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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，包括方案設計、故障排除、研發(fā)/維護團隊一體化等多方面的內容。文章重點(diǎn)分析了我國鐵路通信信號設備技術(shù)現狀和不足，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行的列車(chē)進(jìn)行協(xié)調控制，保障線(xiàn)路的安全運行，防止由于缺乏溝通協(xié)調而造成的安全事故。通信與信號之間是相互統一的，沒(méi)有信號就無(wú)法進(jìn)行通信，離開(kāi)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前鐵路通信迫切需要解決的課題。
1通信信號設備現狀
1.1機車(chē)信號與超速防護(ATP)。
1.1.1軌道電路制式多。當前的鐵路通信系統存在多種制式的通信，采用的軌道電路有交流計數、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致傳輸的信號十分混亂。隨著(zhù)列車(chē)信號主體化的發(fā)展趨勢，當前的軌道電路已經(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站內軌道電路電碼化困難。站內電碼化不可能一步到位，需要一個(gè)逐步完善的過(guò)程。在站內電碼化初期，由于系統設計的欠缺，有可能存在兼容性差、協(xié)調不夠以及抗干擾性能差等問(wèn)題。這些問(wèn)題最終導致發(fā)碼時(shí)間滯后、碼畸變、移頻軌道電路與交流計數軌道電路結合部出現掉碼等問(wèn)題。隨著(zhù)列車(chē)不斷提速，在站內軌道區段較短處，列車(chē)接收的信息往往不完整，造成機車(chē)信號閃白燈，在車(chē)站岔區也會(huì )造成機車(chē)信號閃白燈。
1.1.3站內干擾嚴重。同頻干擾、帶內干擾、外界干擾等類(lèi)型不同的干擾是站內軌道電路常常出現的問(wèn)題，這種問(wèn)題大多是由來(lái)源繁多的站內信號造成的。其中最為嚴重的是鄰線(xiàn)干擾問(wèn)題和牽引回流干擾問(wèn)題，有時(shí)鄰線(xiàn)干擾會(huì )導致列車(chē)信號升級。1.1.4機車(chē)信號信息不能進(jìn)行閉環(huán)確認。由于機車(chē)信號信息不能返回地面，地面無(wú)法確定發(fā)出的信號是否被機車(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，每次傳輸的信息量很小，而且多采用模擬信息傳輸方式，可靠性不高，無(wú)法滿(mǎn)足當前列車(chē)對信號的要求。最為嚴重的是一旦軌道電路中斷信號傳輸就無(wú)法正常進(jìn)行。
1.2調度集中。我國的鐵路行業(yè)大多采用調度集中，這種方式比較傳統且效果不是很理想，無(wú)法適應現代鐵路信息化的發(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(wú)線(xiàn)通信手段無(wú)法滿(mǎn)足需求。
1.3無(wú)線(xiàn)列調。(1)技術(shù)落后。采用模擬單信道，存在通信質(zhì)量差和干擾嚴重等問(wèn)題。(2)能力飽和。在完成列尾風(fēng)壓、車(chē)次號、調度命令等信息傳輸對于現存的無(wú)線(xiàn)列調來(lái)說(shuō)已經(jīng)很不容易了，對于實(shí)時(shí)性更強、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(zhuān)業(yè)部門(mén)各自為政建設的專(zhuān)用系統不經(jīng)濟，技術(shù)不合理，無(wú)線(xiàn)電頻率資源浪費。
2通信信號一體化的優(yōu)勢
采用通信來(lái)實(shí)現信號傳輸相對于傳統的軌道電路傳送信號而言具有更大的優(yōu)勢，主要表現在以下幾個(gè)方面：
2.1傳輸可靠性高。在傳統的軌道電路傳送信號中，發(fā)送信號者只能被動(dòng)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(kāi)環(huán)的。與之相比，CBTC系統使發(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系統可以通過(guò)反饋糾錯技術(shù)以及各類(lèi)冗余技術(shù)等多種技術(shù)手段提高信號傳輸的可靠性，使接受者獲得的信號是準確的，保證鐵路信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸的實(shí)時(shí)性和安全性。
2.2傳輸效率高。鐵路通信信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行傳輸可以使移動(dòng)自動(dòng)閉塞能夠實(shí)現，其有著(zhù)可隨列車(chē)的運行而移動(dòng)的，可以變化的分區長(cháng)度。閉塞分區通過(guò)列車(chē)上的無(wú)線(xiàn)設備接收前方車(chē)站距離以及前方列車(chē)距離等信息來(lái)實(shí)現對列車(chē)的控制，與地面信號相比，列車(chē)上的無(wú)線(xiàn)設備接收的信息具有更高的準確性和及時(shí)性，因此地面信號已經(jīng)被停止使用。
2.3傳輸信息量大。傳統的軌道電路系統傳輸信號數據量小且速度很慢，這是因為信號在鐵軌上傳輸的緣故，而在同時(shí)運行在鐵軌上的列車(chē)數量很多，導致鐵軌上的列車(chē)控制信號隨之越來(lái)越多，這勢必影響傳輸的速度。與傳統的軌道電路系統相比，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)所能傳輸的數據量要大很多，列車(chē)控制對信號傳輸的需要能夠被很好地滿(mǎn)足。
2.4降低工程投資和生存期成本。端站尾軌和站臺的長(cháng)度由于列車(chē)編組的縮短和運行密度的提高也隨之縮短。鐵路信號的傳輸設備主要安裝在列車(chē)內和車(chē)站內，不在設立在軌道上，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等裝置的取消而大大減少。無(wú)線(xiàn)機車(chē)信號在車(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,系統結構更簡(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(xiàn)路出現故障的時(shí)候，由于系統在不增加其他設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。系統的可靠性和性能也不會(huì )隨著(zhù)列車(chē)的反向運行而降低。由于CBTC系統大大降低了對列車(chē)與信號系統的接口要求，因此，性能不同的列車(chē)以及編組長(cháng)度不同的列車(chē)都可以在系統內部同時(shí)運行，系統內部的類(lèi)型不同以及線(xiàn)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 )受到互相獨立的子系統升級或者換代的影響，因為系統采用的是通用組件。
3通信信號一體化系統結構及關(guān)鍵
技術(shù)按照從低到高的順序，鐵路信號系統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，包括現場(chǎng)的道岔設備、軌道電路、信號機、機車(chē)信號、通信的傳輸裝置等。第二層，安全控制設備。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)調度中心,包括調度集中、電力調度、機車(chē)調度、車(chē)輛調度、設備維修中心等。第四層也是最高層，包括：局(部)調度中心,宏觀(guān)的決策系統。系統通過(guò)四大部分來(lái)實(shí)現鐵路通信信號一體化。這四大部分包括：綜合調度中心子系統、列控車(chē)載子系統、車(chē)站聯(lián)鎖列控子系統、信號設備。通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)包括安全局域網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)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(xiàn)技術(shù)層面的適應力等傳統技術(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)入小區切換流程。通過(guò)在目標小區CSD資源預留算法，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語(yǔ)：隨著(zhù)電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展及其在鐵路通信領(lǐng)域的廣泛使用，傳統的鐵路通信技術(shù)正發(fā)生著(zhù)翻天覆地的變革。隨著(zhù)其他運輸行業(yè)的快速發(fā)展，鐵路運輸行業(yè)也隨著(zhù)告訴發(fā)展，面對來(lái)自其他運輸行業(yè)的激烈競爭，列車(chē)不斷提升運行速度，以提高自身競爭力。列車(chē)提速后，機車(chē)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
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