（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300000）

鐵路通信建設(shè)在行業(yè)與社會(huì)環(huán)境的發(fā)展，覆蓋規(guī)模與技術(shù)水平也有明顯變化，為了滿足防災(zāi)減災(zāi)要求，原有鐵路通信應(yīng)急管理系統(tǒng)中與防災(zāi)減災(zāi)相結(jié)合，建設(shè)鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信系統(tǒng)。與此同時(shí)，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS）憑借其定位精準(zhǔn)、短報(bào)文通信等諸多優(yōu)勢(shì)，在該系統(tǒng)中也有十分廣泛的應(yīng)用，與TMIS（Transportation Management Information System，鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)）融合，為鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信提供高質(zhì)量服務(wù)，也可以用于基礎(chǔ)設(shè)施野外監(jiān)管。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與TMIS 的融合，將衛(wèi)星通信、鐵路數(shù)據(jù)傳輸鏈、數(shù)據(jù)交換等加以整合，創(chuàng)建衛(wèi)星數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)相融合的雙向交換通道，為鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信奠定技術(shù)方面的基礎(chǔ)。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與TMIS

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有獨(dú)立性、自主性、開放性、兼容性等諸多優(yōu)勢(shì)，投入使用之后構(gòu)建更為完善的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈[1]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中包含空面段、地面段、用戶段，可在任何時(shí)間段運(yùn)行，在鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信中主要憑借高精度定位、授時(shí)服務(wù)等諸多功能得到廣泛應(yīng)用。

TMIS 包括三個(gè)子系統(tǒng)，即調(diào)度綜合管理、車站綜合管理、綜合應(yīng)用管理。關(guān)于列車的調(diào)度指揮，一般會(huì)應(yīng)用到計(jì)劃信息、列調(diào)信息、貨調(diào)信息等系統(tǒng)，貨運(yùn)管理有專門的貨運(yùn)制票、貨調(diào)綜合管理等系統(tǒng)，車站管理依靠的是車站現(xiàn)車與車站行車管理信息兩個(gè)系統(tǒng)，管理層主要是由綜合應(yīng)用管理信息系統(tǒng)發(fā)揮作用。

實(shí)現(xiàn)鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信過(guò)程中，將北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與TMIS 融合，為現(xiàn)有管理系統(tǒng)賦予更加完善的功能，而且系統(tǒng)的管理規(guī)模不斷拓寬，這對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也有重要意義，及時(shí)定位災(zāi)害事故發(fā)生位置與可能性，通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的數(shù)據(jù)傳輸與通信[2]。

2 鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信系統(tǒng)中包含北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與TMIS，所以其同時(shí)具備兩個(gè)系統(tǒng)的功能，例如快速精準(zhǔn)定位、短報(bào)文通信、精密授時(shí)、列車調(diào)度與車站等的綜合管理。通過(guò)快速定位、短報(bào)文通信這兩項(xiàng)功能，可以以鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信中的子系統(tǒng)形式運(yùn)行，專門負(fù)責(zé)重要數(shù)據(jù)檢測(cè)、采集與傳輸，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與效率。

對(duì)于鐵路沿線容易發(fā)生事故、災(zāi)害的地點(diǎn)，可以集中安裝傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備，這一類設(shè)備專門設(shè)置內(nèi)置芯片，用于監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害，監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)也會(huì)利用衛(wèi)星鏈路向北斗衛(wèi)星系統(tǒng)地面主控站快速傳輸，主控站在接收到信息后再傳輸給系統(tǒng)北斗數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行分析、處理[3]。即便現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有安裝GPRS/3G/4G/5G 監(jiān)測(cè)設(shè)備，或者比較偏僻的野外地區(qū)，也可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、傳輸，發(fā)現(xiàn)事故與災(zāi)害后進(jìn)行預(yù)警。采集、接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)會(huì)傳輸給TMIS，系統(tǒng)在移動(dòng)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)通過(guò)GPRS/3G/4G/5G 模式進(jìn)行快速傳輸。

北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)與TMIS 融合之后，利用專用通信設(shè)備、雙向數(shù)據(jù)交換平臺(tái)處理相關(guān)信息。其中專用通信設(shè)備的作用是傳輸自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)終端、系統(tǒng)主服務(wù)器的數(shù)據(jù)，有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信、北斗短報(bào)文兩個(gè)接口，具備實(shí)時(shí)定位的功能判斷自然災(zāi)害位置，再傳輸給主服務(wù)器。北斗數(shù)據(jù)網(wǎng)、TMIS 網(wǎng)利用雙向數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，可以解決地面移動(dòng)通信在覆蓋范圍、靈活性等方面的問(wèn)題，而且傳輸時(shí)間達(dá)到500～800ms，報(bào)文長(zhǎng)度與通信費(fèi)用也因此得到改善。所以，移動(dòng)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，通常會(huì)優(yōu)先選擇GPRS/3G/4G/5G、光纜這一類通信鏈路傳輸重要的數(shù)據(jù)。基于北斗數(shù)據(jù)網(wǎng)、TMIS 的雙向數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，使衛(wèi)星報(bào)文數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的格式達(dá)成互換，通過(guò)鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信系統(tǒng)中已經(jīng)十分成熟的TMIS、衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)連接之后，數(shù)據(jù)傳輸通道也有所創(chuàng)新。與此同時(shí)，除了北斗短報(bào)文數(shù)據(jù)這一項(xiàng)功能外，北斗數(shù)據(jù)、TMIS 的雙向數(shù)據(jù)交換平臺(tái)也可以利用現(xiàn)場(chǎng)終端傳輸3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，使防災(zāi)減災(zāi)通信效率、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性不斷提升。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化

3.1 優(yōu)化北斗報(bào)文傳輸

鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信需要功能完善、可靠性高的通信鏈路，常規(guī)北斗衛(wèi)星短報(bào)文終端通信僅為90%，需要進(jìn)一步提升其成功率，而且發(fā)送頻次在60s/次左右，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)的有效字節(jié)數(shù)量在78Byte/包左右，這與現(xiàn)階段鐵路行業(yè)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展需求不符。在鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信系統(tǒng)不斷完善的當(dāng)下，應(yīng)該要在軌道交通沿線安全監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，考慮北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與TMIS 融合需求，優(yōu)化北斗報(bào)文傳輸通信終端，主要提出以下建議：

①利用報(bào)文校驗(yàn)機(jī)制，對(duì)丟包、觸發(fā)重發(fā)機(jī)制進(jìn)行嚴(yán)格校驗(yàn)，有利于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?。一般丟包檢測(cè)更多是采用發(fā)送方等待接受方反饋超時(shí)、報(bào)文編碼檢測(cè)這兩種方式，第二種需要由接收方向發(fā)送方提出重發(fā)丟包數(shù)據(jù)報(bào)文的申請(qǐng)，而且兩種方法可以同步應(yīng)用，利用控制系統(tǒng)隨之切換即可[4]。②采取多卡切換技術(shù)，可以提高短報(bào)文的發(fā)送頻率，在頻次更高的應(yīng)急應(yīng)用場(chǎng)景中也可應(yīng)用。憑借控制單元進(jìn)行定時(shí)切換，如此一來(lái)北斗通信模塊、北斗SIM 卡之間達(dá)到協(xié)同運(yùn)作的效果，專業(yè)設(shè)備與高頻次北斗短報(bào)文通信要求一致，直接傳輸控制策略，有利于加強(qiáng)多卡通信負(fù)載的平衡性。③自動(dòng)拆包組包技術(shù)的有效運(yùn)用，可以將長(zhǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸過(guò)程公開。與此同時(shí)，自定義報(bào)文協(xié)議可將長(zhǎng)報(bào)文分解，以短報(bào)文的形式傳輸，每一條短報(bào)文分別有對(duì)應(yīng)的序號(hào)，一一獨(dú)立傳輸給接收終端。當(dāng)接收終端接收之后，按照分包序號(hào)將短報(bào)文再次整合成為長(zhǎng)報(bào)文進(jìn)行傳輸。

3.2 改善短報(bào)文模塊結(jié)構(gòu)

短報(bào)文模塊結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)模塊供電設(shè)計(jì)均遵循了低能耗與功耗的原則，即不是所有模塊全部供電。結(jié)合鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，+5V 采用直接供電、電池供電這兩種形式，主板直接提供電池。如果應(yīng)用+5V 供電模式，可以將電池供電切斷，+5V 斷電之后再將RDSS_5V_ON 關(guān)閉，隨即開啟V_BAT_RDSS，以免+5V 在運(yùn)行過(guò)程中突然來(lái)電威脅到操作安全。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)雙向數(shù)據(jù)交換平臺(tái)

鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與TMIS 融合之后，衛(wèi)星通信、互聯(lián)網(wǎng)通信存在天然屏障，要想實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)有效傳輸，必須運(yùn)用到雙向互傳功能。建議采集到北斗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之后，利用TMIS 網(wǎng)通信技術(shù)進(jìn)行傳輸，或者是TMIS 下達(dá)遙測(cè)指令、應(yīng)急指揮信息，再由北斗衛(wèi)星系統(tǒng)通信技術(shù)進(jìn)行傳輸。

按照鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信要求，要針對(duì)性地設(shè)計(jì)北斗終端技術(shù)規(guī)劃，考慮到北斗數(shù)據(jù)采集、訪問(wèn)需要綁定指定北斗硬件設(shè)備終端，所以按照特定北斗終端設(shè)備信息、數(shù)據(jù)接入與通信、傳輸細(xì)節(jié)，可以直接采用自定義通信協(xié)議或數(shù)據(jù)格式，研發(fā)滿足需求的北斗數(shù)據(jù)訪問(wèn)平臺(tái)。設(shè)計(jì)通信服務(wù)器，數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制均應(yīng)用TCP/IP 協(xié)議，而且socket 套接字可以優(yōu)化傳輸效果，以免出現(xiàn)數(shù)據(jù)指令丟包的現(xiàn)象[5]。協(xié)議數(shù)據(jù)包涵蓋同步頭、CRC 校驗(yàn)位與數(shù)據(jù)信息，其中同步頭的作用是判斷數(shù)據(jù)幀起始位、標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包類型，CRC 校驗(yàn)碼的功效體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)發(fā)這一方面，數(shù)據(jù)信息長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)包有直接關(guān)系。通信服務(wù)器在系統(tǒng)中屬于傳輸中繼服務(wù)器，直接負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)包處理、轉(zhuǎn)發(fā)，接收智能監(jiān)測(cè)終端、TMIS 傳輸指令與數(shù)據(jù)，自動(dòng)分析、處理與儲(chǔ)存，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)負(fù)責(zé)編制原本的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)格式，適應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸要求，滿足北斗衛(wèi)星系統(tǒng)與TMIS 數(shù)據(jù)交換需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鐵路防災(zāi)減災(zāi)通信在行業(yè)飛速發(fā)展的當(dāng)下，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)、TMIS 也逐漸實(shí)現(xiàn)了融合，提高事故災(zāi)害定位分析的準(zhǔn)確性，也為數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存、備份等提供了先進(jìn)技術(shù)支撐，為今后鐵路通信的發(fā)展與建設(shè)打下扎實(shí)基礎(chǔ)，從而切實(shí)推動(dòng)我國(guó)鐵路行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。