一(yī / yì ／yí)、需求分析

近年來(lái)，城市的(de)建設與變遷日新月異。随着城市居住人(rén)員的(de)增加、生活需求的(de)變化，城市中各種類型的(de)管道(dào)，例如 供水、燃氣、電力、通信、智能交通控制等，通常需要(yào / yāo)大(dà)量的(de)管線，由于(yú)城市的(de)發展，架空已經不(bù)再适應城市發展需要(yào / yāo)。 與此同時(shí)，管網系統變更速度也(yě)在(zài)加快，随着管網假設雜程度的(de)提高，系統對智能化要(yào / yāo)求也(yě)越來(lái)越高，對管網系統的(de)監 測需求也(yě)越來(lái)越高。

雲南省昆明市廣福路與昆洛路是(shì)昆明主城與呈貢新城以(yǐ)及沿滇池大(dà)昆明城市圈的(de)中心走廊。這(zhè)兩條道(dào)路交通功能完 備，随之(zhī)配套的(de)沿線電力、電信、自來(lái)水、煤氣、消防、雨污水管等地(dì / de)下管線的(de)建設成爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)個(gè)附帶的(de)重大(dà)問題。 

爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)杜絕由管線營運商自行開挖建設導緻的(de)重複開挖、浪費地(dì / de)下空間資源、施工混亂等弊病，這(zhè)兩條路的(de)沿線管道(dào) 和(hé / huò)線路在(zài)建設過程中采用了(le／liǎo)新型綜合管溝技術，實現一(yī / yì ／yí)次性挖埋，一(yī / yì ／yí)次性建設，一(yī / yì ／yí)次性安裝，減少了(le／liǎo)路面開挖次數，避 免由于(yú)開挖影響交通和(hé / huò)居民出(chū)行，增加了(le／liǎo)路面的(de)完整性和(hé / huò)工程管線的(de)耐久性，保持了(le／liǎo)街貌美觀，爲(wéi / wèi)城市規劃發展需要(yào / yāo)預 留了(le／liǎo)寶貴的(de)地(dì / de)下空間。

這(zhè)兩條路的(de)沿線綜合管溝系統全長約34 公裏，管道(dào)内每隔400 米劃分爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)段。綜合管溝箱體采用鋼筋混凝土單孔 矩形箱涵結構，标準斷面尺寸爲(wéi / wèi)4.7 米×3 米，其内部淨尺寸爲(wéi / wèi)4 米×2.3 米。綜合管溝設置了(le／liǎo)用于(yú)通風的(de)通風口、用于(yú)放 入大(dà)型設備或材料的(de)投料口、供人(rén)員進出(chū)到(dào)管溝内的(de)出(chū)入口及各種支線引出(chū)口，能非常方便的(de)将各種管線引入或引出(chū)到(dào) 綜合管溝内。通道(dào)内部獨立有出(chū)入口(供維護管理人(rén)員進出(chū))、通風口及投料口(用于(yú)設備搬運進出(chū))。爲(wéi / wèi)在(zài)控制中心内的(de)智 能監控、狀态顯示、操作、維護、監視、通信以(yǐ)及資源共享等諸多功能，需要(yào / yāo)對管網的(de)實際設備以(yǐ)及其他(tā)情況進行檢測。 

作爲(wéi / wèi)沿線重要(yào / yāo)的(de)電力、通訊系統的(de)主要(yào / yāo)承載通道(dào)，綜合管溝内部的(de)環境、設備工作狀況是(shì)否正常，影響到(dào)沿線的(de)多 個(gè)子(zǐ)系統的(de)正常工作。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)實現管溝内部的(de)設備綜合管理，對各區域實行統一(yī / yì ／yí)監控、集中管理具有十分重要(yào / yāo)的(de)意義。爲(wéi / wèi) 此，建立一(yī / yì ／yí)套多系統集成的(de)多功能管理系統對維護管溝的(de)正常運行十分重要(yào / yāo)。 

爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)實現綜合管理，在(zài)綜合管溝的(de)内部每隔400 米設置有一(yī / yì ／yí)道(dào)防火門，在(zài)兩防火門之(zhī)間爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)個(gè)接入區域，每個(gè)區域 内需要(yào / yāo)與控制中心之(zhī)間要(yào / yāo)求傳輸回視頻信号；區域内進出(chū)井蓋的(de)狀态信号、出(chū)入門和(hé / huò)防火門的(de)按鈕的(de)開關量信号、與中 心之(zhī)間的(de)IP 電話以(yǐ)及自動控制網絡的(de)網絡信号。整個(gè)管理系統由集成平台負責協同運行，實現對各子(zǐ)系統的(de)具體管理， 同時(shí)也(yě)提供一(yī / yì ／yí)些擴展的(de)功能，以(yǐ)滿足各子(zǐ)系統的(de)功能需求，使整個(gè)系統能夠更加可靠、穩定的(de)運行。 

爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)滿足沿線監控子(zǐ)系統的(de)需求，本着多系統協同運行，一(yī / yì ／yí)體化統籌傳輸的(de)理念，爲(wéi / wèi)監控子(zǐ)系統設計了(le／liǎo)98 個(gè)前端 監測區域，實際每個(gè)區域分别包含1~4 路視頻，共計255 路視頻。同時(shí)每個(gè)區域包含供出(chū)入口和(hé / huò)防火門使用的(de)6 路正向 和(hé / huò)2 路反向開關量信号、多路低速232/485 數據、以(yǐ)及供IP 電話和(hé / huò)自動控制系統使用的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)共享太網需要(yào / yāo)傳輸。 

可以(yǐ)看出(chū)，系統存在(zài)前端點位多，分布廣泛，附帶數據類型複雜，可用光纖資源較少等困難，采用傳統方式進行傳 輸的(de)資源消耗非常大(dà)，因此，亟待一(yī / yì ／yí)種高效、可靠的(de)新型傳輸方式來(lái)滿足該次建設的(de)需求。

二、設計思路
根據本項目的(de)特點，前端環境溫濕度可控性不(bù)夠，實現前端監測點錄像較大(dà)困難，因此設計将所有視頻和(hé / huò)控制數據 需要(yào / yāo)實時(shí)傳輸到(dào)中心進行觀看和(hé / huò)錄像，監測區域與中心之(zhī)間的(de)以(yǐ)太網數據和(hé / huò)開關量控制數據也(yě)需要(yào / yāo)同時(shí)傳輸到(dào)控制中心。 由于(yú)前端數量多，對系統傳輸方案的(de)有比較嚴格的(de)要(yào / yāo)求。
在(zài)傳輸方案選擇上(shàng)，通常有以(yǐ)下幾種方式可以(yǐ)選擇：
1.   用點對點光端機進行傳輸

按照系統需求，前端監測區域包含98 個(gè)，可以(yǐ)爲(wéi / wèi)各個(gè)節點分别配置相應的(de)視頻/數據複用光端機。但是(shì)，該方案需要(yào / yāo)的(de)光纖資源占用非常嚴重。幾乎可以(yǐ)不(bù)考慮該方式。 

同時(shí)，由于(yú)前端設備差異較大(dà)，即使建成一(yī / yì ／yí)套點對點傳輸系統，也(yě)将存在(zài)系統故障排查困難等等一(yī / yì ／yí)系列問題。此外， 由于(yú)傳統點對點光端機通常路數較少，系統的(de)中心設備管理維護将十分耗費人(rén)力資源。

2.   采用波分複用技術進行逐點插入傳輸

爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)節約光纖資源，現有的(de)光傳輸技術水平可以(yǐ)采用粗波分複用技術，不(bù)同的(de)光端機在(zài)一(yī / yì ／yí)芯光纖内使用不(bù)同的(de)波長 進行傳輸。

在(zài)本項目中，可以(yǐ)将每個(gè)前端監測點的(de)視頻、數據等采用一(yī / yì ／yí)個(gè)波長傳回中心，這(zhè)樣各個(gè)前端節點回傳到(dào)中心的(de)視頻 将互不(bù)幹擾。将中心回傳的(de)數據等采用統一(yī / yì ／yí)的(de)波長進行回傳，由各個(gè)前端節點進行接收，即可實現。 

但是(shì)，由于(yú)工程中所使用光纖的(de)局限，常規的(de)G.652 标準光纖通常隻能使用8 個(gè)左右波長(通常爲(wéi / wèi)1470~1610um)，因 此，該方式仍然存在(zài)前端節點數量的(de)限制，通常前端節點數量在(zài)8 個(gè)左右，光纖占用量也(yě)較大(dà)。 

此外，采用該方式進行傳輸，前端設備的(de)傳輸波長以(yǐ)及設備本身通常爲(wéi / wèi)定制産品，存在(zài)嚴重的(de)前端設備不(bù)可互換的(de) 問題，系統故障恢複時(shí)間較長，嚴重受制于(yú)維修周期；采用備件的(de)方式又存在(zài)設備的(de)統一(yī / yì ／yí)性問題，仍然嚴重阻礙着這(zhè)一(yī / yì ／yí) 方式的(de)實際應用。 

3.   采用時(shí)分複用技術進行節點插入傳輸

爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)解決前端維護以(yǐ)及設備互換性的(de)問題，微小宝公司率先推出(chū)了(le／liǎo)基于(yú)時(shí)分複用技術的(de)節點光端機。采用時(shí)分複用 技術的(de)光端機，使用分割時(shí)隙的(de)方式完成多路視頻的(de)複用傳輸。采用該技術，可以(yǐ)在(zài)一(yī / yì ／yí)芯光纖上(shàng)同時(shí)接入多個(gè)節點，每 個(gè)節點通過分配到(dào)的(de)時(shí)隙，将視頻在(zài)中心接收機進行統一(yī / yì ／yí)輸出(chū)，從而(ér)完成實時(shí)視頻、數據等的(de)傳輸。 

得益于(yú)時(shí)分複用技術，該類型的(de)前端節點光端機隻需要(yào / yāo)分配到(dào)時(shí)隙即可實現圖像的(de)傳輸。因此，其前端節點可以(yǐ)進 行任意互換。方便了(le／liǎo)系統管理。同時(shí)，微小宝公司充分從用戶的(de)實際情況出(chū)發，在(zài)該系列光傳輸系統上(shàng)集成了(le／liǎo)網管功能， 設備運行情況目了(le／liǎo)然，極大(dà)的(de)節省了(le／liǎo)人(rén)力資源成本。 

目前微小宝推出(chū)的(de)節點插入式光端機分爲(wéi / wèi)十節點和(hé / huò)百節點兩類。十節點光端機針對部分光纖資源緊張的(de)情況，支持 在(zài)一(yī / yì ／yí)芯光纖中同時(shí)傳輸10 路視頻圖像，大(dà)支持10 個(gè)節點插入傳輸。百節點光端機支持大(dà)100 個(gè)節點進行插入式傳 輸，每個(gè)節點支持1~4 路視頻接入，大(dà)可擴展至20 路視頻接入，全網系統支持2000 路視頻接入，大(dà)同時(shí)傳輸128 路無損視頻圖像至中心接收端。 

此外，Infinova 系列百節點光端機支持環型、相切環、鏈型、星型等多種拓撲結構，支持采用環網的(de)方式進行傳輸， 大(dà)大(dà)提高了(le／liǎo)系統的(de)可靠性。

以(yǐ) Infinova N3795 系列百節點自愈環光端機爲(wéi / wèi)例，該型号光端機具備多達100 個(gè)節點強大(dà)接入能力，适用于(yú)光纖資 源有限的(de)逐點插入特性的(de)應用場合采用冗餘環狀拓撲結構，具有極高系統安全性；每個(gè)環路多可接入100 個(gè)前端接入 設備，中心交換設備可切換輸出(chū)128 路視頻，每個(gè)節點可接入1-4 路視頻帶二路雙向數據、二路反向數據和(hé / huò)1 路百兆以(yǐ) 太網信号(單節點可擴展至大(dà)20 路視頻、10 路雙向數據、10 路反向數據和(hé / huò)1 路以(yǐ)太網信号)，整體系統傳輸交換能力爲(wéi / wèi) 2000X128，支持操作鍵盤實現切換2000 路接入視頻到(dào)128 路輸出(chū)視頻的(de)全交叉調用。 

考慮到(dào)本系統中大(dà)量視頻圖像需要(yào / yāo)實時(shí)傳回中心，進行實時(shí)圖像錄像，因此，要(yào / yāo)求傳輸系統具備強大(dà)的(de)傳輸容量， 同時(shí)，要(yào / yāo)求系統具備多個(gè)節點插入傳輸，并且具備盡量少的(de)光纖資源占用，因此，我們選用了(le／liǎo)微小宝公司的(de)百節點光端 機來(lái)完成多節點的(de)視頻圖像以(yǐ)及相關數據的(de)傳輸。 

綜合本系統實際，我們根據系統視頻、數據接入的(de)位置和(hé / huò)系統的(de)光纖資源分布，爲(wéi / wèi)系統分别配置了(le／liǎo)98 台百節點接 入光端機。由于(yú)管理中心設置于(yú)兩條路的(de)中心交叉附近，管理中心與系統前端之(zhī)間設置了(le／liǎo)4 條光纖環路，每條環路采用 兩芯主幹光纖，使系統的(de)任意一(yī / yì ／yí)條環路都具備了(le／liǎo)在(zài)光纖出(chū)現單點斷裂的(de)情況下正常工作的(de)能力。 

節點式傳輸中，由于(yú)鏈路較長，對光纖資源的(de)可靠性要(yào / yāo)求也(yě)逐漸增加。相對于(yú)點對點光端機來(lái)講，某點光纖斷裂帶 來(lái)的(de)影響也(yě)可能更大(dà)。除此之(zhī)外，節點機的(de)供電等情況也(yě)将影響到(dào)系統的(de)可靠性。因此，采用光路保護功能是(shì)必要(yào / yāo)的(de)。

圖一(yī / yì ／yí)是(shì)光路保護功能的(de)示意：

在(zài)某個(gè)點出(chū)現掉電故障後，設備内置的(de)光路保護功能，将使得光路可以(yǐ)跳過該節點，不(bù)影響其它節點圖像的(de)傳輸。 在(zài)故障節點恢複供電後，該節點的(de)圖像可以(yǐ)自動恢複，無需人(rén)工幹預，大(dà)大(dà)提高了(le／liǎo)系統的(de)可靠性。因此，在(zài)本項目中爲(wéi / wèi) 用戶的(de)前端節點機添加了(le／liǎo)光路保護功能，以(yǐ)防止個(gè)别前端供電不(bù)正常而(ér)導緻系統不(bù)能正常使用。

對于(yú)點對點光端機，如果某點光纖斷開，僅僅會導緻某個(gè)點不(bù)能傳輸。而(ér)對于(yú)節點機來(lái)講，如果出(chū)現光纖斷裂，如 圖二所示：

在(zài)這(zhè)樣的(de)情況下，處于(yú)斷裂點之(zhī)後的(de)節點圖像将不(bù)能上(shàng)傳。

因此，在(zài)該系統中采取了(le／liǎo)組環的(de)方式進行傳輸，環路具備自愈功能，在(zài)任意點出(chū)現光纖斷裂，系統均可以(yǐ)重新分配 所使用的(de)光線路徑，從而(ér)達到(dào)不(bù)間斷傳輸的(de)功能。與此同時(shí)，系統中心的(de)網管軟件可以(yǐ)根據故障情況進行提示，提醒用 戶對出(chū)現異常的(de)光路進行檢查。

本系統中，同時(shí)采用了(le／liǎo)組環和(hé / huò)光路保護功能，可以(yǐ)屏蔽任意節點斷電故障，并具備在(zài)鏈路上(shàng)單點光纖斷裂仍可以(yǐ)正 常運行的(de)能力，大(dà)大(dà)提高了(le／liǎo)系統可靠性。
三、設計及實現
考慮本次項目使用的(de)98 台前端節點發射機，使用4 套百節點接收機，98 台開關量采集器，總共組成4 套傳輸鏈路， 實現255 路視頻、網絡以(yǐ)及開光量信号的(de)傳輸。每套百節點光端機均采用兩芯主幹光纖形成自愈環，同時(shí)爲(wéi / wèi)節點發射機 選用光路保護功能，大(dà)限度節約光纖資源的(de)同時(shí)也(yě)爲(wéi / wèi)系統的(de)穩定運行提供強有力的(de)安全保障，具備抵抗光纖出(chū)現單點 斷裂情況下，即使某個(gè)設備出(chū)現故障或者出(chū)現斷電情況下，系統仍然可以(yǐ)正常運行，保證了(le／liǎo)任何節點的(de)傳輸設備損壞或 任何一(yī / yì ／yí)點光纖斷開都不(bù)會影響其他(tā)節點設備和(hé / huò)中心的(de)使用。

本次采用兩芯光纖組成單纖自愈環網，由于(yú)節點數量較多，爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)平衡每個(gè)節點間以(yǐ)及節點到(dào)中心的(de)距離，所以(yǐ)沒有 采用在(zài)1 芯光纖上(shàng)逐點接入的(de)方式，而(ér)是(shì)采用在(zài)2 芯光纖上(shàng)跳接設備的(de)方式，保證了(le／liǎo)傳輸結構合理，兩條光纖在(zài)遠端 彙合于(yú)節點設備上(shàng)，合理的(de)分布了(le／liǎo)設備之(zhī)間的(de)鏈路中繼距離，其結構示意如下圖四：

本系統中所有前端圖像經過前端節點發射機接入主幹光纖，每個(gè)節點光端機大(dà)接入4 路視頻圖像，提供反向的(de)2 路共享RS422 信道(dào)，用于(yú)傳輸前端快球的(de)控制信号。同時(shí)每個(gè)節點構建2 路雙向獨立數據信道(dào)供前端控制設備與中心進 行連接，本系統中其中1 路用于(yú)傳輸開關量信号。前端的(de)開關量信号通過開關量采集器，轉換爲(wéi / wèi)RS422 信号進入百節點 光端機進行統一(yī / yì ／yí)傳輸。每個(gè)節點機提供的(de)100M 共享以(yǐ)太網用于(yú)傳輸自控系統的(de)控制信号和(hé / huò)IP 電話信号。

如圖五所示，所有前端接入信号在(zài)中心接收機上(shàng)進行統一(yī / yì ／yí)輸出(chū)，在(zài)中心接收機上(shàng)通過相應的(de)闆卡來(lái)提供相應的(de)接口。 在(zài)系統容量需要(yào / yāo)增減時(shí)，通過增加前端發射機以(yǐ)及中心闆卡，即可實現任意鏈路的(de)視頻、數據、音頻、電話、開關量的(de) 增減，如圖六所示。

系統中共有4 套64 節點光傳輸接收設備，視頻信号從64 節點接收機8 路視頻輸出(chū)闆輸出(chū)到(dào)視頻分配器，共使用16 台視頻分配器對255 路視頻進行複制分配，一(yī / yì ／yí)組輸出(chū)到(dào)硬盤錄像機進行錄像，另一(yī / yì ／yí)組輸出(chū)到(dào)矩陣，供電視牆使用。矩陣 通過模拟鍵盤進行切換控制，硬盤錄像機通過客戶端軟件浏覽實時(shí)視頻及錄像資料。

攝像機的(de)PTZ 控制信号在(zài)中心通過多協議轉換器進行連接，4 台接收機的(de)控制端口與多協議轉換器控制輸出(chū)口相連， 多協議轉換器支持多種協議輸入，可實現多種設備控制前端攝像機，也(yě)就(jiù)是(shì)說(shuō)通過矩陣和(hé / huò)硬盤錄像機都可對可控攝像機 進行PTZ 控制，可以(yǐ)爲(wéi / wèi)後台客戶端通過網絡方式訪問到(dào)系統圖像。

系統的(de) 4 台節點傳輸系統接收端的(de)網絡信号連接到(dào)交換機，通過交換機接入到(dào)自控系統電腦以(yǐ)及IP 電話服務器。報 警信号由4 台64 節點接收機全輸出(chū)到(dào)開關量采集器的(de)接收機，将前端的(de)開關量信号輸出(chū)給報警系統主機，由報警主機實 現系統的(de)布防、撤防以(yǐ)及聲光聯動。通過報警碼轉換器将報警主機的(de)報警碼轉換爲(wéi / wèi)矩陣能夠識别的(de)報警信号，由矩陣實 現圖像聯動報警，當綜合管溝内部發生報警時(shí)，報警區域附近的(de)攝像機圖像在(zài)指定的(de)布防監視器上(shàng)自動彈出(chū)。

四、結語 

城市綜合管網的(de)應用，可以(yǐ)大(dà)大(dà)改善城市建設中多系統管網并存情況下建設困難、維護困難、統一(yī / yì ／yí)管理困難等一(yī / yì ／yí)系 列問題。通過該系統，可以(yǐ)爲(wéi / wèi)市政、供水、供電、通信等一(yī / yì ／yí)系列部分構建良好的(de)平台。但是(shì)，由于(yú)管網本身的(de)特性，其 綜合數據複雜，系統節點數量多，分布情況複雜，同時(shí)，傳輸鏈路資源有限，能夠利用的(de)傳輸資源是(shì)有限的(de)，如何能夠 在(zài)現有的(de)資源情況下，拓展更多更強的(de)業務應用，是(shì)在(zài)綜合管網設計和(hé / huò)建設中首先需要(yào / yāo)解決的(de)一(yī / yì ／yí)道(dào)難題。

微小宝新推出(chū)的(de)百節點自愈環光端機，能夠極大(dà)的(de)利用有限的(de)光纖資源，通過在(zài)2 芯光纖上(shàng)插入100 個(gè)節點，大(dà) 接入2000 路視頻資源，大(dà)同時(shí)傳輸128 路視頻，附帶的(de)通道(dào)可以(yǐ)支持128 路以(yǐ)上(shàng)的(de)低速數據，同時(shí)可以(yǐ)選擇支持128 路雙向語音信号，并可以(yǐ)爲(wéi / wèi)每個(gè)節點提供1 路100M 共享以(yǐ)太網通道(dào)。此外，通過附加設備或者增加相應的(de)闆卡，可以(yǐ) 實現開關量、E1 等常用數據格式通過光纖環路進行附加傳輸，能夠有效解決類似的(de)光纖資源有限，節點分散，前端數據 傳輸複雜的(de)應用，爲(wéi / wèi)智能化傳輸系統的(de)建設開辟了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)條新思路。