无线通信地铁运用研究分析论文

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高速铁路信号是高速列车安全、高密度运行的基本保障。下面是我整理的高速铁路信号技术论文，希望你能从中得到感悟!

基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用

摘 要

高速铁路信号系统是高速列车安全、高密度运行的基本保障。无线通信技术在铁路信号系统的应用，不但减少了高速铁路的信号系统成本，还较好的确保了高速铁路的安全。随着科学技术的进步，高速铁路不断的向着智能信息化转变，这就给无线通信技术领域提出了更加严格的要求，为了适应高速铁路的快速发展，各国都在潜心研究基于无线通信技术的新一代的铁路信号系统。本文介绍了国外无线通信系统在高速铁路信号系统中的发展情况，分析了运用无线通信技术的高速铁路信号系统的特点和问题，并探讨了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。

【关键词】无线通信 高速铁路 信号系统

在整个高速铁路工程中，虽然信号系统的投资总额所占比率较小，但其起到的作用十分关键。由于轨道电路传输环境较差、传输信息的速率较低、设备更新维护费用高，所以基于轨道电路的列车控制系统已经不能满足高速铁路的快速发展要求。在80年代，国外开始研究基于无线通信的铁路信号系统TBS(Transmission Based Signalling)，希望通过无线通信技术的应用来提高铁路的管理职能、缩短列车间隔时间、节约能源、降低系统的成本。1995年在关于TBS的国际会议中，会议代表分析了无线通信技术在铁路信号系统应用的的可行性，并指出了无线通信技术可能给铁路信号系统带来的积极影响，表明了TBS将会成为未来铁路信号系统的发展方向。

1 国外TBS的发展情况

北美TBS的发展情况

1983年，美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息，并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装，节省了系统成本，还消除信号盲区，增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误，使列车行驶更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名的。

欧洲TBS的发展情况

1992年国际铁盟下属的欧洲铁路研究机构提出了一套欧洲的铁路运输管理系统，包括车票发售、各国铁路互操作性等多个方面，ETCS就是其中非常重要的一部分。在欧共体委员会设立标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS之前，欧洲各国铁路标准和模式不尽相同，轨距、信号设备、供电设备也不一样，因此各国只能使用自己的ATP、ATC系统。各国铁路制式上的差异使得欧洲铁路很难形成连续运输。在设立了标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS后，各国的铁路开始逐渐按照统一标准进行规范，并逐渐取代各国不同的列车自动控制系统和防护系统。ETCS的目标就是要实现欧洲铁路的统一，提高各国铁路的互操作性，使铁路控制系统的功能和设备更加规范。

日本TBS的发展情况

在日本铁路信号系统的发展历程中，先后出现了ATS、现行ATC、数字式ATC、计算机和无线通信辅助信息控制系统等。其中现行ATC作为一种列车超速防护系统，以良好的自动制动功能保护了列车的安全。但在系统工作时，采用的最强的自动制动，影响了乘客的舒适程度。在1987年，日本开始基于无线通信的铁路信号系统的研究，为CARAT的出现奠定了坚实的基础。CARAT的使用能够使列车连续测定自身位置和行驶速度，使地面系统能够很好的了解列车运行情况，保证列车的运输安全。

2 TBS的特点和问题

在速度比较高的高速铁路上，距离比较近时，可以采用红外、蓝牙等无线通信技术实现对列车的控制;在距离比较远时，则可以通过全球定位控制系统、信标、计轴装置等来测定列车的速度和位置。车载计算机可以通过无线收发装置将列车的速度、位置信息发送给调度控制计算机，通过调度控制计算机的处理，再将列车允许的最大速度等信息通过无线通信发回给列车计算机。列车司机可以根据车载计算机的提醒进行相应的操作，如果列车司机没有及时作出反应，信息控制系统还可以自行将车速降低到允许范围以内。

TBS的特点

(1)在TBS中，主控中心可以根据列车的运行状态和操作状态通过车载计算机来调整列车的运行，加大了高速铁路信号系统的管理职能，保证了列车的安全，提高了铁路线路的通行能力。

(2)在无线通信信号系统控制下，列车和地面的可靠信息量增大，列车运行变得更加稳定，且避免了不必要的加速和制动，节约了能源，也让旅客乘车变得更加舒适。

(3)无线通信技术的运用，省掉了大量的地面信号装备，大大减少了设备的安装、维护、修整费用。

(4)无线通信信号系统的适应能力极强，通过软件上的调整就可以使列车的运行速度提高，且能够自动调整运行图，大大的提高了铁路运输管理能力。

(5)无线通信信号系统还可以通过车地间的双向信息通道实现列车的闭锁控。

TBS的问题

(1)高铁信号系统使用轨道电路只能使用较低的信息发送频率，传输环境恶劣，很难让电码的传送速率满足高速铁路的运行速度要求。

(2)TBS通过环线设备和应答器件接受数据信息，列车进行操作可能会有时间上的延迟，可能会给列车的运行造成不良的影响。

(3)轨道间的电缆电线作为车地之间的双向信息通道，虽然传输信息量大，抗干扰能力强，但设备费用较高，且防盗能力很差，一旦丢失，后果严重。

3 无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用 微机联锁

无线通信技术在微机联锁方面运用的可行性还需进一步研究，但ATCS中提出，可以将检测到的道岔、信号机闭锁状态发送给主控中心，并利用道旁接口单元来接收主控中心的控制命令，以实现控制一组道岔、信号机动作的目的。另外道旁接口单元可以利用无线信道联系控制中心，通过电缆连接现场设备，从而检测并控制一些辅助的子系统。目前看来，无线通信技术用于微机联锁的现场设备可能会增加一些投资，且大型站场道岔众多，干扰较大，但还是具有较好的发展前景。

集中调度

在调度集中系统中，调度中心职要根据车站到发线占用情况和区段内闭塞分区大概了解列车运行的状况，并根据得到的信息排列进路。但利用TBS，控制系统就能够准确的了解列车运行的位置、速度，并根据沿线的信号系统情况发送列车控制命令，保证列车在最短的实践间隔内高速、安全、稳定的运行。无线通信技术赋予列车与控制中心的双线数据通信，给列车的运行带来了很大的方便，且实现了行车指挥自动化。

中继器

在高速铁路的实际运行中，我不可能在所有的高速铁路中都设这无线通信基站，这样不但增加了设备投资，还使无线通信铁路信号系统失去了存在的真正意义。有了中继器，基站就可以通过中继器接受和发送一些射频信号，从而使基站不仅可以管理基站区域范围内的站区，还能够将管理中继器管理的一些车辆和线路。

提高平交道口的通过效率

为了提高平交道口的防护能力和和通过效率，防止由于无线设备故障造成不必要的损失，主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息，可以计算列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样，列车通过平交道口就有了安全保障，而且还大大提高了道口的通过效率。

加强维修处防护

在高速铁路某路段需要进行维修时，维修部门可以通过移动终端将维修点输入到系统中，通过主控中心的传送，列车就可以很好的了解路段情况。在实际的运行中，列车可以根据了解到的维修点信息对列车进行操作，另外在列车接近维修点事，移动终端接受到地面系统的警报信号，以保证列车能够及时在维修段之前停车。

4 总结

随着高速铁路的不断发展，要确保列车的安全，先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的运用仍处于初期阶段，在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口，使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。

参考文献

[1]闵耀兴.我国铁路列车安全控制系统的现状[J].哈铁科技通讯，1997(04).

[2]姚丽娟.我国铁路信号系统的现状与发展[J].铁道通信信号，2003(04).

[3]步兵.基于通信的列车控制系统的可靠性分析方法[J].交通运输工程学报，2001(01).

[4]杨绚，陈德旺，陈荣高.速铁路列控系统主动安全控制的分析与思考[J].铁路计算机应用，2012(08).

作者简介

孙屹枫(1982-)，男，天津市人。中国民用航空大学大学本科毕业。研究方向：铁路信号。

作者单位

铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处 天津市 300251

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铁路应急系统中无线通信技术的应用论文

【摘要】 铁路应急系统对抢险救援工作起着重要作用。当紧急状况发生时，铁路应急系统应具备基本的无线通话能力，现阶段接入设备采用Wi-Fi和无线PBX技术，可满足应急系统最基本的要求。分析Wi-Fi和无线PBX技术的特点，比较其优缺点，总结其在应急系统中的应用。

【关键词】 铁路应急系统；无线通信技术；应用

引言

随着我国铁路建设规模的日益扩大，列车速度及密度得到了很大的提高，因此对运输安全及应急通信保障能力的要求相应也越来越严格。一旦出现行车事故或者遇到破坏程度大的自然灾害时，铁路应急通信系统必须立即做出反应，把现场信息发送到应急指挥中心，是上级部门能够切实了解现场的实际状况，并采取应对措施，同时将指令及时传达给现场的抢险救援人员。

1铁路应急系统的概述

铁路应急中心通信设备

应急中心通信设备是铁路应急系统中的核心部分，其所具备的功能主要是对事故现场与应急中心进行有效连接，以此实现语音、视频及数据信息的实时交互，以此使应急指挥中心采取相应的解决措施。主设备利用外部接口和自动电话网、调度通信网之间进行通信，由此一方面完成综合视频系统的接入，另一方面完成静图系统图像信息的接入，同时为图像显示系统提供真实可靠的信息数据。

铁路应急通信接入设备

在铁路应急系统中，应急通信接入设备是其不可或缺的组成部分，通过各种通信技术，将事故现场的语音、数据及视频等信息经由传输网络接入至各级应急救援指挥中心。通常情况下，应急通信接入设备主要包括：现场终端设备、GSM-R基站应急接入设备以及和事故现场相邻的车站或区间的接入点。其中，应急现场终端设备又分为三大类型，即移动影音采集设备、数据终端设备及话音终端。

2铁路应急系统建设的原则

（1）先进性。在应急系统建设中，网络通过无线、光纤、数据网等方式实现传输功能。

（2）便捷性。应急系统现场部署应便捷、简单，接入方式灵活，保证在短时间内开通业务。

（3）经济实用性。充分利用现有的`数据网和光纤资源。

（4）集成性。通过光纤、AV、Z等接口搭建光纤与数据网的联通，实现图像、电话等设备的接入，系统设备应兼容。

（5）可扩展性。通过无线通信技术，将语音、图像等业务拓展至区间，与既有自动电话、调度电话网、动静图互联互通。我国铁路应急系统站点与应急中心之间，可利用既有的光纤与数据网，对其进行优化整合，提高传输稳定性，解决传输带宽窄的问题，而且降低建设投资。应急电话、动静图等业务采用无线平台承载，可接入铁路区间通信业务，接入形式应多样。

3接入方案

在救灾抢险现场，首先要解决无线话音的接入。一般情况下，应急现场配备的专用手机数量不得低于4部，现场基站设备可以轻松挪移，无线网络搭建要快捷。虽然通用的3G/4G系统及GSM-R手机可实现话音接入，但事故区域的移动通信网络可能并未覆盖，若是地震、洪水等自然灾害导致的铁路事故，通用网络往往不能发挥作用，所以有必要引进专用无线网络与专用手机。专用无线网络，若选择GSM或CDMA，涉及设备多，组网复杂。尽管一些厂家已将移动交换中心、基站控制器等重要设备集成于一体，但其重量和体积也难以满足应急通信快捷、便利的需要，而且成本费用极高。为了满足铁路应急事故现场无线话音通信需求，目前最佳的技术方案：①Wi-Fi手机；②无线PBX手机方案。这两种技术均具有着良好的优越性，不但在体积、重量因素上适应铁路应急现场的工作，便于携带，并且成本投入较少，实现起来不存在难度。

技术

在无线局域网络接入的Wi-Fi手机，采取直接接入和增加中继的形式，能够实现无线话音通信功能。在应急系统中，Wi-Fi手机的注册服务器一般由事故现场或应急指挥中心提供，将注册服务器和AP接入点连接，Wi-Fi手机利用AP注册到服务器，实现手机之间以及手机和固定电话之间的通话。当前，在全球范围内Wi-Fi使用的频段属于免费频段，用户在Wi-Fi覆盖区域内可随意拨打或接听电话，不用考虑时间、地点因素。基于WLAN的宽带数据应用完全可以和Wi-Fi一并使用。Wi-Fi传输速度高，有效距离达到300m以上，如果在合适的地点加设AP装置，能够满足铁路应急系统语音通话功能。Wi-Fi使用的频率属于自由频段，AP模块能够实现话音、数据通信的兼容，而且Wi-Fi手机是通用产品，投入费用较少。然而AP和Wi-Fi手机功率不高，通常在400MW以内，如果要满足铁路应急系统规定的500m距离，需在合适地点加设中继设备；另外，Wi-Fi使用频段的波长为，绕射能力不高，当处于隧道、山区等环境复杂境地时，通话质量很难保障。

技术

无线PBX设备的组成部分是主机，每个主机可配备1~90部手机，采用跳频技术，每秒在100个频道内采用伪随机方式跳变100次。此外，无线PBX技术的寻址采用码分多址方式，每一个手机与主机均被授予一个单独的编码，编码容量众多，最多达6万以上，具有良好的安全性及保密性。整个无线PBX系统覆盖面积比较大，在开阔地域能够超过1000m。手机能够设置群组，在脱离主机的情况下，手机之间仍然能够通话，同时具有单呼、组呼及群呼等功能。利用和铁路应急指挥中心通信主设备之间的有效连接，通过应急指挥台，在中心与事故现场之间实现二级调度通信功能及电话会议功能。无线PBX技术的优点：①非视距通信覆盖范围达到1000m以上；②无线PBX模式使用的频段为900MHz，波长较长绕射能力较强；③能够实现全双工双向呼叫、半双工多路通信功能；④能够实现群组呼叫功能；⑤手机具有良好的防尘及防雨功能。无线PBX技术的缺点：①无线PBX技术不属于自由频段，使用时需到国家相关部门进行备案；②主机与手机非通用设备，购买途径具有一定的特殊性，投入成本较高。

4结束语

在铁路应急通信系统中，应用Wi-Fi和无线PBX技术，两者均可以满足铁道应急系统的需求，然而在具体使用Wi-Fi模式时，需要加设中继设备。根据当前的铁路应急现场的使用情况的相关调查，从专业性、便利性、无线覆盖范围及绕射能力的角度来说，无线PBX专用手机所具备的优越性比较显著，所以其在铁路应急系统中得到了良好的推广与应用。对于Wi-Fi而言，其主要的优越性表现在能够充分发挥出IP技术的作用，紧密结合基于IP技术的各种数据、视频业务，无需占用抢险救援现场接入设备的话音通道即可实现无线通信功能。从整体层面来看，Wi-Fi的实现较集中紧凑，投入费用也不高，当事故现场的环境因素不太复杂，对其绕射能力、距离要求不高时，Wi-Fi技术具有一定的应用价值。在日后我国铁路实现光通话主方案后，因为预留IP接口，因此Wi-Fi技术的应用会更加便捷。反之，因为光通话柱内所预留的模拟用户有限，不能和无线PBX设备进行直接对接，还需利用VoIP模拟网关转接，所以日后在铁路通信系统中应用无线PBX会受到一定的制约。

参考文献

[1]李卫华.Wi-Fi和无线PBX技术在铁路应急通信中的应用[J].铁道技术监督，2014（12）．

[2]张建华，刘佳伟．无线通信中Wi-Fi技术的发展与应用[J].电视技术，2013（06）．

[3]高建荣.与移动协同发展之无线PBX方案探讨[C].中国通信学会信息通信网络技术委员会－2009年年会，2009.

[4]李斌．铁路应急通信无线图像传输系统的研究与实施[J]．铁道通信信号，2014（08）．