鐵路通信系統(tǒng)中新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

摘要:隨著鐵路運(yùn)輸發(fā)展，基于分立元器件和模擬信號處理技術(shù)的傳統(tǒng)鐵路信號設(shè)備越來越滿足不了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩院蛯?shí)時(shí)性。因此，引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)的高速分析計(jì)算功能，來提高信號設(shè)備的技術(shù)水平已非常緊迫。本文簡要介紹了鐵路通信系統(tǒng)中幾種新型技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，新技術(shù)的應(yīng)用是保證鐵路行車安全、提高運(yùn)輸效率的有力工具。

關(guān)鍵詞:數(shù)字信號處理;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用;通信技術(shù)與控制技術(shù)的結(jié)合;通信信號一體化;接入網(wǎng)技術(shù)

1 數(shù)字信號處理新技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字信號處理技術(shù)的出現(xiàn)為鐵路信號信息處理提供了很好的解決方法。與模擬信號處理技術(shù)相比較，數(shù)字信號處理技術(shù)具有更高的可靠性和實(shí)時(shí)性。數(shù)字信號處理的頻域分析和時(shí)域分析的兩種傳統(tǒng)分析方法有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。頻域分析的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算精度高和抗干擾性能好，而缺點(diǎn)是在強(qiáng)干擾中提取信號時(shí)容易造成解碼倍頻現(xiàn)象，例如將移頻的低頻11Hz誤解成22Hz;時(shí)域分析的優(yōu)點(diǎn)是定型準(zhǔn)確，而缺點(diǎn)是定量精確地剔除帶內(nèi)干擾難度大。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的新發(fā)展，在鐵路信號處理中引入了新的實(shí)用技術(shù)，如ZFFT(ZOOM-FFT)、小波信號處理技術(shù)、現(xiàn)代譜分析技術(shù)等。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)施企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化管理已成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化的客觀要求和必然趨勢。鐵路信號系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是鐵路運(yùn)輸綜合調(diào)度指揮的基礎(chǔ)。在網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息化，從而實(shí)現(xiàn)集中、智能管理。

2.1 網(wǎng)絡(luò)化，現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)不是各種信號設(shè)備的簡單組合，而是功能完善、層次分明的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)部各功能單元之間獨(dú)立工作，同時(shí)又互相聯(lián)系，交換信息，構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，使指揮者能夠全面了解轄區(qū)內(nèi)的各種情況，靈活配置系統(tǒng)資源，保證鐵路系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行。

2.2 信息化，以信息化帶動鐵路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，是鐵路發(fā)展的必然趨勢。全面、準(zhǔn)確獲得線路上的信息是高速列車安全運(yùn)行的保證。因而現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)采用了許多先進(jìn)的通信技術(shù)，如光纖通信、無線通信、衛(wèi)星通信與定位技術(shù)等。

2.3 智能化，智能化包括系統(tǒng)的智能化與控制設(shè)備的智能化。系統(tǒng)智能化是指上層管理部門根據(jù)鐵路系統(tǒng)的實(shí)際情況，借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來合理規(guī)劃列車的運(yùn)行，使整個(gè)鐵路系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化;控制設(shè)備的智能化則是指采用智能化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來準(zhǔn)確、快速地獲得指揮者所需的信息，并根據(jù)指令來指揮、控制列車的運(yùn)行。

3 通信技術(shù)與控制技術(shù)相結(jié)合

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，向傳統(tǒng)的以軌道電路作為信息傳輸媒體的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。綜合利用3C技術(shù)代替軌道電路技術(shù)，構(gòu)成新型列車控制系統(tǒng)已成必然。用3C技術(shù)代替軌道電路的核心是通信技術(shù)的應(yīng)用，目前計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)已經(jīng)滲透到列控系統(tǒng)中，稱為“基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”。其具有以下特點(diǎn):列車與地面之間有各種類型的無線雙向通信。可分為連續(xù)式和點(diǎn)式的。其中又可分為短距離傳輸(指1m以內(nèi))和較長距離傳輸(遠(yuǎn)至幾公里至幾十公里)的移動通信。它們?nèi)匀槐Ａ糸]塞分區(qū)，其中最簡易方式CBTC仍采用固定的閉塞分區(qū)，但是閉塞分區(qū)的分隔點(diǎn)不是用軌道電路的機(jī)械絕緣節(jié)或電氣絕緣節(jié)(如無絕緣軌道電路)，而是用應(yīng)答器或計(jì)軸器，或其他能傳送無線信號的裝置構(gòu)成分隔點(diǎn)，這種簡易形式仍然保留固定長度的閉塞分區(qū)，簡稱為CBTC-MAS。在CBTC中進(jìn)一步發(fā)展的閉塞分區(qū)不是固定的，而是移動的，簡稱CBTC-MAS。

4 通信信號一體化

從鐵路信號系統(tǒng)縱向發(fā)展看，德國已經(jīng)形成從LZB、FZB發(fā)展到ERTMS的發(fā)展趨勢。LZB利用軌道電纜環(huán)線傳輸列車運(yùn)行控制系統(tǒng)行車指令和速度指令機(jī)車信號，取消地面閉塞信號機(jī)，保留閉塞分區(qū)，列車按固定閉塞方式(即FAS)運(yùn)行。FZB是基于無線的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，是新一代移動自動閉塞系統(tǒng)(即MAS)，其目的是實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，并已加入ETCS。ERTMS/ETCS(歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)/歐洲列車控制系統(tǒng))是歐盟支持的統(tǒng)一的行車控制系統(tǒng)，采用GSM-R作為傳輸系統(tǒng)，其成功應(yīng)用將進(jìn)一步推動鐵路通信信號的技術(shù)進(jìn)步，加快實(shí)現(xiàn)鐵路通信信號一體化的進(jìn)程。從信號系統(tǒng)的橫向發(fā)展來看，日本新干線在1995年成功開發(fā)和投入運(yùn)行的COSMOS系統(tǒng)，則是通信信號一體化的又一個(gè)成功案例。該系統(tǒng)包含運(yùn)輸計(jì)劃、運(yùn)行管理、維護(hù)工作管理、設(shè)備管理、集中信息管理、電力系統(tǒng)控制、車輛管理、站內(nèi)工作管理等8個(gè)子系統(tǒng)，以通信信號一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中心到車站各子系統(tǒng)的信息共享，并使系統(tǒng)達(dá)到很高的自動化水平。另外成功地應(yīng)用了安全光纖局域網(wǎng)，使之成為聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的安全傳輸通道，達(dá)到通信技術(shù)與信號安全技術(shù)的深度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了通信信號一體化。

5 接入網(wǎng)的應(yīng)用

隨著鐵路現(xiàn)代化改造進(jìn)程的迅速推進(jìn)，從前單一的無線列調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鐵路無線通信的需要，這樣就迫切需要建設(shè)一套適合于鐵路現(xiàn)代化運(yùn)營指揮需要的先進(jìn)的無線通信系統(tǒng)。這一系統(tǒng)應(yīng)該采用小區(qū)制，并完成大三角功能。也就是說，系統(tǒng)必須可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心與車站值班員之間、車站值班員與列車司機(jī)之間、列車司機(jī)與調(diào)度中心之間的通話功能，必須可以實(shí)現(xiàn)線路管理區(qū)間的公務(wù)移動通信功能，同時(shí)還必須能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度中心與列車司機(jī)室之間實(shí)時(shí)的雙向數(shù)據(jù)通信功能。基于這一想法，構(gòu)成鐵路無線通信接入網(wǎng)的方式可以采用現(xiàn)有的無線通信方式的集群通信方式、GSM(全球移動通信系統(tǒng))移動通信方式、CDMA移動通信方式。集群通信系統(tǒng)是一種功能強(qiáng)大的專用移動通信系統(tǒng)，是通信與微處理機(jī)技術(shù)、程控交換技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它集交換、控制、通信于一體，通過無線撥號的方式把一組信道自動最優(yōu)地動態(tài)分配給系統(tǒng)內(nèi)部用戶，最大限度地利用系統(tǒng)資源和頻率資源，降低系統(tǒng)內(nèi)呼損，提高服務(wù)質(zhì)量。由于它具有群呼、組呼、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等功能，特別適合于調(diào)度指揮以及應(yīng)急、搶險(xiǎn)等場合，并較好地解決了通信頻率合理分配的問題，因而倍受專業(yè)運(yùn)營管理部門的青睞，被確定為現(xiàn)行鐵路移動通信方式的首選類型。但是這一系統(tǒng)還具有一定的缺點(diǎn)，主要包括采用動態(tài)的頻率分配，沒有考慮與周圍公用網(wǎng)的有效融合問題，沒有先進(jìn)的路由合理選擇功能，并且在建立通路和自動過網(wǎng)時(shí)存在信息丟失現(xiàn)象，保密性不強(qiáng)，容易受干擾等，這些缺點(diǎn)對于話音通信的影響不大，但是會對列車與調(diào)度指揮中心之間的實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)通信造成較大的誤碼，因而對于要求較高數(shù)據(jù)通信誤碼率的場合并不適合。即將動工的秦沈客運(yùn)專線的移動通信系統(tǒng)主要包括400MHz的無線列調(diào)系統(tǒng)和800MHz的集群移動通信系統(tǒng)，考慮到集群移動通信系統(tǒng)在越區(qū)切換過程中會存在信息的損傷，因此將數(shù)據(jù)通信部分交由無線列調(diào)系統(tǒng)來完成，集群移動通信系統(tǒng)僅進(jìn)行區(qū)間通信(如大三角功能的話音通信，公務(wù)通信以及應(yīng)急搶險(xiǎn)通信等)，并留有調(diào)度電話進(jìn)入的余地和接入公用通信網(wǎng)的功能。這一系統(tǒng)也是我國鐵路以集群通信的方式為無線接入系統(tǒng)的第一例，是我國鐵路通信史上的一個(gè)重大變革。

鐵路無線接入網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢隨著改革的進(jìn)一步深入和社會信息化的進(jìn)展，不僅要求鐵路通信網(wǎng)具有更強(qiáng)的保障鐵路安全運(yùn)營的通信功能，以適應(yīng)高速列車通信的需求，而且要以鐵道部的全程全網(wǎng)的優(yōu)勢全力發(fā)展電信增值服務(wù)及經(jīng)營與中國電信業(yè)務(wù)范圍一樣的電信業(yè)務(wù)，參與同中國電信的競爭，使旅客和網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的廣大用戶方便地享受信息的服務(wù)。比如隨時(shí)隨地的提供鐵路客貨運(yùn)輸資訊信息、訂購火車票等服務(wù)，在列車就能享受語音、傳真、數(shù)據(jù)、視頻、移動通信及Internet等服務(wù)。 鐵路通信網(wǎng)是保證行車安全、提高運(yùn)輸效率的有力工具。 在保證鐵路通信要求的前提下，發(fā)展多種接入方式，特別是無線接入方式，逐步達(dá)到同公用網(wǎng)的統(tǒng)一，從而參與同其它電信部門的競爭，為出行的旅客以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的用戶提供高質(zhì)量、方便、快捷的電信服務(wù)。