STP系統無線弱場解決方案

何 凱

*南昌鐵路勘測設計院有限責任公司 工程師，330002 南昌

無線調車機車信號和監控系統 (STP)是保證站內調車作業安全的有效設備。它通過對聯鎖站場內調車機車及其連掛車輛的準確位置實時跟蹤，對調車機車車列實施準確的安全距離和速度控制，有效地防止了調車作業過程中的擠岔、脫軌、沖撞等安全事故的發生。然而，在某些山區鐵路車站裝備該系統時，由于隧道、高山、小半徑彎道等困難地形的存在，常常使得弱場區段無線信號覆蓋不穩定，甚至出現大量信號盲區，這將嚴重影響STP系統功能的發揮，車站調車作業安全得不到技術上的保障。

1 解決方案分析及比較

1.1 加高地面天線

直接增加地面天線的高度，可使無線電波更好的避開障礙物，并提高無線電波遇到障礙物時的衍射效果，從而擴大無線信號的覆蓋范圍。此方案僅需將天線加高，饋線適當延長，施工簡便。不足之處在于需在信號機械室附近尋找架設天線的位置，或自行新建天線鐵塔，這樣造價將提高。若天線架設在信號樓頂，需核算信號樓頂荷載是否能滿足要求。另外，饋線的延長會使信號衰減加大，因此延長的長度非常有限，特別對某些開山鋪設的線路，以及站場在隧道中的情況無法解決。

1.2 增設無線中繼器

在無線信號可靠覆蓋的區域內，選擇一個合適位置，設置一臺Ⅰ型中繼器，負責接收由STP系統地面天線發來的信號。該信號經放大器放大后(必要時加入濾波)，再通過天線發射給下一個Ⅰ型中繼器，或者向被山體或其他大型障礙物遮擋的弱場區 (或盲區)發射。中繼器的上行天線用于接力，下行天線既用于接力同時也實現無線信號的覆蓋。無線中繼方案示意圖見圖1。

圖1 無線中繼方案示意圖

工程設計時應特別注意3個問題:一是保證各Ⅰ型中繼器啟動;二是除保證Ⅰ型中繼器本機不自激外，還應保證中繼器系統不自激;三是注意由中繼器的接力級數引起的噪聲強度和干擾累計。

此方案原理上比較簡單，設備易于采購，造價相對較低，但由于中繼電臺對信號會產生一定的延遲，根據《無線調車機車信號和監控系統技術條件(暫行)》(運基信號［2004］73號)，系統響應時間≤2s，因此本方案不適用于存在較多小半徑彎道、需要中繼多次的山區鐵路車站。另外，通過無線方式中繼，信號質量受環境、氣候變化的影響較大，穩定性、可靠性不如光纜。

1.3 采用光纖直放站

在車站的弱場區段及信號盲區采用光纖直放站+漏泄同軸電纜 (或天線)的方式進行覆蓋。在信號機房內設置光纖直放站近端機，STP系統饋線上加裝耦合器后，連接至直放站近端機。在弱場區段，選擇合適位置設置光纖直放站遠端機，根據現場實際地形條件，選擇使用漏纜或定向天線。由于各站STP系統目前尚未聯網，無線數傳電臺的頻點也是惟一固定的，因此，采用同頻光纖直放站即可滿足要求，也不需要安裝網管及網管接入設備，光纖直放站方案示意圖見圖2。

圖2 光纖直放站方案

在工程設計中需要考慮漏纜的2個射頻電氣特性指標，即傳輸損耗Lt和耦合損耗Lc。通過計算這2個指標，可預測無線信號覆蓋質量。計算公式為:

其中，Lt0為單位距離的傳輸損耗指標，l為漏纜的長度。

其中，Lc0為距離漏纜1.5 m遠處的耦合損耗指標;d為距漏纜的距離;N為系數 (10～20)，對于無線信號在隧道內傳輸時N取10，路塹處N取15，開闊地帶N取20。

此方案信號衰耗小，延遲時間短，可靠性高，且光纖直放站在鐵路通信部門早已大量使用，技術上已經十分成熟。不足之處是需要敷設光纜、電力電纜及架設漏纜，與前2種方案相比工程量最大，工程造價也最高，施工過程中有損壞路基、污染道床的可能，營業線施工中還必須要采取確保行車和人身安全的措施。

2 方案的選用及施工注意事項

1．對于站場條件相對較好，僅由于某些小型障礙物的影響，造成少數區域場強較弱，無線信號不穩定的車站，應選擇加高地面天線方案。實施時，盡量利用現場既有通信鐵塔或信號樓附近的其他建筑物。當現場確無條件利用時，再考慮新建天線鐵塔。為確保設備和人身安全，應注意天線必須有防直擊雷和感應雷的措施，還要注意饋線的長度不可過長。

2．對于站場中存在高大障礙物，造成少數無線信號盲區的車站，應選擇無線中繼方案。確定中繼器的合理位置非常關鍵，如果中繼器工作不正常，將直接影響后續設備的正常工作，影響無線信號的覆蓋。在選擇中繼器的設置位置時應注意:一是“原始信號”能可靠的接收，二是弱場區(或盲區)能被完全覆蓋。滿足上述2點要求就可以通過理論計算與現場實際測試相結合的辦法確定。同時還應綜合考慮STP系統電臺、中繼器天線高度，中繼器的端口輸入電平一般在30～35 dBμV為宜。另外，由于中繼器需要可靠電源供電，在滿足原則的前提下，中繼器可盡量向信號樓(或由可靠電源的地區)靠近，以減少敷設電力電纜的工程量。實施時還應注意中繼設備的電源應為可靠電源，選擇UPS作為后備電源，可確保設備工作的穩定性，中繼天線、鐵塔應考慮防雷接地措施。應特別注意，無線中繼方案的中繼次數不可過多，盡量在3次以下，以免中繼接力級數多引起過量噪聲以及信號延遲。

3．對于站場內存在隧道或障礙物多、彎道多、地形復雜造成較大盲區，或使用中繼方案不可靠，以及需要中繼的次數過多的車站，應選擇光纖直放站方案。

在滿足無線信號場強和穩定性要求的條件下，直放站遠端機應優先選用架設天線的方式，這樣可以減少漏纜數量以及桿路的架設，節約投資。

隧道內應選用漏纜方式進行覆蓋，安裝高度均為距軌面4.5～4.8 m;架設電纜時，應提拉承力的鋼絞線，避免直接提拉電纜;漏纜的彎曲半徑不小于2 m，嚴禁急劇彎曲;電纜的外護套應避免與銳利物接觸，避免與粗糙物摩擦;電纜接續時，各種低損耗射頻電纜除必要的預留外，應盡量減少長度，接續后，應纏上膠帶防水;漏纜外導體的開槽口應向下或面向鐵路側;漏纜及安裝件、支撐桿及拉線等均不得侵入鐵路行車限界;漏纜采用中間支架吊掛鋼絞線承力索方式，敷設在接觸網桿和輔助桿的路基外側，電纜承力索懸掛電纜后的最大允許垂度控制在0.15～0.2 m范圍內，漏纜通過接觸網桿及輔助桿時，與桿的間距不小于150 mm，根據地形可移動位置，但不得大于20 m，每隔30 m設一處防火卡。施工過程中應確保行車及人身安全，不損壞路基，不污染道床，挖溝、放纜回填要及時，路肩上敷設回填后應平整路基面，并注意環境的保護，防止水土流失。

直放站遠端機的電源也應使用可靠電源，并加裝UPS，為便于日常維護，直放站遠端機可設置在隧道內的設備間里。建設年代較早、無設備間的隧道可設置在隧道口，但需考慮防濕及防雷接地措施。

3 結論

在調車作業量大的車站，運輸壓力和安全壓力十分繁重，STP系統作為安全防護設備，充分體現了科技保安全的理念，其作用日益得到重視，建設速度也逐步加大。根據3種方案的優、缺點分析，在STP系統工程實施時，結合現場實際地形地貌、氣候條件，綜合考慮技術、造價、可靠性、施工難度、維護管理等因素，選擇最為適用的實施方案，充分發揮STP系統安全防護、監控功能，有效提高車站對調車作業安全的卡控能力，最大限度地防止安全事故的發生。

［1］ 無線調車機車信號和監控系統技術條件(暫行)．運基信號［2004］73號.