陳宏達(dá)

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055）

近年來，彝贛線、隴海線等多次鐵路事故中的列尾信息傳送失靈對(duì)列尾信息傳送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法提出了新的要求，2009年郴州6.29鐵路客車事故再次將列尾裝置及列尾信息傳送推上風(fēng)口浪尖。

按照目前的管理模式，列尾裝置主機(jī)的摘掛、保管和組織維修等工作由行車部門負(fù)責(zé)，列尾控制盒及列尾裝置主機(jī)內(nèi)無線電臺(tái)的檢修由電務(wù)段負(fù)責(zé)，而列尾信息傳送系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)常被忽視，給行車安全帶來隱患。下面結(jié)合新恩陶鐵路工程，介紹列尾信息傳送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。

1 工程實(shí)例

新街至恩格阿婁至陶利廟鐵路位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，線路全長(zhǎng)約178 km。電力牽引方式，牽引質(zhì)量10 000 t。全線設(shè)置GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。所有列車均設(shè)置列尾裝置及附屬設(shè)備，列尾裝置具有標(biāo)識(shí)列車尾部標(biāo)志、風(fēng)壓檢查、輔助排風(fēng)制動(dòng)、電池欠壓和主管風(fēng)壓不正常自動(dòng)報(bào)警等功能。

2 現(xiàn)有方案

目前，鐵路上應(yīng)用的列尾信息傳送系統(tǒng)主流制式包括450（或800）MHz方式、400 kHz+450（或800）MHz方式、GSM-R方式，下面就上述解決制式作一些探討。

1）制式一：450（或800）MHz

此方式能夠滿足新恩陶鐵路列尾信息傳送需求,但是存在信道呼叫建立時(shí)間較長(zhǎng)、傳輸效果受區(qū)間弱場(chǎng)影響等諸多問題，尤其是在轉(zhuǎn)彎隧道內(nèi)，傳輸效果難以滿足要求。

為彌補(bǔ)區(qū)間弱場(chǎng)，需采用中繼方式，目前的中繼方式分為地面中繼和車上中繼兩種，新恩陶鐵路無線通信系統(tǒng)采用GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng),若列尾信息傳送系統(tǒng)采用450（或800）MHz方式則無地面中繼設(shè)備可以利用，僅能采用車上中繼方式解決，這就需增加車上中繼設(shè)備費(fèi)用。

2）制式二: 400 kHz+450（或800）MHz

由于新恩陶鐵路為電氣化鐵路，全線架設(shè)接觸網(wǎng)，為采用此方式組建列尾信息傳送系統(tǒng)提供了條件，同時(shí)，此方式也能夠滿足新恩陶鐵路列尾信息傳送需求，且無需中繼設(shè)備。400 kHz信道在區(qū)間弱場(chǎng)區(qū)段效果較好，450（或800）MHz信道在編組站場(chǎng)和平原區(qū)段效果較好，雙信道互補(bǔ)，但是在投資上需增加400 kHz信道機(jī)的費(fèi)用。

3）制式三: GSM-R

由于新恩陶鐵路無線通信系統(tǒng)采用GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng),為采用此方式組建列尾信息傳送系統(tǒng)提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，同時(shí)，此方式也能夠滿足新恩陶鐵路列尾信息傳送需求。

目前GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送方式包括電路交換數(shù)據(jù)(CSD)、短信息(SMS)、通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）3種。

3 方案選擇

鑒于新恩陶鐵路電力牽引萬噸，全線設(shè)置GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的情況，我們首選GSM-R方式傳送列尾信息。

列尾信息傳送在GSM-R系統(tǒng)中，采用電路交換數(shù)據(jù)、短信息、通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）都可以實(shí)現(xiàn)。

CSD方式有按需建立信道和一直在線兩種方式。按需建立信道方式信道建立時(shí)間和信息傳送延時(shí)均較長(zhǎng)；一直在線方式占用系統(tǒng)信道資源，兩者都不是最好的解決辦法。

SMS方式采用的是短信息中心存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，傳輸延時(shí)長(zhǎng)，并且傳輸延時(shí)還取決于中心設(shè)備的處理能力，一旦中心設(shè)備信息擁堵，后果不堪設(shè)想，因此此方式不可取。

GPRS方式建立時(shí)間和信息傳送延時(shí)之和較短，且可對(duì)無線資源實(shí)行按需分配，無疑是一個(gè)較好的解決方法。

綜上所述，列尾信息傳送系統(tǒng)采用GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GPRS方式，由地面部分的GSM-R網(wǎng)絡(luò)和車載部分的機(jī)車綜合無線通信設(shè)備（CIR）、列尾主機(jī)（EOT）等組成。

當(dāng)然采用GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GPRS方式還存在一些問題，如：由于GSM-R網(wǎng)絡(luò)弱場(chǎng),造成CIR、EOT脫網(wǎng)，不易被及時(shí)察覺；由于GPRS方式延時(shí)導(dǎo)致排風(fēng)操作時(shí)間過長(zhǎng)；列車在不同區(qū)段套跑困難等，這些問題還需要我們根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步解決。

4 方案創(chuàng)新

這里提供一種新的解決思路供大家參考：ZigBee技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術(shù),可工作在2.4 GHz（全球流行）、868 MHz（歐洲流行）和915 MHz（美國(guó)流行）3個(gè)頻段上,分別具有最高250 kbit/s、20 kbit/s和40 kbit/s的傳輸速率。目前，ZigBee技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、汽車制造業(yè)、精確農(nóng)業(yè)、家庭自動(dòng)化和醫(yī)療等領(lǐng)域。

在列尾信息傳送系統(tǒng)中采用Zigbee技術(shù)，開發(fā)相關(guān)設(shè)備，在一列車的每節(jié)車箱中都安裝中繼設(shè)備，有以下幾點(diǎn)好處。

1）ZigBee技術(shù)具有維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

2）ZigBee技術(shù)具有低功耗的特點(diǎn)，每節(jié)車箱中繼設(shè)備耗電僅10 mW左右，可以采用電池供電（兩節(jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間），解決車上中繼設(shè)備供電難的問題。

3）采用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)靈活，在每節(jié)車箱安裝中繼設(shè)備，列車可任意編組。

4）采用ZigBee技術(shù)在每節(jié)車箱安裝中繼設(shè)備，可取消傳統(tǒng)中繼設(shè)備的摘掛作業(yè)，減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

5）ZigBee技術(shù)成本低，可實(shí)施性強(qiáng)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再來看一下ZigBee技術(shù)特性是否適合上述思路。

從上述流程中可以看出，渣鎖斗閥關(guān)閉時(shí)起到隔離上下游高、低壓系統(tǒng)的作用，而開啟時(shí)則串聯(lián)了上下游等壓系統(tǒng)。XV-0218和XV-0219設(shè)置在沖洗水罐與渣鎖斗之間的管線上，定時(shí)依次開啟沖洗渣鎖斗，防止渣鎖斗堵塞。

1）場(chǎng)強(qiáng)覆蓋

彎道隧道情況：傳輸距離70 m時(shí)，丟包率約1.4%；傳輸距離100 m時(shí)，丟包率1.5%。

直線隧道情況：傳輸距離500 m時(shí)，丟包率0%。

2）時(shí)延

通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延均極短,典型的搜索設(shè)備時(shí)延約30 ms。因此，假設(shè)一列車有50節(jié)車箱，按每節(jié)車箱都裝置中繼設(shè)備，總延時(shí)不大于2 s。

3）工作頻段

工作在2.4 GHz(全球流行),最高傳輸速率250 kbit/s,傳輸距離約75～500 m。

4）動(dòng)態(tài)路由

ZigBee技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸路徑并不是預(yù)先設(shè)定的，而是在傳輸數(shù)據(jù)前，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，分析它們的位置關(guān)系及遠(yuǎn)近，然后從中選擇一條最佳路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而在我們的網(wǎng)絡(luò)管理軟件中，路徑選擇使用的是“梯度法”，即先選擇最近路徑進(jìn)行傳輸，如不暢，再選擇次最近路徑進(jìn)行傳輸，以此類推，直到數(shù)據(jù)送達(dá)目的地為止。在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，預(yù)先確定的傳輸路徑隨時(shí)都可能發(fā)生變化，或因各種原因路徑被中斷，或因網(wǎng)絡(luò)過于繁忙不能進(jìn)行及時(shí)傳送，動(dòng)態(tài)路由結(jié)合風(fēng)頭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以有效解決上述問題，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。

同時(shí)，在ZigBee技術(shù)的相關(guān)設(shè)備開發(fā)也具有可行性。機(jī)車設(shè)備可以和450 MHz列尾機(jī)車設(shè)備整合，或?qū)烧咄ㄟ^電纜連接；列尾設(shè)備可以和450 MHz列尾設(shè)備整合，或?qū)烧咄ㄟ^電纜連接。

當(dāng)然，上述方案僅提供一種思路，具體實(shí)施還需要進(jìn)一步研究。

5 結(jié)束語

隨著GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)的不斷完善，采用GPRS方式組建列尾信息傳送系統(tǒng)是一種必然趨勢(shì)，且優(yōu)點(diǎn)突出，值得我們深入探討。

同時(shí)，將ZigBee技術(shù)引入鐵路現(xiàn)有列尾信息傳送系統(tǒng)中，解決現(xiàn)有制式存在的問題也具有可行性，值得采納并推廣。

[1] 王軍亮．大秦線GSM-R列尾裝置實(shí)驗(yàn)[C]//中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)．GSM-R移動(dòng)通信及無線電管理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2006：210-214.

[2] 程允才．GSM-R列尾風(fēng)壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸追N方式[J].廣西鐵道,2005(1):28-29.