铁路通信信号一体化技术及其应用探究

2023-11-27姚春庄李俊杰

通信电源技术 2023年18期

关键词：调度铁路传输

李海，姚春庄，李俊杰

（国家能源集团国能（天津）大港发电厂有限公司，天津 300272）

0 引言

随着交通行业的发展进步，我国铁路通信信号的管理质量受到了更多的关注。尤其是在铁路大范围提速后，传统的通信系统无法应对实际需求，要借助铁路通信信号一体化技术更好地完成信息数据的传输，打造可靠科学的信号传输平台。

1 通信信号设备分析

列车自动保护（Automatic Train Protection，ATP）系统作为传统铁路信号传输的主要手段之一，在铁路信号传输中扮演着重要角色。由于我国通信制式种类丰富，需要配备大量不同型号的轨道电路制式，难免会出现信号传输混乱的问题。与此同时，站内信号源较为多样，产生的同频干扰、带内干扰等也较为常见，基础的机车信号信息无法进行闭环确认[1]。调度集中（Centralized Traffic Control，CTC）设备在我国铁路运营中的应用效果较差，无法满足无线通信。无线列调主要是进行单信道的模拟处理，存在通信质量差且干扰严重的问题，难以满足更高的通信运行管理要求。

2 铁路通信信号一体化技术的优势

推广铁路通信信号一体化技术，主要是因为技术本身具有突出的应用优势，能在满足具体应用需求的同时，优化信号的传输效率和质量，更好地满足铁路提速后的实际要求，共建较为良好的信息数据传输管理空间。

首先，铁路通信信号一体化技术能优化信号传递的可靠性。相较于传统的单向轨道通信传输模式，该技术在保证行车安全的同时，能够有效提高列车的运行效率。此外，由于该技术采用了先进的数字化技术，可以更好地实现信号的实时传递和智能化管理，并及时提供逆向反馈内容，有效提高传送的可靠性和规范性。

其次，铁路通信信号一体化技术极大提高了信息传送量。在传统的轨道电路运行环节中，铁轨作为信号传输的媒介，其数量有一定的限制。借助一体化技术处理方案，系统能更好地兼容无线通信技术体系，扩大信息量的同时，满足信息传输处理的具体需求，确保海量数据得以完整传输和交互。

再次，铁路通信信号一体化技术的成本更低、效率更高，无须借助轨道电路，在室内和铁路列车上安装信息传送设备即可，减少了故障面运维投资，也大大缩减了项目成本。此外，通过利用无线通信技术进行信号传输和处理，构建移动的自动闭塞系统，使其能够在不受地面信号限制的情况下更好地调整分区长度，从而优化了信息的传输效率。

最后，铁路通信信号一体化技术具有更好的普适性。整个一体化技术体系无须增设新的设备，能在支持双向运行的同时，确保反向运行控制等环节的管理工作顺利开展。基于通信的列车控制（Communication Based Train Control，CBTC）系统能完成多条线路交汇、咽喉区段列车运行管理等工作，并支持不同编组长度、不同性能列车的运行管理工作，极大降低了接口制式的对接难度，更好地适配不同类型列车，实现信息的互联互通[2]。

3 铁路通信信号一体化技术的实现

3.1 铁路通信信号一体化系统结构

3.1.1 信号系统层级结构

若是从广义角度分析，信号系统主要分为4 个层级，如图1 所示。

图1 通信信号一体化系统的层级结构

由图1 可知，第一层是局（部）调度中心，完成相关工作宏观决策的制定工作，并且要求下一层级严格执行相关要求和规范，更好地完成一体化技术应用落实任务，确保铁路通信信号一体化系统多元发展工作的综合效果。第二层是分局（部）调度中心，主要完成上级下发的相关工作，并且实现调度集中化管理、电力调度管理、机车调度管理、车辆调度管理等工作的一体化控制目标，同时兼管设备维修中心，建立更加完整的层级管控模式，确保调度处理环节顺利开展[3]。第三层是安全控制设备，主要目标是维持铁路通信信号一体化技术运维的安全性，并确保车站联锁管理、道口安全控制管理等工作按照预期予以落实，配合规范化的预警管理模式，针对预警信息制定更加合理的控制措施。第四层是现场设备，包括现场信号机、机车信号灯等。

3.1.2 信号系统应用结构

为保证铁路通信信号一体化技术的顺利落实，在系统建立层级结构的过程中，要设置应用结构，以便于能更好地维护层级运维控制工作的顺利开展。

（1）综合调度中心子系统。一是管理一体化模块。在铁路通信信号一体化技术体系内，为更好地保证信息传输管理的科学性，要落实管理维护一体化方案，以便于统筹管控设备管理人员。在一体化技术支持下，2个工作人员分别完成通信和信号两方面的维护处理，优化了工作效率和质量水平[4]。二是监测一体化模块。为保证整个铁路通信信号一体化技术方案的顺利落实，建构完整的监测控制平台，在汇总相关数据信息的同时，保证整个信息体系的完整性，为后续信息共享提供保障。结合设计要求和设计标准可知，需要对通信系统和信号系统设置各自独立的远程监测报警系统，确保远程监测服务的完整性。信号系统的监测系统不仅能对信号量开关过程予以实时性监控，也能对设备所处环境参数（如明火情况、水浸情况、烟雾情况、湿度、温度等）予以管理，对比历史数据完成报警工作，及时通知维护人员针对故障位置开展相应的处理办法，确保监督监测等环节落实到位，提高整个系统应用管理控制的科学性。

（2）列控车载子系统。该子系统主要包括车载安全计算机和铁路综合数字移动通信系统（Global System for Mobile Communications-Railway，GSM-R）车载电台，配合无线输入模块、应答器模块、测速测距模块以及轨道电路模块等，打造更加完整的列控车载运行体系，维持综合运营的安全性，保证铁路通信信号一体化技术的应用水平符合预期，结构如图2所示[5]。

图2 列控车载子系统

（3）车站联锁列控子系统。该子系统采取将联锁系统和列车运行控制系统分别设置的处理方式，计算机联锁控制系统要配备轨道电路、信号机等室外设备，借助室内集中控制的处理方式，配合信号电缆和室外设备形成有效连接。室内联锁作业则是借助接通或者是切断供电电源的方式完成，室外设备主要是由室内电源屏向其传输供电。与此同时，要在设备上设置对应的控制模块，以确保室内联锁形成的指令内容能直接作用在室外设备，提高无线传输处理的可控性和安全性。

（4）铁路运输指挥管理信息系统。将信号、计算机网络以及多媒体等现代化信息技术内容予以联合管理，实现了列车在车站和区间运行的实时性动态监控以及调整，减轻调度值班与行车指挥人员的劳动强度。

综上所述，为了确保铁路通信信号一体化技术的正常运行，要确保相关系统单元相互配合，建立完整的运行管理空间，从而维护通信信号一体化管理的整体水平。

3.2 铁路通信信号一体化关键技术

为保证铁路通信信号一体化技术顺利落实，要结合技术要求和规范，保证相关技术模块发挥实际作用，整合资源结构，维持系统应用的基本效果。在实际应用中，铁路通信信号一体化主要是借助电力一体化技术、信息一体化技术、防护一体化技术等，共同构建完整的一体化运行管理模式，发挥相关技术内容的优势，从而维护最终的信息传输管理效果。

3.2.1 电力一体化技术

电力一体化技术指的是将电力系统的不同组成部分或要素进行整合、优化和协同工作，以实现整个系统的智能化、高效化以及安全可靠运行。它主要是结合设备等级完成综合评估工作。一般而言，信号电子设备和通信电子设备要配置独立电源，利用智能电源系统更好地维持其工作质量和应用效率。智能电源利用直流总线技术和高频开关调控技术手段，能更好地维系系统运行中电能的供给过程，提高安全系数，确保信号传输管理过程的稳定性和可靠性满足设计预期。随着信号系统智能化发展步伐的加快，通信技术和设备的应用变得越来越频繁。为了实现信号的快速传递，系统间需要利用光缆进行架设作业。从更广义的角度来看，通信设备和信号设备本质上属于电子设备，因此将它们整合到设备机柜中进行统一管理，可以借助一体化设计处理机制实现系统连接。这样不仅能够缩短电缆长度，降低成本，还能提高性能管理的效果。要设置综合防雷系统，借助法兰地笼屏蔽系统更好地确保机房管理的安全性，门窗、地面以及顶面、墙面要设置金属网，最大限度地避免雷电牵引电流造成静电形成电磁脉冲。

3.2.2 信息一体化技术

在铁路通信信号一体化技术模型中，信息一体化能实现铁路运输中各类行车信息流和其他信息要素的汇总处理，综合控制通信系统中的维护信息、监控信息以及管理信息，更好地结合类型信息完成安全管理，打造实时性管控模式，确保信息交互的及时性和完整性。

3.2.3 防护一体化技术

为保证铁路通信信号一体化技术顺利展开，在一体化技术体系建立前，要结合铁路通信的基本需求和实际情况建立防护模型，解决防电防雷、电磁兼容等问题更好地减少防护不当产生的负面影响，建构完整的防护控制体系。防护一体化系统要具备动态性特征，依据铁路通信信号一体化技术的升级转型不断完善和优化，从而更好地维护技术运维管理的综合效果。

4 铁路通信信号一体化技术的未来发展

随着信息技术的发展进步，铁路通信信号一体化技术将向着更加多元的方向发展，实现数字化、智能化的统一管理。铁路通信信号系统中将更多地融合数字化技术方案，建立更加完整的无线移动通信和光纤网络通信传输体系。此外，在技术体系升级的加持下，铁路通信系统将更加灵活、安全和便利。也正是基于铁路通信信号一体化技术的大范围推广，将实现车站、区间和列车控制的融合模式，突破传统铁路通信信号功能单一且控制分散的瓶颈，为业务综合管理提供良好的技术支持。