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鐵路通信信號一體化技術探索論文
摘要：鐵路通信信號一體化是當前我國鐵路通信領域迫切需要解決的一個大課題，包括方案設計、故障排除、研發/維護團隊一體化等多方面的內容。文章重點分析了我國鐵路通信信號設備技術現狀和不足，闡述了我國鐵路通信信號一體化技術的優勢，對該領域的一些關鍵技術進行了探索。
關鍵詞：鐵路通信;信號一體化;技術
鐵路通信信號承擔的任務是采用以信息技術為核心的通信手段以及控制手段對鐵路上運行的列車進行協調控制，保障線路的安全運行，防止由于缺乏溝通協調而造成的安全事故。通信與信號之間是相互統一的，沒有信號就無法進行通信，離開了通信信號也就失去了存在的意義。通信技術為信號的傳遞提供一個承載媒介。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無絕緣移頻自動閉塞等制式。由于多種制式并存導致傳輸的信號十分混亂。隨著列車信號主體化的發展趨勢，當前的軌道電路已經不能勝任這個工作。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，需要一個逐步完善的過程。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、協調不夠以及抗干擾性能差等問題。這些問題最終導致發碼時間滯后、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題。隨著列車不斷提速，在站內軌道區段較短處，列車接收的信息往往不完整，造成機車信號閃白燈，在車站岔區也會造成機車信號閃白燈。
1.1.3站內干擾嚴重。同頻干擾、帶內干擾、外界干擾等類型不同的干擾是站內軌道電路常常出現的問題，這種問題大多是由來源繁多的站內信號造成的。其中最為嚴重的是鄰線干擾問題和牽引回流干擾問題，有時鄰線干擾會導致列車信號升級。1.1.4機車信號信息不能進行閉環確認。由于機車信號信息不能返回地面，地面無法確定發出的信號是否被機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，無法滿足當前列車對信號的要求。最為嚴重的是一旦軌道電路中斷信號傳輸就無法正常進行。
1.2調度集中。我國的鐵路行業大多采用調度集中，這種方式比較傳統且效果不是很理想，無法適應現代鐵路信息化的發展趨勢。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。(1)技術落后。采用模擬單信道，存在通信質量差和干擾嚴重等問題。(2)能力飽和。在完成列尾風壓、車次號、調度命令等信息傳輸對于現存的無線列調來說已經很不容易了，對于實時性更強、可靠性要求更高的列車控制、控制信息和公務移動通信等業務就顯得力不從心了。(3)效率低下。各專業部門各自為政建設的專用系統不經濟，技術不合理，無線電頻率資源浪費。
2通信信號一體化的優勢
采用通信來實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勢，主要表現在以下幾個方面：
2.1傳輸可靠性高。在傳統的軌道電路傳送信號中，發送信號者只能被動的將信號發出，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的。與之相比，CBTC系統使發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系統可以通過反饋糾錯技術以及各類冗余技術等多種技術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，保證鐵路信號通過無線網絡傳輸的實時性和安全性。
2.2傳輸效率高。鐵路通信信號通過無線的方式進行傳輸可以使移動自動閉塞能夠實現，其有著可隨列車的運行而移動的，可以變化的分區長度。閉塞分區通過列車上的無線設備接收前方車站距離以及前方列車距離等信息來實現對列車的控制，與地面信號相比，列車上的無線設備接收的信息具有更高的準確性和及時性，因此地面信號已經被停止使用。
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，而在同時運行在鐵軌上的列車數量很多，導致鐵軌上的列車控制信號隨之越來越多，這勢必影響傳輸的速度。與傳統的軌道電路系統相比，無線通信網所能傳輸的數據量要大很多，列車控制對信號傳輸的需要能夠被很好地滿足。
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內和車站內，不在設立在軌道上，極大的降低了投資成本。
同時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。無線機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,系統結構更簡潔。
2.5具有通用性和靈活性。在有特殊情況發生或者線路出現故障的時候，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單。系統的可靠性和性能也不會隨著列車的反向運行而降低。由于CBTC系統大大降低了對列車與信號系統的接口要求，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內部同時運行，系統內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鍵
技術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層次，分別是：第一層也就是最低層，包括現場的道岔設備、軌道電路、信號機、機車信號、通信的傳輸裝置等。第二層，安全控制設備。包括車站聯鎖、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、機車調度、車輛調度、設備維修中心等。第四層也是最高層，包括：局(部)調度中心,宏觀的決策系統。系統通過四大部分來實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、列控車載子系統、車站聯鎖列控子系統、信號設備。通信網絡技術包括安全局域網技術、無線通信、定位技術、綜合業務承載和接入技術。除了提升無線技術層面的適應力等傳統技術手段外，推薦以下兩種改進技術。
(1)優化GSM-R切換流程。按照GSM-R雙網交織覆蓋場景，每小區平均覆蓋大約一千米的范圍，平均約時間為八秒，高速列車將進入小區切換流程。通過在目標小區CSD資源預留算法，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)更改信號業務層面的傳輸層協議。將業務包分割成小包，并且每小包進行固定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語：隨著電子計算機技術的飛速發展及其在鐵路通信領域的廣泛使用，傳統的鐵路通信技術正發生著翻天覆地的變革。隨著其他運輸行業的快速發展，鐵路運輸行業也隨著告訴發展，面對來自其他運輸行業的激烈競爭，列車不斷提升運行速度，以提高自身競爭力。列車提速后，機車信號主體化成為必然的趨勢，因此必須加快推進鐵路通信信號技術一體化。
參考文獻
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