铁路隧道有线应急电话系统的方案研究

朱庆芸 陈 梅

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

1 概述

随着中国铁路的快速发展，铁路隧道总长度在不断增加，截止2009年底，全路正式运营线路共有隧道7 573座，长度合计约5 148 km，其中5 km以上的隧道约占隧道总长度的18%，10 km以上的隧道18座；超过20 km的隧道有兰新线乌鞘岭隧道、石太线太行山隧道等。随之而来的隧道内安全保障给我们带来了新的挑战。要预防和避免隧道内的突发事件，或在突发事件爆发后能够以最快最有效的手段进行指挥和抢险救援，保证把损失降到最低，信息畅通必不可少。在现有隧道中，除无线列调系统和GSM-R系统为隧道应急通信提供无线通信手段外，没有专用的有线应急电话系统为隧道应急通信提供保障。根据铁道部《关于印发〈铁路处置长大隧道突发事件应急预案〉的通知》(铁办2010[11]号)及其他相关规范的规定，有线应急电话系统是隧道应急通信必备的通信设施，因此对其方案进行研究很有必要。

2 系统总体要求

1）满足事故发生时现场铁路工作人员的报警，满足铁路工作人员对设备的日常维护、维修。

2）隧道内的设备应具有防尘、防腐、防电磁干扰、防风压和抗震等功能，终端设备的防护等级不宜低于IP65，应实现“一键通”的功能，并要求通话信息中提供报警人员所在的位置。

3）应急中心在下达命令时，应具有自动寻找现场用户的功能。

4）隧道内的远端设备应具备自检功能，减少现场检查工作量，降低检查难度。

5）现场设备供电方便、功耗小。

6）应急电话报警按键应有灯光显示。

7）隧道内的远端设备使用寿命尽量长，减少设备维护。

3 系统结构

根据隧道的不同类型，应急电话系统可分为以下3种系统结构。

1）普通单线隧道有线应急电话系统结构如图1所示。

2）设有救援站的单线隧道有线应急电话系统结构如图2所示。

4 系统方案

4.1 方案一

4.1.1 系统设备构成

采用全数字化应急语音对讲系统设备。系统由中央交换机、远端应急控制中心设备（包括室内话音对讲终端和网管）、隧道通话终端设备和传输电缆等构成。

中央交换机可设置在隧道口通信机房或隧道中部救援站机房，通过低频防护电缆，与隧道电话终端连接，每根3×4×0.9的低频防护电缆最多可带27个话机，单侧最远距离可达13 km。

数字技术：远端应急控制中心设备与中央交换机采用IP语音信号，中央交换机与隧道通话终端设备传输为FSK信号。

中央交换机采用全数字化设计，可配置26块处理板，每块处理板可带26部室外电话终端，最大交换容量为26×26。中央交换机通过传输网络或光纤与中心设备连接，通过低频防护电缆与终端设备连接，负责给终端设备集中供电。

4.1.2 系统主要功能

1）通话广播功能：半双工通话、隧道内寻人呼叫和全呼、组呼、优先级呼叫、抢插、强拆等。

2）监控功能：系统每隔一定时间向隧道通话终端发送检测信号，故障设备在第一时间反馈给应急控制中心；隧道通话终端的工作状态信息会被实时监控。

3）控制功能：控制中心设备可对系统进行远程参数更改、配置、故障诊断等；当远端应急控制中心在工作状态时，所有远端电话按键上的指示灯均会亮起，起到占线指示作用。

4.1.3 系统对传输和电源的要求

系统对传输的要求：远端应急控制中心—中央交换机之间需要2个2 M的传输通道。

系统对电源的需求：远端应急控制中心500 W。中央交换机设备350+N×250(当应急电话的数量小于等于26个时，功耗为350 W；在此基础上应急电话数量每增加26个，功率增加250 W)。

4.2 方案二

4.2.1 系统设备构成

系统由主机、分机、局端接口模块、远端接口模块以及传输电缆等部分组成，如图4所示。

图4中管理电脑、值班机、主机、局端模块等可设置在应急控制中心。主机采用四线音频接口，通过接入网将音频信号传至隧道口处的远端模块，再通过低频防护电缆接入隧道里的分机。分机与主机的线路连接方式为总线式，一台主机板卡可带4组分机，每组分机线路可并接60部电话分机。一个值班话机可管理99部分机。

应急电话机采用集中供电方式，分机本身不需配备电池，分机工作电源由远端模块经电缆供给。

本系统要求线路条件：环阻（不包括话机阻抗）≤1 500 Ω。最远传输距离计算：根据国家电缆标准规范，线径为0.9 mm的芯线单位阻值为29 Ω/km，则环路计算阻值为58 Ω/km，应急电话分机通话扬声时的交流阻抗为400 Ω，因此，每根3×4×0.9的低频防护电缆最远传输距离不大于（1500-400）/58=19 km。

4.2.2 系统主要功能

1）通话功能：双工通话，主机及时显示分机呼叫信息；有呼叫排队处理功能；配置录音卡及相应软件后，可以将呼叫通话实时录音、查询、回访等。

2）监控功能：随时或定时对分机进行各种性能检测，包括自动巡检和个别单检。

3）应急电话机采用按钮式的操作方式。用户按钮发起呼叫，开始通话；通话结束由主机控制，避免了因无意操作而引起的线路不畅。远端和中心均可按键即通话。

4.2.3 系统对传输和电源的要求

系统对传输的要求：局端模块—远端模块之间需要接入网提供四线音频接口。

系统对电源的需求：中心机房600 W（主机+局端模块+网管），远端模块100 W。

4.3 方案三

4.3.1 系统设备构成

光纤隧道应急电话系统，由局端设备、节点设备和双向环的光纤通道组成，如图5所示。

中心机房设立统一网管平台、交换机及每个隧道的光纤应急电话中心节点设备。主控室设应急电话控制台。网管平台通过以太网管理交换机和中心节点设备，并通过以太网向监控中心按需传递相关信息。

隧道内应急电话系统由光纤和节点设备组成。节点设备由主、副机构成，对应放置在隧道两边。节点电话主机为装有光收发模块的隧道型数字抗噪声应急电话机。节点电话主机通过光纤传送电话信号，需外接220 V交流电源，工作功耗30 W。主机给副机供电，副机只需通过一对0.5线芯的双绞线接入主机即可，不需外接电源。副机到主机之间的最远传输距离为3 km，一台主机双向带副机最多12个。

信号采用光缆传输最远可达80 km，如果做环路保护，则单向最远传输距离为80/2=40 km，额外增加光纤放大器设备可延长传输距离。

4.3.2 系统主要功能

1）多业务功能：双工通话，及时显示分机的呼叫信息，全呼、组呼和单呼，摘机即可通话。

2）统一网管：系统有统一网管平台，有多级管理机制，能显示每个话机以及各节点设备的工作情况（摘、挂机状态；环境温度、工作电压等），并可按需送往控制中心。

3）监控功能：随时或定时对分机进行各种性能检测，包括自动巡检和个别单检。

4）光纤自愈保护：节点光模块和局端设备都有两个光纤接口，采用单纤双向环连接，有自愈功能。

4.3.3 系统对传输和电源的要求

系统对传输的要求：中心交换机—电话主机全线共用2根光纤。

系统对电源的需求：中心机房1 000 W（100门用户），超过100门，每增加100门耗电增加500 W。现场电话主机50 W。

4.4 方案四

区间光通信系统：将光通信宽带技术引入区间，区间通信柱（装置区间光通信终端设备）即可使用普通携带电话机与现有数字调度系统、区段接入网沟通，直接呼叫车站、调度和自动电话，实现通话柱的呼叫、区间通话功能。还可直接连接应急通信指挥、抢险救援等音频、视频系统设备，实施动态图像传输、计算机通信和监控信息管理。

4.4.1 系统设备构成

区间光通信系统设备由车站设备、区间设备及光纤3部分组成。车站设备主要包括区间光通信车站设备、语音媒体接入网关、网络交换设备等。区间设备主要包括区间光通信终端设备、区间光通信便携电话机等。光通信柱隧道应急电话系统如图6所示。

区间光通信柱平时在线不供电，使用时采用12 V便携式电池加电激活，设备即可正常运行。

4.4.2 系统主要功能

1）系统具有网管功能，并具有光纤故障时建立迂回通道保证区间通信的功能。

2）实现了铁路沿线全光缆通信，提升了区间通信质量。同时取消区段电缆，也减化了维修品种，减少了维修工作量。

3）区间光通信系统采用宽带无源光网络技术，具有组网简单、结构灵活、接口丰富且扩展性好，管理、维护方便等特点，适用于铁路区间和站区传输组网。

4）结合Voip技术，可保证区间作业人员通话使用，又为区间作业组织者提供更加先进和便捷的通信手段。

4.4.3 系统对传输、电源的需求

系统对传输的需求：光通信车站设备—隧道口需要利用既有光缆中的一根光纤，隧道内需新敷设1根8芯光缆（双洞敷设2根）。

系统对电源的需求：区间光通信车站设备300 W。

5 方案优缺点

以上介绍的4种方案各有特点，方案对比如表1所示。

表1 方案对比表

方案一网络结构清晰简单，而且隧道内不用再为应急电话终端提供电源，但隧道内的中央交换机价格较高，性价比方面适合长大隧道；方案二组网简便灵活，且隧道内不用为应急电话终端提供电源，但要求铁路沿线必须有接入网系统；方案三光纤电话抗干扰能力强、区间有自愈环保护，但要求区间电话主机处能够满足供电需求；方案四组网简单灵活，隧道内不用为应急电话终端提供电源，但需要工作人员随身携带便携电话机。

工程中具体采用哪种方案，需要与隧道的建设规模及铁路沿线的通信、电源资源相结合，选择最适合的方案。

[1] 铁办2010[11]号 关于印发《铁路处置长大隧道突发事件应急预案》的通知．

[2] TB10003-2005 铁路隧道设计规范[S].

[3] TB10621-2009高速铁路设计规范（试行）[S].