在同一管道传输，既满足带宽的最大利用，又满足业务的安全隔离要求。增强型MSTP不但在TDM和以太网管道间做到物理隔离，在不同的以太网子系统间也可以进行物理隔离。 在网络管理层面，分组增强型OTN提供层次化、端到端的OAM方案，保证网络故障定位、倒换和性能检测需求。分组增强型OTN除了继承OTN/TDM丰富的开销外，还支持通过MPLSTP OAM/ETHOAM实现分组网络E2E OAM。 另外，分组增强型OTN提供统一维护方案，通过统一网管实现对L0/L1/L2的统一可视化运维。基于NCET的传送运维方案，使分组具备SDH的管理维护能力，简化分组业务运维。可视化的运维方案通过将网络中的业务路径、流量、性能、故障等运维关注的信息以视图的形式在网管系统中呈现，提升了通信维护人员对于整网状态的可知程度，降低了运维工作的复杂程度。本着各领域专业网管自动化小闭环，以支撑综合网管智能化大闭环的方针，新一代网管NCET具备资源可视、可控，具备自动化能力，并通过标准XML/REST北向接口和上层系统对接，打造面向未来的智能运维系统。 (4) 资源可视，提升电路规划效率： 能实时同步全网资源信息且实时更新网络资源变化信息。方便用户掌握网络资源实时状态，识别资源瓶颈，以提前做好路径优化或扩容措施。支持按最小时延的路由策略，实现业务自动规划和时隙台账管理自动化，提升电路规划效率。 (5) 故障模拟，提前识别可靠性风险： 生产网关注业务高可靠性，通过提供故障模拟能力，分析故障对网络已有业务的影响，提前评估和识别可靠性风险。支持多个故障点的组合，多种场景如网元、单板、光纤等故障，分析故障发生时模拟现网业务中断、降级或重路由状态。 (6) 辅助智能分析，提升维护效率： 自动识别根因告警，减少告警数量； 远程监控光纤质量，远程故障定位，提升排障效率。 3) 保护方式和带宽分析 分组增强型OTN可提供MSTP、OTN及分组保护技术，当系统检测到信号丢失、帧丢失、告警指示信号、超过门限的误码缺陷及指针丢失时，系统自动进行检测和保护倒换，倒换时间小于或等于50ms。地铁TDM E1业务采用SDH进行传输，保护方式采用环形复用段(RMSP)或SNCP； 分组以太网业务采用MPLSTP协议进行传输，保护方式采用MRPS(MPLSTP环网保护)。下面以应用较多的环形复用段以及MPLSTP环网保护两种场景下的带宽分配为例进行分析。 (1) 环形复用段(RMSP)带宽分析。 环形复用段(RMSP)带宽分析地铁环网场景下，一般会给TDM业务分配2.5Gb/s带宽，因此每个节点东西向各有1.25Gb/s工作带宽，共2.5Gb/s，如图329所示。 彩色图片 图329RMSP保护 在正常工作状态下，每两个网元之间收发各采用一根光纤，每根光纤的速率是2.5Gb/s。从网元A到网元B收发两根光纤，A→B的2.5Gb/s可以分为1.25Gb/s工作和1.25Gb/s保护，B→A的2.5Gb/s同样可以分为1.25Gb/s工作和1.25Gb/s保护。 现网中有两条业务，分别为业务1： A→B→C→D路径： 1.25Gb/s(主)/1.25Gb/s(备)； 业务2： A→F→E→D路径： 1.25Gb/s(主)/1.25Gb/s(备)。 正常状态下节点D总带宽为1.25Gb/s(主)/ 1.25Gb/s(备)+1.25Gb/s(主)/1.25Gb/s(备)=2.5Gb/s(主)/2.5Gb/s(备)，因此从理论上说，每个节点的总带宽均为2.5Gb/s(主)+2.5Gb/s(备)。 当发生断纤时，环网启动RMSP保护倒换。网元B和C之间的双向光纤中断，此时B和C均触发RMSP倒换，“①1.25Gb/s”业务从A→B经过主用通道传输，然后在B节点倒换到备用通道，通过A→F→E→D路径传输到C，再从C节点倒换到原来的主用通道上传输到网元D。此时，D节点的总带宽仍然为1.25Gb/s(主)/1.25Gb/s(备)+1.25Gb/s(主)/1.25Gb/s(备)，业务可用带宽为2.5Gb/s(主)/2.5Gb/s(备)。 (2) MPLSTP环网保护(MRPS)带宽分析。 MPLSTP环网保护(MRPS)带宽分析分组以太网业务采用MPLSTP协议进行传输，如图330所示。在正常工作状态下，每两个网元之间收发各采用一根光纤，每根光纤的速率是100Gb/s(以增强型分组增强型OTN线路带宽100Gb/s为例)，从网元A到网元B收发两根光纤，A→B的100Gb/s可以全部用作工作通道，B→A的100Gb/s同样也可以全部用作工作通道。 彩色图片 图330MRPS保护 在环网拓扑中，对于节点D来讲，东西向物理带宽即为东向100Gb/s(主)+西向100Gb/s(备)，业务1： A→B→C→D； 业务2： A→F→E→D。当发生断纤时，环网启动MRPS保护倒换。网元B和C之间的双向光纤中断，此时B和C均触发MRPS倒换，所有链路必须要分配一半带宽作为备用业务通道，此时主备业务共用100Gb/s带宽。“①50Gb/s”业务从A→B经过主用通道传输，然后在B节点倒换到备用通道，通过A→F→E→D路径传输到C，再从C节点倒换到原来的主用通道上传输到网元D。考虑在地铁环网场景下，每个节点东西向各有50Gb/s工作带宽，共100Gb/s。即环网模式在保护场景下保证带宽100Gb/s，整个环网平均共享100Gb/s带宽。此时，D节点的总带宽为50Gb/s(主)/50Gb/s(备)+50Gb/s(主)/50Gb/s(备)=100Gb/s(主)/100Gb/s(备)，业务可用带宽为100Gb/s。低优先级业务带宽会被压缩，以确保高优先级业务传输。在实际业务规划中，建议主用业务不超过50Gb/s，这样能够保证所有业务在倒换时都能得到全部有效带宽，否则低优先级业务带宽会被压缩，可能部分导致业务受损。 2. OSU技术 在分组增强型OTN中，E1等小颗粒业务需要单独分配一个1.25Gb/s的ODU0颗粒进行封装，由于轨道交通的E1业务越来越少，这实际上造成了传输带宽的浪费，同时带宽调整也不灵活。因此，业界也在探索如何进一步提升小颗粒业务的承载效率，以彻底取代MSTP设备。华为推出的OSU技术，在复接映射以及传输层次上做了大幅优化，如图331所示，使网络硬切片的颗粒度达到2Mb/s，同时支持2Mb/s~100Gb/s无极无损带宽调整。 图331OSU业务层次示意图 关于OSU技术的详细介绍，可参考第2章相关部分的介绍。 OSU将加速光传输网从物理承载网络向业务承载网络的演进，当前部分轨道交通仍然保留E1业务，OSU可以大幅度减少承载E1业务所需的带宽，进一步提升带宽利用率，为地铁业务后续平滑演进提供技术上的保障。在地铁城轨云的大趋势下，OSU通过可变颗粒承载、一跳入多云等特性，适配地铁未来发展，持续引领地铁传输网的发展。 3.5地铁未来“互联互通”趋势 随着新基建计划的提出，国家对于城市群的建设又提出了更新、更高的要求，城市协调发展、区域一体化的进程将进一步加快。轨道交通作为支持城际间、城市内部的重要支撑力量，对区域规划发展起到关键的推动作用，各地区间轨道交通互联互通对区域发展将起到促进与推动的作用。例如，《中国交通的可持续发展》白皮书就明确提出“推进交通基础设施一体化融合发展。完善‘八纵八横’高速铁路网建设，大力推进城际铁路，加快发展市域铁路，完善路网布局”的发展目标，交通运输部也提出“建设城市群一体化交通网，推进干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通融合发展，完善城市群快速公路网络，加强公路与城市道路衔接”。因此城市群多种轨道交通制式的互联互通也逐渐被提上议事日程。 “互联互通”主要指时空距离的期待目标，在时间轴方面，通过互联互通实现事发地至目的地的时间尽可能地缩短； 在空间轴方面，通过互联互通尽可能地实现事发地至目的地的距离最短，时空距离目标也是大湾区轨道交通发展的终极目标。基于时空距离目标，对国内外轨道交通运营组织模式进行分析，“互联互通”主要分为4个层级，如图332所示。 图332互联互通层级划分 1. 第一层级 城际铁路和地铁采用传统的换乘模式，乘客出地铁(或城际铁路)付费区后，需重新购买城际铁路(或地铁)车票，并检票进站的运营组织模式。 国内的城际铁路和地铁的建设尚处于起步阶段，各城市以及地区在进行轨道交通规划时仅考虑网络覆盖，线路与线路之间仅按照空间换乘考虑，因此目前大多主要采用第一层级的互联互通方式，即枢纽换乘方式： 枢纽站作为各种交通方式的换乘车站，每种交通方式彼此相互独立，从一种交通方式换乘另一种交通方式、甚至从同一交通方式的不同线路(如城际铁路之间)乘客均采用非付费区换乘。 对于这种立体换乘的广义层面的互联互通，通信、信号、AFC、供电、轨道、乘客(或客运)信息等一般均相互独立，但随着客运组织服务水平的提高，在乘客信息方面，城际铁路和地铁可以实现一定程度的信息互通，如城际铁路可以将列车到达班次以及客流票务信息发送给地铁，地铁可以根据获得的到达列车规模或者客流信息合理安排地铁列车行车间隔。 2. 第二层级 城际和地铁也采用换乘模式，但城际和地铁同时支持当地主流的一卡通，售检票方式进行了相对统一，乘客换乘直接持一卡通刷卡进站，为常客出行带来了极大的便利。例如，国内的上海金山城际线就属于第二层级。 原金山铁路建于20世纪70年代，主要用于上海石化的客、货运业务。后于2001年停止客运业务。为加强金山郊区与中心城区之间的交通联系，完善上海城市轨道交通布局，原铁道部与上海市共同出资，对金山铁路进行改造。线路于2009年开始改建，2012年改造完成。2012年上海城市轨道交通开通运营线路13条，运营里程达468km，城市轨道交通布局较为完善。改建后的金山城际铁路起于上海南站，止于金山卫站，是一条连接上海中心城区与金山区的上海首条市域铁路，线路全长56.4km，设9座车站。串联了徐汇区、闵行区、松江区和金山区，设计最高时速160km/h。 金山铁路在国内率先实行铁路公交化运营的模式，全程不对号、不限定具体车次与座席，旅客随到随走，可刷上海交通卡，并享受与市内公交换乘优惠，从而实现了城际铁路与城市轨道交通线路车票票制和票价统一结算的问题。金山市域铁路在票务上推行了双票务制，在出售原有国铁制式车票的同时，乘客也可通过城市一卡通来乘坐该线路，极大地提升了乘客出行的便捷性。要实现市域铁路与城市交通的票务互通，需要双方运营部门改进现有的票务清分系统，处理好乘客进出站数据信息在国铁与城市轨道交通之间的转换，同时改进检票系统使其能够兼容两种不同的票制，满足乘客的出行需求。 金山市域快线仍然属于广义层面上的城际和城市轨道交通线路的互联互通，地铁和城际铁路、高铁线路实现了“人”的立体换乘，但为常旅客的出行带来了一定的便捷性。 3. 第三层级 城际铁路和地铁也采用换乘模式，但采用付费区换乘，此时城际铁路完全脱离国铁(12306)售票模式，全面纳入城市轨道交通公交化运营，票制统一，清分统一。采用该层级的互联互通，极大地缩短了时空距离，节省了大量的时间。 目前开通运营的广佛线以及首期正在建设、延伸线规划至中山、珠海的广州地铁18号线属于典型的第三层级。18号线采用25kV交流供电，隧道采用7400mm直径大盾构，设计最高时速160km/h，车型和供电方式完全按照国铁标准配置，其他系统配置完全参照地铁设计规范。18号线连接了广州最为核心的珠江新城商务区以及广州东站国铁客运枢纽，同时与广州地铁多条线路换乘，采用付费区换乘，票务清分完全纳入广州地铁统一结算； 18号线延长线未来延伸至中山、珠海后，各系统配置均保持不变，也将一直沿用广州地铁的票务清分系统。 4. 第四层级 城际铁路和地铁采用跨线运营的模式，即乘客一次购买目的地的车票，在对应的站台候车，不换车直达目的地车站的运营组织模式。采用该模式，城际线路全面纳入城市轨道交通公交化运营，票制统一，清分统一。采用该层级的互联互通，极大地缩短了时空距离，一定程度上节省了大量的时间。 国内城际以及城市轨道交通尚处于建设运营的初期阶段，尚未有城际与地铁跨线的线路，城际和地铁一体化运营经验严重不足，但是，在国外，这种一体化运营已经成为都市圈的“血脉”，极大地拉近了都市圈的时空距离。例如，东京都“直通转运”的运营线路就是比较典型的例子。东京都市圈也称东京圈，一般包括东京都、神奈川县、千叶县、埼玉县，因此又称为一都三县。东京都市圈范围内的轨道交通主要包括地铁(东京都市区内)、JR线路和私营铁路(包括单轨铁路)。截至2018年年底，东京地铁共开通13条线路，线路总长312.6km，共计290座车站投入运营，客运量合计约35.36亿人次/年。JR线路(城际线)由JR东日本管辖，主要承担都市圈中长途客运运输和通勤交通。都市圈内JR线路共33条，线网总规模1718.3km。私营铁路（简称“私铁”）又叫民营铁路，分布在JR线路未覆盖区域，是JR线路的竞争者和补充者。私铁连接中心与城市外围主要居住区，在区域间居民日常出行中发挥着重要作用。 东京都市圈轨道交通网络主要由东京都市圈轨道交通建设始于19世纪70年代，至1920年期间主要发展铁路运输。20世纪初期，城市轨道交通的建设开始起步，为避免城市中心区轨道交通的无序发展，政府出台限制政策，要求市中心只能修建地铁或有轨电车。1932年山手线建成通车后，以山手线为界，环线以内主要发展有轨电车和地铁，有轨电车运营总里程一度达到213km，环线以外主要发展市郊铁路，建成7条国铁线和9条私铁线组成的通勤线网，从而逐渐形成了“内轨外铁”的轨道交通布局。 第二次世界大战后，经济的复苏、都市圈的扩大带来了市郊与市区之间庞大的通勤客流，但是由于“内轨外铁”的布局，这些乘客必须经过换乘才能进入市区，这给地铁与市郊铁路的换乘站带来了巨大的压力。为了解决这一问题，东京政府统一管理轨道交通系统的规划、建设和运营。1960年，地铁浅草线与私铁京急线的“直通”运营成功实施，为“直通”运营的大力发展积累了宝贵的经验。此后东京规划建设的地铁线路均考虑了与市郊铁路共线运营的要求，并通过对既有铁路进行技术改造，最终实现了二者的共线运营。经过五十多年的建设和运营改造，目前东京市区开通的13条地铁线路中有10条实现了与市郊铁路的共线运营。地铁与市郊铁路之间方便快捷的“直通”运营已经成为东京都市圈轨道交通最为显著的特色。 在当前城市群、都市圈以及密集轨道交通线网的大背景下，总结当前应用，对传输网的诉求主要体现在以下几方面： (1) 必须满足城市群的互联互通需要，适应多种轨道交通制式。 (2) 全自动运行，业务承载安全可靠，满足各类业务隔离需求。 (3) 适配业务灵活上云及云间互联的需要，实现灵活高效的连接。 (4) 网络必须具备很强的弹性扩展能力，适应业务的快速变化，同时要求管理维护简单。传输网可按照分层规划、分层设计的原则来实施。承载网按照城际骨干网、线网骨干网以及线路传输网三层理念进行设计，城际骨干网以及线网骨干网在技术选型方面采用OTN技术，可以提供大颗粒的带宽，实现业务点对点的传送； 在线路传输网采用分组增强型OTN技术，满足各车站业务共享以及各种颗粒大小的业务需求，如图333所示。 图333城市群轨道交通通信多层次传输网 当前，粤港澳大湾区正在积极筹备多种制式轨道交通的互联互通工作，并筹划建设城际骨干网。由于目前尚无跨区域城际骨干网建设实例，因此接下来还是按照线网骨干网+线路骨干网两层组网架构来分别进行介绍。 以大容量OTN、分组增强型OTN、OSU为代表的F5G地铁传输网解决方案，能够满足地铁城轨云模式下的业务承载需要，同时能够适应智慧地铁的各种应用需求，为大容量的业务承载提供了充足的平台，满足了线网传输网和线路传输网的传输需求。 同时，F5G具有多业务接入、物理隔离、相交环组网的能力，为后续地铁线网传输网发挥更大作用提供了承载前提。传输网技术的不断演进和不断优化，为轨道交通智能化、智慧化提供了坚实的基础，必将引领智慧地铁起航。