高速公路隧道紧急电话及广播系统优化技术研究

赵晓辉

摘要：文章阐述了传统光纤型紧急电话及广播系统的组网方式及构成以及存在的弊端和缺陷，提出采用基于 EPON 组网技术的紧急电话系统技术改进方案，并分析了采用这种组网方式的优点。目前，该技术改进方案已经在宝天高速（陕西段）隧道投入运行，系统运行稳定可靠，可为今后的紧急电话系统设计和施工提供参考。

关键词：紧急电话及广播系统;光收发模块;EPON;分光器

This article describes the networking mode and composition of traditional opticalfiber emergency telephone and broadcasting system as well as the shortcomings and defects of traditional opticalfiber emergency telephone system，proposes an emergency telephone system technology improvement plan based on EPON networking technology，and analyzes the advantage of adopting this networking method.At present，this technical improvement program has been put into operation in Baotian Expressway（Shaanxi Section）tunnel，and the system operation is stable and reliable，which can provide reference for the design and construction of future emergency telephone systems.

Emergency telephone and broadcasting system;Optical transceiver module;EPON;Optical splitter

0 引言

緊急电话及隧道广播系统是沿着高速公路隧道布设的应急电话和广播系统，在高速公路隧道内发生交通事故、车辆出现故障或遇到其他紧急情况时，能提供紧急呼叫和应急广播服务。当隧道内发生紧急情况时，司乘人员可以通过紧急电话向高速公路管理部门求助，高速公路管理部门可直接通过应急广播对隧道内的人员进行广播，以帮助和指挥隧道内人员疏散和撤离。

宝天高速公路（陕西段）所辖隧道有15座，其中在1 km以上的长隧道（王家梁隧道、姚家山隧道、槐树岭隧道、罗家山隧道、霍湾山隧道、韩家山隧道、南岭隧道及下湾隧道）内上下行共设置156套隧道内紧急电话分机，隧道内广播共312部;在位于宝鸡西互通的陈仓所和陈仓主线站内的隧道管理站共设置有紧急电话广播系统一体化主机2套。

1 现状及分析

该套紧急电话及广播系统于2009年投入运行，虽然整个系统在运行初期还比较稳定，但随着使用年限的增加，部分设备自然老化严重，特别是紧急电话分机控制板光收发模块衰减故障率增加，因此导致整个系统运行极不稳定。

该套紧急电话及广播系统原设计采用传统光纤紧急电话组网方式进行组网（如图1所示），此种组网方式在紧急电话系统正常工作状态下，系统中每个端点的设备都是可靠连通的。由图1中可以看出，此种组网方式是将隧道内紧急电话分机通过1芯光缆（另留1芯备用）和紧急电话分机控制板的光收发模块互联起来，从而组成一个基于光纤传输的环网。虽然这种传统组网方式具有比较经济实惠、施工周期较短等优点，但是采用这种组网方式，系统在实际运行过程中，经常会出现下列故障：（1）某点断纤;（2）某端点的光收发模块光衰减较大;（3）某端点的设备出现故障中断。对于对可靠性要求很高的高速公路紧急电话系统来说，应尽量避免在这三种情况下紧急电话分机与监控中心主机的通讯出现中断。如果上下行同时出现某个设备的光收发模块光衰较大、某点断纤或者设备故障，由于设备连接方式是单环网连接，往往会出现后面多部紧急电话通讯中断的情况，从而导致多个紧急电话分机与监控中心主机通讯中断（此种现象频繁发生），因此会影响整个系统运行的稳定性和可靠性。

虽经该套系统经历多次中修，但仍然故障频发。此外，设备原型号已停产，备品备件价格较高，后期再次损坏的设备仍需要继续更换，目前处于大面积瘫痪状态。因此急需对原系统组网方式进行技术研究和改进，以保证该套系统的正常稳定运行。

2 优化技术研究

2.1 紧急电话系统组网方法

目前，高速公路隧道紧急电话系统主要采用的组网方式有传统光纤紧急电话、IP紧急电话和无源光网络的光纤紧急电话三种形式，这三种组网方式具有以下特点：

（1）传统光纤紧急电话：故障率高，由于电话分机采用环形或者链形，一旦某一个分机故障，其它与之相连的电话都不能正常工作。

（2）IP紧急电话：改造费用较高。

（3）无源光网络的光纤紧急电话：属于点对多点通信，不会因为某些分机故障影响其他分机工作。

2.2 技术方案研究及比较

通过对原紧急电话及广播系统存在的缺陷和不足之处进行分析，我们主要从组网方式、可靠性、稳定性等方面来考虑技术改进优化方案，并对改进方案进行仔细研究比较，从而提出一个稳定性、可靠性较高的技术方案，以保证后期整个系统的稳定运行。

（1）方案一：基于EPON组网技术的紧急电话系统

EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络），是基于以太网的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网上提供多种业务。PON替代了原来模拟组网方案中的二/三层交换机，同时还节省大量的光纤收发器，而且不需要视频光端机设备。

该技术方案中隧道内紧急电话分机之间采用PON-ONU组网方式，用光纤将相隔的分机PON-ONU通过分光器串接起来，单芯光纤可连接多台分机。ONU与隧道变电所内的PON-OLT连接，每台PON-OLT最多可连接8条PON-ONU链路。PON-OLT设备通过设置在以太网交换机上传紧急电话和有线广播音频信号。

（2）方案二：基于工业以太网的紧急电话系统

工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但是工业以太网设备在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面可以满足工业现场的需要。

该方案中隧道内紧急电话分机之间采用2光4电的工业以太网交换机组网方式，用光纤将相隔的电话分机用工业以太网交换机串接起来，隧道口的工业以太网交换机与隧道管理站交换机通过光口或者以太网光纤收发器相连，与隧道管理站的紧急电话广播系统主控设备实现通信。

（3）方案比选

基于EPON的紧急电话系统，利用无源光分路器组网传输，在以太网上提供语音和数据信号，在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。PON—ONU和PON—OLT搭配使用，PON—ONU在每个紧急电话广播系统设备处都要使用，但PON—ONU的价格远远低于工业以太网交换机价格。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本，高宽带，扩展性强，灵活快速的服务重组与现有以太网的兼容性好。

通过技术方案比较，我们可以得出以下结论：采用基于EPON组网技术的紧急电话系统（该系统构成如图2所示），该系统最大的好处是在组网时对每个隧道紧急电话分机组成一个独立环网，各个隧道环网相互独立运行、互不干扰、互不影响，即使某个隧道设备或光纤通讯出现中断，但总体上来说不影响别的隧道紧急电话系统的正常运行，从而大大减少了设备故障率，保证了系统的稳定性和可靠运行。

2.3 紧急电话系统信号传输

在各隧道变电所内配置一台PON-OLT设备，隧道内每个紧急电话分机位置各配置一台PON-ONU设备，用光纤将相隔的分机PON-ONU设備通过分光器串接起来，并与PONT-OLT之间组成光纤网络呼叫，PON-OLT的GE光口通过光纤直接上联至隧道管理站三层交换机。

3 结语

虽然传统光纤型紧急电话系统具有施工简单、投资较少的特点，但由于在组网方式方面存在的一些弊端和缺陷，往往会出现环形或者链形网中因某一个分机故障，而导致其它与之相连的电话都不能正常工作的情况，所以运行故障率较高，从而影响整个系统的稳定性和可靠性。经过对原有技术方案的研究比较，提出采用基于EPON组网技术的紧急电话系统，该系统综合了PON技术和以太网技术的优点，具有低成本、高宽带、扩展性强、灵活快速的服务重组与现有以太网的兼容性好等特点。其最大的优点在于组网方式采用各个隧道独立组成环网，各个隧道环网之间相互独立、互不影响、互不干扰，极大地提高了系统的稳定性和可靠性，保证了整个系统的稳定运行。

目前该套紧急电话及广播系统的改进方案已经成功应用于宝天高速公路隧道中，并且运行稳定可靠，达到了预期目的，为今后高速公路隧道紧急电话的设计和施工提供了成功应用实例，具有一定的借鉴意义。

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