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鐵路通信信號一體化技術(shù)探索論文
摘要：鐵路通信信號一體化是當(dāng)前我國鐵路通信領(lǐng)域迫切需要解決的一個(gè)大課題，包括方案設(shè)計(jì)、故障排除、研發(fā)/維護(hù)團(tuán)隊(duì)一體化等多方面的內(nèi)容。文章重點(diǎn)分析了我國鐵路通信信號設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀和不足，闡述了我國鐵路通信信號一體化技術(shù)的優(yōu)勢，對該領(lǐng)域的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索。
關(guān)鍵詞：鐵路通信;信號一體化;技術(shù)
鐵路通信信號承擔(dān)的任務(wù)是采用以信息技術(shù)為核心的通信手段以及控制手段對鐵路上運(yùn)行的列車進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，保障線路的安全運(yùn)行，防止由于缺乏溝通協(xié)調(diào)而造成的安全事故。通信與信號之間是相互統(tǒng)一的，沒有信號就無法進(jìn)行通信，離開了通信信號也就失去了存在的意義。通信技術(shù)為信號的傳遞提供一個(gè)承載媒介。因此鐵路通信一體化是當(dāng)前鐵路通信迫切需要解決的課題。
1通信信號設(shè)備現(xiàn)狀
1.1機(jī)車信號與超速防護(hù)(ATP)。
1.1.1軌道電路制式多。當(dāng)前的鐵路通信系統(tǒng)存在多種制式的通信，采用的軌道電路有交流計(jì)數(shù)、極頻、4信息移頻、8信息移頻、18信息移頻、UM71、UM2000以及ZPW-2000無絕緣移頻自動閉塞等制式。由于多種制式并存導(dǎo)致傳輸?shù)男盘柺只靵y。隨著列車信號主體化的發(fā)展趨勢，當(dāng)前的軌道電路已經(jīng)不能勝任這個(gè)工作。除此之外，列車信號譯碼由于不同制式軌道電路的不同信息含義而變得十分困難。1.1.2站內(nèi)軌道電路電碼化困難。站內(nèi)電碼化不可能一步到位，需要一個(gè)逐步完善的過程。在站內(nèi)電碼化初期，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的欠缺，有可能存在兼容性差、協(xié)調(diào)不夠以及抗干擾性能差等問題。這些問題最終導(dǎo)致發(fā)碼時(shí)間滯后、碼畸變、移頻軌道電路與交流計(jì)數(shù)軌道電路結(jié)合部出現(xiàn)掉碼等問題。隨著列車不斷提速，在站內(nèi)軌道區(qū)段較短處，列車接收的信息往往不完整，造成機(jī)車信號閃白燈，在車站岔區(qū)也會造成機(jī)車信號閃白燈。
1.1.3站內(nèi)干擾嚴(yán)重。同頻干擾、帶內(nèi)干擾、外界干擾等類型不同的干擾是站內(nèi)軌道電路常常出現(xiàn)的問題，這種問題大多是由來源繁多的站內(nèi)信號造成的。其中最為嚴(yán)重的是鄰線干擾問題和牽引回流干擾問題，有時(shí)鄰線干擾會導(dǎo)致列車信號升級。1.1.4機(jī)車信號信息不能進(jìn)行閉環(huán)確認(rèn)。由于機(jī)車信號信息不能返回地面，地面無法確定發(fā)出的信號是否被機(jī)車接收或收到的信息是否正確。1.1.5信息量小。由于鋼軌傳輸自身的局限性，每次傳輸?shù)男畔⒘亢苄�，而且多采用模擬信息傳輸方式，可靠性不高，無法滿足當(dāng)前列車對信號的要求。最為嚴(yán)重的是一旦軌道電路中斷信號傳輸就無法正常進(jìn)行。
1.2調(diào)度集中。我國的鐵路行業(yè)大多采用調(diào)度集中，這種方式比較傳統(tǒng)且效果不是很理想，無法適應(yīng)現(xiàn)代鐵路信息化的發(fā)展趨勢。而且存在很多不足之處，其中最為主要的原因是無線通信手段無法滿足需求。
1.3無線列調(diào)。(1)技術(shù)落后。采用模擬單信道，存在通信質(zhì)量差和干擾嚴(yán)重等問題。(2)能力飽和。在完成列尾風(fēng)壓、車次號、調(diào)度命令等信息傳輸對于現(xiàn)存的無線列調(diào)來說已經(jīng)很不容易了，對于實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、可靠性要求更高的列車控制、控制信息和公務(wù)移動通信等業(yè)務(wù)就顯得力不從心了。(3)效率低下。各專業(yè)部門各自為政建設(shè)的專用系統(tǒng)不經(jīng)濟(jì)，技術(shù)不合理，無線電頻率資源浪費(fèi)。
2通信信號一體化的優(yōu)勢
采用通信來實(shí)現(xiàn)信號傳輸相對于傳統(tǒng)的軌道電路傳送信號而言具有更大的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
2.1傳輸可靠性高。在傳統(tǒng)的軌道電路傳送信號中，發(fā)送信號者只能被動的將信號發(fā)出，至于信號是否被接收者接收或者接受的信息是否正確就不得而知了，這是由于在軌道電路中的信號傳輸是開環(huán)的。與之相比，CBTC系統(tǒng)使發(fā)信者和接受者的互相通信成為可能，除此之外，更為重要的是CBTC系統(tǒng)可以通過反饋糾錯(cuò)技術(shù)以及各類冗余技術(shù)等多種技術(shù)手段提高信號傳輸?shù)目煽啃�，使接受者獲得的信號是準(zhǔn)確的，保證鐵路信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和安全性。
2.2傳輸效率高。鐵路通信信號通過無線的方式進(jìn)行傳輸可以使移動自動閉塞能夠?qū)崿F(xiàn)，其有著可隨列車的運(yùn)行而移動的，可以變化的分區(qū)長度。閉塞分區(qū)通過列車上的無線設(shè)備接收前方車站距離以及前方列車距離等信息來實(shí)現(xiàn)對列車的控制，與地面信號相比，列車上的無線設(shè)備接收的信息具有更高的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，因此地面信號已經(jīng)被停止使用。
2.3傳輸信息量大。傳統(tǒng)的軌道電路系統(tǒng)傳輸信號數(shù)據(jù)量小且速度很慢，這是因?yàn)樾盘栐阼F軌上傳輸?shù)木壒�，而在同時(shí)運(yùn)行在鐵軌上的列車數(shù)量很多，導(dǎo)致鐵軌上的列車控制信號隨之越來越多，這勢必影響傳輸?shù)乃俣取Ｅc傳統(tǒng)的軌道電路系統(tǒng)相比，無線通信網(wǎng)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要大很多，列車控制對信號傳輸?shù)男枰軌虮缓芎玫貪M足。
2.4降低工程投資和生存期成本。端站尾軌和站臺的長度由于列車編組的縮短和運(yùn)行密度的提高也隨之縮短。鐵路信號的傳輸設(shè)備主要安裝在列車內(nèi)和車站內(nèi)，不在設(shè)立在軌道上，極大的降低了投資成本。
同時(shí)鐵路故障也由于軌道電路和地面色燈信號機(jī)等裝置的取消而大大減少。無線機(jī)車信號在車站跨越了軌道電路,擺脫了車站軌道電路電碼化的制約,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡潔。
2.5具有通用性和靈活性。在有特殊情況發(fā)生或者線路出現(xiàn)故障的時(shí)候，由于系統(tǒng)在不增加其他設(shè)備的情況下具有雙向通信的能力，因而反向控制將變得更加簡單。系統(tǒng)的可靠性和性能也不會隨著列車的反向運(yùn)行而降低。由于CBTC系統(tǒng)大大降低了對列車與信號系統(tǒng)的接口要求，因此，性能不同的列車以及編組長度不同的列車都可以在系統(tǒng)內(nèi)部同時(shí)運(yùn)行，系統(tǒng)內(nèi)部的類型不同以及線路不同的列車之間的相互連通將變得十分簡單。列車控制不會受到互相獨(dú)立的子系統(tǒng)升級或者換代的影響，因?yàn)橄到y(tǒng)采用的是通用組件。
3通信信號一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵
技術(shù)按照從低到高的順序，鐵路信號系統(tǒng)在廣義上可以分為四個(gè)層次，分別是：第一層也就是最低層，包括現(xiàn)場的道岔設(shè)備、軌道電路、信號機(jī)、機(jī)車信號、通信的傳輸裝置等。第二層，安全控制設(shè)備。包括車站聯(lián)鎖、列控裝置、道口安全控制等。第三層是分局(局)調(diào)度中心,包括調(diào)度集中、電力調(diào)度、機(jī)車調(diào)度、車輛調(diào)度、設(shè)備維修中心等。第四層也是最高層，包括：局(部)調(diào)度中心,宏觀的決策系統(tǒng)。系統(tǒng)通過四大部分來實(shí)現(xiàn)鐵路通信信號一體化。這四大部分包括：綜合調(diào)度中心子系統(tǒng)、列控車載子系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖列控子系統(tǒng)、信號設(shè)備。通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括安全局域網(wǎng)技術(shù)、無線通信、定位技術(shù)、綜合業(yè)務(wù)承載和接入技術(shù)。除了提升無線技術(shù)層面的適應(yīng)力等傳統(tǒng)技術(shù)手段外，推薦以下兩種改進(jìn)技術(shù)。
(1)優(yōu)化GSM-R切換流程。按照GSM-R雙網(wǎng)交織覆蓋場景，每小區(qū)平均覆蓋大約一千米的范圍，平均約時(shí)間為八秒，高速列車將進(jìn)入小區(qū)切換流程。通過在目標(biāo)小區(qū)CSD資源預(yù)留算法，加速切換流程，將會一定程度改變因切換帶來的丟包問題。(2)更改信號業(yè)務(wù)層面的傳輸層協(xié)議。將業(yè)務(wù)包分割成小包，并且每小包進(jìn)行固定3～4次重傳。通過多包的傳遞將高誤碼率打散，從而提高整包的一次性傳遞成功概率結(jié)語：隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其在鐵路通信領(lǐng)域的廣泛使用，傳統(tǒng)的鐵路通信技術(shù)正發(fā)生著翻天覆地的變革。隨著其他運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸行業(yè)也隨著告訴發(fā)展，面對來自其他運(yùn)輸行業(yè)的激烈競爭，列車不斷提升運(yùn)行速度，以提高自身競爭力。列車提速后，機(jī)車信號主體化成為必然的趨勢，因此必須加快推進(jìn)鐵路通信信號技術(shù)一體化。
參考文獻(xiàn)
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