鐵路通信工程技術

楊盛林

中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司濟南分公司 山東 濟南 250000

引言

通信技術在鐵路運輸行業的在國內外經歷了長久的發展，國內鐵路通信技術建設較為完善，發揮了重要作用，具有現實意義。經過長久的發展和建設，我國鐵路通信網絡的搭建伴隨鐵路軌道鋪設的步伐一同向前。新時代的鐵路運輸行業要求綜合性、標準化、效益高的鐵路通信技術，服務于不可阻擋的城市化、現代化社會發展潮流。

1 鐵路通信技術

19世紀以來，蒸汽火車鐵路的建成昭示了鐵路的發展前景。隨后，各個地區鐵路的興建使得各自獨立的車站需要取得相互之間的交流。這時，鐵路及其中的車站開啟了以發送電報獲得信息的先河，伴隨幾個世紀的發展變化，當前通信技術不斷成熟，采取了包括但不限于無線電、衛星甚至光纖通信等技術，鐵路運輸行業也加快了容納現代化通信技術的步伐[1]。在中國，鐵路通信始于 20 世紀初，當時以派發原始簡陋的行車憑證為信息傳遞的主要方式，包含路票、路簽等形式，以及通過相鄰車站之間撥打閉塞電話的形式交流行車事項，屬于鐵路局內部建立的通信系統，因而具有部分局限性。以后，隨著鐵路管理機構設置的清晰和電子信息技術水平的提升，各種新式材料、手段、設備更新迭代，使得通信技術在鐵路運輸行業接連邁入新的發展階段。鐵路通信技術主要是指在鐵路運輸上使用通訊方式。鐵路誕生以來，通信技術由通話調度技術發展到報文傳送技術、接著發展到了目前現代化的通信技術，能夠在很大程度上確保鐵路運轉的安全性和平穩性。鐵路系統中的通信技術包括了傳輸和監控鐵路系統各環節，將在線獲取的信息數據傳輸給指揮中心，經過人與機器的對話進行分析、管控信息與數據，進而編制對應的處理對策[2]。運用鐵路通信技術包括了自動調控行車調度、控制行車的平穩性和安全性、檢測設備的具體情況、出現故障報警以及實時監控道路狀況等方面的內容。

2 鐵路通信技術特征

鐵路通信技術是通信技術在鐵路運輸業的切實應用，既有通信技術本身的功用體現，也要求技術服務于鐵路運輸，并滿足鐵路這一特殊的交通運輸形式。作為綜合性的鐵路通信技術，具有服務運輸業、融合多種通信技術、組網建設復雜嚴謹等特征[3]。①有線和無線共用?；阼F路運輸的復雜性，鐵路通信技術需要同時采取有線通信和無線通信技術，來保證鐵路運輸工作整體的可控性。其中有線通信包括基礎的電話、電報通信，依賴于實質性的傳輸設施，在鐵路運輸行業中，強調鐵路站點和車場當中電線桿的架設和維護。另外是無線通信技術的支持，也就是以電磁波發射和無線接收器對聲音、文字和圖像進行發送和接收達到通信目的。②通信網絡復雜分散。鐵路通信需要實際的電線、電路、終端分布在鐵路沿線和各個路段的站點，針對我國幅員遼闊的實際情況，鐵路通信網的基礎設施建設難度較大。為了滿足鐵路運輸的實際運行功能，各大小車站均需安裝和配備內外聯通的通信系統，以及為了應對鐵路運輸中可能出現的緊急情況，在長距離地段的無人煙和信號差地區也要安裝通信設備，滿足整體鐵路通信網絡的建設。③以服務運輸為主。鐵路運輸的主體是各種運行在軌道上的列車，因此，控制變軌和調度列車成為最重要的工作內容。當前鐵路運輸作為我國交通網絡中的重要一環，對全國交通運輸的順暢與否產生巨大影響。對鐵路通信來說，任何阻礙和影響行車效率和安全的因素都將由通信技術實現調控，從而確定運輸工作無誤或損失最小化。

3 通信技術在鐵路運輸行業中的作用

3.1 確保鐵路列車運營的安全性

保證列車運營的安全性是全面構建鐵路通信網絡的重要落實目標，全面構建鐵路通信體系的總體落實目標是確保鐵路交通的安全性，要有效維護乘客的生命安全。為了實現鐵路通信體系建設的宗旨，鐵路通信部門需要進一步健全和延伸鐵路通信體系，依靠完善和廣泛的鐵路通信網絡來聯系各路段，保證鐵路部門工作者可以準確掌握列車的運營情況，第一時間處理運營期間產生的異常問題。

3.2 提高鐵路運輸業的工作效率

鐵路運輸業的正常運行脫離不了鐵路管理工作。鐵路行業涵蓋了包括列車、軌道、電務、運輸、乘務、乘客等各種類型的設備和人員，屬于極其復雜的多環節作業，從人員和設備的分布、調配到實際工作，需要實行一整套嚴格的管理措施。又由于鐵路工作涉及各個不同路段的車站及人員甚至是不同種類列車的分類，所以，鐵路通信的滿足對管理鐵路運輸業必不可缺。而鐵路在全天24個小時內的運作不停歇，需要不同列車、人員、設備的輪換，更高地要求了鐵路通信的水平。此外，鐵路行業的各種硬件設施成本高，一旦發生不可逆轉的損失，在經濟效益甚至社會效益上都將造成無法估量的影響。所以，鐵路運輸在時間、地點、人員方面涉及的范圍廣大，為提高鐵路運輸業的整體效率，鐵路通信作用不可小覷。

3.3 健全了鐵路管控信息體系的建設

運送信息管控體系在鐵路的運行過程中可以發揮重要的作用，具備大規模、結構復雜個性能綜合等特征，對制票、車站管控、集裝箱管控和生產管控等等工作有較強的指導性[4]。鐵路運送管控信息體系是否可以正常運作能夠直接決定鐵路單位的整體執行力度是否強，其與鐵路傳輸的生產過程緊密相關，在各個環節中都得到了普及運營，主要體現在制票體系、車站管控、列車信息以及鐵路運送的營銷和生產、集裝箱管控、追蹤體系和調度信息的管控等方面的內容上。鐵路專用通信網絡在現實的運用中要持續健全與改進，為鐵路部門的信息化建設創造良好的前提條件。

3.4 建立全國互聯的鐵路網絡

鐵路運輸的建設需要通信系統為其服務。從僅僅滿足于鐵路運輸內部列車運行和人員管理的需要，到現今鐵路網絡納入全國交通運輸網，鐵路通信的作用在不斷擴大，在國家基礎設施建設和發展中具有舉重若輕的地位。鐵路信息網分為骨干傳輸網和業務網，前者容量大、性能穩定，是覆蓋面較廣的主要網絡通道，為公共通信網絡服務，后者則是前者的細分和延伸。為此，建設中央可控的調度平臺，囊括各類業務在內的數字化通信網絡，是鐵路通信業務發展的一大進步。同時，當前鐵路通信技術不斷創新，已經設計了包含專門網絡和應急網絡在內的系統，最大程度上使鐵路運輸的各類事項能夠及時互通，提高鐵路運輸業和全國交通網絡的接洽水平，更好帶動國內鐵路信息化、智能化發展[5]。

4 提高鐵路通信網絡在信息化鐵路建設中的對策

4.1 改進網絡的相關結構

依據鐵路信息化建設的要求，為了實現鐵路通訊的通用性要求，并提高信息容量和傳輸數據的速度。要基于有線通信網絡、無線網絡和集群通信網絡，使用先進的網絡技術，比如IP技術構建全國范圍的通信網絡，使用信息一體化的相關技術，實施調控室和指揮中心的信息共享。由于當前無線通信技術的局限能夠使用具有遠程監控功能的光纖直放技術，這種技術是將之前的模擬信息變為數字信訊，接著進行光傳輸，因為數字信訊的穩定性與傳送信訊的“零衰減”所以能夠提升通信的可靠性，并且又具備節能模式，能夠減少運行成本，所以可以當成是鐵路通信技術進一步發展的選擇。

4.2 鐵路融合應急通信技術

隨著高鐵建設，鐵路陸續建設了基于鐵路專網的應急通信系統，主要采用光纜方式接入鐵路專網。然而在應急處置時，由于現場通信車間少，班組布點稀、跨度大，應急響應慢；現場設備種類多、笨重，運送和現場作業相對困難；而且普速鐵路由于區間無GSM-R基站機房，布設應急光纜耗時長，現場環境多樣，個別地段作業面小，光纜布設困難，搶險中也易受到損壞，造成通信中斷，難以提供一流的通信保障條件；另外，海事衛星、GSM-R手機等手段也僅能用于話音通信，無法實現動態圖像傳送。隨著公網4G通信和衛星技術廣泛應用，鐵路不斷探索新的應急通信手段。部分鐵路局結合現場作業管控和應急處置“平戰應用”需要，陸續配備了基于公網4G的現場音視頻終端，開發了專用App，平時用于現場作業監控，處置突發事件時采集上傳現場圖像[6]。西部山區鐵路公網信號覆蓋普遍不良，部分鐵路局還配備了國產寬帶衛星通信設備，可以利用衛星解決現場圖像上傳問題。為進一步規范鐵路應急通信系統建設，可以采用IMS（IP多媒體子系統）技術構建基于公網的應急通信系統，現有基于專網的應急通信系統將來可以根據公網應急通信系統技術要求進行升級改造，實現系統平臺統一制式、現場應急設備統一標準，只是承載的網絡不同，可以按照網絡安全相關要求做好系統安全隔離，建設公專網融合應用的應急通信系統。通過采用統一采購，共享4G/5G、寬帶衛星流量池的方式，降低日常使用成本，將來基于5G-R的音視頻終端也可以納入該融合應急通信系統。

4.3 與公共網絡系統融合在一起

當前的鐵路通信網絡一般是單獨存在的，這樣不僅會浪費大量的資源，而且不能提供鐵路通訊的速度。但是如果鐵路通信網絡與公共網絡系統融合在一起，對鐵路通信而言是革命性的變化。因此，鐵路通信網絡與公共信息網絡系統的結合會是將來的一種發展趨勢。現階段的鐵路通訊在之前的無線技術與集群技術都有局限性，不足以與公共網絡高效地融合，因此必須要研發出新的通信技術來實現目標。

4.4 鐵路通信網智能運維技術

既有鐵路通信網運維存在“系統封閉”“數據煙囪”和“信息孤島”等問題，數據無法高效復用，大數據分析及運用的廣度和挖掘的深度存在不足；傳統運維模式以專業網管系統為主要支撐，運維支撐系統相互獨立、應用功能分散，核心應用功能存在交叉重疊，協同能力、應用復用效率較低。隨著高速鐵路快速發展和智能鐵路業務的引入，鐵路通信網絡變得更加復雜，網絡規模和終端連接數目急劇增加，新技術和新設備大量應用，面向業務的服務質量要求越來越高，給鐵路通信網運維帶來極大挑戰。智能運維則是將人工智能和運維領域結合，增加一個基于機器學習的“大腦”，通過不斷學習、提煉和總結規則，從而發現和解決傳統運維無法解決的問題，同時提高系統的預判能力和穩定性，降低運維成本。智能運維主張不依賴于人為指定規則，由機器學習算法自動地從海量運維數據中不斷地總結規則，提煉為知識，并注入人的獨特經驗，不斷擴充完善知識圖譜，迭代優化AI（人工智能）模型，以此不斷推動機器學習能力，形成機器自決策、自執行的閉環。未來隨著鐵路通信網絡的不斷演進，以及AI、云/邊緣計算等前沿ICT（信息與通信技術）更加成熟，并且與網絡運維進行深度融合，態勢感知、人機協同、數字孿生等智能運維解決方案，將使通信網運維走向智能化時代。

5 結束語

鐵路通信網絡最核心的實踐性能就是保證鐵路信信傳送的便捷性和精準性，科學節省信息化鐵路的建設經費資源，確保鐵路列車運營的安全性。近幾年以來，鐵路體系的全面信息化建設工作已經得到普及推廣，表現了信息化鐵路建設全階段中鐵路通信網絡的重要意義。在實際落實期間，鐵路通信部門要不斷健全鐵路通信網絡，擴展鐵路通信網絡的覆蓋范圍，提高處置列車運用緊急故障的技術能力。