鐵路GSM-R網絡編號方案關鍵問題研究

龔驍猷

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

GSM-R系統(tǒng)現(xiàn)已成為高速鐵路、客運專線移動通信的基礎通信系統(tǒng)，它承載著列車調度通信、列車控制、調度命令、進路預告信息傳送等重要業(yè)務[1-5]。GSM-R系統(tǒng)具有功能多樣、傳輸可靠、交換靈活等特點，同時提供了安全可靠的業(yè)務支撐，是列車穩(wěn)定、安全運行的重要保證。

鐵路GSM-R編號方案設計是GSM-R網絡工程建設的重要組成部分。在GSM-R網絡的工程建設階段與后期維護過程中，GSM-R編號方案設計的準確性、完整性、合理性，均是非常重要的。GSM-R編號方案[6]的設計在整個GSM-R網絡建設過程中，是承上啟下的重要一環(huán)，GSM-R編號方案的編制質量的高低，直接決定了GSM-R網絡工程能否按期完工并為鐵路運輸提供準確及時的服務。

以鄭機城際鐵路工程為實例，結合已建成開通或正在建設的鐵路GSM-R網絡的建設運營情況，重點分析討論在鄭機城際鐵路中GSM-R數(shù)據(jù)編制[7-9]的難點以及解決方案。

2 鄭機城際鐵路

2.1 工程概況

鄭州至新鄭機場城際鐵路正線全長43.017 km，其中利用既有線14.155 km，改建隴海上行線0.8 km，新建線路28.062 km；并且為方便鄭州東部及開封方向旅客前往新鄭機場，修建南曹站至鄭州東站的客車聯(lián)絡線，線路長5.590 km。

鄭機城際共分布車站6個，線路所2個，其中新建南曹站、機場北站、新鄭機場(地下站)站，利用既有鄭州站、圃田西站、鄭州東站和既有二郎廟、鄭州東疏解線路所。

2.2 發(fā)車線路及設計方案

(1)從鄭州站發(fā)車，沿既有隴海線經過圃田西站(原為鄭州東站)、鄭州東疏解線路所后，利用既有西南聯(lián)絡線引入京廣高鐵正線上的二郎廟線路所，從二郎廟線路所新鋪設軌道引入鄭機城際正線，沿途行經南曹站、機場北站，最終下行入地抵達新鄭機場。

(2)從鄭州東站發(fā)車，沿新建鄭州東客車聯(lián)絡線直達南曹站(原為經開站)，沿途行經機場北站，后下行入地抵達新鄭機場。具體線路如圖1所示。

圖1 鄭州客運樞紐平面及鄭機城際鐵路線路示意

由于本工程為200 km/h的城際鐵路，因此采用普通單網覆蓋方式，共新設基站4處，車站設置3載頻基站，區(qū)間設置2載頻基站，其中2載頻基站與3載頻基站各2處。

本工程從鄭州站出發(fā)，利用既有線路段使用既有基站進行場強覆蓋；鄭州東站引出的線路，沿線與京廣高鐵并線，利用京廣高鐵既有基站對本線進行場強覆蓋，并將京廣高鐵ELMXLS-XCD01處基站作為本工程車站基站使用(南曹站)，對其擴容1載頻，ELMXLS-XCD02處基站(京廣高鐵與鄭機城際鐵路分岔處)增加1副天線對鄭機城際鐵路進行覆蓋。具體設計方案如圖2所示。

2.3 線路分析

鄭州鐵路樞紐位處中原腹地，是一個線路縱橫交錯、客貨運大小車站相連、龐大而又復雜的鐵路樞紐。它是京廣鐵路、隴海鐵路、徐蘭高鐵等干線鐵路的交匯點。鄭州樞紐地區(qū)的線路較為密集，線路平行間距遠近不一，線路等級也各不相同，有高速客運專線、城際鐵路、客貨運混跑鐵路，各線路GSM-R無線覆蓋和性能指標要求也不盡相同。鄭州樞紐平面示意見圖3。

圖2 設計方案

如果各線的GSM-R數(shù)據(jù)獨立編制，容易造成資源的浪費，甚至會出現(xiàn)相鄰線路使用了相同數(shù)據(jù)的情況，導致網絡鏈路無法接通。要避免這種狀況的發(fā)生，必須對樞紐內已建成的GSM-R網絡數(shù)據(jù)進行梳理，然后分析和解決既有線路對本線造成的影響，最終達到提高資源利用率、優(yōu)化網絡性能的目的[10-15]。

圖3 鄭州樞紐平面示意

3 工程難點以及解決方案

3.1 關于復雜樞紐區(qū)段CIR設備運用方式以及相應編號方案處理方式的研究

由鄭州站發(fā)車的線路，從鄭州站到二郎廟線路所均屬于既有線路。按照傳統(tǒng)的CIR設備運用方式進行使用，則需在行經路線上多次選線，CIR的使用方式較為復雜，也給相關工作帶來了許多不便。

經過對隴海線(鄭州站至莆田西站)現(xiàn)有GSM-R數(shù)據(jù)進行分析得知，隴海線內有2套短號碼1200/1300、1210/1310分別通過不同的路由呼至相應車站值班臺和樞紐列車調度臺，由此可以看出列車在線內需要進行1次選線；而列車離開圃田西站以后，經過鄭州東疏解線路所，進入西南聯(lián)絡線之前也會選線1次(西南聯(lián)絡線歸京廣高鐵調度臺負責調度指揮)；進入二郎廟線路所以后，進入鄭機城際鐵路正線以前，還需進行一次選線。從操作角度來講非常繁瑣，機車司機需要在CIR上進行多次選線，增加工作量的同時，也給機車司機的工作帶來了不便。

然而，若將鄭州站至新鄭機場站作為一條虛擬的新建線路考慮，按照全新短號碼的形式編制(1270/1370)，機車司機只需在鄭州站進行1次選線，列車從鄭州站駛出后，一直行駛至新鄭機場都無需再進行選線，從而簡化了操作，也使得線路走向清晰明了。

3.2 關于利用高等級線路基站組呼處理方法的研究

由鄭州東站發(fā)車的線路，從鄭州東站至南曹站屬于新建聯(lián)絡線，并行于既有京廣高鐵，在GSM-R前期網絡覆蓋設計中，利用京廣高鐵既有基站對其進行場強覆蓋。由于京廣高鐵采用交織單網覆蓋方式，其緊急組呼是5小區(qū)組呼，而本工程是列控等級為CTCS-2的城際鐵路，設計速度為200 km/h，應為3小區(qū)組呼。

由于既有京廣高鐵線路等級較高，而鄭機城際鐵路線路等級較低，其并線段利用京廣高鐵基站進行覆蓋，因此本著低速服從高速的原則，利用既有小區(qū)覆蓋的區(qū)段應該維持原有5小區(qū)299組呼，而新建基站之間應為3小區(qū)299組呼。

3.3 關于多并線區(qū)段299組呼處理的方案研究

經過前期對調度管界的分析后，形成了最終的調度管轄區(qū)域：鄭州站至二郎廟線路所維持既有調度方式，即鄭州站(含)至圃田西站(含)由鄭州樞紐列調臺負責調度指揮、圃田西站(不含)至二郎廟線路所(含)由京廣高鐵列調臺負責調度指揮；二郎廟線路所(不含)至南曹站(不含)、鄭州東站(不含)至南曹站(不含)和南曹站(含)至新鄭機場站(含)由京廣高鐵列調臺負責調度指揮、鄭州東站城際場由城際列調臺負責調度指揮。GSM-R組呼成員包括組呼發(fā)起小區(qū)對應的車站值班臺和調度臺，如果小區(qū)本身處于調度的分界處，其組呼成員中的調度臺應至少包含2個(京廣列調臺和城際列調臺)。由于京廣高鐵是交織單網覆蓋，對于鄭機城際鐵路而言，究竟是5小區(qū)包含2個調度臺，還是3小區(qū)包含2個調度臺還需進行分析。

從覆蓋角度分析，由于利用既有基站進行覆蓋，本著低速服從高速的原則，接收小區(qū)為5小區(qū)是不可以更改的；從功能角度分析，組呼成員列表里的數(shù)據(jù)，對京廣高鐵而言是與接收小區(qū)一一對應的；而對鄭機城際鐵路而言，并不需要進行5小區(qū)組呼，所以在不更改京廣高鐵數(shù)據(jù)的前提下，將ZhengZhouDong(鄭州東)和它的相鄰2個小區(qū)的組呼成員列表中加入城際列調臺即可。

3.4 關于基站小區(qū)命名規(guī)則的靈活處理問題

南曹站是本線的新建車站，坐落于京廣高鐵2個既有基站ELMXLS-XCD01、ELMXLS-XCD02之間，在前期GSM-R網絡覆蓋設計中，利用ELMXLS-XCD01基站對其進行覆蓋。由于ELMXLS-XCD01在京廣高鐵正線上是區(qū)間基站，因此本次設計中將其擴容為3載頻，并作為新增車站基站。

根據(jù)編號計劃中的規(guī)定，既有區(qū)間基站變?yōu)檐囌净緯r，要相應地改變基站名字和相應的數(shù)據(jù)。但是，這樣會導致既有基站所在線路的數(shù)據(jù)需要進行大量修改。不僅如此，由于MSC、BSC和網管中存有相應基站的數(shù)據(jù)，如果經常增減車站或者改變站名，會導致設備中的臺賬被頻繁地修改，容易產生錯漏。經過仔細分析以后，南曹車站的基站命名仍然維持既有ELMXLS-XCD01，只是將其作為新增數(shù)據(jù)加入到車站基站區(qū)組呼數(shù)據(jù)報表中，分配一個全新的組呼業(yè)務區(qū)編號(SA)，這樣既能維持既有數(shù)據(jù)，也不影響新增車站基站組呼數(shù)據(jù)。

3.5 關于線路基站的基站屬性變化問題分析

由鄭州站發(fā)車的線路，經過二郎廟線路所后進入鄭機城際鐵路正線。而由鄭州東站發(fā)車的線路，雖然可直接到達南曹站，卻利用了二郎廟線路所的基站進行了場強覆蓋。因此對于這2條線路而言，二郎廟線路所這個小區(qū)的作用是不相同的。對于鄭州站發(fā)車的線路，二郎廟小區(qū)應作為車站基站；而對于鄭州東發(fā)車的線路，二郎廟應作為區(qū)間基站。

在二郎廟小區(qū)范圍內對應著不同的路由，從鄭州站過來的列車在小區(qū)范圍內應呼到二郎廟線路所值班臺，而從鄭州東站過來的列車應當呼叫到南曹車站值班臺。由于同一個小區(qū)可以做多套短號碼數(shù)據(jù)，因此將鄭州站發(fā)車的線路短號碼定為1270/1370，從鄭州東站發(fā)車的線路短號碼定義為1280/1380。

4 編號方案

在研究和分析了本工程的難點以后，經過多次修改，最終形成GSM-R數(shù)據(jù)編制報表。

由上文分析可得：從鄭州站發(fā)車的線路短號碼為1270/1370，鄭州東發(fā)車的線路短號碼為1280/1380，如表1、表2所示。

車站基站區(qū)新增組呼業(yè)務區(qū)編號從32060開始依次往后順排，如表3所示。

表1 鄭機城際鐵路正線短號碼呼叫路由數(shù)據(jù)

表2 鄭州東客車聯(lián)絡線短號碼呼叫路由數(shù)據(jù)

表3 車站基站區(qū)組呼數(shù)據(jù)

緊急組呼數(shù)據(jù)新增組呼業(yè)務區(qū)編號從52360開始依次往后順排，如表4所示。

表4 緊急組呼數(shù)據(jù)

5 結語

以鄭機城際鐵路為例，對GSM-R編號方案的關鍵問題進行了分析和總結，最終得出了相應的解決方案。通過上述報表可以看出，結合樞紐地區(qū)無線覆蓋現(xiàn)狀以及相鄰既有線的編號方案基礎上進行數(shù)據(jù)編制，不但可以節(jié)約GSM-R系統(tǒng)資源，而且讓系統(tǒng)設置變得更加合理，也使得終端的操作人員更加方便，充分發(fā)揮了GSM-R系統(tǒng)的優(yōu)勢，為鐵路運輸提供更好、更準確的服務。

但由于GSM-R技術的局限性，在特殊區(qū)段，例如樞紐地區(qū)，還需進行人為的邏輯判斷，而人為處理需要工作人員熟悉業(yè)務流程，并且結合鐵路的實際情況做出判斷。因此，如何因地制宜解決GSM-R技術的局限性，是設計人員今后需要面對的問題和挑戰(zhàn)。

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