鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)的技術(shù)研究

王玫玫 中國(guó)鐵通北京通信設(shè)備維護(hù)中心

鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)的技術(shù)研究

王玫玫 中國(guó)鐵通北京通信設(shè)備維護(hù)中心

概 要近年來(lái)，隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，列車(chē)速度和密度不斷提高，對(duì)運(yùn)輸安全和應(yīng)急通信保障能力提出更高要求。當(dāng)發(fā)生行車(chē)事故或嚴(yán)重自然災(zāi)害時(shí)，應(yīng)急通信系統(tǒng)需要迅速及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)信息發(fā)送至應(yīng)急指揮中心，使上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，快速處置，并將各類(lèi)指揮命令及時(shí)傳達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)搶險(xiǎn)人員。由此可見(jiàn)，迅速、安全、保密、準(zhǔn)確和暢通的鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)在鐵路運(yùn)輸保障工作中起著重要作用。

1、鐵路應(yīng)急搶險(xiǎn)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)由主干網(wǎng)和基層網(wǎng)組成。主干網(wǎng)是鐵道部與鐵路局，鐵路局與調(diào)度區(qū)間的通信網(wǎng)絡(luò)，它主要是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)兼分層樹(shù)形，這種結(jié)構(gòu)有利于靈活的點(diǎn)到點(diǎn)通信且便于附加迂回路由?；鶎泳W(wǎng)負(fù)責(zé)調(diào)度區(qū)間至車(chē)站及車(chē)站間的通訊，主要為星型結(jié)構(gòu)。主干網(wǎng)由于通信容量大，距離長(zhǎng)，通信介質(zhì)一般采用光纜，而基層網(wǎng)由于線(xiàn)路改造投資太大，現(xiàn)在還是光纜和同軸電纜混合傳輸?shù)木置妗＞W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)決定了接入通信設(shè)備的性能和訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，因此它們是規(guī)劃整個(gè)應(yīng)急搶險(xiǎn)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2)、系統(tǒng)組成

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們可以劃分出應(yīng)急搶險(xiǎn)通信系統(tǒng)各級(jí)的所屬設(shè)備。首先是應(yīng)急救援中心的中心設(shè)備，分為路局救援中心設(shè)備和鐵道部救援中心設(shè)備，主要功能是接入視頻、多路電話(huà)、靜態(tài)圖和數(shù)據(jù)信號(hào)。下一級(jí)是車(chē)站側(cè)設(shè)備，負(fù)責(zé)多路語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)按和基于寬帶數(shù)傳的視頻寬帶數(shù)據(jù)的接入。最底層是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，它提供通話(huà)柱雙絞線(xiàn)的接口，充分利用現(xiàn)有資源復(fù)接多路數(shù)字通信，為現(xiàn)場(chǎng)的圖像、數(shù)據(jù)、電話(huà)提供平臺(tái)。

1.2 設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)

面對(duì)這樣的大系統(tǒng)，首先我們根據(jù)鐵路現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和鐵路通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)的專(zhuān)用性來(lái)定義設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范滿(mǎn)足后根據(jù)功能需求劃分出低耦合度的各個(gè)模塊，如通信網(wǎng)由3類(lèi)設(shè)備構(gòu)成，這些設(shè)備雖然接口不同且實(shí)現(xiàn)的功能差異較大，但分析硬件底層會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有冗余性，例如：處理器及其基本外圍控制器，存儲(chǔ)器，單通道語(yǔ)音的接入、輸出等等。我們?cè)谇捌谠O(shè)計(jì)可以考慮先實(shí)現(xiàn)基本模塊再追加面向獨(dú)立設(shè)備的附加功能模塊，這樣不僅可以節(jié)省投資而且大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。

以下我們舉例分析。為了能夠?qū)?dòng)圖、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程指揮等多種業(yè)務(wù)綜合到同一平臺(tái)上，提供多路語(yǔ)音通道，接收高頻無(wú)線(xiàn)視頻音頻信號(hào)，同時(shí)提供2M接口、V.35數(shù)據(jù)接口及以太網(wǎng)接口的數(shù)據(jù)接入?；灸K應(yīng)包括高速處理器、多媒體數(shù)據(jù)通路、存儲(chǔ)器和語(yǔ)音模數(shù)轉(zhuǎn)換等?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附加模塊有以2B+D為基礎(chǔ)的ISDN數(shù)據(jù)接口，多路語(yǔ)音匯接橋、完成圖像數(shù)據(jù)接入的以太網(wǎng)接口、可充電電池等子模塊。車(chē)站設(shè)備附加模塊有數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)接模塊、語(yǔ)音數(shù)據(jù)流分接模塊、2M數(shù)據(jù)接口模塊、寬帶圖像數(shù)據(jù)接收模塊等。中心設(shè)備相應(yīng)有視頻解壓縮模塊、遠(yuǎn)程指揮信息流與語(yǔ)音數(shù)據(jù)復(fù)接模塊、2M數(shù)據(jù)接口模塊等。

2、鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)的接入技術(shù)

鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)所采用的各種接入手段，就是為建立鐵路事故現(xiàn)場(chǎng)至鐵路局指揮調(diào)度中心之間透明的傳輸通道。將事故現(xiàn)場(chǎng)的各種信息（圖像、語(yǔ)音及數(shù)據(jù)）傳送到指揮調(diào)度中心，從而保證各級(jí)應(yīng)急指揮中心的指揮人員能對(duì)鐵路應(yīng)急搶險(xiǎn)工作作出實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的決策，并將各種指揮命令及時(shí)傳達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)搶險(xiǎn)人員。

圖1 通話(huà)柱接入方式應(yīng)急通信系統(tǒng)示意

圖2 光纖接入方式的應(yīng)急通信系統(tǒng)示意

圖3 無(wú)線(xiàn)接入方式的應(yīng)急通信系統(tǒng)示意

圖4 衛(wèi)星接入方式的應(yīng)急通信系統(tǒng)示意

2.1、通話(huà)柱接入方式

利用區(qū)間通話(huà)柱接通應(yīng)急電話(huà)和上傳靜止圖像的應(yīng)急通信接入系統(tǒng)，是既有鐵路線(xiàn)主要使用的一種現(xiàn)場(chǎng)接入方式。應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通信人員通過(guò)應(yīng)急線(xiàn)接至鐵路沿線(xiàn)各區(qū)間通話(huà)柱預(yù)留線(xiàn)接通應(yīng)急救援電話(huà)，再通過(guò)靜圖筆記本終端設(shè)備，將相機(jī)采集到的靜止圖片利用已接通電話(huà)，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器和自動(dòng)電話(huà)網(wǎng)連接至路局指揮中心靜圖服務(wù)器，通話(huà)柱接入方式應(yīng)急通信系統(tǒng)示意如圖1所示。

通話(huà)柱接入方式使用年限較長(zhǎng)，只能傳輸靜圖，而且通信速率約為30到50kbps (與區(qū)間通話(huà)柱質(zhì)量有關(guān))，傳輸圖像的數(shù)量和速度有限，現(xiàn)在一般使用于既有老鐵路線(xiàn)，新建高速鐵路已經(jīng)不采用?，F(xiàn)有通話(huà)柱接入系統(tǒng)的通道、設(shè)備和系統(tǒng)越來(lái)越不能滿(mǎn)足鐵道部、鐵路局的靜圖傳輸要求。為了適應(yīng)鐵路對(duì)應(yīng)急救援發(fā)展的要求，提高應(yīng)急通信的質(zhì)量和速度，現(xiàn)已逐步準(zhǔn)備對(duì)現(xiàn)有通話(huà)柱接入系統(tǒng)進(jìn)行改造。有線(xiàn)帶寬方式采用便攜式SHDSL調(diào)制解調(diào)器，經(jīng)區(qū)間接線(xiàn)柱與小站SHDSL調(diào)制解調(diào)器連接接入SDH 2M傳輸設(shè)備，利用現(xiàn)有SDH設(shè)備提供基于2M通道與路局路由器連接進(jìn)行圖像傳輸。改造后應(yīng)急通信尤其是圖像傳輸速度和質(zhì)量都有較大改善。

2.2、光纖接入方式

應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通信人員采用現(xiàn)場(chǎng)綜合接入設(shè)備，將話(huà)音、圖像和數(shù)據(jù)等信息通過(guò)光纖加光Modem的連接方式，傳送至車(chē)站或區(qū)間接入點(diǎn)2 M通道，然后通過(guò)專(zhuān)用通道接至路局應(yīng)急中心系統(tǒng)。光纖接入方式的應(yīng)急通信系統(tǒng)示意如圖2所示。

光纖接入方式采用光纖接入技術(shù)，傳輸容量和質(zhì)量都很好，并且接人距離一般可達(dá)數(shù)十公里，但由于從應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)到車(chē)站(區(qū)間)接入點(diǎn)需要臨時(shí)布放光纖，光纖布放越長(zhǎng)則所需時(shí)間越長(zhǎng)，這對(duì)應(yīng)急搶險(xiǎn)是一個(gè)缺點(diǎn)。所以，光纖接入方式一般在新建鐵路(無(wú)通話(huà)柱)事故現(xiàn)場(chǎng)距接入機(jī)房2KM范圍內(nèi)使用。另外，若事故現(xiàn)場(chǎng)距通信機(jī)房不超過(guò)200米，可采用直接從機(jī)房DDF接2M線(xiàn)連接至現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急接入系統(tǒng)。

2.3、無(wú)線(xiàn)接入方式

應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通信人員采用現(xiàn)場(chǎng)綜合接入設(shè)備，將話(huà)音、圖像和數(shù)據(jù)等信息通過(guò)架設(shè)的5.8 G無(wú)線(xiàn)接入基站，傳送至車(chē)站或區(qū)間接入點(diǎn)的2 M通道，然后通過(guò)專(zhuān)用通道接至路局應(yīng)急中心系統(tǒng)。無(wú)線(xiàn)5.8 G接入方式的應(yīng)急通信系統(tǒng)示意如圖3所示。

5．8 G寬帶無(wú)線(xiàn)接入方式具有開(kāi)放頻段，能提供高速、大容量數(shù)據(jù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速接人的特點(diǎn)。但是5. 8G無(wú)線(xiàn)接入方式發(fā)生事故時(shí)，需臨時(shí)安裝基站天線(xiàn)，而且事故現(xiàn)場(chǎng)的天線(xiàn)應(yīng)與基站天線(xiàn)對(duì)上；因此應(yīng)急通信人員要有經(jīng)驗(yàn)，改接入方式適用于在視距范圍內(nèi)傳播，若遇遮擋物則影響傳輸效果，目前一般在新建高速鐵路距車(chē)站、區(qū)間接入點(diǎn)2 km以?xún)?nèi)障礙物較少的地點(diǎn)使用。

2.4、衛(wèi)星接入方式

與地面通信系統(tǒng)相比，衛(wèi)星接入雖然有延時(shí)較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，但卻具有一些地面網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：覆蓋面廣，具有極佳的廣播性能；傳輸不受地理?xiàng)l件的限制，組網(wǎng)靈活，利于推廣多元化的多媒體應(yīng)用；技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定等?；谛l(wèi)星接入方式的鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖如圖4所示。

衛(wèi)星接入的缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，體積龐大。設(shè)備搬運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)比較困難，對(duì)于鐵路的某些地段即使裝運(yùn)在通信車(chē)上也很難到達(dá)指定地點(diǎn)；需要采用專(zhuān)用儀表進(jìn)行對(duì)衛(wèi)星操作，一般都要采用自動(dòng)伺服系統(tǒng)；需要臨時(shí)租用衛(wèi)星通道并支付租金。

3、結(jié)論及展望

安全是鐵路運(yùn)輸?shù)纳€(xiàn)，鐵路事故時(shí)有發(fā)生。鐵路事故每年給國(guó)家造成巨大的損失，鐵路事故發(fā)生后，快速、準(zhǔn)確、有序地進(jìn)行救援，對(duì)于搶救傷者、減少事故損失、快速恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)需求的變化，在新技術(shù)跟蹤方面未來(lái)還要做大量的工作，加之鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜，但主要可以圍繞以下幾點(diǎn)展開(kāi): 關(guān)注國(guó)內(nèi)外通信技術(shù)發(fā)展、減少設(shè)備數(shù)量、減輕設(shè)備重量問(wèn)題、降低成本問(wèn)題、提高系統(tǒng)整體的可靠性、解決現(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸設(shè)備的雙向語(yǔ)音通信問(wèn)題等。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.19.145