機車綜合無線通信設(shè)備(CIR)的改進方案

王慶國 上海鐵路局上海通信段

無線列調(diào)系統(tǒng)在鐵路運輸中發(fā)揮了重要的作用，但在高速鐵路中，無線列調(diào)系統(tǒng)已不能滿足通信需求，因此鐵道部決定采用GSM-R技術(shù)體制，實踐證明，GSM-R系統(tǒng)基本滿足了高速鐵路信息化的需求。但是，由于目前高速鐵路網(wǎng)還未完全建成，在很長一段時間內(nèi)，列車會在高速鐵路和既有鐵路間交叉運行。由于既有鐵路運行速度相對不高，對信息化需求也不高，且對既有鐵路的GSM-R改造成本很高，因此在相當長的時間內(nèi)不會對既有線進行全面的GSMR改造。鑒于上述原因，為實現(xiàn)機車能適應(yīng)不同的運行環(huán)境，鐵道部制訂了機車綜合無線通信設(shè)備(CIR)標準，兼容不同制式，并已大量投入應(yīng)用。通過一段時間的使用，我們發(fā)現(xiàn)CIR在有些方面還需進行改造，以便滿足實際應(yīng)用需要。

機車綜合無線通信設(shè)備(CIR)主要包含兩個系統(tǒng)功能，一是原有的無線列調(diào)系統(tǒng)功能，二是GSM-R系統(tǒng)功能。本文針對這兩個系統(tǒng)功能在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進行分析，提出改進方案。

1 改進CIR設(shè)備無線列調(diào)模式與GSM-R模式轉(zhuǎn)換方案

CIR設(shè)備具有450MHz無線列調(diào)和GSM-R兩種工作模式，在技術(shù)標準中規(guī)定CIR在這兩種模式間相互切換，不同時工作。但實際上，這兩個系統(tǒng)可獨立工作，互不影響。在實際運用中，列車在跨線運行時，就需要兩套設(shè)備同時工作。例如，上海局合寧線與京滬線、淮南線相連，合寧線安裝了GSM－R系統(tǒng)，淮南線和京滬線運用的是無線列調(diào)系統(tǒng)，列車在永寧站和全椒站間、肥東站和三十里站間運行時，經(jīng)常因制式轉(zhuǎn)換問題而造成通信中斷或失敗。鐵道部技術(shù)標準要求在線路兩側(cè)設(shè)置無線列調(diào)制式和頻點切換點通信轉(zhuǎn)換標志提示牌，據(jù)此我們在合寧線K443+500和K331+000兩處設(shè)立了通信轉(zhuǎn)換提示牌。但在實際應(yīng)用中，由于需要通話的時間不一定，因此不論轉(zhuǎn)換點設(shè)在何處，都會有影響通話的可能，并且高速行駛時標志牌很難被注意到，而車站值班員也不能確定列車在何時越過轉(zhuǎn)換點；CIR設(shè)備在GSM－R和無線列調(diào)模式轉(zhuǎn)換時，由于GSM－R需要30s左右的網(wǎng)絡(luò)注冊或注銷時間，因此這段時間其實無論哪種模式都不能正常通信。如果對CIR設(shè)備進行適當技術(shù)改造，使CIR的兩種模式都能獨立同時工作，這樣，無論機車司機或車站值班員用無線列調(diào)模式還是GSM-R模式通話，都不會受到干擾；同樣，機車在GSM-R區(qū)段和無線列調(diào)區(qū)段運行時，隨車機械師或車長也都能很方便地與司機間建立通信。另外為了減少設(shè)備工作時間，可對CIR設(shè)備設(shè)置模式自動關(guān)閉的切換點，以便列車駛?cè)隚SM－R區(qū)段時CIR在合適的點上自動關(guān)閉無線列調(diào)模式，反之在無線列調(diào)模式下關(guān)閉GSM－R模式，切換點可設(shè)置在永寧和全椒區(qū)間以外。

2 改進CIR設(shè)備無線列調(diào)模式

鐵路運輸經(jīng)過長交路、大輪乘改革后，使原先以路局為交路分界的相對獨立的機車運行體制被徹底打亂。為適應(yīng)機車長交路運行，制訂了通用式無線列調(diào)機車電臺技術(shù)標準；為實現(xiàn)GSM－R系統(tǒng)功能與無線列調(diào)系統(tǒng)功能相互融合，繼而制訂了機車綜合無線通信設(shè)備標準，用GPS對機車進行定位，CIR自動適應(yīng)地面無線設(shè)備制式來實現(xiàn)機車與地面的通信。經(jīng)過實際使用，發(fā)現(xiàn)還存在不少問題，主要表現(xiàn)為：采用不同頻組的無線列調(diào)系統(tǒng)間切換時 (例如滬昆線與京廣線間轉(zhuǎn)換)，相鄰車站無法可靠呼叫到機車(與無線列調(diào)模式和GSM-R模式間轉(zhuǎn)換情況相似)；由于隧道等原因使GPS信號丟失，造成CIR誤報警，繼而干擾司機的注意力；無法解決車長、隨車機械師、車輛乘務(wù)員手持電臺跨切換點的頻點轉(zhuǎn)換；同頻干擾嚴重影響通話等。這些問題同樣困擾著無線列調(diào)通信系統(tǒng)更好地運用。

目前我局的無線列調(diào)系統(tǒng)車機聯(lián)控采用同頻單工的工作模式，司機、地面、隨車機械師、運轉(zhuǎn)車長間通信采用同一頻率，列尾信息傳送也采用這一頻率，因此干擾非常嚴重，尤其是在樞紐地區(qū)和編組場內(nèi)。事實上，鐵路的頻率源比較豐富，鐵道部分配給無線列調(diào)的400MHz頻段頻率也有30多個，但目前實際應(yīng)用的頻點卻很少，頻率資源浪費嚴重。如果對CIR設(shè)備的無線列調(diào)頻點進行規(guī)劃，就可充分利用鐵路頻率資源，同時可大大地降低同頻干擾。例如，給運轉(zhuǎn)車長、隨車機械師、列尾設(shè)備等不同身份的用戶分配不同的專用頻率就是一個很好的選擇。解決的辦法是給CIR設(shè)置一個守候頻率和多個通話頻率，不同的通話頻率間轉(zhuǎn)換通過司機在操作面板上設(shè)置不同的按鈕來完成。當CIR處于守候狀態(tài)時，電臺工作在某個特定頻率f1上，如果外界有f1的信號呼入，司機摘機回話也鎖定在f1上。當司機需與其他身份的用戶進行通話時，可在操作面板上按壓不同的按鈕實現(xiàn)頻道間切換。

為了實現(xiàn)上述設(shè)想，需要對參與無線列調(diào)的用戶身份進行規(guī)劃，目前主要有助理值班員、運轉(zhuǎn)車長（隨車機械師、車輛乘務(wù)員）、列尾裝置等，依次可分配頻率為f2f3f4等，這樣設(shè)置就完全避免了通信相互干擾，并且這些設(shè)備都是手持或移動設(shè)備，改造很方便。

如果對車站電臺也分配不同的頻率，例如分配5至8個頻率進行頻率復(fù)用，則可徹底解決樞紐地區(qū)和站場地區(qū)的同頻干擾。

3 修改CIR線路數(shù)據(jù)庫格式

根據(jù)CIR技術(shù)標準，CIR需要預(yù)先錄制線路數(shù)據(jù)庫信息，以實現(xiàn)機車CIR設(shè)備適應(yīng)地面無線電臺的制式，但標準對線路數(shù)據(jù)庫的格式?jīng)]有明確規(guī)定，各設(shè)備廠家制造的設(shè)備其線路數(shù)據(jù)庫的格式也不一致，造成司機在選擇線路時感到很凌亂。

根據(jù)CIR技術(shù)標準如果要把上海局的所有線路都寫入CIR，則有幾十條，隨著新線的建成，線路數(shù)量還會不斷增加。另外，上海局的機車直通廣州局、南昌局、北京局等，沿線經(jīng)過多個路局、幾十條線路，都應(yīng)全部寫入CIR。因此，司機打開CIR線路數(shù)據(jù)庫，在幾十條線路名稱中要找到合適的線路名稱，確實也感到不方便。經(jīng)過對線路數(shù)據(jù)庫分析后，我們發(fā)現(xiàn)，其實真正需要頻率和制式轉(zhuǎn)換的點并不多。在一個路局范圍內(nèi)，無線列調(diào)的制式基本上是統(tǒng)一的。例如上海局，只有銅九線、京滬線北段和隴海線等少數(shù)區(qū)段采用其它制式外，全局幾乎都采用了同頻單工457.700MHz模式。因此可對其線路制式名稱進行歸納，除對特殊區(qū)段列出制式名稱外，其他線路采用"其他"代替，這樣可省去百分之九十以上的線路名稱輸入。在MMI面板顯示中也應(yīng)只顯示無線列調(diào)的制式，不顯示運行區(qū)段，這樣就可大大減少需要寫入的線路名稱，還不會造成視覺錯誤。

4 改造CIR的兩層結(jié)構(gòu)形式

CIR設(shè)備在現(xiàn)場使用中，開機后MMI無法進入主控狀態(tài)是一種常見的故障，且發(fā)生概率較高。通過檢查發(fā)現(xiàn)主控單元或B子架上的AB子架間信號電纜接口、B子架上與MMI控制電纜聯(lián)接口還是有時會出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，將接口重新擰緊后故障消失。主要原因是CIR控制電纜頭以及AB子架間信號電纜頭均做了抗電磁干擾處理，電纜接頭比較粗而硬，導(dǎo)致接口連接不良。事實上，由于AB子架間不可能存在分離安裝的現(xiàn)象，因此AB子架的外線連接完全可以改成內(nèi)部聯(lián)接，這樣可以選用普通的電纜聯(lián)接口，將大大減少因電纜連接不良而造成的設(shè)備故障。

5 CIR設(shè)備關(guān)閉后，GSM-R單元無法完成網(wǎng)絡(luò)注銷

當CIR發(fā)生故障（主要是MMI白屏），根據(jù)鐵道部頒布的CIR故障應(yīng)急處置辦法，須對CIR進行復(fù)位重啟。事實上，當故障發(fā)生時，有時即使是對CIR設(shè)備關(guān)閉電源，也無法完成CIR設(shè)備的重啟，主要表現(xiàn)為GSM－R單元無法完成網(wǎng)絡(luò)注銷。造成這一問題的主要原因有二個，一是由于CIR內(nèi)置電池的容量不足，當CIR復(fù)位時無法為GSM－R模塊完成正常退網(wǎng)提供足夠的電壓；二是由于在無線列調(diào)區(qū)段內(nèi)運行時，GSM－R模塊收不到網(wǎng)絡(luò)信號，將因此不停地搜索網(wǎng)絡(luò)而造成模塊死機，此時無論對CIR怎樣操作，都無法重新進入正常的工作模式。只有對CIR進行拆解，斷開內(nèi)部電池后才能重新進入正常工作狀態(tài)，現(xiàn)場維護非常不方便。解決的辦法是對CIR進行改造，在CIR的AB子架上安裝一個開關(guān)，實現(xiàn)對CIR內(nèi)置電池的控制，當出現(xiàn)上述故障時，就能方便地對CIR實現(xiàn)重啟。

6 提高CIR設(shè)備線路數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換精度

CIR根據(jù)GPS模塊輸出的地理數(shù)據(jù)信息選擇合適的工作模式，在多線并行區(qū)段運行，且CIR工作在自動模式下時，由于采集的線路數(shù)據(jù)庫精度不夠，經(jīng)常會造成模式誤切換，干擾司機正常行車，例如在京滬線與京津城際并線區(qū)段就發(fā)生過這樣的事件，隨即組織廠家對線路數(shù)據(jù)庫重新編輯，提高線路地理信息的判別速度后不再發(fā)生類似事件。

目前，并線運行的線路很多，例如上海局京滬線與滬寧城際和京滬高鐵等，因此在線路數(shù)據(jù)庫編輯時必須注意制式切換的精度問題。

7 建議雙套冗余

CIR設(shè)備雖然包含兩種工作模式，相互間可切換，但由于地面設(shè)備只有一套，因此CIR設(shè)備還是只有單套工作，這與高速鐵路對安全的要求是不夠的，建議實現(xiàn)雙套冗余。

無線列調(diào)系統(tǒng)和鐵路綜合無線通信系統(tǒng)是鐵路行車的重要安全裝備，系統(tǒng)的合理性將直接影響系統(tǒng)發(fā)揮作用；CIR設(shè)備是這兩個系統(tǒng)的重要組成部分，CIR設(shè)備的性能直接影響行車安全，因此需要不斷地改進。