低真空管道磁悬浮试验园区通信方案研究

摘要：低真空管道超高速磁悬浮列车具备高速、低能耗、低污染等特点，其应用将推动“超级城市群”的资源优化配置，提高人员及货物流动性，加速经济发展，实现清洁低碳、高效快速出行的新型交通运输方式。在试验线建设过程中，通信设计应满足试验园区智能化、数字化的统一管理需求，为园区提供安全防护、系统互通互联、实时监控等服务。本项目在试验控制中心设立数据中心，为园区各系统提供统一调度平台。

关键词：低真空管道；超高速磁悬浮；园区智慧系统；安防系统；视频监控系统

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.019

中图分类号：U 266.4 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）10-00-03

Research on Communication Scheme for Low Vacuum Pipeline Maglev Test Park

Abstract： Low vacuum pipeline ultra high speed maglev has the characteristics of high speed， low energy consumption， and low pollution. Its application will promote the optimization of resource allocation in "super city clusters"， improve the mobility of people and goods， accelerate economic development， and achieve a new type of transportation mode that is clean， low-carbon， efficient， and fast. During the construction of the experimental line， the communication design should meet the unified management requirements of intelligent and digital testing in the park， providing security protection， system interconnection， real-time monitoring and other services for the park. This project will establish a data center in the experimental control center to provide a unified scheduling platform for various systems in the park.

Keywords： low vacuum pipeline; Ultra high speed maglev; park intelligent system;security system; video monitoring system

1 研究背景

《交通强国建设纲要》中指出至2035年基本建成现代化综合交通体系，综合立体交通网络由铁路、公路、航运、水运、管道等运输模式构成。目前我国高铁“八横八纵”已基本建设完成，高铁的开通对沿线地区经济具有强有力的带动作用，然而，相比民航运输方式，高铁的通勤时间仍存在巨大提升空间。超高速磁悬浮列车因其市域通勤便利、通勤时间短等特点，成为新一代轨道交通的研究方向。

当列车超高速行驶时，空气阻力是车辆运行能耗的主要障碍，当列车运行速度超过400 km/h时，采用高铁开放式结构无法对运行噪声进行收敛处理，同时运行时高密气压对于线路周边环境的影响较大，给设计施工及商业运营带来经济性挑战。为贯彻节能、环保的理念，采用低真空管道模式可对运行噪声进行收敛，同时大大减少因空气阻力带来的运行能耗。相关参数关系为：

式中，为空气阻力；Fs为空气阻力；ρ为空气密度；为车体迎风横截面积；为车辆运行速度。

2 项目概况

试验线的建设用于实现常压环境下不低于400 km/h（稳定悬浮状态）悬浮推进演示验证以及低真空环境下600 km/h高速性能验证，完成超导电动悬浮稳态性能、悬浮态耦合动力学性能、车辆悬挂性能、高精度定位测速性能等主要性能验证；同时，完成单节试验车动态环境下结构密封承载性能、结构降噪性能、磁屏蔽性能、客舱内供气调压性能验证，以及耦合动力学性能、稳定运行包络性能验证。全尺寸试验线线路为单管单线，直线，无水平曲线，横坡角0°，纵坡角≯10‰，线路支撑轨基准面距地面≯10 m，在正线起始端有一段过渡舱，过渡舱后有一段接驳装置，轨道旁预留电缆铺设沟槽。

3 需求分析与规划

3.1 场地需求

低真空管道磁悬浮试验园区应满足测试时线路及配套场所用地要求，其中工程涉及的场区主要包含车辆停放库、试验研究及配套生活区。用于满足测试人员的工作、住宿及生活需求。因此为场地配备生产区1处，场内设置综合办公楼、试验控制中心、真空泵房、维修厂房等房屋，满足生产需求。为满足测试人员生活需要，园区配备生活场区1处，区内设置综合办公楼、宿舍、食堂、给水所、锅炉房、变配电所、污水处理站、车辆停放库等房屋。

园区供电系统要满足供电安全可靠性需求，兼顾投资经济性，为维修、管理创造便利，降低运营成本。园区在检修基地新建110 kV高压变电所一座，降压变电所一座，为场区提供能源保障。

3.2 通信信息需求

低真空管道磁悬浮试验园区采用物联网自动化控制、5G公网覆盖、大数据及云计算等技术，实现园区智慧化管理、统一调度功能。园区构建统一平台用于各系统数据接入，实现各子系统数据交互、系统联动、信息共享功能，平台可根据采集数据进行分析，相比历史数据进行经验总结，实现园区智慧化管理。

园区内规划建设一个高能效的数据中心，实现园区信息的集中处理、存储、传输、交互、管理。数据中心的服务器采用模块化架构设计，按照应用系统的功能划分多个服务器区，各服务器区由数量不等的服务器组成服务器群，用于共享部署同一类型的应用系统。数据中心的存储系统的架构目标是简化，做到分配灵活、管理集中、扩展方便、性能优异、支持灾备。

3.3 园区通信、弱电设备机房规划

经场地需求分析及通信信息需求梳理，结合园区功能、建筑物设置情况，在园区综合办公楼设置通信弱电设备主机房，应建于数据中心旁边，或与之合建；试验控制中心设置通信信息设备机房，其他变配电所、宿舍等建筑单体分别设置弱电间。

4 研究方案

参照《铁路通信设计规范》（TB10006—2016）、《高速铁路通信工程细部设计和工艺质量标准》（Q/CR 9520—2018）等规范[1][2]，低真空管道高速磁悬浮园区构建应包含综合布线、计算机网络、电话交换、会议电视、安全防范、机房环境监控等系统。

4.1 综合布线系统

本工程综合布线参照《综合布线系统工程设计规范》（GB50311—2016），包含设备间子系统（通信弱电设备主机房配线）、建筑群子系统（园区建筑物间通信线路）和各建筑物内综合布线子系统[3]。信息点模块和线缆采用标准模块及六类非屏蔽双绞线，保证系统数据传输速率可以达到1 000 Mbps。工作区面积划分及信息点设置按每5～10 ㎡，2～6个信息点考虑（如表1所示）。

园区综合布线考虑公网各运营商5G通信接入条件。在信息点布设、设备用房和用电、园区弱电沟槽管洞预留5G通信接入容量，为实现园区5G覆盖提供便利条件。

4.2 专用计算机网络

园区专用计算机网络按综合局域网、业务专用网络两个网络构建，两个网络物理隔离、相互独立，或通过网闸、防火墙等技术手段，以确保运营类管理系统安全、可靠运转。综合局域网为园区信息办公网、电话、视频会议、有线电视等通信网络，并通过专用、安全的通信通道与上级单位网络或互联网连通。业务网用于承载园区设备运行、安全防范等专用业务。

4.3 通信光传输网络

为满足园区和试验线信号、供电等专用设备的通信需求，园区和试验线设置基于同步数字系列技术的光传输系统。系统采用骨干和接入一层结构，实现可靠的系统自愈环保护方案。

4.4 电话交换

园区电话交换系统采用软交换，在园区通信弱电主机房设置软交换中心控制设备，通过综合局域网为用户提供IP电话业务。系统通过语音网关和专用中继线与上级电话网或公网电话互连。

4.5 会议电视

会议电视系统通常用于远程指挥管理，该系统具备同时传输语音、图像及数据功能，相比其他系统在时效性、准确性上更具优势，可帮助各部门之间、总部与分部之间争取时间、获取信息、及时决策，是上级任务、指示及时传达到每一个人员的保障，另外，便于技术人员通过系统与异地专家协调、沟通、研讨。

系统由会议电视中心设备（MCU）、会议电视终端（会场设备）、音视频传输通道以及网管设备等组成，系统基于H.323架构组建，压缩编码方式为H.264，视频传输通道利用安防数据网进行承载。本园区暂按设置会议电视终端（会场设备）方式设计，接入上级既有会议电视MCU设备。

4.6 安全防范

试验园区安全防范系统应在重点区域对车辆、人员进行统一管控，其中入侵报警系统实现对人员非授权侵入行为的报警、驱离功能，人员出入管理系统实现对授权人员进出试验区域的管理功能，园区停车场及车辆出入口设置车辆出入管理系统。

4.6.1 园区安防平台

园区构建安全防范一体管理平台，利用数字化园区技术，将园区内安装的所有视频设备在数字地图上进行标注和管理。通过数字地图，可查看和控制自己有权限的视频设备，完成园区内视频安防监控系统、入侵报警系统、门禁系统、车辆出入管理系统、公共广播系统、设备管理等的联网、互动、信息共享，传递数据和统一管控。安全防范管理平台满足与消防报警，设备自动化等联动、联控要求。园区安防监控中心设置系统管理、报警终端。

4.6.2 视频安防监控系统

园区视频安防监控系统具备智能人脸识别监控，实时完成人脸检索抓拍，系统完成数据存储分析。可根据输入的人脸照片，检索出人员出现地点及时间的数据。对存入黑名单数据库的人员照片与实时抓拍的人员信息智能对比分析报警。并可通过照片查询指定时间段内人员的活动轨迹。系统分为园区视频监控和重点房屋视频监控两部分。

（1）园区视频监控。试验园区视频安防监控系统设置两个骨干节点，实现系统故障冗余功能，交叉接入视频管理、储存设备，采用宽带网络IP SAN、视频云存储技术，从而通过虚拟化技术自动重新分配数据，提高存储空间的利用率，同时具备负载均衡、故障冗余功能。系统对园区各视频安防监控点位数据进行统一转发、存储和集中管理。

在园区数据中心、指挥室、园区值班和主要门卫处设置视频监控大屏和视频监控终端，系统对重要事件或突发事件进行及时、自动地录像，便于进行事故追忆和责任追究。

在园区出入口、外围围墙、主要路口、各建筑物入口、重要设施、试验线等处所设置视频监控采集点，采集点均采用高清摄像机，图像信息就近接入周围业务交换机，汇集至骨干视频节点。室外摄像机至视频交换机采用光纤通道传送图像信息。

（2）重点房屋视频监控。本项目在试验园区试验控制中心及综合办公楼出入口、调度室及重点机房、过道等区域采用壁挂方式设置室内视频采集点，采集点均采用高清摄像机，图像信息就近接入周围业务交换机。

4.6.3 入侵报警系统

在园区围墙、重要部门设置入侵报警设备，通过各级安防交换机实现报警信息传输和汇集。园区围墙入侵报警建议采用电子围栏与视频联动方案；重要部门入侵报警建议采用震动光纤与视频联动方案。

在园区管理部门值班室设置声光报警器和主控制键盘。

4.6.4 人员出入管理系统（门禁系统）

门禁系统分为园区出入口门禁、重要建筑物门禁。所有门禁具有人脸识别和一卡通等功能，门禁系统能够实时显示人员进出情况、人员基本信息管理，并实现门禁卡读写、修改、管理等功能。园区通信弱电主机房设置系统人员进出服务器，大门门卫处设置管理终端。

（1）园区出入口门禁。在qs6RrKZvEVQhT70dALLCw1gdHxKMNfyKwlqaoJgo1oA=园区主、次出入口设置门禁设备，就近接入各门卫处设置门禁控制主机，上联接入园区安防平台。园区出入口门禁具有访客对讲功能。

（2）重要建筑物门禁。园区重要建筑物出入口和重要机构房门设置门禁设备，就近接入业务网络，上联至园区安防系统。实时显示对应地点人员进出情况、人员基本信息。

5 结束语

低真空管道磁悬浮技术的开发意义重大，可以提升交通运输效率、节能环保，还可以促进区域经济发展和引领未来交通方式变革。在建设园区时，为了确保低真空管道磁悬浮园区的正常运行和管理，通信设计为工程建设过程中重要的一环。在通信设计中，需要充分考虑数字化、智能化管理需求，确保通信系统的高效性、可靠性和安全性。

参考文献

[1] 铁路通信设计规范：TB10006-2016[S]．

[2] 高速铁路通信工程细部设计和工艺质量标准：Q/CR9520-2018[S]．

[3] 综合布线系统工程设计规范：GB50311-2016[S]．