基于GSM-R網絡的道機聯控技術方案研究

么 亮

(北京鐵路通信技術中心，北京 100038)

1 道機聯控現狀

鐵路道口管理辦法規定列車司機與道口看守人員要進行道機聯控。現有道機聯控主要依靠車載CIR 設備中的450 MHz 無線列調系統工作，通過450 MHz 無線列調系統完成列車司機呼叫道口值守人員，以及道口值守人員回復司機的聯控工作。

當機車接近道口時主動通過450 MHz 無線列調廣播呼叫，道口值守人員的450 MHz 無線列調設備一直處于監聽狀態，監聽到司機呼叫后以同樣方式回復司機道口通行狀態。當司機聯系道口值班員，而道口值班員未及時接聽時，道口值班員會用450 MHz 電臺主動聯系司機，報告道口情況。若司機聯系不上道口，將采取減速運行等安全措施。

若道口出現危及行車障礙情況下，道口值守人員通過450 MHz 無線列調設備通知接近機車司機；安裝有800 MHz 道口報警設備的按壓“報警”鍵發送道口報警；短接區間軌道電路造成道口區間“紅光帶”；或在鐵軌上搖旗等手段提示司機。

2 既有道機聯控存在的問題

目前450 MHz 無線列調正在進行GSM-R 網絡改造，在GSM-R 網絡區段線路上運行的車載CIR 設備將不再同時支持450 MHz 無線列調系統通信。按照原有通信手段，道口與機車將無法通過450 MHz無線列調系統進行聯控，需研究基于GSM-R 網絡道機聯控技術方案。

3 基于GSM-R技術的道機聯控方案研究

3.1 GSM-R組呼方式

3.1.1 方案概述

道口值班員配備GSM-R 手持終端，配備助理值班員功能SIM 卡。在GSM-R 網絡中制作相關數據，并在既有CIR 設備、機車司機手持終端及道口值班員手持終端等配備的SIM 卡中寫入該組呼（比如CIR 企標規定的道口組呼號碼760）。

CIR 設備MMI 界面可配置按鍵區域增加道口組呼快捷鍵，當機車接近道口時由司機操作快捷按鍵，CIR 設備發起道口組呼，與區域內所有道口設備建立呼叫鏈路。

當道口需要聯系機車時， GSM-R 手持終端發起道口組呼，接通臨近列車進行通話，呼叫方式如圖1所示。

圖1 道機聯控組呼方案功能示意圖Fig.1 Diagram of functions of group call scheme of communication between railway crossing and railway driver

3.1.2 方案優缺點分析

1）方案優點

a.司機可執行一鍵撥號呼叫，呼叫簡單。

b.機務、工務部門配備運用的GSM-R 手持臺，均由機務、工務部門維護、運用及管理。不增加通信專業的維護工作量。

2）方案不足

a. CIR 需升級改造。

b.需更換SIM 卡。增加開通道口組呼業務后，CIR、GSM-R 手持臺原SIM 卡不能運用，要更換具有道口組呼功能的SIM 卡，增加SIM 卡管理工作量。

c.GSM-R 無線網絡側數據需重新增加、修改。核心網網絡數據需重新增加修改，增加通信專業數據升級及變動工作量。

d.采用組呼方式會影響區域內既有的車機聯控。特別是發起組呼后，只有主叫業務用戶、授權的調度員或非活動計時器超時，才可以終止該語音組呼。如果機車發起道口組呼，容易出現離開組呼區域而使組呼無法正常掛斷的情況，需要授權的調度員強制拆除，影響該區域的車機聯控等功能。

e.通話質量差。GSM-R 系統組呼設計在緊急情況下使用，為非傳統通信方式，操作比較復雜，易出現組呼吊死需要強制解除等意外情況，且網絡中存在組呼時個呼失效，影響正常通信。采用道口組呼方式后，會造成用戶通話感知質量差，聽音不清，故障申告增加現象。

3.2 GSM-R 個呼+短號碼呼叫

3.2.1 方案概述

道口值班員配備GSM-R 手持終端，配備助理值班員功能SIM 卡。或者將道口看成車站，道口安裝FAS 分系統。

CIR 設備的地理信息數據庫中增加道口數據，將各工務道口作為車站進行處理，根據道口所處位置（經緯度、線路名稱）添加在對應的地理信息數據中，在GPS 定位有效的狀態下，CIR 設備根據本車所處位置信息（經緯度、線路名稱），在MMI 界面可配置按鍵區域顯示附近道口名稱，司機可通過按對應的可配置按鍵，以發送MSISDN/ISDN 號或者道口功能號方式，直接進行個呼通信，呼叫相應的道口。

在GPS 定位失效狀態下，通過道口短號碼（例如：1800）的方式進行呼叫。將道口短號碼設置在CIR 設備中，司機通過快捷按鍵觸發，呼叫道口短號碼，由網絡側根據短號碼建立機車與所在區域內唯一道口設備的鏈路實現呼叫。

當道口值班員需要聯系機車時，發起緊急組呼聯系機車，呼叫方式如圖2 所示。

圖2 道機聯控個呼+短號碼方案功能示意圖Fig.2 Diagram of functions of communication between railway crossing and railway driver (individual call + short number scheme)

3.2.2 方案優缺點分析

1）方案優點

a. 司機可執行一鍵撥號呼叫，呼叫簡單。

b. 通話質量高，采取個呼方式后，減少同頻干擾，通話質量得到大大提高。

2）方案不足

a. 編制、修改地理信息數據。在開通GSM-R區段，除需對各車站、進出站信號機等站點地理信息采集管理外，還需對道口信息進行采集，并對涉及運行交路的本局、外局機車進行CIR 設備地理信息數據編制、升級。

b. 頻繁升級CIR 設備地理信息數據，道口及防洪點地點及數量調整頻繁，大大增加地理信息數據管理難度和出錯的機率。

c. 當道口值班員的SIM 卡故障而使MSISDN號變化時，司機無法聯系到道口值班員。為解決這一問題，可采用道口值班員注冊功能號，CIR 按功能號呼叫道口，但增加操作復雜性，如道口值班員未注冊功能號，則司機無法聯系道口值班員。在道口安裝FAS 分系統投資大。

d. 道口主動呼叫機車采用緊急組呼，嚴重影響正常的車機聯控等正常通信，且影響范圍大。

e. GPS 失效時采用短號碼呼叫道口，GSM-R無線網絡側數據需重新增加、修改。核心網網絡數據需重新增加修改，增加通信專業數據升級及變動工作量。且當同一GSM-R 基站小區內出現多個道口時，無法使用短號碼進行呼叫。

f. MMI 界面可配置按鍵區域一共8 個，即調度、車站一、車站二、車站三、車站四、車長、站內組呼、道口組呼，將道口作為車站處理影響車機聯控顯示的車站個數，且在道口密集區域顯示位置不足。需要道口比較密集的區域實現道口間的聯控機制。

3.3 基于GSM-R網絡的道機聯控系統

3.3.1 方案概述

在GSM-R 網絡覆蓋區段的道口設立道口通信電臺，道機聯控專用系統解決在GSM-R 網絡覆蓋區段的道口與機車之間的聯控通信問題。道機聯控系統通過機車的位置、狀態信息判斷機車是否接近道口，道口主動對接近機車進行撥號呼叫。

機車設備無需任何變動，只需要在地面新建1套道機聯控系統，從GRIS 獲取機車向CTC/TDCS發送的車次號校核信息進行邏輯處理，或從運輸信息集成平臺獲取機車的運行信息并進行邏輯處理，篩選出規定范圍內接近相應道口的列車信息，通過GSM-R 網絡將接近道口的列車接近信息下發到安裝于道口值班員處的道口通信電臺，使道口通信電臺主動呼叫機車，實現道機聯控功能。道口通信電臺可與鄰近道口、鄰近車站實現一鍵式呼叫。司機可通過道口MSISDN 號呼叫聯系道口值班員。道口如發生變化，只需通過配置/修改道機聯控系統配置、參數即可。該系統已在沈陽局進行試用，效果良好。

該系統可與現有的800 MHz 列車安全預警設備互聯，當GSM-R 網絡道機聯控通話無法正常進行、道口出現障礙時，道口值守人員可通過800 MHz 列車安全預警設備向附近的列車發送道口事故報警。列車收到報警后，會通過車載CIR 設備通知司機某處道口事故，注意運行。另外800 MHz列車安全預警設備還能夠接收接近列車廣播發出的列車接近預警信息，為道機聯控系統獲取接近列車信息，提供除GSM-R 網絡外的其他信息渠道，使該系統傳輸通道具備冗余能力。基于GSM-R 網絡的道機聯控系統方案功能示意如圖3 所示。

圖3 道機聯控系統方案功能方框圖Fig.3 Diagram of functions of communication between railway crossing and railway driver (system scheme)

3.3.2 方案優缺點分析

1）方案優點

a. CIR、SIM 卡無需任何改動或數據升級。

b.運用、管理部門增加、撤出道口時，無需對車載設備進行數據更新。

c.道口值班員通過量身定制的道口通信電臺可直觀看到接近的列車信息，實現與接近列車的一鍵式呼叫，操作比GSM-R 手持設備可靠、簡單。

d.道口通信電臺可與鄰近道口、鄰近車站實現一鍵式呼叫。解決多道口線路呼叫頻繁的問題。

e.可利用GSM-R 網絡實現道口的列車接近預警功能。

f.道機聯控管理系統可以逐步增加道口報警、列車二次事故防護、其他二次事故防護（如施工防護、線路防護、災后防護）、列車接近預警等功能，在GSM-R 網絡環境下實現新一代行車安全預警功能。

g.通信采用點對點個呼方式，通話質量高，對現有車機聯控無影響。

2）方案不足

車次號校核信息不太準確，可以從CTC 采取數據或從運輸集成平臺采取列車運行信息，這樣信息準確。

4 結論

綜上所述，建立GSM-R 網絡的道機聯控系統，利用現有的機車綜合無線通信設備，研制一款基于GSM-R 網絡環境的道機聯控設備，具有系統功能改動小，實施工程方便、快捷，便于全路道機聯控設備統一升級、改造的特點，因此，采用方案三。研究采用基于GSM-R 網絡技術的道機聯控技術，解決道口值守人員和列車司機進行通話的問題，形成基于GSM-R 技術的鐵路道機聯控系統，可實現450 MHz 無線列調系統退出鐵路專用通信后，道機聯控可以繼續使用的功能，起到確保行車安全的作用。