STP系统无线弱场解决方案

何 凯

*南昌铁路勘测设计院有限责任公司 工程师，330002 南昌

无线调车机车信号和监控系统 (STP)是保证站内调车作业安全的有效设备。它通过对联锁站场内调车机车及其连挂车辆的准确位置实时跟踪，对调车机车车列实施准确的安全距离和速度控制，有效地防止了调车作业过程中的挤岔、脱轨、冲撞等安全事故的发生。然而，在某些山区铁路车站装备该系统时，由于隧道、高山、小半径弯道等困难地形的存在，常常使得弱场区段无线信号覆盖不稳定，甚至出现大量信号盲区，这将严重影响STP系统功能的发挥，车站调车作业安全得不到技术上的保障。

1 解决方案分析及比较

1.1 加高地面天线

直接增加地面天线的高度，可使无线电波更好的避开障碍物，并提高无线电波遇到障碍物时的衍射效果，从而扩大无线信号的覆盖范围。此方案仅需将天线加高，馈线适当延长，施工简便。不足之处在于需在信号机械室附近寻找架设天线的位置，或自行新建天线铁塔，这样造价将提高。若天线架设在信号楼顶，需核算信号楼顶荷载是否能满足要求。另外，馈线的延长会使信号衰减加大，因此延长的长度非常有限，特别对某些开山铺设的线路，以及站场在隧道中的情况无法解决。

1.2 增设无线中继器

在无线信号可靠覆盖的区域内，选择一个合适位置，设置一台Ⅰ型中继器，负责接收由STP系统地面天线发来的信号。该信号经放大器放大后(必要时加入滤波)，再通过天线发射给下一个Ⅰ型中继器，或者向被山体或其他大型障碍物遮挡的弱场区 (或盲区)发射。中继器的上行天线用于接力，下行天线既用于接力同时也实现无线信号的覆盖。无线中继方案示意图见图1。

图1 无线中继方案示意图

工程设计时应特别注意3个问题:一是保证各Ⅰ型中继器启动;二是除保证Ⅰ型中继器本机不自激外，还应保证中继器系统不自激;三是注意由中继器的接力级数引起的噪声强度和干扰累计。

此方案原理上比较简单，设备易于采购，造价相对较低，但由于中继电台对信号会产生一定的延迟，根据《无线调车机车信号和监控系统技术条件(暂行)》(运基信号［2004］73号)，系统响应时间≤2s，因此本方案不适用于存在较多小半径弯道、需要中继多次的山区铁路车站。另外，通过无线方式中继，信号质量受环境、气候变化的影响较大，稳定性、可靠性不如光缆。

1.3 采用光纤直放站

在车站的弱场区段及信号盲区采用光纤直放站+漏泄同轴电缆 (或天线)的方式进行覆盖。在信号机房内设置光纤直放站近端机，STP系统馈线上加装耦合器后，连接至直放站近端机。在弱场区段，选择合适位置设置光纤直放站远端机，根据现场实际地形条件，选择使用漏缆或定向天线。由于各站STP系统目前尚未联网，无线数传电台的频点也是惟一固定的，因此，采用同频光纤直放站即可满足要求，也不需要安装网管及网管接入设备，光纤直放站方案示意图见图2。

图2 光纤直放站方案

在工程设计中需要考虑漏缆的2个射频电气特性指标，即传输损耗Lt和耦合损耗Lc。通过计算这2个指标，可预测无线信号覆盖质量。计算公式为:

其中，Lt0为单位距离的传输损耗指标，l为漏缆的长度。

其中，Lc0为距离漏缆1.5 m远处的耦合损耗指标;d为距漏缆的距离;N为系数 (10～20)，对于无线信号在隧道内传输时N取10，路堑处N取15，开阔地带N取20。

此方案信号衰耗小，延迟时间短，可靠性高，且光纤直放站在铁路通信部门早已大量使用，技术上已经十分成熟。不足之处是需要敷设光缆、电力电缆及架设漏缆，与前2种方案相比工程量最大，工程造价也最高，施工过程中有损坏路基、污染道床的可能，营业线施工中还必须要采取确保行车和人身安全的措施。

2 方案的选用及施工注意事项

1．对于站场条件相对较好，仅由于某些小型障碍物的影响，造成少数区域场强较弱，无线信号不稳定的车站，应选择加高地面天线方案。实施时，尽量利用现场既有通信铁塔或信号楼附近的其他建筑物。当现场确无条件利用时，再考虑新建天线铁塔。为确保设备和人身安全，应注意天线必须有防直击雷和感应雷的措施，还要注意馈线的长度不可过长。

2．对于站场中存在高大障碍物，造成少数无线信号盲区的车站，应选择无线中继方案。确定中继器的合理位置非常关键，如果中继器工作不正常，将直接影响后续设备的正常工作，影响无线信号的覆盖。在选择中继器的设置位置时应注意:一是“原始信号”能可靠的接收，二是弱场区(或盲区)能被完全覆盖。满足上述2点要求就可以通过理论计算与现场实际测试相结合的办法确定。同时还应综合考虑STP系统电台、中继器天线高度，中继器的端口输入电平一般在30～35 dBμV为宜。另外，由于中继器需要可靠电源供电，在满足原则的前提下，中继器可尽量向信号楼(或由可靠电源的地区)靠近，以减少敷设电力电缆的工程量。实施时还应注意中继设备的电源应为可靠电源，选择UPS作为后备电源，可确保设备工作的稳定性，中继天线、铁塔应考虑防雷接地措施。应特别注意，无线中继方案的中继次数不可过多，尽量在3次以下，以免中继接力级数多引起过量噪声以及信号延迟。

3．对于站场内存在隧道或障碍物多、弯道多、地形复杂造成较大盲区，或使用中继方案不可靠，以及需要中继的次数过多的车站，应选择光纤直放站方案。

在满足无线信号场强和稳定性要求的条件下，直放站远端机应优先选用架设天线的方式，这样可以减少漏缆数量以及杆路的架设，节约投资。

隧道内应选用漏缆方式进行覆盖，安装高度均为距轨面4.5～4.8 m;架设电缆时，应提拉承力的钢绞线，避免直接提拉电缆;漏缆的弯曲半径不小于2 m，严禁急剧弯曲;电缆的外护套应避免与锐利物接触，避免与粗糙物摩擦;电缆接续时，各种低损耗射频电缆除必要的预留外，应尽量减少长度，接续后，应缠上胶带防水;漏缆外导体的开槽口应向下或面向铁路侧;漏缆及安装件、支撑杆及拉线等均不得侵入铁路行车限界;漏缆采用中间支架吊挂钢绞线承力索方式，敷设在接触网杆和辅助杆的路基外侧，电缆承力索悬挂电缆后的最大允许垂度控制在0.15～0.2 m范围内，漏缆通过接触网杆及辅助杆时，与杆的间距不小于150 mm，根据地形可移动位置，但不得大于20 m，每隔30 m设一处防火卡。施工过程中应确保行车及人身安全，不损坏路基，不污染道床，挖沟、放缆回填要及时，路肩上敷设回填后应平整路基面，并注意环境的保护，防止水土流失。

直放站远端机的电源也应使用可靠电源，并加装UPS，为便于日常维护，直放站远端机可设置在隧道内的设备间里。建设年代较早、无设备间的隧道可设置在隧道口，但需考虑防湿及防雷接地措施。

3 结论

在调车作业量大的车站，运输压力和安全压力十分繁重，STP系统作为安全防护设备，充分体现了科技保安全的理念，其作用日益得到重视，建设速度也逐步加大。根据3种方案的优、缺点分析，在STP系统工程实施时，结合现场实际地形地貌、气候条件，综合考虑技术、造价、可靠性、施工难度、维护管理等因素，选择最为适用的实施方案，充分发挥STP系统安全防护、监控功能，有效提高车站对调车作业安全的卡控能力，最大限度地防止安全事故的发生。

［1］ 无线调车机车信号和监控系统技术条件(暂行)．运基信号［2004］73号.