信息化在鐵路通信中的分析研究

冷海峰

（中鐵建電氣化局集團(tuán)南方工程有限公司，湖北 武漢 430073）

0 引 言

隨著鐵路交通在我國交通體系中起著越來越重要的作用，國家對鐵路通信也提出了越來越高的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)鐵路項(xiàng)目的實(shí)施過程中，都應(yīng)該結(jié)合當(dāng)下的通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，積極推進(jìn)鐵路通信的變革。由于鐵路通信在調(diào)度和安全方面都有著不可或缺的作用，再加上無線通信、有線通信以及光纖通信等技術(shù)的發(fā)展，鐵路通信信息化已然成為了當(dāng)前和未來發(fā)展的主要趨勢。鐵路交通中的傳輸數(shù)據(jù)量龐大，只有積極將各種先進(jìn)的信息技術(shù)應(yīng)用于通信領(lǐng)域，才能夠保障鐵路通信水平的總體提升。

1 鐵路通信信息化的優(yōu)越性

1.1 傳輸速度快

信息化下的鐵路通信傳輸效率顯著提升，是常規(guī)技術(shù)下難以實(shí)現(xiàn)。例如，通過無線方式所構(gòu)建的一體化通信系統(tǒng)，使得信號可以實(shí)現(xiàn)移動閉塞，經(jīng)由通信系統(tǒng)就可以有效對該區(qū)域的通信加以全面管理和控制。信息化系統(tǒng)下的控制，可以將列車安全和高效運(yùn)行作為依據(jù)，將列車的各個(gè)參數(shù)都控制在合理的范圍內(nèi)，這種控制模式下，不僅可以使得列車的行駛速度得以提升，而且有效發(fā)揮了通信系統(tǒng)在列車通行中的系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性優(yōu)勢。因此，信息化下的鐵路通信更具靈活性與便捷性，整體的傳輸速率高，相應(yīng)的參數(shù)得以優(yōu)化，整體的通信成本顯著降低[1]。

1.2 傳輸穩(wěn)定性高

在傳統(tǒng)的鐵路通信中，端口發(fā)出相應(yīng)的信息以后，在通信系統(tǒng)的信息收發(fā)過程中，接收端是否收到了相應(yīng)的信息，發(fā)送端無法及時(shí)掌握這一情況，再加上鐵路軌道的材料特性，使得在通信信號的傳輸過程中，環(huán)境因素成為導(dǎo)致傳輸效率低下和可靠性不足的直接原因，通信穩(wěn)定性不夠?，F(xiàn)階段，隨著信息時(shí)代的到來，信息技術(shù)已然被應(yīng)用于鐵路通信中，鐵路通信呈現(xiàn)出了明顯的一體化特征，信號更趨向于無線傳輸，同時(shí)雙向傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)，完全可以滿足多個(gè)消息同步發(fā)送和連續(xù)傳輸?shù)囊骩2]。因此，信息化的鐵路通信具有更高的傳輸穩(wěn)定性。

1.3 傳輸容量大

傳統(tǒng)的鐵路通信系統(tǒng)在進(jìn)行信號傳輸時(shí)的整體傳輸速率偏低，一旦傳輸?shù)氖呛Ａ啃畔r(shí)，通信系統(tǒng)將承擔(dān)著很大的負(fù)荷，通信難度較大。而信息化下的鐵路通信系統(tǒng)中，因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)更為先進(jìn)，整體的傳輸容量較大，即使面臨的是大容量的傳輸任務(wù)，同樣可以保持通信的穩(wěn)定性與安全性。

2 鐵路通信信息化的應(yīng)用

以某一鐵路為例，在初期的設(shè)計(jì)中結(jié)合各種情況的考慮，將設(shè)計(jì)運(yùn)輸量定為2.5×107t，近期實(shí)際運(yùn)輸量和遠(yuǎn)期計(jì)劃復(fù)線運(yùn)輸量分別為4×107t和（6～10）×107t。該鐵路總長263 km，上行線載重12‰上坡，此線路中分布有31個(gè)隧道，其中包含兩個(gè)長隧道。根據(jù)對該鐵路現(xiàn)場情況的全面調(diào)查，因?yàn)榫€路段中存在有一些復(fù)雜地形的分布，線路運(yùn)輸?shù)臋C(jī)車選用的是“2+2”編組形式，具體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 萬噸機(jī)車編組及通信方式

根據(jù)該鐵路線路所經(jīng)區(qū)域的情況調(diào)查，通信應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)。即機(jī)車電臺與列車主設(shè)備之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)一對一的數(shù)據(jù)信息通信，編組與車電臺應(yīng)可以達(dá)到互動語音通信的標(biāo)準(zhǔn)，鐵路線路上下行線整個(gè)體系的數(shù)據(jù)通信概率和語音通信概率應(yīng)分別在93%和98%以上。為達(dá)到這一通信需求，將信息化應(yīng)用在了該通信系統(tǒng)中，具體表現(xiàn)在以下方面。

2.1 通信調(diào)度自動化

因?yàn)樵诖髓F路工程中，側(cè)重于運(yùn)輸方面的通信，這一特點(diǎn)使得在通信系統(tǒng)調(diào)度時(shí)，重點(diǎn)是保障列車和機(jī)車車輛運(yùn)行時(shí)的調(diào)度、指揮一體化，以通過科學(xué)的通信調(diào)度設(shè)計(jì)來提升行車的安全性和高效性。在該鐵路通信系統(tǒng)中，當(dāng)處于正常的通信條件下時(shí)，各級系統(tǒng)應(yīng)遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且能夠及時(shí)接收和反饋對應(yīng)的信息。調(diào)度中心在通信控制中的作用不可替代，主要負(fù)責(zé)的是鐵路運(yùn)行中的計(jì)劃與命令制定，是整體系統(tǒng)中的中樞神經(jīng)。調(diào)度中心將命令下放到每個(gè)主控站，這些主控站在接收到相應(yīng)的命令以后，就可以執(zhí)行該命令并對下級被控制站發(fā)出相應(yīng)的調(diào)度指令，被控站接收到指令后同步開始相應(yīng)的操作。這種命令接收和執(zhí)行機(jī)制下，與通信系統(tǒng)有關(guān)的相關(guān)列車和設(shè)備都能夠得到科學(xué)的調(diào)度與控制。但這種通信系統(tǒng)調(diào)度體系下，一旦上一級或者本級指揮系統(tǒng)出現(xiàn)了異常，則可能需暫停當(dāng)下作業(yè)。鐵路通信調(diào)度控制系統(tǒng)如圖2所示，該調(diào)度中心中的鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)建設(shè)，使得在鐵路運(yùn)輸?shù)倪^程中，調(diào)度中心可以對列車運(yùn)行開展實(shí)時(shí)調(diào)整和監(jiān)控，符合現(xiàn)代化調(diào)度控制的要求。但在未來的發(fā)展過程中，同樣需將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、地理信息以及衛(wèi)星導(dǎo)航等現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用于其中，以全面構(gòu)建數(shù)字移動通信系統(tǒng)。

圖2 鐵路通信調(diào)度控制系統(tǒng)

2.2 通信安全建設(shè)

在鐵路事業(yè)發(fā)展的很長一段時(shí)間內(nèi)，由于技術(shù)的局限性，鐵路通信系統(tǒng)更多地以專用封閉網(wǎng)絡(luò)為主，封閉的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使得鐵路通信系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)基本上不存在任何的外部入侵和網(wǎng)絡(luò)病毒傳播等風(fēng)險(xiǎn)，安全方面的風(fēng)險(xiǎn)相對較小但各個(gè)子系統(tǒng)之間的信息共享目標(biāo)卻未能實(shí)現(xiàn)[3]?，F(xiàn)階段在鐵路事業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展過程中，鐵路通信信息化逐步實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的開放性使得鐵路通信中遇到了一定的外部入侵和網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊威脅，對鐵路通信安全帶來了新的技術(shù)難題。鐵路通信要實(shí)現(xiàn)信息安全要求，各級鐵路部門都應(yīng)該針對自身所遭遇的通信安全風(fēng)險(xiǎn)，加大通信安全建設(shè)，具體從以下方面來開展。

一是對各個(gè)通信子系統(tǒng)加以全面監(jiān)控。因?yàn)殍F路通信系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜，其中包含了多個(gè)子系統(tǒng)，為提升鐵路通信安全性，應(yīng)從根本上對各個(gè)子系統(tǒng)加以全面的安全監(jiān)控，采用橫向和縱向分別控制的模式，從多維化角度來預(yù)防和應(yīng)對通信中的各種安全風(fēng)險(xiǎn)。二是定期開展大規(guī)模的系統(tǒng)測試。經(jīng)由測試來識別出鐵路通信系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，通過軟件移植、改造和維護(hù)等來保持通信系統(tǒng)中各個(gè)要素的相互配合性，經(jīng)由系統(tǒng)軟件的改造與升級來應(yīng)對各種風(fēng)險(xiǎn)。三是深入進(jìn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和體系結(jié)構(gòu)的研究，使得這些標(biāo)準(zhǔn)和體系可以作為鐵路通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)，在保持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)性與合理性。

3 鐵路通信信息化的發(fā)展和應(yīng)用趨勢

3.1 機(jī)房一體化

鐵路通信信息化的發(fā)展趨勢明顯，在信息化時(shí)代逐步到來且各種信息技術(shù)快速發(fā)展的過程中，通信系統(tǒng)信息化在未來必將呈現(xiàn)出機(jī)房一體化的特征[4]。機(jī)房一體化條件下的通信設(shè)備和信號設(shè)備連接相對特殊，因?yàn)檫@些設(shè)備都為電子設(shè)備，在相互之間的連接處理方面，主要是利用光電纜來保障連接效果的。具體的連接處理中，不同設(shè)備安裝于同一個(gè)機(jī)房中，經(jīng)由對光電纜位置和長度等的調(diào)整，也就提升了連接處理效果，整體的建設(shè)成本有所降低，且設(shè)備可靠性也得以增強(qiáng)。機(jī)房一體化的這種趨勢下，機(jī)房內(nèi)的相關(guān)資源得到了科學(xué)的利用，整體的通信水平較高。

3.2 電源一體化

電源一體化同樣是鐵路通信信息化的一大表現(xiàn)，在通信系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行過程中，為使得鐵路通信能夠正常使用，一般應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立電源的設(shè)置，根據(jù)通信系統(tǒng)中的設(shè)備級別和種類來選擇最為恰當(dāng)?shù)碾娫础，F(xiàn)階段，隨著通信領(lǐng)域信息化技術(shù)的日漸進(jìn)步，電源一體化已然成為了鐵路通信領(lǐng)域人們關(guān)注的重點(diǎn)問題[5]。近年來，伴隨著電源一體化概念的提出，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些新型的智能電源系統(tǒng)，該種類型的電源中采用的是高頻開關(guān)調(diào)控和直流總線技術(shù)，供電能力較強(qiáng)，完全符合通信系統(tǒng)中的電力需求[6]。

3.3 維護(hù)管理一體化

鐵路通信系統(tǒng)中包含的子系統(tǒng)和設(shè)備等非常多，為保障通信系統(tǒng)在鐵路運(yùn)行中的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，在信息化的技術(shù)條件下，維護(hù)管理的一體化也尤為重要[7]。在鐵路通信系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)不是單獨(dú)存在的，而是與其他系統(tǒng)連接起來的，經(jīng)由通信系統(tǒng)輔助，就可以在鐵路工程中構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)通信平臺，由該平臺來加強(qiáng)鐵路通信中的信號傳輸。為使得傳輸工作可以順利進(jìn)行，應(yīng)統(tǒng)一對通信設(shè)備的維護(hù)和管理加以配置，由實(shí)時(shí)通信平臺來負(fù)責(zé)對通信系統(tǒng)加以監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)了通信異常情況，立即根據(jù)系統(tǒng)所接收到的異常信息和反饋來進(jìn)行通信故障的分析與處理[8-10]。

3.4 監(jiān)測一體化

監(jiān)測一體化在鐵路通信信息化發(fā)展中處于關(guān)鍵性的地位，因?yàn)楸O(jiān)測一體化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該有對應(yīng)的信息系統(tǒng)和設(shè)備、技術(shù)保障，所以只有全面構(gòu)建了一體化信息平臺，才能夠?qū)﹁F路通信系統(tǒng)中的全部要素加以全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測，兼具遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障處理以及系統(tǒng)服務(wù)等功能。

4 結(jié) 論

近年來，我國鐵路事業(yè)的發(fā)展迅猛，各種鐵路工程項(xiàng)目實(shí)施中，人們也對鐵路通信提出了越來越高的標(biāo)準(zhǔn)，各級鐵路部門在鐵路通信系統(tǒng)建設(shè)時(shí)都應(yīng)該積極加大通信技術(shù)和信息技術(shù)的有效融合，全面保障鐵路通信信息化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，帶動鐵路通信的變革，提升通信的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性。