一(yī)、需求分(fēn)析

近年來，城市的建設與變遷日新月異。随着城市居住人員(yuán)的增加、生(shēng)活需求的變化，城市中(zhōng)各種類型的管道，例如 供水、燃氣、電力、通信、智能交通控制等，通常需要大(dà)量的管線，由于城市的發展，架空已經不再适應城市發展需要。 與此同時，管網系統變更速度也在加快，随着管網假設雜程度的提高，系統對智能化要求也越來越高，對管網系統的監 測需求也越來越高。

雲南(nán)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(dà)昆明城市圈的中(zhōng)心走廊。這兩條道路交通功能完 備，随之配套的沿線電力、電信、自來水、煤氣、消防、雨污水管等地下(xià)管線的建設成爲一(yī)個附帶的重大(dà)問題。 

爲了杜絕由管線營運商(shāng)自行開(kāi)挖建設導緻的重複開(kāi)挖、浪費地下(xià)空間資(zī)源、施工(gōng)混亂等弊病，這兩條路的沿線管道 和線路在建設過程中(zhōng)采用了新型綜合管溝技術，實現一(yī)次性挖埋，一(yī)次性建設，一(yī)次性安裝，減少了路面開(kāi)挖次數，避 免由于開(kāi)挖影響交通和居民出行，增加了路面的完整性和工(gōng)程管線的耐久性，保持了街貌美觀，爲城市規劃發展需要預 留了寶貴的地下(xià)空間。

這兩條路的沿線綜合管溝系統全長約34 公裏，管道内每隔400 米劃分(fēn)爲一(yī)段。綜合管溝箱體(tǐ)采用鋼筋混凝土單孔 矩形箱涵結構，标準斷面尺寸爲4.7 米×3 米，其内部淨尺寸爲4 米×2.3 米。綜合管溝設置了用于通風的通風口、用于放(fàng) 入大(dà)型設備或材料的投料口、供人員(yuán)進出到管溝内的出入口及各種支線引出口，能非常方便的将各種管線引入或引出到 綜合管溝内。通道内部獨立有出入口(供維護管理人員(yuán)進出)、通風口及投料口(用于設備搬運進出)。爲在控制中(zhōng)心内的智 能監控、狀态顯示、操作、維護、監視、通信以及資(zī)源共享等諸多功能，需要對管網的實際設備以及其他情況進行檢測。 

作爲沿線重要的電力、通訊系統的主要承載通道，綜合管溝内部的環境、設備工(gōng)作狀況是否正常，影響到沿線的多 個子系統的正常工(gōng)作。爲了實現管溝内部的設備綜合管理，對各區域實行統一(yī)監控、集中(zhōng)管理具有十分(fēn)重要的意義。爲 此，建立一(yī)套多系統集成的多功能管理系統對維護管溝的正常運行十分(fēn)重要。 

爲了實現綜合管理，在綜合管溝的内部每隔400 米設置有一(yī)道防火(huǒ)門，在兩防火(huǒ)門之間爲一(yī)個接入區域，每個區域 内需要與控制中(zhōng)心之間要求傳輸回視頻信号；區域内進出井蓋的狀态信号、出入門和防火(huǒ)門的按鈕的開(kāi)關量信号、與中(zhōng) 心之間的IP 電話(huà)以及自動控制網絡的網絡信号。整個管理系統由集成平台負責協同運行，實現對各子系統的具體(tǐ)管理， 同時也提供一(yī)些擴展的功能，以滿足各子系統的功能需求，使整個系統能夠更加可靠、穩定的運行。 

爲了滿足沿線監控子系統的需求，本着多系統協同運行，一(yī)體(tǐ)化統籌傳輸的理念，爲監控子系統設計了98 個前端 監測區域，實際每個區域分(fēn)别包含1~4 路視頻，共計255 路視頻。同時每個區域包含供出入口和防火(huǒ)門使用的6 路正向 和2 路反向開(kāi)關量信号、多路低速232/485 數據、以及供IP 電話(huà)和自動控制系統使用的一(yī)個共享太網需要傳輸。 

可以看出，系統存在前端點位多，分(fēn)布廣泛，附帶數據類型複雜，可用光纖資(zī)源較少等困難，采用傳統方式進行傳 輸的資(zī)源消耗非常大(dà)，因此，亟待一(yī)種高效、可靠的新型傳輸方式來滿足該次建設的需求。

二、設計思路
根據本項目的特點，前端環境溫濕度可控性不夠，實現前端監測點錄像較大(dà)困難，因此設計将所有視頻和控制數據 需要實時傳輸到中(zhōng)心進行觀看和錄像，監測區域與中(zhōng)心之間的以太網數據和開(kāi)關量控制數據也需要同時傳輸到控制中(zhōng)心。 由于前端數量多，對系統傳輸方案的有比較嚴格的要求。
在傳輸方案選擇上，通常有以下(xià)幾種方式可以選擇：
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，可以爲各個節點分(fēn)别配置相應的視頻/數據複用光端機。但是，該方案需要的光纖資(zī)源占用非常嚴重。幾乎可以不考慮該方式。 

同時，由于前端設備差異較大(dà)，即使建成一(yī)套點對點傳輸系統，也将存在系統故障排查困難等等一(yī)系列問題。此外(wài)， 由于傳統點對點光端機通常路數較少，系統的中(zhōng)心設備管理維護将十分(fēn)耗費人力資(zī)源。

2.   采用波分(fēn)複用技術進行逐點[敏感詞]傳輸

爲了節約光纖資(zī)源，現有的光傳輸技術水平可以采用粗波分(fēn)複用技術，不同的光端機在一(yī)芯光纖内使用不同的波長 進行傳輸。

在本項目中(zhōng)，可以将每個前端監測點的視頻、數據等采用一(yī)個波長傳回中(zhōng)心，這樣各個前端節點回傳到中(zhōng)心的視頻 将互不幹擾。将中(zhōng)心回傳的數據等采用統一(yī)的波長進行回傳，由各個前端節點進行接收，即可實現。 

但是，由于工(gōng)程中(zhōng)所使用光纖的局限，常規的G.652 标準光纖通常隻能使用8 個左右波長(通常爲1470~1610um)，因 此，該方式仍然存在前端節點數量的限制，通常前端節點數量在8 個左右，光纖占用量也較大(dà)。 

此外(wài)，采用該方式進行傳輸，前端設備的傳輸波長以及設備本身通常爲定制産品，存在嚴重的前端設備不可互換的 問題，系統故障恢複時間較長，嚴重受制于維修周期；采用備件的方式又(yòu)存在設備的統一(yī)性問題，仍然嚴重阻礙着這一(yī) 方式的實際應用。 

3.   采用時分(fēn)複用技術進行節點[敏感詞]傳輸

爲了解決前端維護以及設備互換性的問題，英飛拓公司率先推出了基于時分(fēn)複用技術的節點光端機。采用時分(fēn)複用 技術的光端機，使用分(fēn)割時隙的方式完成多路視頻的複用傳輸。采用該技術，可以在一(yī)芯光纖上同時接入多個節點，每 個節點通過分(fēn)配到的時隙，将視頻在中(zhōng)心接收機進行統一(yī)輸出，從而完成實時視頻、數據等的傳輸。 

得益于時分(fēn)複用技術，該類型的前端節點光端機隻需要分(fēn)配到時隙即可實現圖像的傳輸。因此，其前端節點可以進 行任意互換。方便了系統管理。同時，英飛拓公司充分(fēn)從用戶的實際情況出發，在該系列光傳輸系統上集成了網管功能， 設備運行情況目了然，極大(dà)的節省了人力資(zī)源成本。 

目前英飛拓推出的節點[敏感詞]式光端機分(fēn)爲十節點和百節點兩類。十節點光端機針對部分(fēn)光纖資(zī)源緊張的情況，支持 在一(yī)芯光纖中(zhōng)同時傳輸10 路視頻圖像，大(dà)支持10 個節點[敏感詞]傳輸。百節點光端機支持大(dà)100 個節點進行[敏感詞]式傳 輸，每個節點支持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)同時傳輸128 路無損視頻圖像至中(zhōng)心接收端。 

此外(wài)，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，支持采用環網的方式進行傳輸， 大(dà)大(dà)提高了系統的可靠性。

以 Infinova N3795 系列百節點自愈環光端機爲例，該型号光端機具備多達100 個節點強大(dà)接入能力，适用于光纖資(zī) 源有限的逐點[敏感詞]特性的應用場合采用冗餘環狀拓撲結構，具有極高系統安全性；每個環路多可接入100 個前端接入 設備，中(zhōng)心交換設備可切換輸出128 路視頻，每個節點可接入1-4 路視頻帶二路雙向數據、二路反向數據和1 路百兆以 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1 路以太網信号)，整體(tǐ)系統傳輸交換能力爲 2000X128，支持操作鍵盤實現切換2000 路接入視頻到128 路輸出視頻的全交叉調用。 

考慮到本系統中(zhōng)大(dà)量視頻圖像需要實時傳回中(zhōng)心，進行實時圖像錄像，因此，要求傳輸系統具備強大(dà)的傳輸容量， 同時，要求系統具備多個節點[敏感詞]傳輸，并且具備盡量少的光纖資(zī)源占用，因此，我(wǒ)們選用了英飛拓公司的百節點光端 機來完成多節點的視頻圖像以及相關數據的傳輸。 

綜合本系統實際，我(wǒ)們根據系統視頻、數據接入的位置和系統的光纖資(zī)源分(fēn)布，爲系統分(fēn)别配置了98 台百節點接 入光端機。由于管理中(zhōng)心設置于兩條路的中(zhōng)心交叉附近，管理中(zhōng)心與系統前端之間設置了4 條光纖環路，每條環路采用 兩芯主幹光纖，使系統的任意一(yī)條環路都具備了在光纖出現單點斷裂的情況下(xià)正常工(gōng)作的能力。 

節點式傳輸中(zhōng)，由于鏈路較長，對光纖資(zī)源的可靠性要求也逐漸增加。相對于點對點光端機來講，某點光纖斷裂帶 來的影響也可能更大(dà)。除此之外(wài)，節點機的供電等情況也将影響到系統的可靠性。因此，采用光路保護功能是必要的。

圖一(yī)是光路保護功能的示意：

在某個點出現掉電故障後，設備内置的光路保護功能，将使得光路可以跳過該節點，不影響其它節點圖像的傳輸。 在故障節點恢複供電後，該節點的圖像可以自動恢複，無需人工(gōng)幹預，大(dà)大(dà)提高了系統的可靠性。因此，在本項目中(zhōng)爲 用戶的前端節點機添加了光路保護功能，以防止個别前端供電不正常而導緻系統不能正常使用。

對于點對點光端機，如果某點光纖斷開(kāi)，僅僅會導緻某個點不能傳輸。而對于節點機來講，如果出現光纖斷裂，如 圖二所示：

在這樣的情況下(xià)，處于斷裂點之後的節點圖像将不能上傳。

因此，在該系統中(zhōng)采取了組環的方式進行傳輸，環路具備自愈功能，在任意點出現光纖斷裂，系統均可以重新分(fēn)配 所使用的光線路徑，從而達到不間斷傳輸的功能。與此同時，系統中(zhōng)心的網管軟件可以根據故障情況進行提示，提醒用 戶對出現異常的光路進行檢查。

本系統中(zhōng)，同時采用了組環和光路保護功能，可以屏蔽任意節點斷電故障，并具備在鏈路上單點光纖斷裂仍可以正 常運行的能力，大(dà)大(dà)提高了系統可靠性。
三、設計及實現
考慮本次項目使用的98 台前端節點發射機，使用4 套百節點接收機，98 台開(kāi)關量采集器，總共組成4 套傳輸鏈路， 實現255 路視頻、網絡以及開(kāi)光量信号的傳輸。每套百節點光端機均采用兩芯主幹光纖形成自愈環，同時爲節點發射機 選用光路保護功能，大(dà)限度節約光纖資(zī)源的同時也爲系統的穩定運行提供強有力的安全保障，具備抵抗光纖出現單點 斷裂情況下(xià)，即使某個設備出現故障或者出現斷電情況下(xià)，系統仍然可以正常運行，保證了任何節點的傳輸設備損壞或 任何一(yī)點光纖斷開(kāi)都不會影響其他節點設備和中(zhōng)心的使用。

本次采用兩芯光纖組成單纖自愈環網，由于節點數量較多，爲了平衡每個節點間以及節點到中(zhōng)心的距離(lí)，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 芯光纖上跳接設備的方式，保證了傳輸結構合理，兩條光纖在遠端 彙合于節點設備上，合理的分(fēn)布了設備之間的鏈路中(zhōng)繼距離(lí)，其結構示意如下(xià)圖四：

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

如圖五所示，所有前端接入信号在中(zhōng)心接收機上進行統一(yī)輸出，在中(zhōng)心接收機上通過相應的闆卡來提供相應的接口。 在系統容量需要增減時，通過增加前端發射機以及中(zhōng)心闆卡，即可實現任意鏈路的視頻、數據、音頻、電話(huà)、開(kāi)關量的 增減，如圖六所示。

系統中(zhōng)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 路視頻輸出闆輸出到視頻分(fēn)配器，共使用16 台視頻分(fēn)配器對255 路視頻進行複制分(fēn)配，一(yī)組輸出到硬盤錄像機進行錄像，另一(yī)組輸出到矩陣，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視頻及錄像資(zī)料。

攝像機的PTZ 控制信号在中(zhōng)心通過多協議轉換器進行連接，4 台接收機的控制端口與多協議轉換器控制輸出口相連， 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，也就是說通過矩陣和硬盤錄像機都可對可控攝像機 進行PTZ 控制，可以爲後台客戶端通過網絡方式訪問到系統圖像。

系統的 4 台節點傳輸系統接收端的網絡信号連接到交換機，通過交換機接入到自控系統電腦以及IP 電話(huà)服務器。報 警信号由4 台64 節點接收機全輸出到開(kāi)關量采集器的接收機，将前端的開(kāi)關量信号輸出給報警系統主機，由報警主機實 現系統的布防、撤防以及聲光聯動。通過報警碼轉換器将報警主機的報警碼轉換爲矩陣能夠識别的報警信号，由矩陣實 現圖像聯動報警，當綜合管溝内部發生(shēng)報警時，報警區域附近的攝像機圖像在指定的布防監視器上自動彈出。

四、結語 

城市綜合管網的應用，可以大(dà)大(dà)改善城市建設中(zhōng)多系統管網并存情況下(xià)建設困難、維護困難、統一(yī)管理困難等一(yī)系 列問題。通過該系統，可以爲市政、供水、供電、通信等一(yī)系列部分(fēn)構建良好的平台。但是，由于管網本身的特性，其 綜合數據複雜，系統節點數量多，分(fēn)布情況複雜，同時，傳輸鏈路資(zī)源有限，能夠利用的傳輸資(zī)源是有限的，如何能夠 在現有的資(zī)源情況下(xià)，拓展更多更強的業務應用，是在綜合管網設計和建設中(zhōng)首先需要解決的一(yī)道難題。

英飛拓新推出的百節點自愈環光端機，能夠極大(dà)的利用有限的光纖資(zī)源，通過在2 芯光纖上[敏感詞]100 個節點，大(dà) 接入2000 路視頻資(zī)源，大(dà)同時傳輸128 路視頻，附帶的通道可以支持128 路以上的低速數據，同時可以選擇支持128 路雙向語音信号，并可以爲每個節點提供1 路100M 共享以太網通道。此外(wài)，通過附加設備或者增加相應的闆卡，可以 實現開(kāi)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光纖資(zī)源有限，節點分(fēn)散，前端數據 傳輸複雜的應用，爲智能化傳輸系統的建設開(kāi)辟了一(yī)條新思路。