GSM—R技術(shù)在我國鐵路通信中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢研究

李海龍

摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對于鐵路運(yùn)輸?shù)囊蕾囆杂用黠@，鐵路在人和物的運(yùn)輸上都占有重要地位。GSM-R技術(shù)對于鐵路運(yùn)輸來說至關(guān)重要，它是保證鐵路運(yùn)輸安全的核心。本文首先對GSM-R技術(shù)進(jìn)行介紹，之后對其在我國的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，最后對其發(fā)展趨勢進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 GSM-R技術(shù)；鐵路通信；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類號 TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）194-0061-03

1 GSM-R 技術(shù)及其在我國鐵路通信領(lǐng)域的發(fā)展

1.1 GSM-R 技術(shù)簡介

GSM-R就是全球鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)，它是針對鐵路通信而設(shè)計(jì)的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，它兼具綜合性與專業(yè)性的特征。最早使用GSM-R的是歐洲國家，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善，目前在世界上很多國家都有應(yīng)用。

GSM-R在鐵路運(yùn)營的很多方面都有很好的應(yīng)用，例如列車調(diào)度、列車控制等，它在舊有技術(shù)上增加了新型功能，使其適用于鐵路通信，尤其是針對高鐵專用通信更有很好的實(shí)用性。主要是因?yàn)樗且愿呒壵Z言呼叫功能為基礎(chǔ)，又融入了位置尋址、功能尋址等高科技技術(shù)。GSM-R能夠提供多種語音通信功能，例如，無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)通信等，它還能夠完成列車的數(shù)據(jù)傳輸，充當(dāng)通道的作用。

1.2 GSM-R技術(shù)分析

GSM-R技術(shù)主要由4個(gè)部分構(gòu)成，包括基站、終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)以及運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)又包括移動(dòng)智能網(wǎng)、移動(dòng)交換和通用分組無限業(yè)務(wù)。

GSM-R技術(shù)具有的功能非常強(qiáng)大，既有越區(qū)漫游、切換功能，又有列車控制、尋址、旅客服務(wù)等功能，它能夠?qū)崿F(xiàn)在指定范圍里發(fā)布信息，對區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)置，這就使得GSM-R技術(shù)的靈活性非常好。運(yùn)用GSM-R技術(shù)完成列車自動(dòng)防護(hù)和控制功能，就使得自動(dòng)駕駛得到實(shí)現(xiàn)。如果列車發(fā)車故障，相關(guān)事故診斷信息就能夠借助GSM-R系統(tǒng)傳輸?shù)骄S修中心。旅客的在線售票功能也通過GSM-R技術(shù)得到實(shí)現(xiàn)。

1.3 GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過上述介紹可知GSM-R技術(shù)是由4個(gè)部分組成，下面針對這4個(gè)部分的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為深入的分析。

首先是基站子系統(tǒng)，BSS通過無線接口與移動(dòng)臺進(jìn)行連接，對無線信號進(jìn)行發(fā)射與接收，同時(shí)對無線資源進(jìn)行有效管理。而BSS又由幾項(xiàng)基礎(chǔ)單元組成，分別為基站控制器、弱場設(shè)備、編譯碼和速率適配單元以及基站收發(fā)信機(jī)。其次是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，它又涉及到3個(gè)子系統(tǒng)，分別是移動(dòng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)和通用分組無限業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)由若干功能實(shí)體組成，完成交換業(yè)務(wù)和用戶數(shù)據(jù)的相關(guān)管理。這一系列的功能實(shí)體利用NO.7信令協(xié)議完成各種通信功能。

其次是通用分組無限業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，它是由GPRS子系統(tǒng)組成，GPRS子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為兩層，核心層與無線接入層，SGSN、RADIUS、GGSN和DNS的功能實(shí)體聯(lián)合構(gòu)成GPRS的核心層；PCU、基站和終端共同構(gòu)成無線接入層。為了將成本降到最低，GPRS的無線接入層組網(wǎng)要對GSM-R提供的資源進(jìn)行高效利用，通常與GSM-R系統(tǒng)使用同頻資源。借助GSM-R系統(tǒng)的基站建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，能夠減少GPRS系統(tǒng)基站的設(shè)置數(shù)量。

再次是運(yùn)行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)，OSS由用戶管理系統(tǒng)與設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成。

最后是設(shè)備終端，設(shè)備終端從本質(zhì)上來說就是GSM-R網(wǎng)進(jìn)行接入的移動(dòng)臺，能夠讓用戶直接進(jìn)行使用，不需要轉(zhuǎn)換。

2 GSM-R 在我國鐵路通信中的應(yīng)用

2.1 調(diào)度命令傳送

TDCS系統(tǒng)利用機(jī)車編號與相對應(yīng)的目的地，適時(shí)的發(fā)布調(diào)度命令，功能非常強(qiáng)大，在這種情況下，GSM-R系統(tǒng)借助GSM-R網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)把調(diào)度指令發(fā)送到對應(yīng)列車的無線通信設(shè)備上，處于運(yùn)行狀態(tài)的列車能夠及時(shí)的接收到準(zhǔn)確的調(diào)度指令。這類調(diào)度指令的發(fā)布系統(tǒng)是指揮中樞，具有的權(quán)威性非常高，在列車的指揮系統(tǒng)中占有重要地位，實(shí)現(xiàn)列車信號的分級管理。

2.2 列車調(diào)度指揮

GSM-R系統(tǒng)在鐵路通信系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度和司機(jī)的無阻礙對話，為列車的順利運(yùn)行提供有力保障。調(diào)度與司機(jī)之間通話的順暢程度，對列車運(yùn)行的秩序產(chǎn)生直接影響，這些實(shí)例都顯示出GSM-R系統(tǒng)對于列車通信有重大意義。GSM-R技術(shù)的合理運(yùn)用能夠讓列車各部門之間的暢通度增加，促進(jìn)列車處于安全的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 機(jī)車同步控制

鐵路的列車運(yùn)行具有明顯的特殊性，要借助多臺機(jī)車進(jìn)行牽引，這就需要這些機(jī)車具有高度一致的運(yùn)行行為，鐵路指揮部門要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行同步操縱。GSM-R系統(tǒng)的運(yùn)用，讓不同機(jī)車之間的信息傳遞得到滿足，有效保證列車的安全運(yùn)行。

2.4 多種旅客服務(wù)功能

GSM-R技術(shù)應(yīng)用在鐵路通信系統(tǒng)中，旅客的查詢、買票等過程變得更加便捷，GSM-R技術(shù)能夠提供高效的售票途徑，讓旅客能夠查詢到列車的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。除此之外，GSM-R技術(shù)的應(yīng)用還能夠根據(jù)列車實(shí)際情況，對場強(qiáng)進(jìn)行合理調(diào)整。

2.5 多優(yōu)先級搶占呼叫權(quán)

鐵路通訊網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)上，還能夠進(jìn)行緊急呼叫操作，如果某一無線電通道發(fā)生堵塞，那么可以迅速建立新的通訊連接，并且具有高優(yōu)先權(quán)，以此來保證鐵路通信具有良好的有效性。

2.6 具體應(yīng)用

GSM-R技術(shù)的綜合性能與我國鐵路通信的發(fā)展需求非常符合，所以早在1994年我國相關(guān)科研人員就開始了這項(xiàng)技術(shù)的研究，直到2000年底，我國有關(guān)部門將GSM-R技術(shù)明確認(rèn)定為我國鐵路通信的發(fā)展方向，促進(jìn)了GSM-R技術(shù)在我國鐵路通信方面的發(fā)展速度。在2013年年初，鐵道部出臺了《鐵路主要技術(shù)政策》，其中明確規(guī)定，發(fā)展GSM-R技術(shù)，讓高速鐵路達(dá)到網(wǎng)絡(luò)覆蓋的效果，為建立覆蓋全路的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。endprint

GSM-R技術(shù)在我國得到穩(wěn)步的發(fā)展，在短暫的時(shí)間里就順利將GSM-R技術(shù)應(yīng)用在地理環(huán)境惡劣的青藏鐵路中，青藏鐵路被譽(yù)為“天路”，是目前世界范圍內(nèi)海拔最高的鐵路，氣候條件與其他地區(qū)相比非常惡劣，在施工和運(yùn)行中都有非常大的困難。青藏鐵路全長1142公里，這其中有965公里的海拔都超過4 000m，占到全線長度的84.5%，除此之外，還有547公里的施工處于凍土地段。在這樣惡劣的行車環(huán)境中，引入GSM-R技術(shù)能夠?yàn)榱熊嚐o線通信的提供有力幫助。

GSM-R技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)功能包括GSM業(yè)務(wù)、鐵路基本業(yè)務(wù)以及語音調(diào)度業(yè)務(wù)。GSM業(yè)務(wù)由3部分構(gòu)成，終端業(yè)務(wù)、電信補(bǔ)充業(yè)務(wù)以及承載業(yè)務(wù)。鐵路業(yè)務(wù)被語音調(diào)度業(yè)務(wù)分為7個(gè)等級，如果網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生忙時(shí)業(yè)務(wù)信道，那么優(yōu)先級較低的呼叫會(huì)被高優(yōu)先級呼叫打斷。

在青藏鐵路中GSM-R技術(shù)的應(yīng)用主要有以下3個(gè)方面：

首先，區(qū)間移動(dòng)通信，它能夠替代傳統(tǒng)的通話柱，滿足緊急情況下應(yīng)急搶險(xiǎn)的工作需求，此外還能夠指揮緊急救援，區(qū)間之間的工作人員通信問題得到解決。

其次，對尾部風(fēng)壓進(jìn)行檢測，利用車尾部配備的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行風(fēng)壓檢測，借助GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，通過這樣的方式列車司機(jī)能夠?qū)囄补ぷ鞯膶?shí)時(shí)狀況進(jìn)行把握。

再次，旅客業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，在鐵路運(yùn)營過程中，旅客業(yè)務(wù)并不是必須業(yè)務(wù)，但是能夠給旅客提供更舒適的旅途環(huán)境，讓旅客的需求得到充分滿足，例如我們經(jīng)常使用的購票業(yè)務(wù)、列車時(shí)刻信息等。最后，實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)控制，列車和陸地間實(shí)現(xiàn)信息傳輸所使用的通道通常為雙向無限通道，列車通過車上配備的天線完成地面輸出信號的接收工作，以GSM-R傳輸平臺為介質(zhì)，完成安全系數(shù)極高的雙向數(shù)據(jù)傳輸。

除了在青藏鐵路上，在我國交通發(fā)達(dá)區(qū)域的膠濟(jì)線也有非常典型的應(yīng)用。膠濟(jì)線在我國交通運(yùn)輸中占有重要地位，連接青島與濟(jì)南兩個(gè)經(jīng)濟(jì)活躍的地區(qū)，在客運(yùn)與貨運(yùn)中都有重要應(yīng)用。因?yàn)檫@條線路地處較為繁華的都市地區(qū)，所以周邊的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，對鐵路運(yùn)營起到一定負(fù)面作用。這就必須對鐵路沿線的電磁環(huán)境進(jìn)行相關(guān)處理，通過對GSM-R技術(shù)的創(chuàng)新，使得磁場垃圾被清掃，為鐵路通信創(chuàng)造有利的技術(shù)支持。

3 GSM-R技術(shù)的發(fā)展

GSM-R 技術(shù)在鐵路通信中的良好應(yīng)用就明確了其發(fā)展方向，在未來的發(fā)展中，要注意如下幾方面。

首先，要對GSM-R設(shè)備之間的互聯(lián)性進(jìn)行全面的考慮，把安全、穩(wěn)定、實(shí)用作為發(fā)展的第一目標(biāo)，構(gòu)建起綜合性能良好的鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際情況對信息的傳輸平臺進(jìn)行合理改進(jìn)，最大限度滿足運(yùn)輸需求。

其次，如果鐵路沿線的電磁環(huán)境復(fù)雜程度較高，通?？梢栽贕SM-R中采用空中無線管控技術(shù)，為列車的運(yùn)行控制系統(tǒng)營造出無污染、無干擾的良好環(huán)境。

與此同時(shí)，對于各種現(xiàn)代化技術(shù)要進(jìn)行充分利用，例如GPRS技術(shù)等，對各項(xiàng)資源進(jìn)行靈活、合理的配置，保證不同類型的數(shù)據(jù)都能進(jìn)行有效輸出，并最大程度優(yōu)化傳輸容量。

最后，要加大投入進(jìn)行新應(yīng)用的開發(fā)，完善鐵路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營相關(guān)機(jī)制，例如建立調(diào)度命令等，讓鐵路事業(yè)向著更深的層次不斷發(fā)展。

4 結(jié)論

綜上所述，就我國目前鐵路事業(yè)來看，處于蓬勃發(fā)展的階段，發(fā)展前景一片大好，這就需要技術(shù)水平較高的通信系統(tǒng)為鐵路的發(fā)展保駕護(hù)航。GSM-R技術(shù)是針對鐵路運(yùn)行管理而開發(fā)的重點(diǎn)技術(shù)，能夠?yàn)殍F路的安全、高效運(yùn)行起到強(qiáng)有力的促進(jìn)作用。所以，鐵路的相關(guān)技術(shù)管理人員要加大GSM-R技術(shù)的研究力度，對其進(jìn)行深入分析，為我國鐵路事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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