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鐵路通信信號(hào)一體化技術(shù)探索論文
摘要：鐵路通信信號(hào)一體化是當(dāng)前我國(guó)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(guó)鐵路通信信號(hào)設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀和不足，闡述了我國(guó)鐵路通信信號(hào)一體化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)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(hào)一體化;技術(shù)
鐵路通信信號(hào)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(duì)鐵路上運(yùn)行的列車(chē)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(hào)之間是相互統(tǒng)一的，沒(méi)有信號(hào)就無(wú)法進(jìn)行通信，離開(kāi)了通信信號(hào)也就失去了存在的意義。通信技術(shù)為信號(hào)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(hào)設(shè)備現(xiàn)狀
1.1機(jī)車(chē)信號(hào)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(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞等制式。由于多種制式并存導(dǎo)致傳輸?shù)男盘?hào)十分混亂。隨著列車(chē)信號(hào)主體化的發(fā)展趨勢(shì)，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(chē)信號(hào)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(guò)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(wèn)題。這些問(wèn)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(wèn)題。隨著列車(chē)不斷提速，在站內(nèi)軌道區(qū)段較短處，列車(chē)接收的信息往往不完整，造成機(jī)車(chē)信號(hào)閃白燈，在車(chē)站岔區(qū)也會(huì)造成機(jī)車(chē)信號(hào)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(wèn)題，這種問(wèn)題大多是由來(lái)源繁多的站內(nèi)信號(hào)造成的。其中最為嚴(yán)重的是鄰線干擾問(wèn)題和牽引回流干擾問(wèn)題，有時(shí)鄰線干擾會(huì)導(dǎo)致列車(chē)信號(hào)升級(jí)。1.1.4機(jī)車(chē)信號(hào)信息不能進(jìn)行閉環(huán)確認(rèn)。由于機(jī)車(chē)信號(hào)信息不能返回地面，地面無(wú)法確定發(fā)出的信號(hào)是否被機(jī)車(chē)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(wú)法滿足當(dāng)前列車(chē)對(duì)信號(hào)的要求。最為嚴(yán)重的是一旦軌道電路中斷信號(hào)傳輸就無(wú)法正常進(jìn)行。
1.2調(diào)度集中。我國(guó)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(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代鐵路信息化的發(fā)展趨勢(shì)。而且存在很多不足之處，其中最為主要的原因是無(wú)線通信手段無(wú)法滿足需求。
1.3無(wú)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(wèn)題。(2)能力飽和。在完成列尾風(fēng)壓、車(chē)次號(hào)、調(diào)度命令等信息傳輸對(duì)于現(xiàn)存的無(wú)線列調(diào)來(lái)說(shuō)已經(jīng)很不容易了，對(duì)于實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、可靠性要求更高的列車(chē)控制、控制信息和公務(wù)移動(dòng)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(mén)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(wú)線電頻率資源浪費(fèi)。
2通信信號(hào)一體化的優(yōu)勢(shì)
采用通信來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸相對(duì)于傳統(tǒng)的軌道電路傳送信號(hào)而言具有更大的優(yōu)勢(shì)，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(hào)中，發(fā)送信號(hào)者只能被動(dòng)的將信號(hào)發(fā)出，至于信號(hào)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(hào)傳輸是開(kāi)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(guò)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(hào)傳輸?shù)目煽啃裕菇邮苷攉@得的信號(hào)是準(zhǔn)確的，保證鐵路信號(hào)通過(guò)無(wú)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(hào)通過(guò)無(wú)線的方式進(jìn)行傳輸可以使移動(dòng)自動(dòng)閉塞能夠?qū)崿F(xiàn)，其有著可隨列車(chē)的運(yùn)行而移動(dòng)的，可以變化的分區(qū)長(zhǎng)度。閉塞分區(qū)通過(guò)列車(chē)上的無(wú)線設(shè)備接收前方車(chē)站距離以及前方列車(chē)距離等信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的控制，與地面信號(hào)相比，列車(chē)上的無(wú)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(hào)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(hào)數(shù)據(jù)量小且速度很慢，這是因?yàn)樾盘?hào)在鐵軌上傳輸?shù)木壒剩谕瑫r(shí)運(yùn)行在鐵軌上的列車(chē)數(shù)量很多，導(dǎo)致鐵軌上的列車(chē)控制信號(hào)隨之越來(lái)越多，這勢(shì)必影響傳輸?shù)乃俣�。與傳統(tǒng)的軌道電路系統(tǒng)相比，無(wú)線通信網(wǎng)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要大很多，列車(chē)控制對(duì)信號(hào)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(tái)的長(zhǎng)度由于列車(chē)編組的縮短和運(yùn)行密度的提高也隨之縮短。鐵路信號(hào)的傳輸設(shè)備主要安裝在列車(chē)內(nèi)和車(chē)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(hào)機(jī)等裝置的取消而大大減少。無(wú)線機(jī)車(chē)信號(hào)在車(chē)站跨越了軌道電路,擺脫了車(chē)站軌道電路電碼化的制約,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)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(jiǎn)單。系統(tǒng)的可靠性和性能也不會(huì)隨著列車(chē)的反向運(yùn)行而降低。由于CBTC系統(tǒng)大大降低了對(duì)列車(chē)與信號(hào)系統(tǒng)的接口要求，因此，性能不同的列車(chē)以及編組長(zhǎng)度不同的列車(chē)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(chē)之間的相互連通將變得十分簡(jiǎn)單。列車(chē)控制不會(huì)受到互相獨(dú)立的子系統(tǒng)升級(jí)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(hào)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(hào)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(chǎng)的道岔設(shè)備、軌道電路、信號(hào)機(jī)、機(jī)車(chē)信號(hào)、通信的傳輸裝置等。第二層，安全控制設(shè)備。包括車(chē)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(chē)調(diào)度、車(chē)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(guò)四大部分來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵路通信信號(hào)一體化。這四大部分包括：綜合調(diào)度中心子系統(tǒng)、列控車(chē)載子系統(tǒng)、車(chē)站聯(lián)鎖列控子系統(tǒng)、信號(hào)設(shè)備。通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括安全局域網(wǎng)技術(shù)、無(wú)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(wú)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(chǎng)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(chē)將進(jìn)入小區(qū)切換流程。通過(guò)在目標(biāo)小區(qū)CSD資源預(yù)留算法，加速切換流程，將會(huì)一定程度改變因切換帶來(lái)的丟包問(wèn)題。(2)更改信號(hào)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(guò)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(yǔ)：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(duì)來(lái)自其他運(yùn)輸行業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，列車(chē)不斷提升運(yùn)行速度，以提高自身競(jìng)爭(zhēng)力。列車(chē)提速后，機(jī)車(chē)信號(hào)主體化成為必然的趨勢(shì)，因此必須加快推進(jìn)鐵路通信信號(hào)技術(shù)一體化。
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