泉三高速緊急電話及廣播系統技術改進與功能實現

■曹 乾

（福建省高速公路聯網運營有限公司，福州 350007）

隨著全國高速公路交通基礎設施的快速發展并逐漸完善，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，早期傳統的雙纖光耦合型緊急電話及廣播系統因技術落后、系統不穩定等問題，已經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，已經無法解決隧道安全隱患。

在確保行車安全的基礎上，為進一步考慮高速公路隧道緊急電話及廣播系統的運行可靠性和維護安全性，采用基于EPON 數據傳輸組網技術的單纖分光耦合器并聯結構IP 型緊急電話及廣播系統的技術改進方案， 有效解決了目前系統存在的問題。 該系統日益龐大的使用基礎、逐步穩定的使用技術、優化成熟的使用方法，為高速公路隧道緊急電話及廣播系統提供了強效的監測運行手段。

1 緊急電話及廣播系統發展歷程

隨著科技的日新月異，緊急電話及廣播系統先后經歷了3 次技術變革。

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

隨著光纖時代的到來，緊急電話廣播系統產生了第二代產品光纖緊急廣播系統電話[2]（系統網絡拓撲圖見圖1）。 光纖緊急電話廣播系統依靠光纖連接，數據轉變為數字信號，無論是傳輸距離、抗干擾能力、 語音質量都得到了增強。 主干傳輸使用2芯光纖，設備與設備間使用分光耦合器連接，采用此方法光纖資源占用少，如出現分機故障不影響系統使用。 當傳輸過程中光信號強度不夠是可增加光中繼，大大增大了系統容量。 隧道內分機連接拓撲圖如圖2，三明南分中心技術改造前即為此代產品。

圖1 改造前系統網絡拓撲圖

圖2 改造前隧道內分機連接拓撲圖

隨著網絡時代的到來，萬物互聯，高速公路區域中心、市中心、省中心的規劃也相應產生。 傳統的光纖緊急電話廣播系統在大規模聯網就存在先天弊端， 因而產生了第三代產品IP 緊急電話廣播系統，IP 緊急電話傳輸數據格式采用標準TCP/IP、UDP 協議，IP 緊急電話廣播系統在接入地點和遠程管理上提供了很大的便利， 更適合大規模組網，只要有網絡的地方設備就能接入，設備增減容易。 IP型緊急電話廣播系統是基于以太網傳輸數據，通常分為3 種傳輸方式，分別為點對點光端機、環網光端機、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備來說造價高、光資源占用厲害，行業內部基本不采用。 環網光端機，光端機與光端機之間可以使用1 根光纖手拉手成環組網，當某一節點光端機損壞不影響環內其他設備使用，如果兩個節點光端機損壞會造成兩個損壞節點間的所有設備無法傳輸。 EPON 是基于以太網的PON 技術， 它采用點到多點結構、 無源光纖傳輸，單節點、多節點損壞不影響正常設備使用。 基于以上特點，采用EPON 更適合應急設備“緊急電話廣播”使用。 本研究主要講述也是基于EPON 數據傳輸組網技術的系統，即三明南分中心此次技術改造的重點。

2 EPON 數據傳輸組網IP 型緊急電話及廣播系統

EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太網無源光網絡）[3]，是基于以太網的PON 技術，它采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網之上提供多種業務。 EPON 數據傳輸組網方案采用單纖分光耦合器并聯結構，由主傳輸系統OLT 通過光纖的97∶3 光纖耦合器與底層ONU 逐級進行并聯形成傳輸鏈路，這種連接方式在任何一臺（或多臺）出現故障時不會影響其他， 對系統不會產生連鎖故障，不會造成系統大面積癱瘓（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備，保持了系統的相對獨立性和穩定性。 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 系統架構簡單，后期故障判斷維護簡單。

圖3 分光耦合器連接示意圖

3 技術改進方案

3.1 系統組成

緊急電話系統和廣播系統（網絡拓撲圖如圖4）主要由監控分中心控制臺設備、隧道設備和數據傳輸EPON 或IP 光端機光設備及光、 電纜等部分組成。 （1）控制臺設備：主要包括管理計算機、系統控制主機、數字錄音設備、接警電話機、播音設備、控制設備、以太網交換機、打印機以及相應的系統應用軟件等。 （2）隧道設備：洞口分機、隧道分機和隧道廣播及功放設備等。 （3）傳輸設備：包括傳輸光纜(4 芯)、電纜、EPON/OLT、EPON/ONU(或IP 光端機)、以太網交換機、分光器等。

圖4 改造后系統網絡拓撲圖

緊急電話系統和隧道廣播系統采用合設方案，緊急電話系統和隧道廣播系統共用同一主機及控制系統。

3.2 系統連接方案

泉三高速（三明段）隧道緊急電話廣播設備分為兩段管理，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備應與原有設備兼容，此外按照已有規劃，今后三明轄區的所有緊急電話都要統一接入到三明市級中心統一管理，因此各個分中心緊急電話設備也要同市中心設備兼容。

緊急電話主機負責控制本項目段的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交換機，通過以太網交換系統接往所轄各隧道通訊機房以太網交換機， 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線接入對應點的PON/ONU。

三明南段，在隧道橫洞變電所或洞口外機房設置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位置更新安裝新的緊急電話及廣播， 隧道內按200 m 間隔設置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。共設置28 部洞口緊急電話分機，98 部隧道內緊急電話分機；在緊急電話旁設置1 臺廣播功放，共設置洞口120 W 功放28 臺， 隧道內60 W 功放98臺；每個隧道內緊急電話上方設置1 個40 W 揚聲器，共98 個；每側洞口入口緊急電話處設置1 個60 W揚聲器，共28 個。 以嶺頭一號隧道為例見圖5。

圖5 改造后隧道內分機連接拓撲圖

大田段， 在隧道橫洞變電所設置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位置更新安裝新的緊急電話及廣播， 隧道內按200 m 間隔設置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。 共設置32部洞口緊急電話分機,136 部隧道內緊急電話分機； 在緊急電話旁設置1 臺廣播功放， 共設置洞口120 W 功放32 臺，隧道內60 W 功放136 臺；每個隧道內緊急電話上方設置1 個40 W 揚聲器，共136個； 每側洞口入口緊急電話處設置1 個60 W 揚聲器，共32 個。

緊急電話系統應用軟件安裝在管理計算機上，使用圖形畫面進行接警， 并接入以太網三層交換機，對其他子系統的數據請求提供支持，如大屏聲光顯示、隧道攝象機聯動等。 緊急電話系統與監控系統之間采用計算機RJ45 等接口方式連接， 實現信息共享。

4 系統實現功能

通過技術改造，EPON 數據傳輸組網IP 型緊急電話及廣播系統實現了以下功能：（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；（3）建立管理計算機數據庫，包括信號區段、樁號、呼叫分機號碼、呼叫通話時間、事故類型和幫助類型等，實現計算機與值班員的人機對話，采用中文界面；（4）具有自動數字錄音（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行錄音， 錄音設備要求采用數字錄音方式；（5）存儲和顯示同時發生的呼叫；（6）可以中斷和保持呼叫分機的接續；（7）能進行系統的自動測試，對通話柱隨時進行檢測或自動定期測試（單個檢測、部分檢測、全部巡回檢測），并能顯示測試結果；（8）操作員可通過緊急電話鍵盤及監視器，實現與緊急電話計算機的人機對話；（9）從當操作計算機出現故障時，系統能維持基本通話功能，并存儲此間發生的呼叫信息；（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。 （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的救助報告，并可進行打印；（13）操作計算機可對多種交通事故、報警記錄進行統計查詢，可以按時間、地點、事故類型、車輛類型、事故嚴重程度等進行綜合統計查詢；（14）呼叫時間、事件、處理方法等的記錄及打印；（15）監控大屏聯動、多機主機管理；（16）緊急電話可適用于較惡劣環境， 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：可實現單機/分組/全部呼叫廣播；（18）可實現多種音源播放選擇及同時播放；（19）可進行廣播狀態自動/手動檢測；（20）可實現廣播音頻聯動自動播放。

5 結論

綜上所述，通過此次技術改造，不僅徹底解決了現階段存在的不安全隱患，也極大的豐富了系統功能，延展了系統的開發和利用。 展望未來，在不久的將來， 可能會出現第四代“SIP 緊急電話廣播系統”SIP 緊急電話仍然基于網絡傳輸，數據格式仍然采用標準TCP/IP、UDP 協議， 但控制協議升級為標準的SIP 協議，這使得不同制造商的產品存在了很好的通用性、互聯互通性，為智慧高速的建設奠定更加堅實的基礎。