铁路通信工程技术

杨盛林

中国铁路通信信号上海工程局集团有限公司济南分公司 山东 济南 250000

引言

通信技术在铁路运输行业的在国内外经历了长久的发展，国内铁路通信技术建设较为完善，发挥了重要作用，具有现实意义。经过长久的发展和建设，我国铁路通信网络的搭建伴随铁路轨道铺设的步伐一同向前。新时代的铁路运输行业要求综合性、标准化、效益高的铁路通信技术，服务于不可阻挡的城市化、现代化社会发展潮流。

1 铁路通信技术

19世纪以来，蒸汽火车铁路的建成昭示了铁路的发展前景。随后，各个地区铁路的兴建使得各自独立的车站需要取得相互之间的交流。这时，铁路及其中的车站开启了以发送电报获得信息的先河，伴随几个世纪的发展变化，当前通信技术不断成熟，采取了包括但不限于无线电、卫星甚至光纤通信等技术，铁路运输行业也加快了容纳现代化通信技术的步伐[1]。在中国，铁路通信始于 20 世纪初，当时以派发原始简陋的行车凭证为信息传递的主要方式，包含路票、路签等形式，以及通过相邻车站之间拨打闭塞电话的形式交流行车事项，属于铁路局内部建立的通信系统，因而具有部分局限性。以后，随着铁路管理机构设置的清晰和电子信息技术水平的提升，各种新式材料、手段、设备更新迭代，使得通信技术在铁路运输行业接连迈入新的发展阶段。铁路通信技术主要是指在铁路运输上使用通讯方式。铁路诞生以来，通信技术由通话调度技术发展到报文传送技术、接着发展到了目前现代化的通信技术，能够在很大程度上确保铁路运转的安全性和平稳性。铁路系统中的通信技术包括了传输和监控铁路系统各环节，将在线获取的信息数据传输给指挥中心，经过人与机器的对话进行分析、管控信息与数据，进而编制对应的处理对策[2]。运用铁路通信技术包括了自动调控行车调度、控制行车的平稳性和安全性、检测设备的具体情况、出现故障报警以及实时监控道路状况等方面的内容。

2 铁路通信技术特征

铁路通信技术是通信技术在铁路运输业的切实应用，既有通信技术本身的功用体现，也要求技术服务于铁路运输，并满足铁路这一特殊的交通运输形式。作为综合性的铁路通信技术，具有服务运输业、融合多种通信技术、组网建设复杂严谨等特征[3]。①有线和无线共用。基于铁路运输的复杂性，铁路通信技术需要同时采取有线通信和无线通信技术，来保证铁路运输工作整体的可控性。其中有线通信包括基础的电话、电报通信，依赖于实质性的传输设施，在铁路运输行业中，强调铁路站点和车场当中电线杆的架设和维护。另外是无线通信技术的支持，也就是以电磁波发射和无线接收器对声音、文字和图像进行发送和接收达到通信目的。②通信网络复杂分散。铁路通信需要实际的电线、电路、终端分布在铁路沿线和各个路段的站点，针对我国幅员辽阔的实际情况，铁路通信网的基础设施建设难度较大。为了满足铁路运输的实际运行功能，各大小车站均需安装和配备内外联通的通信系统，以及为了应对铁路运输中可能出现的紧急情况，在长距离地段的无人烟和信号差地区也要安装通信设备，满足整体铁路通信网络的建设。③以服务运输为主。铁路运输的主体是各种运行在轨道上的列车，因此，控制变轨和调度列车成为最重要的工作内容。当前铁路运输作为我国交通网络中的重要一环，对全国交通运输的顺畅与否产生巨大影响。对铁路通信来说，任何阻碍和影响行车效率和安全的因素都将由通信技术实现调控，从而确定运输工作无误或损失最小化。

3 通信技术在铁路运输行业中的作用

3.1 确保铁路列车运营的安全性

保证列车运营的安全性是全面构建铁路通信网络的重要落实目标，全面构建铁路通信体系的总体落实目标是确保铁路交通的安全性，要有效维护乘客的生命安全。为了实现铁路通信体系建设的宗旨，铁路通信部门需要进一步健全和延伸铁路通信体系，依靠完善和广泛的铁路通信网络来联系各路段，保证铁路部门工作者可以准确掌握列车的运营情况，第一时间处理运营期间产生的异常问题。

3.2 提高铁路运输业的工作效率

铁路运输业的正常运行脱离不了铁路管理工作。铁路行业涵盖了包括列车、轨道、电务、运输、乘务、乘客等各种类型的设备和人员，属于极其复杂的多环节作业，从人员和设备的分布、调配到实际工作，需要实行一整套严格的管理措施。又由于铁路工作涉及各个不同路段的车站及人员甚至是不同种类列车的分类，所以，铁路通信的满足对管理铁路运输业必不可缺。而铁路在全天24个小时内的运作不停歇，需要不同列车、人员、设备的轮换，更高地要求了铁路通信的水平。此外，铁路行业的各种硬件设施成本高，一旦发生不可逆转的损失，在经济效益甚至社会效益上都将造成无法估量的影响。所以，铁路运输在时间、地点、人员方面涉及的范围广大，为提高铁路运输业的整体效率，铁路通信作用不可小觑。

3.3 健全了铁路管控信息体系的建设

运送信息管控体系在铁路的运行过程中可以发挥重要的作用，具备大规模、结构复杂个性能综合等特征，对制票、车站管控、集装箱管控和生产管控等等工作有较强的指导性[4]。铁路运送管控信息体系是否可以正常运作能够直接决定铁路单位的整体执行力度是否强，其与铁路传输的生产过程紧密相关，在各个环节中都得到了普及运营，主要体现在制票体系、车站管控、列车信息以及铁路运送的营销和生产、集装箱管控、追踪体系和调度信息的管控等方面的内容上。铁路专用通信网络在现实的运用中要持续健全与改进，为铁路部门的信息化建设创造良好的前提条件。

3.4 建立全国互联的铁路网络

铁路运输的建设需要通信系统为其服务。从仅仅满足于铁路运输内部列车运行和人员管理的需要，到现今铁路网络纳入全国交通运输网，铁路通信的作用在不断扩大，在国家基础设施建设和发展中具有举重若轻的地位。铁路信息网分为骨干传输网和业务网，前者容量大、性能稳定，是覆盖面较广的主要网络通道，为公共通信网络服务，后者则是前者的细分和延伸。为此，建设中央可控的调度平台，囊括各类业务在内的数字化通信网络，是铁路通信业务发展的一大进步。同时，当前铁路通信技术不断创新，已经设计了包含专门网络和应急网络在内的系统，最大程度上使铁路运输的各类事项能够及时互通，提高铁路运输业和全国交通网络的接洽水平，更好带动国内铁路信息化、智能化发展[5]。

4 提高铁路通信网络在信息化铁路建设中的对策

4.1 改进网络的相关结构

依据铁路信息化建设的要求，为了实现铁路通讯的通用性要求，并提高信息容量和传输数据的速度。要基于有线通信网络、无线网络和集群通信网络，使用先进的网络技术，比如IP技术构建全国范围的通信网络，使用信息一体化的相关技术，实施调控室和指挥中心的信息共享。由于当前无线通信技术的局限能够使用具有远程监控功能的光纤直放技术，这种技术是将之前的模拟信息变为数字信讯，接着进行光传输，因为数字信讯的稳定性与传送信讯的“零衰减”所以能够提升通信的可靠性，并且又具备节能模式，能够减少运行成本，所以可以当成是铁路通信技术进一步发展的选择。

4.2 铁路融合应急通信技术

随着高铁建设，铁路陆续建设了基于铁路专网的应急通信系统，主要采用光缆方式接入铁路专网。然而在应急处置时，由于现场通信车间少，班组布点稀、跨度大，应急响应慢；现场设备种类多、笨重，运送和现场作业相对困难；而且普速铁路由于区间无GSM-R基站机房，布设应急光缆耗时长，现场环境多样，个别地段作业面小，光缆布设困难，抢险中也易受到损坏，造成通信中断，难以提供一流的通信保障条件；另外，海事卫星、GSM-R手机等手段也仅能用于话音通信，无法实现动态图像传送。随着公网4G通信和卫星技术广泛应用，铁路不断探索新的应急通信手段。部分铁路局结合现场作业管控和应急处置“平战应用”需要，陆续配备了基于公网4G的现场音视频终端，开发了专用App，平时用于现场作业监控，处置突发事件时采集上传现场图像[6]。西部山区铁路公网信号覆盖普遍不良，部分铁路局还配备了国产宽带卫星通信设备，可以利用卫星解决现场图像上传问题。为进一步规范铁路应急通信系统建设，可以采用IMS（IP多媒体子系统）技术构建基于公网的应急通信系统，现有基于专网的应急通信系统将来可以根据公网应急通信系统技术要求进行升级改造，实现系统平台统一制式、现场应急设备统一标准，只是承载的网络不同，可以按照网络安全相关要求做好系统安全隔离，建设公专网融合应用的应急通信系统。通过采用统一采购，共享4G/5G、宽带卫星流量池的方式，降低日常使用成本，将来基于5G-R的音视频终端也可以纳入该融合应急通信系统。

4.3 与公共网络系统融合在一起

当前的铁路通信网络一般是单独存在的，这样不仅会浪费大量的资源，而且不能提供铁路通讯的速度。但是如果铁路通信网络与公共网络系统融合在一起，对铁路通信而言是革命性的变化。因此，铁路通信网络与公共信息网络系统的结合会是将来的一种发展趋势。现阶段的铁路通讯在之前的无线技术与集群技术都有局限性，不足以与公共网络高效地融合，因此必须要研发出新的通信技术来实现目标。

4.4 铁路通信网智能运维技术

既有铁路通信网运维存在“系统封闭”“数据烟囱”和“信息孤岛”等问题，数据无法高效复用，大数据分析及运用的广度和挖掘的深度存在不足；传统运维模式以专业网管系统为主要支撑，运维支撑系统相互独立、应用功能分散，核心应用功能存在交叉重叠，协同能力、应用复用效率较低。随着高速铁路快速发展和智能铁路业务的引入，铁路通信网络变得更加复杂，网络规模和终端连接数目急剧增加，新技术和新设备大量应用，面向业务的服务质量要求越来越高，给铁路通信网运维带来极大挑战。智能运维则是将人工智能和运维领域结合，增加一个基于机器学习的“大脑”，通过不断学习、提炼和总结规则，从而发现和解决传统运维无法解决的问题，同时提高系统的预判能力和稳定性，降低运维成本。智能运维主张不依赖于人为指定规则，由机器学习算法自动地从海量运维数据中不断地总结规则，提炼为知识，并注入人的独特经验，不断扩充完善知识图谱，迭代优化AI（人工智能）模型，以此不断推动机器学习能力，形成机器自决策、自执行的闭环。未来随着铁路通信网络的不断演进，以及AI、云/边缘计算等前沿ICT（信息与通信技术）更加成熟，并且与网络运维进行深度融合，态势感知、人机协同、数字孪生等智能运维解决方案，将使通信网运维走向智能化时代。

5 结束语

铁路通信网络最核心的实践性能就是保证铁路信信传送的便捷性和精准性，科学节省信息化铁路的建设经费资源，确保铁路列车运营的安全性。近几年以来，铁路体系的全面信息化建设工作已经得到普及推广，表现了信息化铁路建设全阶段中铁路通信网络的重要意义。在实际落实期间，铁路通信部门要不断健全铁路通信网络，扩展铁路通信网络的覆盖范围，提高处置列车运用紧急故障的技术能力。