地鐵專用無(wú)線制式選擇

石小忠

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 上海 200070）

1 制式差異的形成

城市軌道交通是在國(guó)家鐵路技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)城市公共交通大運(yùn)量、小區(qū)間、高密度、低電壓的特點(diǎn)進(jìn)行研究并逐漸發(fā)展變化而來(lái)，因此兩者之間無(wú)論是設(shè)計(jì)力量、技術(shù)規(guī)范、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，都一直存在著高度的關(guān)聯(lián)性。然而，從無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用制式來(lái)看，鐵路目前大力推進(jìn)的GSM-R與城市軌道交通普遍使用的TETRA制式，卻似乎是一個(gè)例外。

在1998年前后，面對(duì)通信系統(tǒng)的數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)，鐵道部2002年前對(duì)于數(shù)字移動(dòng)通信究竟采用TETRA還是GSM-R制式進(jìn)行了大量的比較研究但一直未有定論。因此，在此期間編制定稿并于2003年5月出版的《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003），根據(jù)當(dāng)時(shí)的形勢(shì)對(duì)無(wú)線通信制式提出了如下的規(guī)定：“15.5.2 …… 地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求可采用專用頻道方式，也可采用數(shù)字集群移動(dòng)通信方式。”也就是說(shuō)除了當(dāng)時(shí)鐵路廣泛使用并且技術(shù)已呈落后之態(tài)的450MHz專用信道無(wú)線通信系統(tǒng)制式以外，該版地鐵設(shè)計(jì)主推當(dāng)時(shí)比較熱門的TETRA制式。然而，隨著鐵道部技術(shù)引進(jìn)以及應(yīng)用試驗(yàn)等各方面的條件發(fā)生變化，2002年末鐵道部最終確定了采用GSM-R制式來(lái)建設(shè)列車無(wú)線調(diào)度系統(tǒng)，同時(shí)確定通過對(duì)歐洲的ETCS規(guī)范進(jìn)行研究，發(fā)展中國(guó)自身的CTCS體制的方向。2002年12月在我國(guó)召開的國(guó)際鐵路聯(lián)盟大會(huì)上，鐵道部向世界宣布了發(fā)展中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS)的規(guī)劃。其中時(shí)速300km以上的高速鐵路采用的CTCS-3系統(tǒng)為基于GSM-R無(wú)線傳輸工作方式，從而為GSM-R系統(tǒng)在中國(guó)鐵路的無(wú)線通信從模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字應(yīng)用確定了基調(diào)。隨后，在2005年出版的《鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10006-2005）提出了如下規(guī)定：“4.8.4 列車無(wú)線調(diào)度電話應(yīng)根據(jù)鐵路運(yùn)輸指揮作業(yè)方式和運(yùn)輸能力，采用GSM-R綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)或《列車無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)制式及主要技術(shù)條件》（TB/T3052）規(guī)定的A、B、C三種制式”。至此，國(guó)鐵與城市軌道交通在數(shù)字專用無(wú)線通信系統(tǒng)的制式上出現(xiàn)了明顯的差異。

2 差異帶來(lái)的影響

受2003版《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的限制，其后建設(shè)的城市軌道交通項(xiàng)目無(wú)線通信制式除了小部分使用較為廉價(jià)的450MHz專用信道制式以外，絕大部分項(xiàng)目都采用了TETRA數(shù)字集群通信制式，但始終未能投入力量編制相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足我國(guó)軌道交通的特殊應(yīng)用需求。

鐵道部則在2003年之后集中力量對(duì)GSM-R系統(tǒng)展開了試驗(yàn)研究，首先從標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等層面，逐漸確立了GSM-R的平臺(tái)地位，并且通過青藏線等線路的實(shí)際應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行了驗(yàn)證。如今完成的《鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》、《鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信工程施工技術(shù)指南》、《鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》等一系列的規(guī)范性文件以及《GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信應(yīng)用技術(shù)條件》、《GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)設(shè)備技術(shù)規(guī)范》等大量的技術(shù)文件，保證了足夠的GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信應(yīng)用水平和互聯(lián)互通的能力，并使不同廠家設(shè)備之間得以兼容，設(shè)備采購(gòu)挑選的余地增大。確保了無(wú)線通信系統(tǒng)能成為一個(gè)規(guī)范化、體系化、網(wǎng)絡(luò)化以及深度研究和細(xì)化補(bǔ)充的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的專用系統(tǒng)。在2009年編制完成的高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范，更將專用無(wú)線通信系統(tǒng)章節(jié)直接定義為：“13.7 GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信”，并明確其應(yīng)提供話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、與呼叫相關(guān)的業(yè)務(wù)和鐵路特定業(yè)務(wù)。

如今，國(guó)鐵項(xiàng)目的GSM-R數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)邁上了快車道，這幾年開通的大量高速鐵路，全部采用了GSM-R技術(shù)，按照350km時(shí)速設(shè)計(jì)的高速鐵路更是無(wú)一例外地采用了基于GSM-R無(wú)線傳輸?shù)腃TCS-3高速列控技術(shù)。這表明無(wú)論是從穩(wěn)定性、功能性、還是高速的適應(yīng)性上面，GSM-R都已經(jīng)經(jīng)受住考驗(yàn)。同時(shí)，由于形成了廣闊的市場(chǎng)前景，國(guó)內(nèi)的華為、中興等廠商，都進(jìn)行了GSM-R系統(tǒng)的開發(fā)研究，并且生產(chǎn)能力在不斷擴(kuò)大，對(duì)于保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全、提高后續(xù)的服務(wù)能力，降低系統(tǒng)建設(shè)投資價(jià)格水平等都形成了良好的推動(dòng)作用。由于在規(guī)范層面進(jìn)行大量研究，目前在建的GSM-R系統(tǒng)中不同廠家的設(shè)備互聯(lián)互通實(shí)際應(yīng)用效果良好，各種業(yè)務(wù)滿足數(shù)據(jù)和通話需求。其中，通過用戶組的等級(jí)劃分、頻點(diǎn)的合理分配以及弱場(chǎng)直放站的精心配置，無(wú)論是樞紐站的大話務(wù)量應(yīng)用，還是區(qū)間惡劣地形條件下的高速列控?cái)?shù)據(jù)傳送，系統(tǒng)都能提供滿意的使用效果。

反觀地鐵集群通信系統(tǒng)，由于行業(yè)本身缺乏全國(guó)性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范的編制力量，造成軌道交通行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)在集群通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)方面的不完善。在與國(guó)鐵形成了制式的差異以后，就無(wú)法直接引用國(guó)鐵的技術(shù)力量及其現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)、設(shè)備規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。因此實(shí)踐中集群系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)性能、網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)、設(shè)備性能都受制于設(shè)備生產(chǎn)商提供的方案。目前在基本形成軌道交通線網(wǎng)的城市，其軌道交通的數(shù)字集群建設(shè)更是一個(gè)令使用方頭疼的問題，往往只能受制于設(shè)備供應(yīng)商提供的條件，而受到廠商的自我保護(hù)和控制等條件約束，每個(gè)城市的軌道交通在不同廠家的集群設(shè)備之間統(tǒng)一組網(wǎng)基本無(wú)望實(shí)現(xiàn)，而且在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間以后，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)建和維護(hù)的成本更顯高昂。同時(shí)，由于TETRA在國(guó)內(nèi)地鐵行業(yè)的供應(yīng)商已經(jīng)呈高度集中態(tài)勢(shì)，在別的系統(tǒng)技術(shù)不斷更新時(shí)，廠商提供的集群系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)、功能更新、設(shè)備指標(biāo)改良等方面的迫切性不強(qiáng)。

況且，從實(shí)際使用效果看，TETRA對(duì)于我們的地鐵管理方式而言，還存在一定程度的適應(yīng)面較窄的問題，由于它是一種適應(yīng)通話時(shí)長(zhǎng)較短的無(wú)線通信制式，特別符合適應(yīng)于行車調(diào)度指揮等應(yīng)用。但是，隨著地鐵管理扁平化進(jìn)展，目前地鐵線路大量現(xiàn)場(chǎng)管理人員、設(shè)備維護(hù)人員的移動(dòng)通話要求，卻因TETRA 的系統(tǒng)性能限制而較難得到完全滿足。一些線路較多的城市軌道交通存在因TETRA系統(tǒng)裕量不足，設(shè)備維護(hù)部門不敢隨意擴(kuò)大發(fā)放范圍、工作人員和管理人員則抱怨現(xiàn)場(chǎng)通話終端嚴(yán)重不足的矛盾。另外，由于缺乏相應(yīng)的系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn),目前軌道交通研究的基于無(wú)線通信的列車控制功能（CBTC）基本都由信號(hào)系統(tǒng)通過自建局域網(wǎng)等方式提供空間信號(hào)傳輸。

我們看到2009年開始修編的新版《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（征求意見稿）有關(guān)軌道交通無(wú)線通信的描述則改為“無(wú)線通信系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求宜采用數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)?！痹撘?guī)范雖未強(qiáng)制規(guī)定必須采用集群通信系統(tǒng)，但未能從標(biāo)準(zhǔn)層面為軌道交通行業(yè)提供更多的選擇條件。同時(shí)，除了編制地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范以外，軌道交通行業(yè)難以集中力量編制更多適用的行業(yè)性TETRA規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系和系統(tǒng)接口規(guī)范，地鐵建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)部門在具體實(shí)施過程中仍將處于無(wú)據(jù)可依的窘?jīng)r。

3 方案擴(kuò)展的契機(jī)

3.1 體制的發(fā)展

今年9月3日，鐵道部和成都市簽訂了《鐵道部、成都市人民政府關(guān)于推進(jìn)成都市域軌道交通建設(shè)補(bǔ)充協(xié)議》。協(xié)議明確了“實(shí)現(xiàn)地鐵與鐵路的資源共享，……更加密切路網(wǎng)干線、城際鐵路、城市地鐵的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)多種軌道交通的無(wú)縫銜接，方便旅客換乘”的原則。為此，鐵道部與成都市聯(lián)合組建合資公司以合作建設(shè)和經(jīng)營(yíng)成都城市地鐵，目前項(xiàng)目已正式進(jìn)入了實(shí)際操作階段。與此同時(shí)，2010年廣佛城際地下鐵道已經(jīng)在2010年11月3日正式開通。而2010年10月初，國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)建設(shè)全國(guó)首條跨省建立的城市城市軌道交通線路“上海軌道交通11號(hào)線花橋段延伸項(xiàng)目”，將上海11號(hào)線從安亭站延伸至江蘇昆山的花橋站。

成都地鐵開創(chuàng)了一種完全創(chuàng)新的中國(guó)地鐵行業(yè)建設(shè)與管理模式，對(duì)后續(xù)建設(shè)的大中城市軌道交通項(xiàng)目將具有示范性的作用。成都地鐵的部市聯(lián)合管理模式，不僅僅是管理單位的變化，它實(shí)際上顯示了行業(yè)整合、資源共享的一種趨勢(shì)。而廣州—佛山地鐵、上?！ド降罔F的建設(shè)，則顯示出鐵建設(shè)正由以往的單個(gè)城市建設(shè)管理的孤島模式，朝著城際聯(lián)網(wǎng)、分段管理的模式發(fā)展的一種趨勢(shì)。隨著地鐵項(xiàng)目的這種趨勢(shì)，地鐵通信的網(wǎng)絡(luò)特性會(huì)逐漸增強(qiáng)，互連的要求也會(huì)增多，對(duì)于系統(tǒng)間的接口要求也會(huì)越來(lái)越高。

3.2 GSM-R技術(shù)特點(diǎn)

GSM-R目前可實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用包括列車無(wú)線調(diào)度、公務(wù)（管理、施工、維護(hù)）移動(dòng)、公安移動(dòng)、應(yīng)急語(yǔ)音通話等話音通信；能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫、功能尋址、位置尋址、廣播呼叫、組呼通話、緊急通話、多優(yōu)先級(jí)強(qiáng)拆和強(qiáng)插、呼叫限制等功能；同時(shí)還能通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)的電路數(shù)據(jù)交換、GPRS、短消息、USSD等業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)車—地、車—車之間的列車運(yùn)行控制信息、機(jī)車同步操控信息、列尾風(fēng)壓信息、調(diào)度命令信息、車次號(hào)校核信息、調(diào)車機(jī)車信息以及監(jiān)控信息等透明信息的無(wú)線傳輸。

應(yīng)用于軌道交通項(xiàng)目，將完全能夠適應(yīng)軌道交通的應(yīng)用要求，還能為軌道交通目前的CBTC提供有力的支持，避免各自新建獨(dú)立的無(wú)線系統(tǒng)而造成投資重疊以及無(wú)線信號(hào)干擾問題。

而在成都地鐵等項(xiàng)目中，由于具有與鐵路統(tǒng)一管理方式和資源的條件，若能采用GSM-R制式，將有利于統(tǒng)一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、減少應(yīng)用系統(tǒng)種類、合理分配系統(tǒng)頻點(diǎn)、促進(jìn)CBTC的建設(shè)、降低維護(hù)難度與成本等優(yōu)點(diǎn)，并且在建造城際地鐵線路時(shí)有利于提高無(wú)線通信的整體性能和擴(kuò)展能力。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新思路

基于軌道交通建設(shè)和管理的發(fā)展趨勢(shì)，地鐵無(wú)線通信的制式，有必要檢視設(shè)計(jì)規(guī)范的適用程度，從源頭上提供與建設(shè)及管理體制相適應(yīng)的設(shè)施基礎(chǔ)。建議明確將GSM-R制式納入軌道交通的選擇范圍，結(jié)合鐵道部進(jìn)入軌道交通領(lǐng)域等客觀因素，充分考慮選用GSM-R系統(tǒng)的適應(yīng)性、可行性和必要性，并幫助軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)建立行業(yè)化的統(tǒng)一實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。

各城市軌道交通無(wú)線通信的制式，應(yīng)允許按照各自的建設(shè)進(jìn)程、既有系統(tǒng)的規(guī)模、以及各線路的使用需求，因地制宜，選用合理的方案。

在成都等條件適宜的城市，建議優(yōu)先考慮GSM-R，以從標(biāo)準(zhǔn)上提高系統(tǒng)實(shí)施效果，降低設(shè)備維護(hù)困難和成本；而如北京、上海等地的地鐵TETRA已經(jīng)成網(wǎng)的情況下，則應(yīng)慎重選擇，以保證既有系統(tǒng)設(shè)備的投資效益。

[1]GB50157-2003, 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2003

[2]TB10006-2005, 鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計(jì)規(guī)范. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2005

[3]TB10621-2009, 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行). 北京：中國(guó)鐵道出版社，2009

[4]成都日?qǐng)?bào). 我市與鐵道部簽署推進(jìn)成都市域軌道交通建設(shè)補(bǔ)充協(xié)議. http://www.chengdu.gov.cn/PublicService/LegalServices/detail.jsp?id=348497

[5]鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心，北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院.中國(guó)鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南. 北京：中國(guó)鐵道出版社, 2008