株北編組站數(shù)字平調(diào)系統(tǒng)組網(wǎng)方案及技術(shù)應(yīng)用研究

徐 璟

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063）

1 問題的提出

株洲北編組站綜合自動化改造工程中，站調(diào)樓新建后，部分站（場）值班人員（或調(diào)車區(qū)長）將在新建站調(diào)樓調(diào)度大廳集中辦公。由于株洲北站場作業(yè)范圍大、調(diào)車機(jī)車配置較多、交叉跨場作業(yè)頻繁，原模擬平面無線調(diào)車系統(tǒng)不能滿足既有業(yè)務(wù)要求，需統(tǒng)一更新改造，并在原基礎(chǔ)上新增數(shù)字化、調(diào)車作業(yè)單傳輸與狀態(tài)跟蹤、集中錄音與錄音回放等功能［1-2］，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營與管理。這給無線調(diào)車通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案、技術(shù)應(yīng)用帶來新課題，需要采用不同于傳統(tǒng)平面無線調(diào)車通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案及運(yùn)用技術(shù)，以滿足株洲北編組站調(diào)車作業(yè)現(xiàn)場通信需求。

2 株北編組站平調(diào)系統(tǒng)需求

2.1 株北編組站平面布置

株洲北為三級七場編組站，在對其進(jìn)行綜合自動化改造時，工程范圍除了包括株洲北編組站各場外，也將田心站納入到其中。工程改造范圍及平面布置如圖1所示。

圖1 工程改造范圍及平面布置示意

2.2 株洲北編組站調(diào)車作業(yè)對無線調(diào)車系統(tǒng)的通信需求

株洲北編組站規(guī)模較大，作業(yè)區(qū)域范圍大，調(diào)車作業(yè)繁忙，共配置了13臺專用調(diào)車機(jī)車，共同協(xié)調(diào)完成編組站內(nèi)復(fù)雜的調(diào)車作業(yè)。株洲北編組站調(diào)車作業(yè)內(nèi)容包括駝峰作業(yè)、平面牽出線作業(yè)、編組列車作業(yè)、列車摘掛作業(yè)、取送車輛作業(yè)等［3-5］。調(diào)車作業(yè)通信需采用鐵路無線調(diào)車燈顯設(shè)備，因此對無線調(diào)車通信系統(tǒng)的組網(wǎng)和技術(shù)應(yīng)用有很高要求。

株洲北綜合自動化改造工程對無線調(diào)車的通信需求［6］如下：

（1）綜合自動化改造后的崗位設(shè)置與語音通信需求

株洲北綜合自動化改造工程實(shí)施完成后，Ⅰ場、Ⅲ場、Ⅳ場、Ⅵ場、Ⅶ場、田心站值班員（同時履行本場調(diào)車區(qū)長職能）及信號員崗位從各場轉(zhuǎn)移到站調(diào)樓調(diào)度大廳集中辦公，新設(shè)站調(diào)大廳的各值班員遠(yuǎn)距離指揮與監(jiān)督現(xiàn)場調(diào)車作業(yè)。Ⅰ場、Ⅲ場、Ⅳ場、Ⅵ場、田心站值班員（或信號員）與現(xiàn)場調(diào)車組成員之間采用無線調(diào)車系統(tǒng)通信；Ⅶ場（交換場）無調(diào)車作業(yè)，其值班員采用無線列調(diào)系統(tǒng)與本務(wù)機(jī)車司機(jī)進(jìn)行行車調(diào)度通信，不需要使用無線調(diào)車通信系統(tǒng)。根據(jù)運(yùn)用需要，經(jīng)與株洲北站運(yùn)營管理機(jī)構(gòu)確認(rèn)，設(shè)計(jì)對原崗位的設(shè)置進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，除Ⅰ場、Ⅲ場、Ⅳ場、Ⅵ場、Ⅶ場、田心站值班員及信號員崗位從各場轉(zhuǎn)移到站調(diào)樓調(diào)度大廳外，現(xiàn)場駝峰和編尾信號樓等保留調(diào)車區(qū)長崗位。崗位具體設(shè)置方案及調(diào)車作業(yè)時用戶語音通信需求詳見表1。

表1 崗位具體設(shè)置方案及調(diào)車作業(yè)時用戶語音通信需求

（2）其他通信需求

①系統(tǒng)內(nèi)調(diào)車作業(yè)單文本自動傳輸；

②調(diào)車作業(yè)單狀態(tài)跟蹤信息的傳輸與交互，如調(diào)車作業(yè)單的完成、取消等狀態(tài)；

③通話自動集中錄音、存儲及通話錄音的遠(yuǎn)程調(diào)聽，音頻文件的傳輸。

3 傳統(tǒng)平調(diào)系統(tǒng)用于大型編組站存在不足

3.1 傳統(tǒng)平調(diào)系統(tǒng)通信用戶及流程

調(diào)車作業(yè)通信用戶及傳統(tǒng)平面無線調(diào)車系統(tǒng)通信流程［7］如圖2所示。

圖2 調(diào)車作業(yè)通信用戶及傳統(tǒng)平調(diào)系統(tǒng)通信流程

調(diào)車長、制動員、司機(jī)是現(xiàn)場調(diào)車作業(yè)人員，為現(xiàn)場移動通信用戶；調(diào)車區(qū)長或值班員（有時信號員協(xié)助）負(fù)責(zé)監(jiān)聽、管理、指導(dǎo)調(diào)車作業(yè)，一般設(shè)在作業(yè)場內(nèi)信號樓，是固定無線通信用戶。

調(diào)車組內(nèi)用戶之間一般采用無線同頻單工通信、無中心對講方式，每個調(diào)機(jī)的作業(yè)組占用一個頻率點(diǎn)，通信距離較近［8］。

3.2 傳統(tǒng)平調(diào)系統(tǒng)用于株北大型編組站存在的缺陷

（1）大型編組站智能化改造工程，各場值班員（一般兼任各場調(diào)度區(qū)長）崗位將設(shè)在站調(diào)樓大廳，由于站調(diào)樓與調(diào)車作業(yè)場之間距離較遠(yuǎn)，若直接采用傳統(tǒng)的平面無線調(diào)車系統(tǒng)，無線電臺無法保持良好的遠(yuǎn)距離通信［9］。

（2）大型編組站調(diào)機(jī)配置較多，株洲北配置調(diào)機(jī)13臺，各調(diào)機(jī)頻繁在多個場進(jìn)行轉(zhuǎn)場調(diào)車作業(yè)。若采用傳統(tǒng)平面無線調(diào)車系統(tǒng)，每個調(diào)車區(qū)長需要配備多部區(qū)長臺，針對每個前來本場作業(yè)的調(diào)機(jī)需配置一個對應(yīng)區(qū)長臺，并配置該調(diào)車組使用頻率。這種方式缺點(diǎn)是調(diào)車區(qū)長要使用多個區(qū)長臺，人員容易疲憊，不利于安全生產(chǎn)，同時操作臺上電臺安裝空間受限，造成設(shè)備堆積，容易造成通信混亂。

（3）傳統(tǒng)平面無線調(diào)車系統(tǒng)中每個調(diào)車組是獨(dú)立的對講系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)編組站調(diào)車作業(yè)單統(tǒng)一的自動傳輸、跟蹤、管理。

（4）傳統(tǒng)平面無線調(diào)車系統(tǒng)只能在用戶側(cè)設(shè)備（如區(qū)長電臺、機(jī)控器）分別進(jìn)行各自通信錄音，音頻文件需在各用戶設(shè)備單獨(dú)導(dǎo)出，通話錄音查詢極不方便。

（5）為保證轉(zhuǎn)場調(diào)車作業(yè)通信需求，采用傳統(tǒng)平面無線調(diào)車系統(tǒng)，調(diào)車區(qū)長所在地需設(shè)置多臺區(qū)長臺，這容易造成較嚴(yán)重的無線干擾。尤其是如果采用模擬的平面無線調(diào)車系統(tǒng)，則抗干擾能力更差，頻譜利用率低，保密性差，也存在手持臺耗電大、通話質(zhì)量不佳等問題［10］。

4 株洲北編組站新型平調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案及創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 新型平調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用功能需求

（1）新型系統(tǒng)滿足既有平面無線調(diào)車系統(tǒng)全部要求。

（2）數(shù)字化需求。按照工信部和鐵總要求，平面無線調(diào)車系統(tǒng)應(yīng)采用數(shù)字化設(shè)備。

（3）采用有線/無線相結(jié)合的組網(wǎng)方式，解決遠(yuǎn)距離通信問題。

（4）網(wǎng)絡(luò)化需求。以局域網(wǎng)方式構(gòu)成平面無線調(diào)車系統(tǒng)智能化管理平臺。設(shè)備之間采用FE接口。

（5）提高調(diào)車作業(yè)效率需求。可進(jìn)行調(diào)車作業(yè)單的傳輸、跟蹤和記錄，提高智能化管理及調(diào)車作業(yè)效率。

（6）安全管理需求。可對調(diào)車語音通話情況進(jìn)行監(jiān)聽、自動錄音及通話記錄遠(yuǎn)程調(diào)聽。

（7）系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性、安全性。

4.2 新型平調(diào)系統(tǒng)組網(wǎng)

（1）系統(tǒng)構(gòu)成

株洲北站數(shù)字無線平面調(diào)車通信系統(tǒng)中心設(shè)備主要由防火墻、接口服務(wù)器、中心服務(wù)器、通信交換服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)管/配置管理服務(wù)器、調(diào)車服務(wù)器、調(diào)度終端（含總調(diào)和分調(diào)）和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備組成［11］。

根據(jù)地形及調(diào)車作業(yè)區(qū)域分布，通過在Ⅰ場、Ⅳ場信號樓分別設(shè)同頻基站，實(shí)現(xiàn)對作業(yè)區(qū)域的無線信號覆蓋；在站調(diào)樓調(diào)度大廳及現(xiàn)場相關(guān)值班員崗位配置有線調(diào)度終端（或區(qū)長終端），值班員可利用調(diào)度終端實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場調(diào)車組成員間的通信；機(jī)車設(shè)備（又稱固定/便攜機(jī)控器）及便攜設(shè)備（又稱調(diào)車手持臺）按照原既有運(yùn)營設(shè)備數(shù)量配置；在平調(diào)工區(qū)設(shè)網(wǎng)絡(luò)管理終端。系統(tǒng)設(shè)備間均為FE接口。具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

圖3 新型平調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

（2）基站（信道機(jī)）業(yè)務(wù)信道配置及無線信號覆蓋

株洲北編組站無線平面調(diào)車系統(tǒng)共配置13個單工頻率，每臺調(diào)機(jī)的調(diào)車組通信配置一個固定頻率，頻率間需無三階互調(diào)干擾。本工程中，系統(tǒng)頻率配置維持株洲北原既有傳統(tǒng)平面調(diào)車系統(tǒng)頻率不變。

每個基站由多個信道機(jī)組成，單個信道機(jī)其實(shí)就是一個DMR數(shù)字對講系統(tǒng)的同頻中繼臺，對應(yīng)一個固定的無線頻率。考慮到基站發(fā)射功率、天線掛高和現(xiàn)場地形等因素，根據(jù)場強(qiáng)計(jì)算，基站無線覆蓋區(qū)域半徑約能滿足3.5 km。因此，通過在Ⅰ場、Ⅳ場信號樓各設(shè)1套同頻基站（基站1與基站2），可以對編組站調(diào)車作業(yè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線信號全覆蓋。根據(jù)各調(diào)機(jī)作業(yè)區(qū)域及基站無線覆蓋范圍，基站1共配置9個同頻中繼信道機(jī)，基站2配置11個同頻中繼信道機(jī)，能滿足編組站調(diào)車組通信覆蓋范圍要求。基站配置如表2所示。

表2 基站配置

基站1覆蓋范圍：Ⅱ場（下行）駝峰、Ⅴ場（上行）編尾和田心站場；基站2覆蓋范圍：Ⅱ場（下行）編尾、Ⅲ場（下行）十調(diào)區(qū)和Ⅴ場（上行）駝峰。

（3）株洲北編組站數(shù)字無線平面調(diào)車系統(tǒng)主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置

主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置如表3所示。

表3 主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置

（4）新型平調(diào)車通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能

①調(diào)車作業(yè)的話音及指令無線傳輸。并具備紅燈強(qiáng)插功能，完成調(diào)車指令收發(fā)及信令強(qiáng)拆強(qiáng)插。

②車站調(diào)度指揮中心（車站調(diào)車指導(dǎo)、調(diào)車區(qū)長等管理人員）對站內(nèi)各調(diào)車作業(yè)組的集中調(diào)度與監(jiān)控。

③調(diào)車作業(yè)通知單的無線傳輸、存儲及顯示功能。

④可實(shí)現(xiàn)與SAM系統(tǒng)和路局辦公網(wǎng)的信息交互與共享。

⑤調(diào)車作業(yè)計(jì)劃確認(rèn)信息的無線傳輸、存儲及顯示，實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)進(jìn)度跟蹤，并將其反饋給SAM系統(tǒng)。

⑥調(diào)車作業(yè)過程的調(diào)車指令、通話監(jiān)聽、錄音、存儲及回放，并可通過專用通道實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)聽和記錄回放及記錄下載分析功能。

⑦系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)視及故障告警。

⑧系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程配置管理及維護(hù)。

⑨調(diào)車組之間的話音通信功能。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)組呼、調(diào)度呼叫等。

⑩實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)用戶配置、身份注冊及鑒權(quán)等通信管理功能。

[11]調(diào)單號及人員號（姓名）等的手動錄入功能。

4.3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）通過使用同頻中繼臺，在不改變現(xiàn)場無線調(diào)車通信流程情況下，實(shí)現(xiàn)有線、無線混合組網(wǎng)。

（2）平調(diào)系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)備間接口實(shí)現(xiàn)了全I(xiàn)P化，所有接口均采用FE口。

（3）所有用戶終端實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化。

（4）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了調(diào)車作業(yè)單的傳輸與狀態(tài)跟蹤。

（5）實(shí)現(xiàn)了集中錄音及錄音回放功能。

（6）一定程度上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)配置與網(wǎng)絡(luò)管理。

5 總結(jié)

新型平調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有線、無線混合組網(wǎng)，除了完全滿足傳統(tǒng)平面無線調(diào)車通信功能外，還實(shí)現(xiàn)了平調(diào)系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化；提高了頻率利用率；提高了抗干擾能力，改善了通信質(zhì)量；該方案組網(wǎng)靈活，可遠(yuǎn)距離調(diào)車通話、集中錄音、遠(yuǎn)程錄音調(diào)聽與回放；實(shí)現(xiàn)了調(diào)車單傳輸、跟蹤、記錄和統(tǒng)計(jì)等功能；各場值班員可實(shí)時監(jiān)測通話組，并根據(jù)需要選擇調(diào)車組通話；通過語音和數(shù)字燈顯［12］，保證了調(diào)車作業(yè)的安全性和可靠性；智能化的調(diào)車單傳輸、任務(wù)下達(dá)，提高了調(diào)車作業(yè)效率。該組網(wǎng)方式適合在大、中型編組站自動化改造工程中推廣運(yùn)用。

有待進(jìn)一步解決的問題：（1）該組網(wǎng)方式的新增設(shè)備（服務(wù)器設(shè)備、中繼臺設(shè)備等）維護(hù)管理，需各鐵路相關(guān)部門協(xié)商，明確管理界面，以便于工程建設(shè)中確定基站設(shè)置位置和傳輸通道資源合理利用；（2）可進(jìn)一步研發(fā)完善網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，以提高對設(shè)備故障判斷的準(zhǔn)確性，充分保證系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用安全，提高維護(hù)效率。