基于800 MHz通信的危岩落石监测设备列车报警装置研制

莫志艺

（云桂铁路广西有限责任公司 工程管理部，广西 南宁 530005）

1 概述

按中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）规划，在全路范围内，把450 MHz无线列车调度系统逐步改造为GSM-R通信系统［1-2］。但铁路沿线危岩落石监测系统使用的仍是基于450 MHz通信传输的列车防护报警设备（LBJ），改造后报警信息无法通过800 MHz通信传输通道传输，导致运行中列车无法接收到报警信息，直接影响行车安全。在现有条件下，解决这一问题有2种方案：

方案1：通过GSM-R网络［3-7］发送299紧急呼叫。此方案的缺点是：基于299紧急呼叫的危岩落石报警系统会对GSM-R通信系统运用功能造成影响。如危岩落石报警启用后，会无条件将所处区段的列车调度员、车站值班员、FAS用户、报警信息发起基站及上下行方向邻近2个基站范围内的移动用户（含GSM-R手持终端，机车、动车组综合无线通信设备（CIR））的现有通信功能强制中断，强制加入紧急呼叫。如果在枢纽地区，高、普共（并）线区段发生报警时，会对枢纽地区、共（并）线区段高、普速线路GSM-R系统的FAS调度用户、移动用户造成影响。

方案2：通过公网传输的危岩落石报警系统［8-13］。此方案缺点是使用公网系统，安全性和可靠性无法保证，出现险情时无法第一时间通知司机前方线路有障碍信息。

为了克服这2种方案的缺点，设计了基于800 MHz通信的列车报警装置，不仅不需要增加额外车载设备，而且具备一键报警功能。当出现紧急情况或危岩落下时，列车报警装置可一键触发，向机车CIR发送报警信息，机车收到报警信息后，通过CIR设备终端显示报警地点的公里标、线路名称、报警类型和语音提示，同时把前方有危险的信息第一时间通知司机。

2 列车报警装置系统构成及关键技术

2.1 系统组成和主机结构

列车报警装置由主机、天馈线系统、外置报警按键、扬声器、外置交流电源等构成，系统组成见图1。主机由控制单元、信道机、指示灯单元、语音单元、存储单元、通信单元、直流电源单元、外部信号接口单元等构成，主机结构见图2。

图1 列车报警装置系统组成

图2 列车报警装置主机结构

2.2 关键技术

基于800 MHz通信的危岩落石监测设备的列车报警装置采用的关键技术主要是：

（1）无线数传技术和轨道电路技术。利用800 MHz列车安全预警平台，采用无线数传技术，避开列调通信频段。

（2）中继系统在弱场强区的利用。为解决山区铁路隧道繁多，无线传输信号受阻，采用中继系统，将对铁路进行场强检测，场强覆盖不小于3 km。

3 列车报警装置功能

按照QCR 651.1—2018《机车综合无线通信设备》的第1部分的技术条件要求，列车报警装置实现地面向机车发送报警和解除报警数据的功能。列车报警装置主要解决了线路障碍报警、道口事故报警问题，还可直接替代线路上已安装的450 MHz报警单元的功能。列车报警装置主要分为8大功能：发送和解除800 MHz道口报警或施工防护报警、发出声光提示功能，参数设置功能，记录存储及查询导出功能，指示灯显示功能，日常维护功能，自检功能，状态、参数查询功能，数据管理器功能。

3.1 发送和解除800 MHz道口报警/施工防护报警并发出声光提示功能

当列车报警装置安装到道口房时，道口现场发现故障，触发报警，报警指示灯点亮，扬声器播报语音提示。当列车报警装置安装在有危岩落石的线路上，采用用于线路障碍防护的“施工防护报警”信息，在出现危险信号时，根据不同的技术条件，报警系统触发报警，报警指示灯点亮，扬声器播报语音提示。机车CIR设备收到报警信息后，在终端按照QCR 651.1—2018的第1部分的技术条件要求，显示报警地点的公里标、线路名称及报警类型，并发出相应的语音提示：“注意运行！”，收到道口报警解除信息时，CIR设备发出2次语音提示，内容是：“注意！道口报警解除”。当收到的是施工防护报警信息时，CIR设备每隔5 s发出1次语音提示，内容是：“注意！收到施工防护报警信息，注意运行！”。收到施工防护报警解除信息时CIR设备发出2次语音提示，内容是：“注意！施工防护报警解除，注意运行！”。

列车报警装置包括3种模式：信号接口、数据命令和外置报警按键。用信号接口控发、解除报警模式中，列车报警装置信号接口，对外部继电器提供+12 V电平，在继电器触点信号输入口，如果外部的继电器触点闭合时，触发报警；断开时，解除报警。在电平信号输入口，装置内部要进行光电隔离，当外部输入高电平时，光耦导通，触发报警；当输入低电平时，光耦不导通，解除报警。用数据命令控发、解除报警模式中，采用标准RS232数据接口，让数据通过RS232接口，向设备传送报警或解除指令，设备收到指令后，触发或解除报警。在外置报警按键控发、解除报警模式中，采用外置报警按键（自锁），按下报警按键，触发报警，抬起按键，解除报警。

3.2 参数设置功能

列车报警装置参数设置功能包括5个子功能：

（1）报警公里标参数设置。通过数据接口设置报警公里标参数，正公里标5位，负公里标4位。

（2）线路名称参数设置。通过数据接口设置线路名称，名称为BCD中文内码，可设置最多4个中文字代表的内码。

（3）时间参数设置。通过数据接口设置设备时间，格式为：年、月、日、时、分。

（4）工作模式参数设置。通过数据接口设置工作模式，工作模式分为2种，一种是线路模式，另一种是道口模式。

（5）外部数据控制检测开关参数设置。通过数据接口设置外部数据控制检测状态开关，一种是“开”，另一种是“关”。

3.3 记录存储及查询导出功能

列车报警装置记录存储及查询导出功能包括7个子功能：

（1）记录信息及查询。具有信息记录和存储功能，超出存储能力时循环覆盖，其项目包括：报警开始信息、报警结束信息、设置公里标信息、设置线路名称信息、设置工作模式信息、设置外部数据控制检测开关信息。所有记录信息能通过数据接口命令查询导出。

（2）报警开始信息记录。在触发报警时，开始记录报警信息，其信息包括：信息名称、报警公里标、报警线路代码、报警触发时间。

（3）报警结束信息记录。在解除报警时，记录报警结束信息，其信息包括：信息名称、报警公里标、报警线路代码、报警解除时间。

（4）设置公里标信息记录。当设置公里标完成时，设置公里标信息，其信息包括：信息名称、设置的公里标、设置时间。

（5）设置线路代码信息记录。当设置线路代码完成时，记录设置线路代码信息，其信息包括：信息名称、设置的线路代码、设置时间。

（6）设置工作模式信息记录。当设置工作模式完成时，记录设置工作模式信息，其信息包括：信息名称、设置的工作模式、设置时间。

（7）设置外部数据控制检测开关信息记录。当设置外部数据控制检测开关完成时，记录其信息，其信息包括：信息名称、设置的外部数据控制检测开关状态、设置时间。

3.4 指示灯显示功能

列车报警装置指示灯定义如下：

（1）电源指示灯（绿色）：通电时指示灯常亮；

（2）设备故障指示灯（黄色）：信道机模块控制单元之间通讯异常，或列车报警设备同外部控制设备通信异常时，指示灯常亮，非上述情况下指示灯熄灭；

（3）报警指示灯（红色）：设备启动报警后指示灯常亮。

3.5 日常维护功能

列车报警装置日常维护功能主要用于设备的日常检修，包括场强测试和报警测试2个子功能。场强测试子功能，通过数据接口，控制开始或停止发送场强测试信号，场强测试信号使用专用测试频点865.287 5 MHz，控发未加调制的载波，以控发25 s、停5 s为周期循环发送，保证设备场强覆盖不小于3 km。报警测试子功能，通过数据接口，控制开始或停止发送报警测试信号，报警功能测试信号使用专用测试频点865.287 5 MHz，每隔5~10 s随机发送6帧报警测试信息。

3.6 自检功能

列车报警装置自检功能包括自检和互检2个子功能。自检子功能主要是指信道机同主控单元定期进行信息交互，交互成功则自检成功，交互失败则故障，故障指示灯点亮。互检子功能是指当设备外部数据检测开关参数设置为“开”时，设备通过数据接口向外发送握手检测指令，在一定时间内无数据回应时，认为互检失败，故障指示灯点亮。

3.7 状态、参数查询功能

列车报警装置状态、参数查询功能具有状态查询和参数查询2个子功能，通过数据接口，使用指令查询当前报警或非报警状态及所有参数配置，来控制检测开关配置，包括：设置报警公里标、线路名称信息、工作模式、外部数据。

灾情发生后，云南电网公司董事长薛武指示：“请高度重视，预判可能对电网以及沿江流域电力设施影响，采取相应防范措施。”总经理刘静萍紧急召开会议，对应急处置进行安排部署。公司应急办于10月12日19：30时 决定将自然灾害(强降水、地质灾害)蓝色预警调整为黄色预警。预警范围：昆明、楚雄、昭通、迪庆、丽江、西双版纳供电局。

3.8 数据管理器功能

列车报警装置数据管理器功能，是通过手持式数据管理器，对列车报警装置进行参数设置及记录数据的查询、转储、导出。

4 现场测试

在中国铁路南宁局集团有限公司（简称南宁局集团公司）黎湛线K6+017道口进行列车报警装置现场测试。测试条件是试验设备配置试验数据和试验机车安装CIR/LBJ设备。列车报警装置测试主要分为测试试验、正式试验2个阶段。

4.1 测试试验

由南宁局集团公司科研所组织试验，黎湛线K6+017处进行设备安装，设备通过测试频点发送报警信息进行线路障碍报警试验。

试验过程是在地面静态条件下，分别进行设备工作模式及相关参数设置、报警测试及数据采集分析功能测试，分为3个子过程：参数设置、报警测试、数据采集分析。

（1）参数设置。在使用前，应通过数据管理器对设备参数进行设置，包括：设备工作模式、设备公里标、线路名称、时间。

（2）报警测试。参数设置完成后进行报警测试，用测试频点865.287 5 MHz来进行报警测试。测试开始后报警红色指示灯点亮，扬声器播报语音“道口障碍报警”；按“结束”键测试结束，报警红色指示灯熄灭，扬声器播报语音“道口障碍报警排除”。

（3）数据采集分析。提取列车报警装置数据记录并进行分析，上述（1）（2）试验过程记录应完整、正确。

试验结果按“列车报警装置静态功能试验记录”进行记录（见表1），如果出现测试不合格，则测试通不过。

表1 列车报警装置静态功能试验记录

4.2 正式试验

正式试验由南宁局集团公司科研所牵头，由工务处、电务处及科研所组织和安排试验人员，做好试验准备工作，测试当日电务处提供1台GSM-R手持台与试验机车进行联络。正式试验分为试验设备安装、试验过程、试验结果记录3个子过程。

（1）试验设备安装。由南宁铁路局指定3台试验机车，用频点866.237 5 MHz对800 MHz列车报警设备进行报警测试，试验机车确保CIR/LBJ设备运用正常。

（2）试验过程，分为3步：

第1步，南宁局集团公司电务处根据试验车次、机车运行时间交路安排，指定专人对运行车次本务机车进行添乘。登乘人员使用GSM-R手持台通知K6+017道口试验指挥人员触发道口报警信号。

第2步，K6+017标处报警信号触发后循环发送报警信息。添乘人员密切关注CIR/LBJ设备运用状况，做好接收到线路障碍报警信号接收时间、地点、报警语音播报内容、文字显示信息的记录工作。

第3步，试验列车经过黎湛线K6+017时，地面试验指挥人员触发解除报警信号，电务添乘人员做好接收到解除报警信号接收时间、地点、报警语音播报内容、文字显示信息的记录工作。

（3）试验结果记录，最终结果按“列车报警设备动态试验记录”进行记录，测试项目和填写要求与表1一致，测试结果为“合格”。

4.3 测试分析

经过南宁局集团公司科研所的测试试验和正式试验测试后，列车报警装置满足相关技术标准规定的功能性能要求，场强覆盖公里、设备工作功率能够满足稳定性、可靠性和使用效果的要求，还满足了铁路运输业务的实际要求。

4 结束语

列车报警装置安装在危岩落石报警系统所在位置时，可替代原危岩落石报警系统的报警功能。装置在现场测试中运行稳定可靠、操作简单、维护简易，还可安装在平交道口。目前，列车报警装置已在南宁局集团公司湘桂线、南百线、黎湛线推广安装了96套。使用中发出23次危及行车安全的报警信息，及时拦停接近列车，为铁路运输安全发挥了保障作用。