列尾信息傳送系統方案研究

陳宏達

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

近年來，彝贛線、隴海線等多次鐵路事故中的列尾信息傳送失靈對列尾信息傳送系統的設計和實現方法提出了新的要求，2009年郴州6.29鐵路客車事故再次將列尾裝置及列尾信息傳送推上風口浪尖。

按照目前的管理模式，列尾裝置主機的摘掛、保管和組織維修等工作由行車部門負責，列尾控制盒及列尾裝置主機內無線電臺的檢修由電務段負責，而列尾信息傳送系統的建設經常被忽視，給行車安全帶來隱患。下面結合新恩陶鐵路工程，介紹列尾信息傳送系統的設計和實現方法。

1 工程實例

新街至恩格阿婁至陶利廟鐵路位于內蒙古自治區中西部，線路全長約178 km。電力牽引方式，牽引質量10 000 t。全線設置GSM-R數字移動通信系統。所有列車均設置列尾裝置及附屬設備，列尾裝置具有標識列車尾部標志、風壓檢查、輔助排風制動、電池欠壓和主管風壓不正常自動報警等功能。

2 現有方案

目前，鐵路上應用的列尾信息傳送系統主流制式包括450（或800）MHz方式、400 kHz+450（或800）MHz方式、GSM-R方式，下面就上述解決制式作一些探討。

1）制式一：450（或800）MHz

此方式能夠滿足新恩陶鐵路列尾信息傳送需求,但是存在信道呼叫建立時間較長、傳輸效果受區間弱場影響等諸多問題，尤其是在轉彎隧道內，傳輸效果難以滿足要求。

為彌補區間弱場，需采用中繼方式，目前的中繼方式分為地面中繼和車上中繼兩種，新恩陶鐵路無線通信系統采用GSM-R數字移動通信系統,若列尾信息傳送系統采用450（或800）MHz方式則無地面中繼設備可以利用，僅能采用車上中繼方式解決，這就需增加車上中繼設備費用。

2）制式二: 400 kHz+450（或800）MHz

由于新恩陶鐵路為電氣化鐵路，全線架設接觸網，為采用此方式組建列尾信息傳送系統提供了條件，同時，此方式也能夠滿足新恩陶鐵路列尾信息傳送需求，且無需中繼設備。400 kHz信道在區間弱場區段效果較好，450（或800）MHz信道在編組站場和平原區段效果較好，雙信道互補，但是在投資上需增加400 kHz信道機的費用。

3）制式三: GSM-R

由于新恩陶鐵路無線通信系統采用GSM-R數字移動通信系統,為采用此方式組建列尾信息傳送系統提供了網絡基礎，同時，此方式也能夠滿足新恩陶鐵路列尾信息傳送需求。

目前GSM-R數字移動通信系統的數據傳送方式包括電路交換數據(CSD)、短信息(SMS)、通用分組無線業務（GPRS）3種。

3 方案選擇

鑒于新恩陶鐵路電力牽引萬噸，全線設置GSM-R數字移動通信系統的情況，我們首選GSM-R方式傳送列尾信息。

列尾信息傳送在GSM-R系統中，采用電路交換數據、短信息、通用分組無線業務（GPRS）都可以實現。

CSD方式有按需建立信道和一直在線兩種方式。按需建立信道方式信道建立時間和信息傳送延時均較長；一直在線方式占用系統信道資源，兩者都不是最好的解決辦法。

SMS方式采用的是短信息中心存儲轉發方式，傳輸延時長，并且傳輸延時還取決于中心設備的處理能力，一旦中心設備信息擁堵，后果不堪設想，因此此方式不可取。

GPRS方式建立時間和信息傳送延時之和較短，且可對無線資源實行按需分配，無疑是一個較好的解決方法。

綜上所述，列尾信息傳送系統采用GSM-R數字移動通信系統GPRS方式，由地面部分的GSM-R網絡和車載部分的機車綜合無線通信設備（CIR）、列尾主機（EOT）等組成。

當然采用GSM-R數字移動通信系統GPRS方式還存在一些問題，如：由于GSM-R網絡弱場,造成CIR、EOT脫網，不易被及時察覺；由于GPRS方式延時導致排風操作時間過長；列車在不同區段套跑困難等，這些問題還需要我們根據實際情況進一步解決。

4 方案創新

這里提供一種新的解決思路供大家參考：ZigBee技術。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術,可工作在2.4 GHz（全球流行）、868 MHz（歐洲流行）和915 MHz（美國流行）3個頻段上,分別具有最高250 kbit/s、20 kbit/s和40 kbit/s的傳輸速率。目前，ZigBee技術被廣泛的應用于工業、汽車制造業、精確農業、家庭自動化和醫療等領域。

在列尾信息傳送系統中采用Zigbee技術，開發相關設備，在一列車的每節車箱中都安裝中繼設備，有以下幾點好處。

1）ZigBee技術具有維護簡單的特點。

2）ZigBee技術具有低功耗的特點，每節車箱中繼設備耗電僅10 mW左右，可以采用電池供電（兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間），解決車上中繼設備供電難的問題。

3）采用ZigBee技術組網靈活，在每節車箱安裝中繼設備，列車可任意編組。

4）采用ZigBee技術在每節車箱安裝中繼設備，可取消傳統中繼設備的摘掛作業，減輕作業人員勞動強度。

5）ZigBee技術成本低，可實施性強。

根據實驗數據，再來看一下ZigBee技術特性是否適合上述思路。

從上述流程中可以看出，渣鎖斗閥關閉時起到隔離上下游高、低壓系統的作用，而開啟時則串聯了上下游等壓系統。XV-0218和XV-0219設置在沖洗水罐與渣鎖斗之間的管線上，定時依次開啟沖洗渣鎖斗，防止渣鎖斗堵塞。

1）場強覆蓋

彎道隧道情況：傳輸距離70 m時，丟包率約1.4%；傳輸距離100 m時，丟包率1.5%。

直線隧道情況：傳輸距離500 m時，丟包率0%。

2）時延

通信時延和從休眠狀態激活的時延均極短,典型的搜索設備時延約30 ms。因此，假設一列車有50節車箱，按每節車箱都裝置中繼設備，總延時不大于2 s。

3）工作頻段

工作在2.4 GHz(全球流行),最高傳輸速率250 kbit/s,傳輸距離約75～500 m。

4）動態路由

ZigBee技術在網絡中的數據傳輸路徑并不是預先設定的，而是在傳輸數據前，通過對網絡實時可利用的所有路徑進行搜索，分析它們的位置關系及遠近，然后從中選擇一條最佳路徑進行數據傳輸。而在我們的網絡管理軟件中，路徑選擇使用的是“梯度法”，即先選擇最近路徑進行傳輸，如不暢，再選擇次最近路徑進行傳輸，以此類推，直到數據送達目的地為止。在實際工業現場，預先確定的傳輸路徑隨時都可能發生變化，或因各種原因路徑被中斷，或因網絡過于繁忙不能進行及時傳送，動態路由結合風頭拓撲結構，可以有效解決上述問題，保證數據可靠傳輸。

同時，在ZigBee技術的相關設備開發也具有可行性。機車設備可以和450 MHz列尾機車設備整合，或將兩者通過電纜連接；列尾設備可以和450 MHz列尾設備整合，或將兩者通過電纜連接。

當然，上述方案僅提供一種思路，具體實施還需要進一步研究。

5 結束語

隨著GSM-R移動通信系統技術的不斷完善，采用GPRS方式組建列尾信息傳送系統是一種必然趨勢，且優點突出，值得我們深入探討。

同時，將ZigBee技術引入鐵路現有列尾信息傳送系統中，解決現有制式存在的問題也具有可行性，值得采納并推廣。

[1] 王軍亮．大秦線GSM-R列尾裝置實驗[C]//中國鐵道學會．GSM-R移動通信及無線電管理學術會議論文集，2006：210-214.

[2] 程允才．GSM-R列尾風壓數據傳輸的幾種方式[J].廣西鐵道,2005(1):28-29.