為了杜絕由于行業(yè)營運商自行開挖城市道路敷設(shè)管道，導(dǎo)致重復(fù)開挖、浪費地下空間資源、施工混亂等弊病，現(xiàn)在已有在市政管道線路建設(shè)中采用新型綜合管溝技術(shù)，以實現(xiàn)一次挖埋、一次建設(shè)、一次安裝、最大限度減少了路面開挖次數(shù)，避免了由于道路開挖影響城市交通和市民出行，提高了道路的完好率和管線的耐用性，既保護了街容街貌，又為城市發(fā)展預(yù)留了寶貴的地下空間資源。

　　項目背景

　　云南省昆明市廣福路與昆洛路是昆明主城與呈貢新城、以及沿滇池大昆明城市圈的中心走廊。這兩條道路交通功能完備，隨之配套的沿線電力、電信、自來水、煤氣、消防、雨污水管等地下管線的建設(shè)也成為一個重大的市政問題。針對昆明市這樣兩條重要道路的管網(wǎng)，項目計劃采用新技術(shù)對二路的管網(wǎng)進行改造，并實現(xiàn)城市道路地下管網(wǎng)的現(xiàn)代化管理。

　　已建的廣福路與昆洛路沿線綜合管溝全長約34公里，設(shè)計每隔400米劃分為一段。綜合管溝箱體采用鋼筋混凝土單孔矩形箱涵結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為4.7米×3米，其內(nèi)部凈尺寸為4米×2.3米。綜合管溝設(shè)置用于通風(fēng)的通風(fēng)口、用于放入大型設(shè)備或材料的投料口、供人員進出管溝的出入口及各種支線引出口，管溝能非常方便將各種管線引入或引出。

　　對于這樣一個龐大的地下綜合管線建筑，需要對綜合管網(wǎng)的設(shè)備運行及安全防范狀況進行實時檢測和監(jiān)控。在管網(wǎng)控制中心，要能對整個管網(wǎng)實現(xiàn)智能監(jiān)控和監(jiān)視。譬如，作為沿線重要的電力和通訊系統(tǒng)線網(wǎng)，將涉及到沿線各子系統(tǒng)的正常運行。為了實現(xiàn)管溝內(nèi)部設(shè)備的綜合管理，需要對各區(qū)域管溝實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控，所以集中管理具有十分重要的意義。

　　為了實現(xiàn)綜合管理，在綜合管溝的內(nèi)部每隔400米設(shè)置有一道防火門，在兩防火門之間為一個接入?yún)^(qū)域。每個區(qū)域需要向控制中心上傳視頻信號、區(qū)域內(nèi)進出井蓋的狀態(tài)信號、出入門和防火門按鈕信號，以及區(qū)域與中心之間的IP電話、自動控制網(wǎng)絡(luò)信號。整個管路系統(tǒng)由控制中心的集成平臺負責(zé)運行監(jiān)控，實現(xiàn)對各子系統(tǒng)的具體管理，同時也提供一些擴展的功能，以滿足各子系統(tǒng)的功能需求，使整個系統(tǒng)能夠更加可靠、穩(wěn)定地運行。

　　本管溝智能化監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)計了98個前端監(jiān)測區(qū)域，每個區(qū)域包含1~4路視頻，共計255路視頻。同時每個區(qū)域包含供出入口和防火門使用的6路正向和2路反向開關(guān)量信號、多路低速232/485數(shù)據(jù)、以及IP電話和自動控制系統(tǒng)。為了滿足沿線視頻監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)檢測及自動控制、電話通訊的需求，系統(tǒng)設(shè)計本著多系統(tǒng)協(xié)同運行，一體化統(tǒng)籌傳輸?shù)睦砟睿O(shè)計考慮使用一個共享的光纖網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各類信號的傳輸。

　　從管溝情況和管理要求可以看出，該系統(tǒng)存在前端點位多、分布廣泛、附帶數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、可用光纖資源少等特點，如采用傳統(tǒng)點對點(前端點與中控點)方式，則光纖資源消耗將非常大，所以設(shè)計考慮選用一種高效、可靠的新型傳輸方式來滿足該工程多種類、多點數(shù)信號傳輸?shù)男枨蟆?[nextpage]

　　設(shè)計考慮

　　傳輸方式選擇

　　根據(jù)本項目前端區(qū)域環(huán)境溫濕度可控性差的特點，要實現(xiàn)在前端監(jiān)測點錄像困難較大，因此設(shè)計將所有前端區(qū)域視頻和控制數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)娇刂浦行倪M行監(jiān)看和錄像，監(jiān)測區(qū)域與中心之間的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和開關(guān)量控制數(shù)據(jù)也同時傳輸?shù)娇刂浦行摹Ｓ捎谇岸藬?shù)量多，對系統(tǒng)傳輸方案有比較嚴(yán)格的要求。

　　在傳輸方案選擇上，通常有以下幾種方式可供選擇。

　　1、用點對點光端機進行傳輸

　　按照需求，前端有98個監(jiān)測區(qū)域，點對點方式則需要為各個節(jié)點分別配置相應(yīng)的視頻/數(shù)據(jù)復(fù)用光端機和光纖。該方案除需要占用非常多的光纖資源，又由于前端設(shè)備配置差異較大，即使建成點對點系統(tǒng)，也將存在系統(tǒng)故障排查困難等一系列問題。此外，點對點光端機通常路數(shù)較少，中心設(shè)備管理維護會十分耗費人力。所以不可能考慮點對點方式。

　　2、采用波分復(fù)用技術(shù)進行逐點插入傳輸

　　為了節(jié)約光纖資源，可以采用粗波分復(fù)用技術(shù)，不同的光端機在一芯光纖內(nèi)使用不同的波長進行傳輸。在本項目中，可以將每個前端監(jiān)測點的視頻、數(shù)據(jù)等采用一個波長傳回中心，這樣各個前端節(jié)點回傳到中心的信號互不干擾。而在管理中心，反向信號采用統(tǒng)一的波長進行回傳，由各個前端節(jié)點進行接收。

　　但是，由于工程中所使用光纖的局限，常規(guī)的G.652標(biāo)準(zhǔn)光纖通常只能使用8個左右波長(通常為1470~1610um)，因此，該方式仍然存在前端節(jié)點數(shù)量的限制，通常前端節(jié)點數(shù)量在8個左右，所以就98個前端點光纖占用量仍較大。

　　此外，采用該方式進行傳輸，前端設(shè)備的傳輸波長以及設(shè)備本身通常為定制產(chǎn)品，所以，前端設(shè)備不可互換問題嚴(yán)重，如系統(tǒng)發(fā)生故障受制于維修周期，恢復(fù)時間長;采用備件的方式又存在設(shè)備的兼容性問題。因此，該傳輸方案在實際應(yīng)用中也有諸多不可接受的弊端。

　　3、采用時分復(fù)用技術(shù)進行節(jié)點插入傳輸

　　基于時分復(fù)用技術(shù)的節(jié)點光端機，采用分割時隙的方式完成多路視頻的復(fù)用傳輸。該技術(shù)可在一芯光纖上同時插入多個節(jié)點，每個節(jié)點通過分配到的時隙，將視頻等信號在中心接收機實現(xiàn)統(tǒng)一輸出，從而完成視頻、數(shù)據(jù)等類信號的實時傳輸。

　　得益于時分復(fù)用技術(shù)，該類型的前端節(jié)點光端機只需要分配到時隙即可實現(xiàn)信號的傳輸。因此，其前端節(jié)點光端機可以進行任意互換，方便了系統(tǒng)管理。該系列光傳輸系統(tǒng)上集成了網(wǎng)管功能，設(shè)備運行情況在管理中心一目了然，極大地節(jié)省了人力成本。

　　該技術(shù)節(jié)點插入式光端機分為十節(jié)點和百節(jié)點兩類。十節(jié)點光端機支持在一芯光纖中最大支持10個節(jié)點插入。百節(jié)點光端機支持最大100個節(jié)點插入。系統(tǒng)中每個節(jié)點支持1~4路視頻接入，最大可擴展至20路，全網(wǎng)支持2000路視頻接入，最大同時傳輸128路無損視頻圖像至管理控制中心。

　　此外，該系列百節(jié)點光端機支持環(huán)型、相切環(huán)、鏈型、星型等多種拓撲結(jié)構(gòu)，支持采用環(huán)網(wǎng)的方式進行傳輸，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　以某公司自愈環(huán)光端機為例，該光端機具備多達100個節(jié)點的接入能力，適用于光纖資源有限的逐點插入特性的場合，采用冗余環(huán)狀拓撲結(jié)構(gòu)，具有極高的安全性。每個環(huán)路最多可接入100個前端接入設(shè)備，中心交換設(shè)備可切換輸出128路視頻，每個節(jié)點可接入1-4路視頻帶二路雙向數(shù)據(jù)、二路反向數(shù)據(jù)和1路百兆以太網(wǎng)信號(單節(jié)點可擴展至最大20路視頻、10路雙向數(shù)據(jù)、10路反向數(shù)據(jù)和1路以太網(wǎng)信號)，整體系統(tǒng)傳輸交換能力為2000X128，支持操作鍵盤實現(xiàn)切換2000路接入視頻到128路輸出視頻的全交叉調(diào)用。

　　考慮到本系統(tǒng)中大量視頻圖像需要實時傳回中心，進行實時圖像錄像，這要求傳輸系統(tǒng)具備強大的傳輸容量，且要求系統(tǒng)具備多節(jié)點插入傳輸功能，所以基于時分復(fù)用技術(shù)的百節(jié)點光端機便能很好地完成本工程98個節(jié)點的視頻圖像以及相關(guān)多種類信號的傳輸。

　　綜合本系統(tǒng)實際，根據(jù)系統(tǒng)視頻、數(shù)據(jù)接入的位置和系統(tǒng)的光纖資源分布，為系統(tǒng)配置了98臺百節(jié)點接入光端機。由于管理中心設(shè)置于廣福路與昆洛路兩條路的中心交叉處附近，管理中心與系統(tǒng)前端之間設(shè)置了4條光纖環(huán)路，每條環(huán)路采用兩芯主干光纖，使系統(tǒng)的任意一條環(huán)路都具備了在光纖出現(xiàn)單點斷裂的情況下仍能保持正常工作的能力。 [nextpage]

　　傳輸可靠性措施

　　節(jié)點式傳輸中，由于鏈路較長、插入點多，所以對光纖資源的可靠性要求也逐漸增加。相對于點對點光端機傳輸，多點插入式傳輸，某節(jié)點故障帶來的影響會更大。下面提出二種故障的保障性措施。

　　1、節(jié)點掉電故障保護

　　節(jié)點機的供電將會影響到系統(tǒng)可靠性。因此，采用光路保護功能是必要的，參見圖1。

圖1 節(jié)點掉電故障光路保護功能示意圖

　　如圖1在某個節(jié)點出現(xiàn)掉電故障后，節(jié)點光端機內(nèi)置的光路保護功能將使得光路可以跳過該故障節(jié)點，不影響到前后節(jié)點圖像等信號的傳輸。在故障節(jié)點恢復(fù)供 電后，該節(jié)點的運行自動恢復(fù)。該光路自保護功能，為防止節(jié)點供電故障而影響系統(tǒng)正常運行起到了關(guān)鍵的作用。

　　2、光纖斷裂傳輸保護

　　對于點對點系統(tǒng)，如果某點光纖斷開，僅只影響某單個節(jié)點。而對于插入式傳輸系統(tǒng)，如果出現(xiàn)光纖斷裂，如圖2所示的結(jié)構(gòu)，則光纖斷裂處的后續(xù)節(jié)點就不能與控制中心實現(xiàn)雙向的信號傳輸。

圖2 鏈?zhǔn)絺鬏敓o法屏蔽單點鏈路故障圖

　　鑒于此，在本工程中，系統(tǒng)采取了環(huán)狀架構(gòu)來保障信號的傳輸，環(huán)路具備自愈功能，在任意點出現(xiàn)光纖斷裂，系統(tǒng)會重新指定所使用的光線傳輸路徑，從而達到不間斷傳輸?shù)墓δ堋Ｅc此同時，系統(tǒng)中心的網(wǎng)管軟件可以根據(jù)故障情況進行提示，提醒用戶對出現(xiàn)異常的光路進行檢查。光纖環(huán)路架構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 環(huán)路自愈功能，自動屏蔽故障的光纖

　　該系統(tǒng)中，同時采用了組環(huán)和光路保護功能，可以屏蔽任意節(jié)點斷電故障，并具備在鏈路上單點光纖斷裂后仍可以正常維持整個系統(tǒng)的運行，由此，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 [nextpage]

　　設(shè)計及實現(xiàn)

　　本次項目前端配置98臺節(jié)點光發(fā)射機和98臺開關(guān)量采集器，中控室配4套百節(jié)點光接收機等，總共組成4套傳輸鏈路，實現(xiàn)255路視頻、網(wǎng)絡(luò)以及開光量信號的傳輸。每套百節(jié)點光端機均采用兩芯主干光纖形成自愈環(huán)，同時每節(jié)點含光路保護功能，在最大限度節(jié)約光纖資源的同時也為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了強有力的安全保障，具備抵抗光纖出現(xiàn)單點斷裂情況下，即使某個設(shè)備出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)斷電情況下，系統(tǒng)仍然可以正常運行，保證了任何節(jié)點的傳輸設(shè)備損壞或任何一點光纖斷開都不會影響其他節(jié)點設(shè)備和中心的通信。

　　本方案采用兩芯光纖組成單纖自愈環(huán)網(wǎng)，由于節(jié)點數(shù)量較多，為了平衡每個節(jié)點間以及節(jié)點到中心的距離，所以沒有采用在1芯光纖上逐點接入的方式，而是采用在2芯光纖上跳接設(shè)備的方式，保證了傳輸結(jié)構(gòu)的合理，兩條光纖在最遠端匯合于節(jié)點設(shè)備上，合理地分布了設(shè)備之間的鏈路中繼距離，其結(jié)構(gòu)示意如圖四。

圖4 接入點分布情況圖

　　該系統(tǒng)中所有前端視頻圖像和其它信號經(jīng)過前端節(jié)點光發(fā)射機接入主干光纖，每個節(jié)點光端機最大接入4路視頻圖像，提供反向2路共享RS422信道，用于傳輸前端快球的控制信號。同時每個節(jié)點構(gòu)建2路雙向獨立數(shù)據(jù)信道供前端控制設(shè)備與中心進行連接，本系統(tǒng)中其中1路用于傳輸開關(guān)量信號。前端的開關(guān)量信號通過開關(guān)量采集器，轉(zhuǎn)換為RS422信號進入百節(jié)點光端機進行統(tǒng)一傳輸。每個節(jié)點機提供的100M共享以太網(wǎng)用于傳輸自控系統(tǒng)信號和IP電話信號。

　　所有前端接入信號在中心接收機上進行統(tǒng)一輸出，在中心接收機上通過相應(yīng)的板卡來提供相應(yīng)的接口。在系統(tǒng)容量需要增減時，通過增加前端發(fā)射機以及中心板卡，即可實現(xiàn)鏈路視頻、數(shù)據(jù)、音頻、電話、開關(guān)量的擴展。

　　系統(tǒng)中共有4套64節(jié)點光傳輸接收設(shè)備，視頻信號從64節(jié)點接收機8路視頻輸出板輸出到視頻分配器，共使用16臺視頻分配器對255路視頻進行復(fù)制分配，一組輸出到硬盤錄像機進行錄像，另一組輸出到矩陣，供電視墻使用。矩陣通過模擬鍵盤進行切換控制，硬盤錄像機通過客戶端軟件瀏覽實時視頻及錄像資料。

　　攝像機的PTZ控制信號在中心通過多協(xié)議轉(zhuǎn)換器進行連接，4臺接收機的控制端口與多協(xié)議轉(zhuǎn)換器控制輸出口相連，多協(xié)議轉(zhuǎn)換器支持多種協(xié)議輸入，可實現(xiàn)多種設(shè)備控制前端攝像機，也就是說通過矩陣和硬盤錄像機都可對可控攝像機的PTZ進行控制，可以為后臺客戶端通過網(wǎng)絡(luò)方式訪問系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)4臺節(jié)點傳輸接收端的網(wǎng)絡(luò)信號連接到交換機，通過交換機接入到自控系統(tǒng)電腦以及IP電話服務(wù)器。報警信號由4臺64節(jié)點接收機全輸出到開關(guān)量采集器的接收機，將前端的開關(guān)量信號輸出給報警系統(tǒng)主機，由報警主機實現(xiàn)系統(tǒng)的布防、撤防以及聲光聯(lián)動。通過報警碼轉(zhuǎn)換器將報警主機的報警碼轉(zhuǎn)換為矩陣能夠識別的報警信號，由矩陣實現(xiàn)圖像聯(lián)動報警，當(dāng)綜合管溝內(nèi)部發(fā)生報警時，報警區(qū)域附近的攝像機圖像在指定布防監(jiān)視器上自動彈出。

　　結(jié)語

　　昆明市廣福路與昆洛路綜合管溝工程及基于光纖環(huán)網(wǎng)的管溝綜合監(jiān)控平臺為同類型市政綜合管網(wǎng)建設(shè)起到了示范作用。但是，由于市政綜合管網(wǎng)建設(shè)的特性，其應(yīng)用功能龐大、節(jié)點數(shù)量眾多、分布情況復(fù)雜，同時，可利用傳輸資源又非常有限，因此如何適應(yīng)實際情況，拓展更多應(yīng)用業(yè)務(wù)，是綜合管網(wǎng)設(shè)計和建設(shè)中首先需要解決的一道難題。

　　本方案基于時分復(fù)用技術(shù)節(jié)點插入光端機，以及百節(jié)點自愈環(huán)傳輸系統(tǒng)的正確選用是工程得以成功實施的關(guān)鍵。該工程及應(yīng)用技術(shù)的特點是：能夠利用有限的光纖資源，通過2芯光纖插入100個節(jié)點，最大可接入2000路視頻資源，最大同時傳輸128路視頻，附帶的通道可以支持128路以上的低速數(shù)據(jù)，同時可以選擇支持128路雙向語音信號，并可以為每個節(jié)點提供1路100M共享以太網(wǎng)通道。此外，通過附加相應(yīng)設(shè)備，可以實現(xiàn)開關(guān)量、E1等常用數(shù)據(jù)格式的傳輸。