■曹 乾

（福建省高速公路聯(lián)網(wǎng)運營有限公司，福州 350007）

隨著全國高速公路交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展并逐漸完善，全國高速公路里程突破16 萬km 的跨越式增長，長隧道單洞長度的不斷增加，早期傳統(tǒng)的雙纖光耦合型緊急電話及廣播系統(tǒng)因技術(shù)落后、系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題，已經(jīng)影響到高速公路隧道安全救援，通過單純的硬件維修和軟件維護(hù)，已經(jīng)無法解決隧道安全隱患。

在確保行車安全的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步考慮高速公路隧道緊急電話及廣播系統(tǒng)的運行可靠性和維護(hù)安全性，采用基于EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)技術(shù)的單纖分光耦合器并聯(lián)結(jié)構(gòu)IP 型緊急電話及廣播系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)方案， 有效解決了目前系統(tǒng)存在的問題。 該系統(tǒng)日益龐大的使用基礎(chǔ)、逐步穩(wěn)定的使用技術(shù)、優(yōu)化成熟的使用方法，為高速公路隧道緊急電話及廣播系統(tǒng)提供了強效的監(jiān)測運行手段。

1 緊急電話及廣播系統(tǒng)發(fā)展歷程

隨著科技的日新月異，緊急電話及廣播系統(tǒng)先后經(jīng)歷了3 次技術(shù)變革。

第一代為有線緊急電話廣播系統(tǒng)[1]，有線緊急電話廣播系統(tǒng)分機與分機、分機與主機都采用電纜連接，指令與音頻數(shù)據(jù)都為模擬信號，存在傳輸距離近、抗干擾弱、音質(zhì)差、成本高、易被雷擊、系統(tǒng)容量小、電纜易被偷盜等問題。

隨著光纖時代的到來，緊急電話廣播系統(tǒng)產(chǎn)生了第二代產(chǎn)品光纖緊急廣播系統(tǒng)電話[2]（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1）。 光纖緊急電話廣播系統(tǒng)依靠光纖連接，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，無論是傳輸距離、抗干擾能力、 語音質(zhì)量都得到了增強。 主干傳輸使用2芯光纖，設(shè)備與設(shè)備間使用分光耦合器連接，采用此方法光纖資源占用少，如出現(xiàn)分機故障不影響系統(tǒng)使用。 當(dāng)傳輸過程中光信號強度不夠是可增加光中繼，大大增大了系統(tǒng)容量。 隧道內(nèi)分機連接拓?fù)鋱D如圖2，三明南分中心技術(shù)改造前即為此代產(chǎn)品。

圖1 改造前系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖2 改造前隧道內(nèi)分機連接拓?fù)鋱D

隨著網(wǎng)絡(luò)時代的到來，萬物互聯(lián)，高速公路區(qū)域中心、市中心、省中心的規(guī)劃也相應(yīng)產(chǎn)生。 傳統(tǒng)的光纖緊急電話廣播系統(tǒng)在大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)就存在先天弊端， 因而產(chǎn)生了第三代產(chǎn)品IP 緊急電話廣播系統(tǒng)，IP 緊急電話傳輸數(shù)據(jù)格式采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP、UDP 協(xié)議，IP 緊急電話廣播系統(tǒng)在接入地點和遠(yuǎn)程管理上提供了很大的便利， 更適合大規(guī)模組網(wǎng)，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方設(shè)備就能接入，設(shè)備增減容易。 IP型緊急電話廣播系統(tǒng)是基于以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，通常分為3 種傳輸方式，分別為點對點光端機、環(huán)網(wǎng)光端機、EPON。

點對點光端機是成對使用，每臺分機到中心都需要1 對光端機傳輸，且占用1 芯光纖資源，對于緊急電話廣播這種密集型設(shè)備來說造價高、光資源占用厲害，行業(yè)內(nèi)部基本不采用。 環(huán)網(wǎng)光端機，光端機與光端機之間可以使用1 根光纖手拉手成環(huán)組網(wǎng)，當(dāng)某一節(jié)點光端機損壞不影響環(huán)內(nèi)其他設(shè)備使用，如果兩個節(jié)點光端機損壞會造成兩個損壞節(jié)點間的所有設(shè)備無法傳輸。 EPON 是基于以太網(wǎng)的PON 技術(shù)， 它采用點到多點結(jié)構(gòu)、 無源光纖傳輸，單節(jié)點、多節(jié)點損壞不影響正常設(shè)備使用。 基于以上特點，采用EPON 更適合應(yīng)急設(shè)備“緊急電話廣播”使用。 本研究主要講述也是基于EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)，即三明南分中心此次技術(shù)改造的重點。

2 EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)IP 型緊急電話及廣播系統(tǒng)

EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）[3]，是基于以太網(wǎng)的PON 技術(shù)，它采用點到多點結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。 EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)方案采用單纖分光耦合器并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由主傳輸系統(tǒng)OLT 通過光纖的97∶3 光纖耦合器與底層ONU 逐級進(jìn)行并聯(lián)形成傳輸鏈路，這種連接方式在任何一臺（或多臺）出現(xiàn)故障時不會影響其他， 對系統(tǒng)不會產(chǎn)生連鎖故障，不會造成系統(tǒng)大面積癱瘓（分光耦合器連接示意圖見圖3）。 同時長距離傳輸時也不需要借助接入設(shè)備，保持了系統(tǒng)的相對獨立性和穩(wěn)定性。 由于光功率有限，每一路的光路僅能串接8～10 臺ONU，所以每個鏈路只能安裝8～10 臺緊急電話和廣播， 個別長隧道需要多個光口的OLT。 相對于原來雙纖耦合型而言，EPON 系統(tǒng)架構(gòu)簡單，后期故障判斷維護(hù)簡單。

圖3 分光耦合器連接示意圖

3 技術(shù)改進(jìn)方案

3.1 系統(tǒng)組成

緊急電話系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4）主要由監(jiān)控分中心控制臺設(shè)備、隧道設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸EPON 或IP 光端機光設(shè)備及光、 電纜等部分組成。 （1）控制臺設(shè)備：主要包括管理計算機、系統(tǒng)控制主機、數(shù)字錄音設(shè)備、接警電話機、播音設(shè)備、控制設(shè)備、以太網(wǎng)交換機、打印機以及相應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)用軟件等。 （2）隧道設(shè)備：洞口分機、隧道分機和隧道廣播及功放設(shè)備等。 （3）傳輸設(shè)備：包括傳輸光纜(4 芯)、電纜、EPON/OLT、EPON/ONU(或IP 光端機)、以太網(wǎng)交換機、分光器等。

圖4 改造后系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

緊急電話系統(tǒng)和隧道廣播系統(tǒng)采用合設(shè)方案，緊急電話系統(tǒng)和隧道廣播系統(tǒng)共用同一主機及控制系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)連接方案

泉三高速（三明段）隧道緊急電話廣播設(shè)備分為兩段管理，分別接入已有的三明南和大田分中心IP 緊急電話廣播控制主機中，本次改造的緊急電話設(shè)備應(yīng)與原有設(shè)備兼容，此外按照已有規(guī)劃，今后三明轄區(qū)的所有緊急電話都要統(tǒng)一接入到三明市級中心統(tǒng)一管理，因此各個分中心緊急電話設(shè)備也要同市中心設(shè)備兼容。

緊急電話主機負(fù)責(zé)控制本項目段的IP 緊急電話和廣播，控制臺主機和管理計算機連接分中心以太網(wǎng)交換機，通過以太網(wǎng)交換系統(tǒng)接往所轄各隧道通訊機房以太網(wǎng)交換機， 再通過PON/OLT 接往隧道緊急電話分機PON/ONU， 每個PON/OLT 有2/4/6/8 個PON 口（每個PON 口通過一芯光纖和分光器可接入8～10 個PON/ONU）,緊急電話分機和功放分別用網(wǎng)線接入對應(yīng)點的PON/ONU。

三明南段，在隧道橫洞變電所或洞口外機房設(shè)置1 臺EPON/OLT，連接隧道中的EPON-ONU，共7 臺。 每處緊急電話和廣播功放處設(shè)置1 臺EPON/ONU，共126 臺。 緊急電話和廣播功放具有獨立IP地址。 在原來緊急電話及廣播的基礎(chǔ)位置更新安裝新的緊急電話及廣播， 隧道內(nèi)按200 m 間隔設(shè)置1個緊急電話（采用壁掛式），并在每個隧道口（一般距隧道入、出口為5～10 m 位置）設(shè)置1 個緊急電話通話柱（采用立柱式），緊急電話通話柱為全主機形式。共設(shè)置28 部洞口緊急電話分機，98 部隧道內(nèi)緊急電話分機；在緊急電話旁設(shè)置1 臺廣播功放，共設(shè)置洞口120 W 功放28 臺， 隧道內(nèi)60 W 功放98臺；每個隧道內(nèi)緊急電話上方設(shè)置1 個40 W 揚聲器，共98 個；每側(cè)洞口入口緊急電話處設(shè)置1 個60 W揚聲器，共28 個。 以嶺頭一號隧道為例見圖5。

圖5 改造后隧道內(nèi)分機連接拓?fù)鋱D

大田段， 在隧道橫洞變電所設(shè)置1 臺EPON/OLT，連接隧道中的EPON-ONU，共7 臺。 每處緊急電話和廣播功放處設(shè)置1 臺EPON/ONU,共168 臺。緊急電話和廣播功放具有獨立IP 地址。 在原來緊急電話及廣播的基礎(chǔ)位置更新安裝新的緊急電話及廣播， 隧道內(nèi)按200 m 間隔設(shè)置1 個緊急電話（采用壁掛式），并在每個隧道口（一般距隧道入、出口為5～10 m 位置）設(shè)置1 個緊急電話通話柱（采用立柱式），緊急電話通話柱為全主機形式。 共設(shè)置32部洞口緊急電話分機,136 部隧道內(nèi)緊急電話分機； 在緊急電話旁設(shè)置1 臺廣播功放， 共設(shè)置洞口120 W 功放32 臺，隧道內(nèi)60 W 功放136 臺；每個隧道內(nèi)緊急電話上方設(shè)置1 個40 W 揚聲器，共136個； 每側(cè)洞口入口緊急電話處設(shè)置1 個60 W 揚聲器，共32 個。

緊急電話系統(tǒng)應(yīng)用軟件安裝在管理計算機上，使用圖形畫面進(jìn)行接警， 并接入以太網(wǎng)三層交換機，對其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求提供支持，如大屏聲光顯示、隧道攝象機聯(lián)動等。 緊急電話系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間采用計算機RJ45 等接口方式連接， 實現(xiàn)信息共享。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

通過技術(shù)改造，EPON 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)IP 型緊急電話及廣播系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能：（1）識別、定位和顯示緊急電話分機的呼叫；（2）建立控制臺與緊急電話分機的接續(xù)；（3）建立管理計算機數(shù)據(jù)庫，包括信號區(qū)段、樁號、呼叫分機號碼、呼叫通話時間、事故類型和幫助類型等，實現(xiàn)計算機與值班員的人機對話，采用中文界面；（4）具有自動數(shù)字錄音（及回放）和自動打印功能；對呼叫人員與值班人員之間的通話進(jìn)行錄音， 錄音設(shè)備要求采用數(shù)字錄音方式；（5）存儲和顯示同時發(fā)生的呼叫；（6）可以中斷和保持呼叫分機的接續(xù)；（7）能進(jìn)行系統(tǒng)的自動測試，對通話柱隨時進(jìn)行檢測或自動定期測試（單個檢測、部分檢測、全部巡回檢測），并能顯示測試結(jié)果；（8）操作員可通過緊急電話鍵盤及監(jiān)視器，實現(xiàn)與緊急電話計算機的人機對話；（9）從當(dāng)操作計算機出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能維持基本通話功能，并存儲此間發(fā)生的呼叫信息；（10）多個通話柱同時呼叫時， 能自動排隊， 并顯示呼叫分機的編號或公里標(biāo)。 （11）可自動接通、保持、斷開與通話柱的通路；（12）可人工輸入事故類型及相應(yīng)的救助報告，并可進(jìn)行打??；（13）操作計算機可對多種交通事故、報警記錄進(jìn)行統(tǒng)計查詢，可以按時間、地點、事故類型、車輛類型、事故嚴(yán)重程度等進(jìn)行綜合統(tǒng)計查詢；（14）呼叫時間、事件、處理方法等的記錄及打印；（15）監(jiān)控大屏聯(lián)動、多機主機管理；（16）緊急電話可適用于較惡劣環(huán)境， 具有工作溫度范圍廣、防潮、防腐蝕、防雷、防雨（雪）、防盜、防破壞等措施；（17）擴音功放：可實現(xiàn)單機/分組/全部呼叫廣播；（18）可實現(xiàn)多種音源播放選擇及同時播放；（19）可進(jìn)行廣播狀態(tài)自動/手動檢測；（20）可實現(xiàn)廣播音頻聯(lián)動自動播放。

5 結(jié)論

綜上所述，通過此次技術(shù)改造，不僅徹底解決了現(xiàn)階段存在的不安全隱患，也極大的豐富了系統(tǒng)功能，延展了系統(tǒng)的開發(fā)和利用。 展望未來，在不久的將來， 可能會出現(xiàn)第四代“SIP 緊急電話廣播系統(tǒng)”SIP 緊急電話仍然基于網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)格式仍然采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP、UDP 協(xié)議， 但控制協(xié)議升級為標(biāo)準(zhǔn)的SIP 協(xié)議，這使得不同制造商的產(chǎn)品存在了很好的通用性、互聯(lián)互通性，為智慧高速的建設(shè)奠定更加堅實的基礎(chǔ)。