基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的道機(jī)聯(lián)控技術(shù)方案研究

么 亮

(北京鐵路通信技術(shù)中心，北京 100038)

1 道機(jī)聯(lián)控現(xiàn)狀

鐵路道口管理辦法規(guī)定列車司機(jī)與道口看守人員要進(jìn)行道機(jī)聯(lián)控?，F(xiàn)有道機(jī)聯(lián)控主要依靠車載CIR 設(shè)備中的450 MHz 無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)工作，通過(guò)450 MHz 無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)完成列車司機(jī)呼叫道口值守人員，以及道口值守人員回復(fù)司機(jī)的聯(lián)控工作。

當(dāng)機(jī)車接近道口時(shí)主動(dòng)通過(guò)450 MHz 無(wú)線列調(diào)廣播呼叫，道口值守人員的450 MHz 無(wú)線列調(diào)設(shè)備一直處于監(jiān)聽狀態(tài)，監(jiān)聽到司機(jī)呼叫后以同樣方式回復(fù)司機(jī)道口通行狀態(tài)。當(dāng)司機(jī)聯(lián)系道口值班員，而道口值班員未及時(shí)接聽時(shí)，道口值班員會(huì)用450 MHz 電臺(tái)主動(dòng)聯(lián)系司機(jī)，報(bào)告道口情況。若司機(jī)聯(lián)系不上道口，將采取減速運(yùn)行等安全措施。

若道口出現(xiàn)危及行車障礙情況下，道口值守人員通過(guò)450 MHz 無(wú)線列調(diào)設(shè)備通知接近機(jī)車司機(jī)；安裝有800 MHz 道口報(bào)警設(shè)備的按壓“報(bào)警”鍵發(fā)送道口報(bào)警；短接區(qū)間軌道電路造成道口區(qū)間“紅光帶”；或在鐵軌上搖旗等手段提示司機(jī)。

2 既有道機(jī)聯(lián)控存在的問(wèn)題

目前450 MHz 無(wú)線列調(diào)正在進(jìn)行GSM-R 網(wǎng)絡(luò)改造，在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)區(qū)段線路上運(yùn)行的車載CIR 設(shè)備將不再同時(shí)支持450 MHz 無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)通信。按照原有通信手段，道口與機(jī)車將無(wú)法通過(guò)450 MHz無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)控，需研究基于GSM-R 網(wǎng)絡(luò)道機(jī)聯(lián)控技術(shù)方案。

3 基于GSM-R技術(shù)的道機(jī)聯(lián)控方案研究

3.1 GSM-R組呼方式

3.1.1 方案概述

道口值班員配備GSM-R 手持終端，配備助理值班員功能SIM 卡。在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)中制作相關(guān)數(shù)據(jù)，并在既有CIR 設(shè)備、機(jī)車司機(jī)手持終端及道口值班員手持終端等配備的SIM 卡中寫入該組呼（比如CIR 企標(biāo)規(guī)定的道口組呼號(hào)碼760）。

CIR 設(shè)備MMI 界面可配置按鍵區(qū)域增加道口組呼快捷鍵，當(dāng)機(jī)車接近道口時(shí)由司機(jī)操作快捷按鍵，CIR 設(shè)備發(fā)起道口組呼，與區(qū)域內(nèi)所有道口設(shè)備建立呼叫鏈路。

當(dāng)?shù)揽谛枰?lián)系機(jī)車時(shí)， GSM-R 手持終端發(fā)起道口組呼，接通臨近列車進(jìn)行通話，呼叫方式如圖1所示。

圖1 道機(jī)聯(lián)控組呼方案功能示意圖Fig.1 Diagram of functions of group call scheme of communication between railway crossing and railway driver

3.1.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

1）方案優(yōu)點(diǎn)

a.司機(jī)可執(zhí)行一鍵撥號(hào)呼叫，呼叫簡(jiǎn)單。

b.機(jī)務(wù)、工務(wù)部門配備運(yùn)用的GSM-R 手持臺(tái)，均由機(jī)務(wù)、工務(wù)部門維護(hù)、運(yùn)用及管理。不增加通信專業(yè)的維護(hù)工作量。

2）方案不足

a. CIR 需升級(jí)改造。

b.需更換SIM 卡。增加開通道口組呼業(yè)務(wù)后，CIR、GSM-R 手持臺(tái)原SIM 卡不能運(yùn)用，要更換具有道口組呼功能的SIM 卡，增加SIM 卡管理工作量。

c.GSM-R 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)側(cè)數(shù)據(jù)需重新增加、修改。核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)需重新增加修改，增加通信專業(yè)數(shù)據(jù)升級(jí)及變動(dòng)工作量。

d.采用組呼方式會(huì)影響區(qū)域內(nèi)既有的車機(jī)聯(lián)控。特別是發(fā)起組呼后，只有主叫業(yè)務(wù)用戶、授權(quán)的調(diào)度員或非活動(dòng)計(jì)時(shí)器超時(shí)，才可以終止該語(yǔ)音組呼。如果機(jī)車發(fā)起道口組呼，容易出現(xiàn)離開組呼區(qū)域而使組呼無(wú)法正常掛斷的情況，需要授權(quán)的調(diào)度員強(qiáng)制拆除，影響該區(qū)域的車機(jī)聯(lián)控等功能。

e.通話質(zhì)量差。GSM-R 系統(tǒng)組呼設(shè)計(jì)在緊急情況下使用，為非傳統(tǒng)通信方式，操作比較復(fù)雜，易出現(xiàn)組呼吊死需要強(qiáng)制解除等意外情況，且網(wǎng)絡(luò)中存在組呼時(shí)個(gè)呼失效，影響正常通信。采用道口組呼方式后，會(huì)造成用戶通話感知質(zhì)量差，聽音不清，故障申告增加現(xiàn)象。

3.2 GSM-R 個(gè)呼+短號(hào)碼呼叫

3.2.1 方案概述

道口值班員配備GSM-R 手持終端，配備助理值班員功能SIM 卡。或者將道口看成車站，道口安裝FAS 分系統(tǒng)。

CIR 設(shè)備的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中增加道口數(shù)據(jù)，將各工務(wù)道口作為車站進(jìn)行處理，根據(jù)道口所處位置（經(jīng)緯度、線路名稱）添加在對(duì)應(yīng)的地理信息數(shù)據(jù)中，在GPS 定位有效的狀態(tài)下，CIR 設(shè)備根據(jù)本車所處位置信息（經(jīng)緯度、線路名稱），在MMI 界面可配置按鍵區(qū)域顯示附近道口名稱，司機(jī)可通過(guò)按對(duì)應(yīng)的可配置按鍵，以發(fā)送MSISDN/ISDN 號(hào)或者道口功能號(hào)方式，直接進(jìn)行個(gè)呼通信，呼叫相應(yīng)的道口。

在GPS 定位失效狀態(tài)下，通過(guò)道口短號(hào)碼（例如：1800）的方式進(jìn)行呼叫。將道口短號(hào)碼設(shè)置在CIR 設(shè)備中，司機(jī)通過(guò)快捷按鍵觸發(fā)，呼叫道口短號(hào)碼，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)短號(hào)碼建立機(jī)車與所在區(qū)域內(nèi)唯一道口設(shè)備的鏈路實(shí)現(xiàn)呼叫。

當(dāng)?shù)揽谥蛋鄦T需要聯(lián)系機(jī)車時(shí)，發(fā)起緊急組呼聯(lián)系機(jī)車，呼叫方式如圖2 所示。

圖2 道機(jī)聯(lián)控個(gè)呼+短號(hào)碼方案功能示意圖Fig.2 Diagram of functions of communication between railway crossing and railway driver (individual call + short number scheme)

3.2.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

1）方案優(yōu)點(diǎn)

a. 司機(jī)可執(zhí)行一鍵撥號(hào)呼叫，呼叫簡(jiǎn)單。

b. 通話質(zhì)量高，采取個(gè)呼方式后，減少同頻干擾，通話質(zhì)量得到大大提高。

2）方案不足

a. 編制、修改地理信息數(shù)據(jù)。在開通GSM-R區(qū)段，除需對(duì)各車站、進(jìn)出站信號(hào)機(jī)等站點(diǎn)地理信息采集管理外，還需對(duì)道口信息進(jìn)行采集，并對(duì)涉及運(yùn)行交路的本局、外局機(jī)車進(jìn)行CIR 設(shè)備地理信息數(shù)據(jù)編制、升級(jí)。

b. 頻繁升級(jí)CIR 設(shè)備地理信息數(shù)據(jù)，道口及防洪點(diǎn)地點(diǎn)及數(shù)量調(diào)整頻繁，大大增加地理信息數(shù)據(jù)管理難度和出錯(cuò)的機(jī)率。

c. 當(dāng)?shù)揽谥蛋鄦T的SIM 卡故障而使MSISDN號(hào)變化時(shí)，司機(jī)無(wú)法聯(lián)系到道口值班員。為解決這一問(wèn)題，可采用道口值班員注冊(cè)功能號(hào)，CIR 按功能號(hào)呼叫道口，但增加操作復(fù)雜性，如道口值班員未注冊(cè)功能號(hào)，則司機(jī)無(wú)法聯(lián)系道口值班員。在道口安裝FAS 分系統(tǒng)投資大。

d. 道口主動(dòng)呼叫機(jī)車采用緊急組呼，嚴(yán)重影響正常的車機(jī)聯(lián)控等正常通信，且影響范圍大。

e. GPS 失效時(shí)采用短號(hào)碼呼叫道口，GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)側(cè)數(shù)據(jù)需重新增加、修改。核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)需重新增加修改，增加通信專業(yè)數(shù)據(jù)升級(jí)及變動(dòng)工作量。且當(dāng)同一GSM-R 基站小區(qū)內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)道口時(shí)，無(wú)法使用短號(hào)碼進(jìn)行呼叫。

f. MMI 界面可配置按鍵區(qū)域一共8 個(gè)，即調(diào)度、車站一、車站二、車站三、車站四、車長(zhǎng)、站內(nèi)組呼、道口組呼，將道口作為車站處理影響車機(jī)聯(lián)控顯示的車站個(gè)數(shù)，且在道口密集區(qū)域顯示位置不足。需要道口比較密集的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)道口間的聯(lián)控機(jī)制。

3.3 基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)

3.3.1 方案概述

在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)段的道口設(shè)立道口通信電臺(tái)，道機(jī)聯(lián)控專用系統(tǒng)解決在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)段的道口與機(jī)車之間的聯(lián)控通信問(wèn)題。道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)通過(guò)機(jī)車的位置、狀態(tài)信息判斷機(jī)車是否接近道口，道口主動(dòng)對(duì)接近機(jī)車進(jìn)行撥號(hào)呼叫。

機(jī)車設(shè)備無(wú)需任何變動(dòng)，只需要在地面新建1套道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)，從GRIS 獲取機(jī)車向CTC/TDCS發(fā)送的車次號(hào)校核信息進(jìn)行邏輯處理，或從運(yùn)輸信息集成平臺(tái)獲取機(jī)車的運(yùn)行信息并進(jìn)行邏輯處理，篩選出規(guī)定范圍內(nèi)接近相應(yīng)道口的列車信息，通過(guò)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)將接近道口的列車接近信息下發(fā)到安裝于道口值班員處的道口通信電臺(tái)，使道口通信電臺(tái)主動(dòng)呼叫機(jī)車，實(shí)現(xiàn)道機(jī)聯(lián)控功能。道口通信電臺(tái)可與鄰近道口、鄰近車站實(shí)現(xiàn)一鍵式呼叫。司機(jī)可通過(guò)道口MSISDN 號(hào)呼叫聯(lián)系道口值班員。道口如發(fā)生變化，只需通過(guò)配置/修改道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)配置、參數(shù)即可。該系統(tǒng)已在沈陽(yáng)局進(jìn)行試用，效果良好。

該系統(tǒng)可與現(xiàn)有的800 MHz 列車安全預(yù)警設(shè)備互聯(lián)，當(dāng)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)道機(jī)聯(lián)控通話無(wú)法正常進(jìn)行、道口出現(xiàn)障礙時(shí)，道口值守人員可通過(guò)800 MHz 列車安全預(yù)警設(shè)備向附近的列車發(fā)送道口事故報(bào)警。列車收到報(bào)警后，會(huì)通過(guò)車載CIR 設(shè)備通知司機(jī)某處道口事故，注意運(yùn)行。另外800 MHz列車安全預(yù)警設(shè)備還能夠接收接近列車廣播發(fā)出的列車接近預(yù)警信息，為道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)獲取接近列車信息，提供除GSM-R 網(wǎng)絡(luò)外的其他信息渠道，使該系統(tǒng)傳輸通道具備冗余能力。基于GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)方案功能示意如圖3 所示。

圖3 道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)方案功能方框圖Fig.3 Diagram of functions of communication between railway crossing and railway driver (system scheme)

3.3.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

1）方案優(yōu)點(diǎn)

a. CIR、SIM 卡無(wú)需任何改動(dòng)或數(shù)據(jù)升級(jí)。

b.運(yùn)用、管理部門增加、撤出道口時(shí)，無(wú)需對(duì)車載設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。

c.道口值班員通過(guò)量身定制的道口通信電臺(tái)可直觀看到接近的列車信息，實(shí)現(xiàn)與接近列車的一鍵式呼叫，操作比GSM-R 手持設(shè)備可靠、簡(jiǎn)單。

d.道口通信電臺(tái)可與鄰近道口、鄰近車站實(shí)現(xiàn)一鍵式呼叫。解決多道口線路呼叫頻繁的問(wèn)題。

e.可利用GSM-R 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)道口的列車接近預(yù)警功能。

f.道機(jī)聯(lián)控管理系統(tǒng)可以逐步增加道口報(bào)警、列車二次事故防護(hù)、其他二次事故防護(hù)（如施工防護(hù)、線路防護(hù)、災(zāi)后防護(hù)）、列車接近預(yù)警等功能，在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)新一代行車安全預(yù)警功能。

g.通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)個(gè)呼方式，通話質(zhì)量高，對(duì)現(xiàn)有車機(jī)聯(lián)控?zé)o影響。

2）方案不足

車次號(hào)校核信息不太準(zhǔn)確，可以從CTC 采取數(shù)據(jù)或從運(yùn)輸集成平臺(tái)采取列車運(yùn)行信息，這樣信息準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

綜上所述，建立GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備，研制一款基于GSM-R 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的道機(jī)聯(lián)控設(shè)備，具有系統(tǒng)功能改動(dòng)小，實(shí)施工程方便、快捷，便于全路道機(jī)聯(lián)控設(shè)備統(tǒng)一升級(jí)、改造的特點(diǎn)，因此，采用方案三。研究采用基于GSM-R 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的道機(jī)聯(lián)控技術(shù)，解決道口值守人員和列車司機(jī)進(jìn)行通話的問(wèn)題，形成基于GSM-R 技術(shù)的鐵路道機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)450 MHz 無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)退出鐵路專用通信后，道機(jī)聯(lián)控可以繼續(xù)使用的功能，起到確保行車安全的作用。