地鐵消防無線通信引入系統研究

摘　要:分析地鐵消防無線通信系統,在總結實踐經驗的基礎上對明珠線二期消防無線通信系統提出改進措施。
關鍵詞:地鐵; 消防無線通信系統; 工程實踐; 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溧陽路站、浦東南路站、南浦大橋等站至一期虹橋路站構成半環形線路。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置完善的消防通信指揮系統是十分必要的。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間要求設置消防無線引入系統,將地面350 MHz 消防無線信號引入地下車站和區間。
2 　建設原則
根據消防部門的有關要求, 建設用于地鐵的消防無線通信系統必須滿足以下原則:
(1) 堅持標準性— 能與現有地面350 M 常規系統完全兼容,終端實現互聯互通;
(2) 堅持可靠性 安全可靠,保證在事故狀況下發揮作用;
(3) 堅持靈活性 在應急狀況下如部分設備被毀,有應急輸入輸出設備接口。
3 　系統要求
(1) 系統制式
新建明珠線二期消防無線通信系統采用與目前上海市地面消防無線通信系統相同的350 M 常規無線通信制式。
(2) 頻率、頻道設置頻率: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 的具體頻點由消防部門指配,并統一設置。
4 　系統功能
(1) 當某個車站發生災情時,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車站的轉發臺,建立地面與地下的聯系通道。
(2) 在地下區域消防人員之間的手持機,可通過車站轉發臺的轉發進行通話。
(3) 地下區域消防人員手持臺可與消防指揮中心進行通話,同時經消防指揮中心電臺轉發,可與地面消防無線終端建立雙向呼叫和通話。
(4) 地下區域本站內消防人員手持臺,在近距離范圍可進行對講。
(5) 消防指揮中心通過鏈路臺、車站轉發臺可對地下區域消防人員的手持機進行全呼。
(6) 地鐵控制中心消防值班員通過通話手柄、鏈路電臺可與現場消防指揮員及消防指揮中心值班員進行通話。
(7) 系統配置119 鏈路仿真臺和手持臺,可定期進行車站內部、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) 地鐵控制中心的監測終端能監測中心鏈路電臺、車站轉發電臺和電源設備的工作狀態,具有故障報警功能。

5 　組網方案
(1) 方案選擇根據目前設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方式。在明珠線寶興路控制中心設置鏈路電臺、119 鏈路仿真臺、控制盤、通話手柄和監測終端各1 套; 在17 個地下車站分別設置1 套轉發基臺。控制中心鏈路電臺采用新設接口轉換設備通過有線專線方式與消防局指揮中心設備機房溝通。寶興路控制中心鏈路電臺收到的音頻和控制信號, 通過通信傳輸系統提供的4 線
EM 接口及數據接口與車站轉發基臺聯系。無線信號在站廳層采用吸頂天線進行輻射; 在地下隧道區間采用漏纜進行信號輻射。具體結構見圖1 。圖2 　方案2 結構圖下區間隧道采用漏纜進行信號輻射。信號上行過程反之。具體結構見圖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的設計也多采用這種方案, 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 結構圖
② 方案2 組網方式同方案1 , 但控制中心鏈路電臺通過室外天線與消防局架設在恒隆廣場的無線中轉臺溝通。寶興路控制中心鏈路電臺收到的音頻和控制信號, 通過通信傳輸系統提供的4 線EM 接口及數據接口與車站轉發基臺聯系。無線信號在站廳層采用吸頂天線進行輻射; 在地下區間隧道采用漏纜進行信號輻射。具體結構見圖2 。

③ 方案3 為分散引入的組網方式, 采用350 M 常規中轉臺方案。該方案技術簡單, 經濟可行。在17 個地下車站分別設置1 套常規中轉臺。通過室外天線與消防局的無線中轉臺溝通。
　　常規中轉臺收到的來自地面的信號, 便轉發該信號。無線信號在站廳層采用吸頂天線進行輻射; 在地多, 為避免頻率相互間的干擾, 需要更多專用鏈路頻點支持, 實施可能性較小、難度較大。該方案投資成本低, 維護方便。方案3 采用無線鏈路分散引入的方式, 這種系統已在軌道交通線的地下車站公安無線引入系統中得到運用。該系統管理完善, 故障弱化能力強, 維護方便, 地下區間通話不占用地面的信道資源, 無線鏈路可以設成多重備份。該方案的缺點是由于每個車站均需設置一套完整的350 M 常規中轉臺設備, 投資較大。
由于目前地面消防無線通信系統采用的是常規網, 頻率有限, 因此暫不考慮方案3 。消防無線通信系統是在事故應急情況下使用的系統, 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換設備通過有線專線方式與消防局指揮中心設備機房溝通; 備用鏈路采用無線的方式( 方案2) 與消防局架設在恒隆廣場的無線中轉臺溝通。

圖3 　方案3 結構圖
　　考慮到頻點資源、設備現狀等突發事件, 在系統設備上設置備用應急接入設備接口。這樣, 作為應急和補充, 消防人員可在其應急通信車上設置便攜式移動基站, 以應對突發事件。
6 　幾點建議
(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17 條軌道交通線路。根據消防局的要求:地下車站和地下區間隧道應設消防無線通信設施, 以確保應急情況下地面與地下車站、隧道區間的消防通信線路暢通。因此, 17 條軌道交通線都將設置消防無線引入系統, 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, 這是不現實的也是不可能的。一方面消防局沒有這么多頻點, 另一方面即使有, 這種使用方式也是極其浪費的。沒有發生地鐵消防事故的情況下, 17 對頻點被占用, 是一種資源浪費。若鏈路頻點采用相同頻點, 一旦在交越站發生情況, 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換設備將專線兩端的V . 35 或V . 24 接口轉換成消防通信系統所需的音頻及數據接口。
b. 敷設光纜線路
17 條軌道交通線路間是互聯互通的, 各線在設計時均考慮到控制中心間及與相關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光纜線路, 所有軌道交通線消防無線通信系統均通過該線路與消防指揮中心溝通。在光纜線路兩端設置光電轉換設備, 并配置消防通信系統所需的音頻及數據接口, 如圖4 所示。

圖4 　光纜線路敷設示意
　　這種方式的優點是, 作為最大地下空間的軌道交通線路以統一的有線專用路由與消防指揮中心溝通, 節約了頻率資源, 便于維護管理。缺點是敷設光纜線路及相應設備, 一次性投資大。這就需要在上級有關部門的協調下統一出資建設。
(2) 合路分路平臺
消防無線通信系統與公安無線通信系統合用天饋系統, 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。根據消防局要求:作為應急與補充, 消防人員可在其應急通信車上設置便攜式移動基站。因此, 在每個地下封閉車站需提供應急備份的接口, 將接口安裝在地鐵車站的入口處, 一旦車站電臺設備遭到損壞不能工作, 可將應急通信設備通過電纜連接到應急設備接口上, 恢復無線通信聯絡。因此, 在POI 的接口上預留備用的應急設備接口, 如圖5 所示。

圖5 　合路分路平臺示意