地鐵消防無線通信引入系統(tǒng)研究

摘　要:分析地鐵消防無線通信系統(tǒng),在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對明珠線二期消防無線通信系統(tǒng)提出改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞:地鐵; 消防無線通信系統(tǒng); 工程實(shí)踐; 傳播特性　　
1 　概述
新建上海市軌道交通明珠線二期工程線路是自明珠一期工程寶山路站經(jīng)溧陽路站、浦東南路站、南浦大橋等站至一期虹橋路站構(gòu)成半環(huán)形線路。全線長約22 km ,共17 個車站,均為地下車站。
近年來,各國地鐵均接連發(fā)生了恐怖事件和重特大傷亡事故,造成眾多人員傷亡。因此,在地鐵這類封閉的地下空間設(shè)置完善的消防通信指揮系統(tǒng)是十分必要的。為滿足明珠線二期的地下消防無線通信要求,在所有地下車站及地下區(qū)間要求設(shè)置消防無線引入系統(tǒng),將地面350 MHz 消防無線信號引入地下車站和區(qū)間。
2 　建設(shè)原則
根據(jù)消防部門的有關(guān)要求, 建設(shè)用于地鐵的消防無線通信系統(tǒng)必須滿足以下原則:
(1) 堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)性— 能與現(xiàn)有地面350 M 常規(guī)系統(tǒng)完全兼容,終端實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通;
(2) 堅(jiān)持可靠性 安全可靠,保證在事故狀況下發(fā)揮作用;
(3) 堅(jiān)持靈活性 在應(yīng)急狀況下如部分設(shè)備被毀,有應(yīng)急輸入輸出設(shè)備接口。
3 　系統(tǒng)要求
(1) 系統(tǒng)制式
新建明珠線二期消防無線通信系統(tǒng)采用與目前上海市地面消防無線通信系統(tǒng)相同的350 M 常規(guī)無線通信制式。
(2) 頻率、頻道設(shè)置頻率:工作頻段350 MHz ,雙工間隔10 MHz ,頻道間隔25 KHz 。頻道:1 個,采用異頻單工方式,異頻頻率為F1/F2。F1、F2 的具體頻點(diǎn)由消防部門指配,并統(tǒng)一設(shè)置。
4 　系統(tǒng)功能
(1) 當(dāng)某個車站發(fā)生災(zāi)情時,控制中心值班人員通過操作控制盤,打開控制中心鏈路電臺及各相關(guān)車站的轉(zhuǎn)發(fā)臺,建立地面與地下的聯(lián)系通道。
(2) 在地下區(qū)域消防人員之間的手持機(jī),可通過車站轉(zhuǎn)發(fā)臺的轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行通話。
(3) 地下區(qū)域消防人員手持臺可與消防指揮中心進(jìn)行通話,同時經(jīng)消防指揮中心電臺轉(zhuǎn)發(fā),可與地面消防無線終端建立雙向呼叫和通話。
(4) 地下區(qū)域本站內(nèi)消防人員手持臺,在近距離范圍可進(jìn)行對講。
(5) 消防指揮中心通過鏈路臺、車站轉(zhuǎn)發(fā)臺可對地下區(qū)域消防人員的手持機(jī)進(jìn)行全呼。
(6) 地鐵控制中心消防值班員通過通話手柄、鏈路電臺可與現(xiàn)場消防指揮員及消防指揮中心值班員進(jìn)行通話。
(7) 系統(tǒng)配置119 鏈路仿真臺和手持臺,可定期進(jìn)行車站內(nèi)部、車站與地鐵控制中心鏈路臺之間,以及鏈路臺與消防指揮中心之間通話功能的仿真測試。
(8) 地鐵控制中心的監(jiān)測終端能監(jiān)測中心鏈路電臺、車站轉(zhuǎn)發(fā)電臺和電源設(shè)備的工作狀態(tài),具有故障報警功能。

5 　組網(wǎng)方案
(1) 方案選擇根據(jù)目前設(shè)備的情況和一些具體要求, 可以滿足
消防局使用要求的較成熟的組網(wǎng)方案有以下幾種: 方案1 　有線鏈路集中引入方案; 方案2 　無線鏈路集中引入方案; 方案3 　無線鏈路分散引入方案。
( 2) 方案分析
① 方案1 采用集中引入的組網(wǎng)方式。在明珠線寶興路控制中心設(shè)置鏈路電臺、119 鏈路仿真臺、控制盤、通話手柄和監(jiān)測終端各1 套; 在17 個地下車站分別設(shè)置1 套轉(zhuǎn)發(fā)基臺?？刂浦行逆溌冯娕_采用新設(shè)接口轉(zhuǎn)換設(shè)備通過有線專線方式與消防局指揮中心設(shè)備機(jī)房溝通。寶興路控制中心鏈路電臺收到的音頻和控制信號, 通過通信傳輸系統(tǒng)提供的4 線
EM 接口及數(shù)據(jù)接口與車站轉(zhuǎn)發(fā)基臺聯(lián)系。無線信號在站廳層采用吸頂天線進(jìn)行輻射; 在地下隧道區(qū)間采用漏纜進(jìn)行信號輻射。具體結(jié)構(gòu)見圖1 。圖2 　方案2 結(jié)構(gòu)圖下區(qū)間隧道采用漏纜進(jìn)行信號輻射。信號上行過程反之。具體結(jié)構(gòu)見圖3 。
( 3) 方案比較
方案1 采用有線鏈路集中引入的方式, 該方案采用安全可靠不易受干擾的有線鏈路, 無需專用鏈路頻點(diǎn)支持, 無需地面基站的信道支持, 不占用地面集群基站資源, 通話質(zhì)量能夠得到保障。但該方案需要有線鏈路的支持, 在沒有可用的有線鏈路的情況下, 需要另外投資建設(shè)有線鏈路。
方案2 采用無線鏈路集中引入的方式, 既有地鐵線消防無線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也多采用這種方案, 該方案必須占用地面頻率資源, 今后軌道交通線越建越

圖1 　方案1 結(jié)構(gòu)圖
② 方案2 組網(wǎng)方式同方案1 , 但控制中心鏈路電臺通過室外天線與消防局架設(shè)在恒隆廣場的無線中轉(zhuǎn)臺溝通。寶興路控制中心鏈路電臺收到的音頻和控制信號, 通過通信傳輸系統(tǒng)提供的4 線EM 接口及數(shù)據(jù)接口與車站轉(zhuǎn)發(fā)基臺聯(lián)系。無線信號在站廳層采用吸頂天線進(jìn)行輻射; 在地下區(qū)間隧道采用漏纜進(jìn)行信號輻射。具體結(jié)構(gòu)見圖2 。

③ 方案3 為分散引入的組網(wǎng)方式, 采用350 M 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺方案。該方案技術(shù)簡單, 經(jīng)濟(jì)可行。在17 個地下車站分別設(shè)置1 套常規(guī)中轉(zhuǎn)臺。通過室外天線與消防局的無線中轉(zhuǎn)臺溝通。
　　常規(guī)中轉(zhuǎn)臺收到的來自地面的信號, 便轉(zhuǎn)發(fā)該信號。無線信號在站廳層采用吸頂天線進(jìn)行輻射; 在地多, 為避免頻率相互間的干擾, 需要更多專用鏈路頻點(diǎn)支持, 實(shí)施可能性較小、難度較大。該方案投資成本低, 維護(hù)方便。方案3 采用無線鏈路分散引入的方式, 這種系統(tǒng)已在軌道交通線的地下車站公安無線引入系統(tǒng)中得到運(yùn)用。該系統(tǒng)管理完善, 故障弱化能力強(qiáng), 維護(hù)方便, 地下區(qū)間通話不占用地面的信道資源, 無線鏈路可以設(shè)成多重備份。該方案的缺點(diǎn)是由于每個車站均需設(shè)置一套完整的350 M 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺設(shè)備, 投資較大。
由于目前地面消防無線通信系統(tǒng)采用的是常規(guī)網(wǎng), 頻率有限, 因此暫不考慮方案3 。消防無線通信系統(tǒng)是在事故應(yīng)急情況下使用的系統(tǒng), 安全可靠性是第一位的。因此, 明珠二期控制中心至消防局的鏈路方式采用一主一備方式來增加可靠性。主用鏈路采用有線方式( 方案1), 即控制中心鏈路電臺采用接口轉(zhuǎn)換設(shè)備通過有線專線方式與消防局指揮中心設(shè)備機(jī)房溝通; 備用鏈路采用無線的方式( 方案2) 與消防局架設(shè)在恒隆廣場的無線中轉(zhuǎn)臺溝通。

圖3 　方案3 結(jié)構(gòu)圖
　　考慮到頻點(diǎn)資源、設(shè)備現(xiàn)狀等突發(fā)事件, 在系統(tǒng)設(shè)備上設(shè)置備用應(yīng)急接入設(shè)備接口。這樣, 作為應(yīng)急和補(bǔ)充, 消防人員可在其應(yīng)急通信車上設(shè)置便攜式移動基站, 以應(yīng)對突發(fā)事件。
6 　幾點(diǎn)建議
(1) 軌道交通線至消防指揮中心的鏈路問題
至2020 年, 上海市共將建設(shè)17 條軌道交通線路。根據(jù)消防局的要求:地下車站和地下區(qū)間隧道應(yīng)設(shè)消防無線通信設(shè)施, 以確保應(yīng)急情況下地面與地下車站、隧道區(qū)間的消防通信線路暢通。因此, 17 條軌道交通線都將設(shè)置消防無線引入系統(tǒng), 這將存在17 條軌道交通線與消防指揮中心的鏈路問題。
① 無線鏈路
若采用無線鏈路方式, 則17 條軌道交通線需17 條無線鏈路至消防指揮中心, 即需要17 對無線鏈路頻點(diǎn), 這是不現(xiàn)實(shí)的也是不可能的。一方面消防局沒有這么多頻點(diǎn), 另一方面即使有, 這種使用方式也是極其浪費(fèi)的。沒有發(fā)生地鐵消防事故的情況下, 17 對頻點(diǎn)被占用, 是一種資源浪費(fèi)。若鏈路頻點(diǎn)采用相同頻點(diǎn), 一旦在交越站發(fā)生情況, 又可能造成頻率干擾。因此, 不建議采用無線鏈路方式, 該種方式可用于備用方式。
② 有線鏈路
a . 租用DDN 專線
每一條軌道交通線控制中心至消防指揮中心申請一條DDN 專線。17 條軌道交通線需申請17 條DDN 專線。在線路兩端通過接口轉(zhuǎn)換設(shè)備將專線兩端的V . 35 或V . 24 接口轉(zhuǎn)換成消防通信系統(tǒng)所需的音頻及數(shù)據(jù)接口。
b. 敷設(shè)光纜線路
17 條軌道交通線路間是互聯(lián)互通的, 各線在設(shè)計(jì)時均考慮到控制中心間及與相關(guān)車站間光纜線路的溝通。因此, 建議軌道交通線至消防指揮中心采用統(tǒng)一的鏈路, 即在距消防指揮中心最近的軌道交通車站至消防指揮中心新敷設(shè)光纜線路, 所有軌道交通線消防無線通信系統(tǒng)均通過該線路與消防指揮中心溝通。在光纜線路兩端設(shè)置光電轉(zhuǎn)換設(shè)備, 并配置消防通信系統(tǒng)所需的音頻及數(shù)據(jù)接口, 如圖4 所示。

圖4 　光纜線路敷設(shè)示意
　　這種方式的優(yōu)點(diǎn)是, 作為最大地下空間的軌道交通線路以統(tǒng)一的有線專用路由與消防指揮中心溝通, 節(jié)約了頻率資源, 便于維護(hù)管理。缺點(diǎn)是敷設(shè)光纜線路及相應(yīng)設(shè)備, 一次性投資大。這就需要在上級有關(guān)部門的協(xié)調(diào)下統(tǒng)一出資建設(shè)。
(2) 合路分路平臺
消防無線通信系統(tǒng)與公安無線通信系統(tǒng)合用天饋系統(tǒng), 即隧道共用漏纜, 站廳共用天線。建議采用合路分路平臺( POI) 。POI 下行分5 個方向, 包括4 個隧道和站廳。根據(jù)消防局要求:作為應(yīng)急與補(bǔ)充, 消防人員可在其應(yīng)急通信車上設(shè)置便攜式移動基站。因此, 在每個地下封閉車站需提供應(yīng)急備份的接口, 將接口安裝在地鐵車站的入口處, 一旦車站電臺設(shè)備遭到損壞不能工作, 可將應(yīng)急通信設(shè)備通過電纜連接到應(yīng)急設(shè)備接口上, 恢復(fù)無線通信聯(lián)絡(luò)。因此, 在POI 的接口上預(yù)留備用的應(yīng)急設(shè)備接口, 如圖5 所示。

圖5 　合路分路平臺示意