高速铁路防灾预警信息车地传输方案

孟德智

(中国铁建电气化局集团有限公司，北京 100043)

1 概述

防灾预警信息是铁路安全运行的重要控制信息之一，实现防灾预警信息快速准确地车地传输一直是铁路防灾设计的重点研究工作。铁路自然灾害监测系统（简称“监测系统”）已实现对铁路沿线风、雨、雪和地震实现有效、准确、实时的监测，为调度指挥及维护管理提供报警、预警信息。如何将防灾预警信息快速、准确、可靠地传递到正在行驶的列车上，实现列车的限速或停车，涉及防灾、信号和通信等多个专业，成为防灾安全监控系统设计的难点。

2 既有防灾预警信息车地传输方案

既有防灾预警信息车地传输方案是由监测系统将防灾预警信息传送至调度所相应线路的调度员处，调度员收到防灾预警信息后，通过调度集中系统（CTC）设置限速或停车。通过CTC 或无线闭塞中心（RBC）将限速信息传至车上，由司机确认限速或停车。既有防灾预警信息车地传输方案处理流程如图1 所示。

图1 既有防灾预警信息车地传输流程图Fig.1 Train-ground transmission flow chart of the existing disaster warning information

既有防灾预警信息车地传输方案存在的主要问题是防灾预警信息处理时间较长，列车调度员的负担较重，容易出现漏报。

3 改进的防灾预警信息车地传输方案

针对既有防灾预警信息车地传输方案存在的主要问题，本文根据行车调度管理的实际需求，提出如下3 种可行的防灾预警信息车地传输方案。

3.1 方案一：监测系统与CTC连接，通过CTC传送防灾预警信息

该方案与既有防灾预警信息车地传输方案基本一致。监测系统与CTC 系统通过接口服务器、防火墙等设备实现系统间互联，防灾预警信息直接在CTC 调度员台上显示出来，列车调度员根据预警信息按照目前的方式由人工操作下达。实现本方案需要修改监测系统与CTC 接口协议、软件及网络安全设备。本方案防灾预警信息车地传输处理流程如图2 所示。

本方案的主要优点是优化对预警信息的响应时间和流程，对防灾预警相关的行车调度管理有了整体的把握。

图2 监测系统与CTC连接，通过CTC送防灾预警信息流程图Fig.2 Flow chart of transmitting disaster warning information by CTC connected to monitoring system

但是本方案需要修改CTC 的软件及接口协议可能对列车控制造成影响，同时增加列车调度员控车的负担。另外监测系统与CTC 直接接口需要防灾厂家和CTC 厂家共同研究接口协议和开发相关软件，时间周期较长。

3.2 方案二：新设车载预警装置，通过GP RS接口服务器传送防灾预警信息

本方案由防灾GSM-R 通信服务器、既有GPRS接口服务器（GRIS）和新设的车载预警装置（简称“车载设备”）组成，系统构成如图3 所示。

列车出库前，车载设备通过GSM-R/GPRS网络注册GROS 服务器。列车出库后，根据收到的GPS/北斗卫星数据，车载设备判断其所对应的GRIS，并向该GRIS 发送注册申请，申请一个专属IP 地址。GRIS 收到申请后，返回确认注册信息，并给车载设备分配IP 地址。车载设备完成注册后，在屏幕上应能显示当前区间并初始化所有监测点、等待监测数据。当列车行驶到其他GRIS 管理区域后，车载设备向新GRIS 发送注册申请，同时将前一个GRIS 的注册注销。

GRIS 与监测系统通过电路连接，并接收防灾预警信息。监测系统只发送超过门限的数据给GRIS。GRIS 接收到防灾预警信息后，在本地存储，并将防灾预警信息通过GSM-R/GPRS 网络传送到注册在该GRIS 上的所有车载设备上。预警数据包40 字节/包，连发3 次，每次间隔1 s。当无预警信息时，防灾通信服务器以每15 min（可设置）一次、每次40 Byte 向注册的车载设备机车发送活动性检测数据包。

图3 方案二系统构成示意图Fig.3 Schematic diagram of system composition of scheme two

车载设备接收到预警数据后，应能根据GPS/北斗卫星定位数据，判断列车当前位置并计算本列车与预警信息监测点的距离，根据监测点与列车间的距离来确定是否需要发出预警信息，若需要发出预警信息，车载设备将实时播报预警信息，提示司机预警区段列车的安全行驶速度。

列车在隧道或在地下车站无GPS/北斗卫星定位数据，车载设备应根据列车进隧道时的速度及时间，估测当前的列车位置，进而计算本列车与预警信息监测点的距离，根据监测点与列车间的距离来确定是否需要发出预警信息。

本方案防灾预警信息车地传输处理流程如图4所示。

图4 新设车载预警装置，通过GPRS接口服务器传送防灾预警信息流程图Fig.4 Flow chart of transmitting disaster warning information from newly set onboard warning device through GPRS interface server

方案的主要优点是：除防灾GSM-R 通信系统服务器外，对既有其他设备无影响，在小范围内使用方便；可以通过提前预警机制消除GPRS 网络延时的不利影响，提高系统的可靠性。

方案的缺点是：高铁动车组司机室空间有限，车载设备几乎无处安装；当有预警信息时，监测系统要将预警信息发送到所有在该服务器注册的列车上，距离灾害位置较远的列车没必要接收；GRIS传送调度命令、车次号校核和进路预告等与行车安全有关的信息，传送防灾预警信息不符合中国铁路总公司统一规划。

3.3 方案三：利用既有机车综合无线设备，通过监测信息GPRS接口服务器传送防灾预警信息

本方案由既有机车综合无线设备（CIR）、防灾GSM-R 通信服务器和监测信息GPRS 接口服务器（M-GRIS）组成，如图5 所示。

随着高铁的发展，越来越多的信息需要通过GSM-R 网络传送到列车上，列车上也有一些监测信息需要实时传回地面，如机车信号远程监测业务、DMS 业务、TCDS 业务、活动性检测业务和工务晃车业务等。针对越来越多的需求，原铁道部颁发《GSM-R 数字移动通信应用技术条件第九册：数据传输应用接口及设备》（铁运[2012]288 号），规划在各路局新设（M-GRIS）专门传送与行车安全无关的业务，与行车安全有关的业务由GRIS 传送。

在CTCS-2 列控区段，CIR 在每经过一个闭塞区间时都通过GRIS 向CTC/TDCS 系统发送车次号校核信息，车次号校核信息内容包含机车的位置信息（CTCS-2 列控区段包含公里标和GPS/北斗信息，CTCS-3 列控区段只包含GPS/北斗信息）、车次号、机车号。在CTCS-3 区段，CIR 每隔30 s发送一次车次号校核信息。

图5 方案三系统构成示意图Fig.5 Schematic diagram of system composition of scheme three

本方案与方案二业务流程类似。本方案需要修改CIR 的软件，使CIR 把车次号校核信息同时发给GRIS 和M-GRIS，M-GRIS 将以上信息转发给灾害监测系统，使灾害监测系统能够掌握列车的实时位置。根据列车位置信息，在发生自然灾害时，灾害监测系统计算各列车距离灾害地点的距离，以判断把防灾预警信息发给哪些列车。灾害监测系统将防灾预警信息通过GSM-R/GPRS 网络发送到相应列车的CIR 上。

本方案的主要优点是：使用M-GRIS 设备传送防灾预警信息满足中国铁路总公司规划；利用既有CIR 设备实现防灾预警信息车地传输，不新增SIM 卡，可实施性强；可以通过提前预警机制消除GPRS 网络延时的不利影响，提高系统的可靠性；可通过升级防灾GSM-R 通信服务器软件实现雨、雪等其他防灾业务预警信息车地传输的需求。

本方案缺点是：下发预警信息和上报车次号校核信息时延长了占用区间小区GSM-R 无线信道的时间；预警监测点限速范围和提前预警范围仍需进一步的研究明确。

4 总结

高速铁路速度的提升对风、雨、雪和地震等灾害情况时的处理速度提出更高的要求。既有的防灾预警信息车地传输方案对防灾预警的响应时间较差，列车调度员的负担较重，容易出现漏报。本文提出3 种新的高速铁路防灾预警信息车地传输方案，通过分析比较，方案三符合中国铁路总公司的统一规划，可实施性最好，投资也较少。因此，高速铁路防灾预警信息车地传输建议采用方案三，但需要进一步研究具体的接口及实施方案。