一、需求分(fēn)析

近年来，城市的建设与变迁日新(xīn)月异。随着城市居住人员的增加、生活需求的变化，城市中(zhōng)各种类型的管道，例如 供水、燃气、電(diàn)力、通信、智能(néng)交通控制等，通常需要大量的管線(xiàn)，由于城市的发展，架空已经不再适应城市发展需要。 与此同时，管网系统变更速度也在加快，随着管网假设杂程度的提高，系统对智能(néng)化要求也越来越高，对管网系统的监 测需求也越来越高。

云南省昆明市广福路与昆洛路是昆明主城与呈贡新(xīn)城以及沿滇池大昆明城市圈的中(zhōng)心走廊。这两条道路交通功能(néng)完 备，随之配套的沿線(xiàn)電(diàn)力、電(diàn)信、自来水、煤气、消防、雨污水管等地下管線(xiàn)的建设成為(wèi)一个附带的重大问题。 

為(wèi)了杜绝由管線(xiàn)营运商(shāng)自行开挖建设导致的重复开挖、浪费地下空间资源、施工(gōng)混乱等弊病，这两条路的沿線(xiàn)管道 和線(xiàn)路在建设过程中(zhōng)采用(yòng)了新(xīn)型综合管沟技(jì )术，实现一次性挖埋，一次性建设，一次性安(ān)装(zhuāng)，减少了路面开挖次数，避 免由于开挖影响交通和居民(mín)出行，增加了路面的完整性和工(gōng)程管線(xiàn)的耐久性，保持了街(jiē)貌美观，為(wèi)城市规划发展需要预 留了宝贵的地下空间。

这两条路的沿線(xiàn)综合管沟系统全長(cháng)约34 公(gōng)里，管道内每隔400 米划分(fēn)為(wèi)一段。综合管沟箱體(tǐ)采用(yòng)钢筋混凝土单孔 矩形箱涵结构，标准断面尺寸為(wèi)4.7 米×3 米，其内部净尺寸為(wèi)4 米×2.3 米。综合管沟设置了用(yòng)于通风的通风口、用(yòng)于放 入大型设备或材料的投料口、供人员进出到管沟内的出入口及各种支線(xiàn)引出口，能(néng)非常方便的将各种管線(xiàn)引入或引出到 综合管沟内。通道内部独立有(yǒu)出入口(供维护管理(lǐ)人员进出)、通风口及投料口(用(yòng)于设备搬运进出)。為(wèi)在控制中(zhōng)心内的智 能(néng)监控、状态显示、操作(zuò)、维护、监视、通信以及资源共享等诸多(duō)功能(néng)，需要对管网的实际设备以及其他(tā)情况进行检测。 

作(zuò)為(wèi)沿線(xiàn)重要的電(diàn)力、通讯系统的主要承载通道，综合管沟内部的环境、设备工(gōng)作(zuò)状况是否正常，影响到沿線(xiàn)的多(duō) 个子系统的正常工(gōng)作(zuò)。為(wèi)了实现管沟内部的设备综合管理(lǐ)，对各區(qū)域实行统一监控、集中(zhōng)管理(lǐ)具(jù)有(yǒu)十分(fēn)重要的意义。為(wèi) 此，建立一套多(duō)系统集成的多(duō)功能(néng)管理(lǐ)系统对维护管沟的正常运行十分(fēn)重要。 

為(wèi)了实现综合管理(lǐ)，在综合管沟的内部每隔400 米设置有(yǒu)一道防火门，在两防火门之间為(wèi)一个接入區(qū)域，每个區(qū)域 内需要与控制中(zhōng)心之间要求传输回视频信号；區(qū)域内进出井盖的状态信号、出入门和防火门的按钮的开关量信号、与中(zhōng) 心之间的IP 電(diàn)话以及自动控制网络的网络信号。整个管理(lǐ)系统由集成平台负责协同运行，实现对各子系统的具(jù)體(tǐ)管理(lǐ)， 同时也提供一些扩展的功能(néng)，以满足各子系统的功能(néng)需求，使整个系统能(néng)够更加可(kě)靠、稳定的运行。 

為(wèi)了满足沿線(xiàn)监控子系统的需求，本着多(duō)系统协同运行，一體(tǐ)化统筹传输的理(lǐ)念，為(wèi)监控子系统设计了98 个前端 监测區(qū)域，实际每个區(qū)域分(fēn)别包含1~4 路视频，共计255 路视频。同时每个區(qū)域包含供出入口和防火门使用(yòng)的6 路正向 和2 路反向开关量信号、多(duō)路低速232/485 数据、以及供IP 電(diàn)话和自动控制系统使用(yòng)的一个共享太网需要传输。 

可(kě)以看出，系统存在前端点位多(duō)，分(fēn)布广泛，附带数据类型复杂，可(kě)用(yòng)光纤资源较少等困难，采用(yòng)传统方式进行传 输的资源消耗非常大，因此，亟待一种高效、可(kě)靠的新(xīn)型传输方式来满足该次建设的需求。

二、设计思路
根据本项目的特点，前端环境温湿度可(kě)控性不够，实现前端监测点录像较大困难，因此设计将所有(yǒu)视频和控制数据 需要实时传输到中(zhōng)心进行观看和录像，监测區(qū)域与中(zhōng)心之间的以太网数据和开关量控制数据也需要同时传输到控制中(zhōng)心。 由于前端数量多(duō)，对系统传输方案的有(yǒu)比较严格的要求。
在传输方案选择上，通常有(yǒu)以下几种方式可(kě)以选择：
1.   用(yòng)点对点光端机进行传输

按照系统需求，前端监测區(qū)域包含98 个，可(kě)以為(wèi)各个节点分(fēn)别配置相应的视频/数据复用(yòng)光端机。但是，该方案需要的光纤资源占用(yòng)非常严重。几乎可(kě)以不考虑该方式。 

同时，由于前端设备差异较大，即使建成一套点对点传输系统，也将存在系统故障排查困难等等一系列问题。此外， 由于传统点对点光端机通常路数较少，系统的中(zhōng)心设备管理(lǐ)维护将十分(fēn)耗费人力资源。

2.   采用(yòng)波分(fēn)复用(yòng)技(jì )术进行逐点[敏感词]传输

為(wèi)了节约光纤资源，现有(yǒu)的光传输技(jì )术水平可(kě)以采用(yòng)粗波分(fēn)复用(yòng)技(jì )术，不同的光端机在一芯光纤内使用(yòng)不同的波長(cháng) 进行传输。

在本项目中(zhōng)，可(kě)以将每个前端监测点的视频、数据等采用(yòng)一个波長(cháng)传回中(zhōng)心，这样各个前端节点回传到中(zhōng)心的视频 将互不干扰。将中(zhōng)心回传的数据等采用(yòng)统一的波長(cháng)进行回传，由各个前端节点进行接收，即可(kě)实现。 

但是，由于工(gōng)程中(zhōng)所使用(yòng)光纤的局限，常规的G.652 标准光纤通常只能(néng)使用(yòng)8 个左右波長(cháng)(通常為(wèi)1470~1610um)，因 此，该方式仍然存在前端节点数量的限制，通常前端节点数量在8 个左右，光纤占用(yòng)量也较大。 

此外，采用(yòng)该方式进行传输，前端设备的传输波長(cháng)以及设备本身通常為(wèi)定制产(chǎn)品，存在严重的前端设备不可(kě)互换的 问题，系统故障恢复时间较長(cháng)，严重受制于维修周期；采用(yòng)备件的方式又(yòu)存在设备的统一性问题，仍然严重阻碍着这一 方式的实际应用(yòng)。 

3.   采用(yòng)时分(fēn)复用(yòng)技(jì )术进行节点[敏感词]传输

為(wèi)了解决前端维护以及设备互换性的问题，英飞拓公(gōng)司率先推出了基于时分(fēn)复用(yòng)技(jì )术的节点光端机。采用(yòng)时分(fēn)复用(yòng) 技(jì )术的光端机，使用(yòng)分(fēn)割时隙的方式完成多(duō)路视频的复用(yòng)传输。采用(yòng)该技(jì )术，可(kě)以在一芯光纤上同时接入多(duō)个节点，每 个节点通过分(fēn)配到的时隙，将视频在中(zhōng)心接收机进行统一输出，从而完成实时视频、数据等的传输。 

得益于时分(fēn)复用(yòng)技(jì )术，该类型的前端节点光端机只需要分(fēn)配到时隙即可(kě)实现图像的传输。因此，其前端节点可(kě)以进 行任意互换。方便了系统管理(lǐ)。同时，英飞拓公(gōng)司充分(fēn)从用(yòng)户的实际情况出发，在该系列光传输系统上集成了网管功能(néng)， 设备运行情况目了然，极大的节省了人力资源成本。 

目前英飞拓推出的节点[敏感词]式光端机分(fēn)為(wèi)十节点和百节点两类。十节点光端机针对部分(fēn)光纤资源紧张的情况，支持 在一芯光纤中(zhōng)同时传输10 路视频图像，大支持10 个节点[敏感词]传输。百节点光端机支持大100 个节点进行[敏感词]式传 输，每个节点支持1~4 路视频接入，大可(kě)扩展至20 路视频接入，全网系统支持2000 路视频接入，大同时传输128 路无损视频图像至中(zhōng)心接收端。 

此外，Infinova 系列百节点光端机支持环型、相切环、链型、星型等多(duō)种拓扑结构，支持采用(yòng)环网的方式进行传输， 大大提高了系统的可(kě)靠性。

以 Infinova N3795 系列百节点自愈环光端机為(wèi)例，该型号光端机具(jù)备多(duō)达100 个节点强大接入能(néng)力，适用(yòng)于光纤资 源有(yǒu)限的逐点[敏感词]特性的应用(yòng)场合采用(yòng)冗余环状拓扑结构，具(jù)有(yǒu)极高系统安(ān)全性；每个环路多(duō)可(kě)接入100 个前端接入 设备，中(zhōng)心交换设备可(kě)切换输出128 路视频，每个节点可(kě)接入1-4 路视频带二路双向数据、二路反向数据和1 路百兆以 太网信号(单节点可(kě)扩展至大20 路视频、10 路双向数据、10 路反向数据和1 路以太网信号)，整體(tǐ)系统传输交换能(néng)力為(wèi) 2000X128，支持操作(zuò)键盘实现切换2000 路接入视频到128 路输出视频的全交叉调用(yòng)。 

考虑到本系统中(zhōng)大量视频图像需要实时传回中(zhōng)心，进行实时图像录像，因此，要求传输系统具(jù)备强大的传输容量， 同时，要求系统具(jù)备多(duō)个节点[敏感词]传输，并且具(jù)备尽量少的光纤资源占用(yòng)，因此，我们选用(yòng)了英飞拓公(gōng)司的百节点光端 机来完成多(duō)节点的视频图像以及相关数据的传输。 

综合本系统实际，我们根据系统视频、数据接入的位置和系统的光纤资源分(fēn)布，為(wèi)系统分(fēn)别配置了98 台百节点接 入光端机。由于管理(lǐ)中(zhōng)心设置于两条路的中(zhōng)心交叉附近，管理(lǐ)中(zhōng)心与系统前端之间设置了4 条光纤环路，每条环路采用(yòng) 两芯主干光纤，使系统的任意一条环路都具(jù)备了在光纤出现单点断裂的情况下正常工(gōng)作(zuò)的能(néng)力。 

节点式传输中(zhōng)，由于链路较長(cháng)，对光纤资源的可(kě)靠性要求也逐渐增加。相对于点对点光端机来讲，某点光纤断裂带 来的影响也可(kě)能(néng)更大。除此之外，节点机的供電(diàn)等情况也将影响到系统的可(kě)靠性。因此，采用(yòng)光路保护功能(néng)是必要的。

图一是光路保护功能(néng)的示意：

在某个点出现掉電(diàn)故障后，设备内置的光路保护功能(néng)，将使得光路可(kě)以跳过该节点，不影响其它节点图像的传输。 在故障节点恢复供電(diàn)后，该节点的图像可(kě)以自动恢复，无需人工(gōng)干预，大大提高了系统的可(kě)靠性。因此，在本项目中(zhōng)為(wèi) 用(yòng)户的前端节点机添加了光路保护功能(néng)，以防止个别前端供電(diàn)不正常而导致系统不能(néng)正常使用(yòng)。

对于点对点光端机，如果某点光纤断开，仅仅会导致某个点不能(néng)传输。而对于节点机来讲，如果出现光纤断裂，如 图二所示：

在这样的情况下，处于断裂点之后的节点图像将不能(néng)上传。

因此，在该系统中(zhōng)采取了组环的方式进行传输，环路具(jù)备自愈功能(néng)，在任意点出现光纤断裂，系统均可(kě)以重新(xīn)分(fēn)配 所使用(yòng)的光線(xiàn)路径，从而达到不间断传输的功能(néng)。与此同时，系统中(zhōng)心的网管软件可(kě)以根据故障情况进行提示，提醒用(yòng) 户对出现异常的光路进行检查。

本系统中(zhōng)，同时采用(yòng)了组环和光路保护功能(néng)，可(kě)以屏蔽任意节点断電(diàn)故障，并具(jù)备在链路上单点光纤断裂仍可(kě)以正 常运行的能(néng)力，大大提高了系统可(kě)靠性。
三、设计及实现
考虑本次项目使用(yòng)的98 台前端节点发射机，使用(yòng)4 套百节点接收机，98 台开关量采集器，总共组成4 套传输链路， 实现255 路视频、网络以及开光量信号的传输。每套百节点光端机均采用(yòng)两芯主干光纤形成自愈环，同时為(wèi)节点发射机 选用(yòng)光路保护功能(néng)，大限度节约光纤资源的同时也為(wèi)系统的稳定运行提供强有(yǒu)力的安(ān)全保障，具(jù)备抵抗光纤出现单点 断裂情况下，即使某个设备出现故障或者出现断電(diàn)情况下，系统仍然可(kě)以正常运行，保证了任何节点的传输设备损坏或 任何一点光纤断开都不会影响其他(tā)节点设备和中(zhōng)心的使用(yòng)。

本次采用(yòng)两芯光纤组成单纤自愈环网，由于节点数量较多(duō)，為(wèi)了平衡每个节点间以及节点到中(zhōng)心的距离，所以没有(yǒu) 采用(yòng)在1 芯光纤上逐点接入的方式，而是采用(yòng)在2 芯光纤上跳接设备的方式，保证了传输结构合理(lǐ)，两条光纤在遠(yuǎn)端 汇合于节点设备上，合理(lǐ)的分(fēn)布了设备之间的链路中(zhōng)继距离，其结构示意如下图四：

本系统中(zhōng)所有(yǒu)前端图像经过前端节点发射机接入主干光纤，每个节点光端机大接入4 路视频图像，提供反向的2 路共享RS422 信道，用(yòng)于传输前端快球的控制信号。同时每个节点构建2 路双向独立数据信道供前端控制设备与中(zhōng)心进 行连接，本系统中(zhōng)其中(zhōng)1 路用(yòng)于传输开关量信号。前端的开关量信号通过开关量采集器，转换為(wèi)RS422 信号进入百节点 光端机进行统一传输。每个节点机提供的100M 共享以太网用(yòng)于传输自控系统的控制信号和IP 電(diàn)话信号。

如图五所示，所有(yǒu)前端接入信号在中(zhōng)心接收机上进行统一输出，在中(zhōng)心接收机上通过相应的板卡来提供相应的接口。 在系统容量需要增减时，通过增加前端发射机以及中(zhōng)心板卡，即可(kě)实现任意链路的视频、数据、音频、電(diàn)话、开关量的 增减，如图六所示。

系统中(zhōng)共有(yǒu)4 套64 节点光传输接收设备，视频信号从64 节点接收机8 路视频输出板输出到视频分(fēn)配器，共使用(yòng)16 台视频分(fēn)配器对255 路视频进行复制分(fēn)配，一组输出到硬盘录像机进行录像，另一组输出到矩阵，供電(diàn)视墙使用(yòng)。矩阵 通过模拟键盘进行切换控制，硬盘录像机通过客户端软件浏览实时视频及录像资料。

摄像机的PTZ 控制信号在中(zhōng)心通过多(duō)协议转换器进行连接，4 台接收机的控制端口与多(duō)协议转换器控制输出口相连， 多(duō)协议转换器支持多(duō)种协议输入，可(kě)实现多(duō)种设备控制前端摄像机，也就是说通过矩阵和硬盘录像机都可(kě)对可(kě)控摄像机 进行PTZ 控制，可(kě)以為(wèi)后台客户端通过网络方式访问到系统图像。

系统的 4 台节点传输系统接收端的网络信号连接到交换机，通过交换机接入到自控系统電(diàn)脑以及IP 電(diàn)话服務(wù)器。报 警信号由4 台64 节点接收机全输出到开关量采集器的接收机，将前端的开关量信号输出给报警系统主机，由报警主机实 现系统的布防、撤防以及声光联动。通过报警码转换器将报警主机的报警码转换為(wèi)矩阵能(néng)够识别的报警信号，由矩阵实 现图像联动报警，当综合管沟内部发生报警时，报警區(qū)域附近的摄像机图像在指定的布防监视器上自动弹出。

四、结语 

城市综合管网的应用(yòng)，可(kě)以大大改善城市建设中(zhōng)多(duō)系统管网并存情况下建设困难、维护困难、统一管理(lǐ)困难等一系 列问题。通过该系统，可(kě)以為(wèi)市政、供水、供電(diàn)、通信等一系列部分(fēn)构建良好的平台。但是，由于管网本身的特性，其 综合数据复杂，系统节点数量多(duō)，分(fēn)布情况复杂，同时，传输链路资源有(yǒu)限，能(néng)够利用(yòng)的传输资源是有(yǒu)限的，如何能(néng)够 在现有(yǒu)的资源情况下，拓展更多(duō)更强的业務(wù)应用(yòng)，是在综合管网设计和建设中(zhōng)首先需要解决的一道难题。

英飞拓新(xīn)推出的百节点自愈环光端机，能(néng)够极大的利用(yòng)有(yǒu)限的光纤资源，通过在2 芯光纤上[敏感词]100 个节点，大 接入2000 路视频资源，大同时传输128 路视频，附带的通道可(kě)以支持128 路以上的低速数据，同时可(kě)以选择支持128 路双向语音信号，并可(kě)以為(wèi)每个节点提供1 路100M 共享以太网通道。此外，通过附加设备或者增加相应的板卡，可(kě)以 实现开关量、E1 等常用(yòng)数据格式通过光纤环路进行附加传输，能(néng)够有(yǒu)效解决类似的光纤资源有(yǒu)限，节点分(fēn)散，前端数据 传输复杂的应用(yòng)，為(wèi)智能(néng)化传输系统的建设开辟了一条新(xīn)思路。