北京地铁应急事件政务网络信号覆盖方案及演练

【摘要】文章简述了地铁突发事件政务网络信号覆盖的应急演练背景,对北京地铁隧道传播模型在理论上进行了论证,分析了演练的两种覆盖技术方案及覆盖场强,最后对该次演练的效果进行了总结。

【关键词】北京地铁 TETRA 应急演练 覆盖场强

北京无线政务网概述

经过7年多的稳步建设和运营,北京市数字集群无线政务网(亦称北京正通数字集群网),已经成为全球最大的城市级数字集群网络,该网络由北京正通网络通信公司建设和运营,由EADS(欧洲宇航防务集团)提供全部TETRA数字集群系统设备,网络中现有6个EADS DXT交换机,300多个EADS TB3基站,网络覆盖了北京市城八区,郊区平原地区、主要高速公路、重要旅游景区以及重点建筑物,并针对奥运通信保障的要求实现了对北京市所有奥运场馆、签约酒店,以及各条地铁运营线路以及首都机场等区域的覆盖。

目前,北京市数字集群无线政务网,主要服务于市委市政府、应急办、公安、交管、武警、医疗急救、城管、司法、电力、水利等各个政府及应急相关部门。作为国内第一个数字集群政府共享网络,该网络已经成为北京市城市管理、突发公共事件处置指挥调度专用网,提高了政府各部门的指挥通信效率,用户反应良好,并多次圆满完成了全市重要事件的通信保障工作。如“北京国际马拉松接力赛”、“布什访华”、2006年“春节”和“两会”通信保障、中非论坛等重大勤务工作,在北京的大型活动中发挥了重要作用。特别是在全球瞩目、规模空前的第二奥林匹克运动会中,北京无线政务网圆满完成奥运会通信保障任务,在网用户8.6万,从18个区县的火炬传递,到奥运会、残奥会开幕式、闭幕式,以及历时近二个月的各项赛事,北京无线政务网经受了大话务量的冲击,确保了网络的安全、稳定运行,实现“节俭奥运”和“平安奥运”的双丰收,得到了北京市委、市政府、奥组委、市公安局以及相关用户单位的充分肯定。

2北京无线政务网地铁信号覆盖及演练

地铁是目前世界上能够有效解决大中型城市人们出行最为便捷、经济和高效的一种交通工具。北京地铁始建于1965年7月1日,1969年10月1日第一条地铁线路建成通车,使北京成为国内第一个拥有地铁的城市。到目前为止北京地铁运营线路包括有1号线、2号线、4号线、5号线、10号线一期、13号线、八通线、奥运支线和机场专线,运营线路总里程200公里,共有123座运营车站。北京作为国际化大都市,人们出行的需求日益增加。2009年以来北京地铁日峰值客流达350万人次,运量运能矛盾突显,运行中的故障及事故时有发生。

一旦在地铁内发生了事故由于地铁环境特殊,给灾情的侦查和灾害的施救带来很大的困难。在事故发生后及时有效的恢复地下与地上的指挥调度通讯是保证抢修救灾工作顺利开展的先决条件。

由于北京市无线政务网是北京市公安、消防等重要部门的指挥调度手段。所以,当灾情发生时地下空间的无线政务网覆盖问题就成为了指挥调度通信保障的首要问题。

因此,出于对地铁应急事件中政务网络信号覆盖的全面考虑,北京市政务网络管理中心倡导并组织北京无线政务网运营商北京正通公司、北京地铁通号公司进行了一次地铁突发事件政务网络信号覆盖的应急演练。这次演练从技术方案的研究、人员的调度安排到软硬件准备工作的完成历时两个月,于2009年6月15日凌晨在北京地铁1号线五棵松站顺利进行。演练中对地铁站台和地铁隧道政务网络信号的覆盖范围、信号强度等多项指标进行了全面测试。

2.1 技术论证

建立隧道传播模型,无线电波在隧道中传播时具有隧道效应,信号传播是墙壁反射与直射的结果,直射为主要分量。根据北京地铁隧道的几何结构结合电磁波的传播特性,对自由空间传播衰耗模型进行了修正。

修正后得到下式

Lpath=20lgf+30lgd-14.87dB

对模型进行仿真后得到如图1所示结果:

2.2 应用可行性

假设覆盖距离为800米,经过计算数字集群下行信号衰落:

L=20lg866MHz+30lg800m-14.87

=130.97dB

如果用10W直放站覆盖,直放站的输出为40dBm,为了保证直放站的稳定工作选2dB的回退量,直放站输出为38dBm,采用增益为8.5dB的对数周期天线,链路计算如下:

P手台收=39dBm-0.5dB(跳线损耗)+8.5dB-130.97dB

= -83.97dBm

根据计算得知,隧道内在800米处手台的理论接收电平值为-83.97dBm,已经接近-85dBm的通话质量保证门限,用10W的直放站覆盖800米已经是覆盖极限。经过调研北京地铁1号线最大站间距为3.74公里最小站间距为0.424公里,1号线最大站间距为2.228公里最小站间距为0.824公里,按照最坏的情况,如果事故正好发生在站距最长隧道的中间部位,再使用此方案事引入点就不能选择在站台的隧道口,而是应该选择距离事故点最近的隧道通风口将馈线及天线放入,从而使事故点及救援通道内都能够有较好的数字集群信号覆盖。

2.3 覆盖技术方案

针对地铁空间覆盖需求的特点基本决定采用应急通信车+直放站的方案。根据对不同灾难的场景的分析和测试,最终确定对于站台事故首选射频直放站、对于站台及隧道内联合事故首选光纤直放站的技术方案。

方案一:应急车+射频直放站的方式。如图2所示,用同轴电缆将应急车基站的双工信号引入地下,使用射频直放站对信号双工放大,经过全向天线发射到空间中。地铁站内的站厅站台空间大部分为视距覆盖,使用射频直放站和全向天线可以很好的满足大部分空间的覆盖,如果临时需要覆盖隧道内的较近距离,可以在隧道口架设TMO/DMO网关。

站台内覆盖场强如图3所示。射频直放站下行输出功率为38dBm(6.3W),天线在东侧进站口第一节台阶上,东侧进站口及候车站台电平值在-66dBm以上,通话质量良好,西侧检票口及两侧出口电平值稍弱,在-67dBm至-86dBm之间,通话质量良好。网关转发器天线位置在站台西北角处,指向五棵松至玉泉路的隧道,进入隧道约400米信号良好,400米至800米信号渐弱至-94dBm左右,800米至1100米信号微弱通话断续,1100米以外无信号覆盖。按照相关室内覆盖标准,优于-85dBm为有效覆盖,东侧进站口及候车站台西侧检票口可以通过射频直放站得到有效的覆盖,在隧道口架设TMO/DMO网关可以使隧道内320米内得到有效的直通模式覆盖。

方案二:应急车+光纤直放站系统的方式。如图4所示,应急车基站的双工信号直接引入光纤直放站系统的近端机,经过近端机将射频信号转换成为光信号,通过光缆引入地下,在地下光分路器将送来的光信号均分为两路分别送给光远端1(站厅)和光远端2(隧道口),光远端机将光信号还原为射频信号并进行功率放大,经过天线发射到空间中。光远端1位于东侧站厅发射功率为38dbm(6.3w)天线(5.5dBi全向)在东侧进站口第一节台阶上,光远端2位于站台西北侧隧道口,实际发射功率37.5dBm(5.62w),天线为最适合覆盖隧道内的对数周期天线(8.5dBi)。

该方案下的覆盖场强如图5所示。光纤直放站天线在东侧站台检票口位置,东侧进站口和候车站台信号在-66dBm以上,西侧进站口和两侧信号在-76dBm以上,光纤直放站覆盖隧道的天线位置在站台西北角处,指向五棵松至玉泉路的隧道,进入隧道约500米信号良好,500米至1000米信号渐弱,1000米至1200米信号断续,按照优于-85dBm的标准,隧道内的有效覆盖距离为830米。

2.3演练总结

通过实际的演练,技术方案的可行性和实际覆盖效果得到了验证。从演练的时间上看,应急车通信车的开通时间为15分钟,光纤直放站系统的架设和开通用时为16分钟(当人员充足的时候两个步骤可以同时进行),单一架设射频直放站的开通历时约为13分钟。从覆盖效果上看,两种覆盖方案均可以满足站厅站台的覆盖,光纤直放站配合对数周期天线对隧道内的有效覆盖距离为830米满足了一般站间距离一半的要求。从演练中遇到的问题看,射频直放站及光远端机都不属于便携式设备,重量约为40公斤,给搬运造成了一些困难;本次演练中使用的是普通管道式光缆,最小弯曲半径较大无法在应急车内存放,这种光缆容易因外力而损坏;地下设备的供电是一个非常棘手的问题,从实战角度出发,当地下发生灾情时地下的供电是非常不可靠的,如果从应急车引电到地下也是一个非常危险的动作,如果发生了火情地下可能有大量救火剩下的水,将直接威胁到设备的供电安全,一旦发生短路轻则可能跳闸导致通信中断,重则可能引起次生事故发生。

总之,此次演练圆满完成并达到预期效果,为处置地铁应急事件增加了宝贵的经验。

王振久:毕业于北京邮电大学,主要从事电信网的维护与技术支撑工作,现就职于北京正通网络通信有限公司,负责数字集群网的技术支撑工作。

刘寒:毕业于北京邮电大学,现就职于北京正通网络通信有限公司,担任应急通信保障工作

田朝阳:毕业于北京邮电大学,曾从事卫星VSAT网管和工程建设和气象卫星接收系统工程工作多年。现就职北京正通网络通信有限公司网络运维岗位。