列尾信息传送系统方案研究

陈宏达

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）

近年来，彝赣线、陇海线等多次铁路事故中的列尾信息传送失灵对列尾信息传送系统的设计和实现方法提出了新的要求，2009年郴州6.29铁路客车事故再次将列尾装置及列尾信息传送推上风口浪尖。

按照目前的管理模式，列尾装置主机的摘挂、保管和组织维修等工作由行车部门负责，列尾控制盒及列尾装置主机内无线电台的检修由电务段负责，而列尾信息传送系统的建设经常被忽视，给行车安全带来隐患。下面结合新恩陶铁路工程，介绍列尾信息传送系统的设计和实现方法。

1 工程实例

新街至恩格阿娄至陶利庙铁路位于内蒙古自治区中西部，线路全长约178 km。电力牵引方式，牵引质量10 000 t。全线设置GSM-R数字移动通信系统。所有列车均设置列尾装置及附属设备，列尾装置具有标识列车尾部标志、风压检查、辅助排风制动、电池欠压和主管风压不正常自动报警等功能。

2 现有方案

目前，铁路上应用的列尾信息传送系统主流制式包括450（或800）MHz方式、400 kHz+450（或800）MHz方式、GSM-R方式，下面就上述解决制式作一些探讨。

1）制式一：450（或800）MHz

此方式能够满足新恩陶铁路列尾信息传送需求,但是存在信道呼叫建立时间较长、传输效果受区间弱场影响等诸多问题，尤其是在转弯隧道内，传输效果难以满足要求。

为弥补区间弱场，需采用中继方式，目前的中继方式分为地面中继和车上中继两种，新恩陶铁路无线通信系统采用GSM-R数字移动通信系统,若列尾信息传送系统采用450（或800）MHz方式则无地面中继设备可以利用，仅能采用车上中继方式解决，这就需增加车上中继设备费用。

2）制式二: 400 kHz+450（或800）MHz

由于新恩陶铁路为电气化铁路，全线架设接触网，为采用此方式组建列尾信息传送系统提供了条件，同时，此方式也能够满足新恩陶铁路列尾信息传送需求，且无需中继设备。400 kHz信道在区间弱场区段效果较好，450（或800）MHz信道在编组站场和平原区段效果较好，双信道互补，但是在投资上需增加400 kHz信道机的费用。

3）制式三: GSM-R

由于新恩陶铁路无线通信系统采用GSM-R数字移动通信系统,为采用此方式组建列尾信息传送系统提供了网络基础，同时，此方式也能够满足新恩陶铁路列尾信息传送需求。

目前GSM-R数字移动通信系统的数据传送方式包括电路交换数据(CSD)、短信息(SMS)、通用分组无线业务（GPRS）3种。

3 方案选择

鉴于新恩陶铁路电力牵引万吨，全线设置GSM-R数字移动通信系统的情况，我们首选GSM-R方式传送列尾信息。

列尾信息传送在GSM-R系统中，采用电路交换数据、短信息、通用分组无线业务（GPRS）都可以实现。

CSD方式有按需建立信道和一直在线两种方式。按需建立信道方式信道建立时间和信息传送延时均较长；一直在线方式占用系统信道资源，两者都不是最好的解决办法。

SMS方式采用的是短信息中心存储转发方式，传输延时长，并且传输延时还取决于中心设备的处理能力，一旦中心设备信息拥堵，后果不堪设想，因此此方式不可取。

GPRS方式建立时间和信息传送延时之和较短，且可对无线资源实行按需分配，无疑是一个较好的解决方法。

综上所述，列尾信息传送系统采用GSM-R数字移动通信系统GPRS方式，由地面部分的GSM-R网络和车载部分的机车综合无线通信设备（CIR）、列尾主机（EOT）等组成。

当然采用GSM-R数字移动通信系统GPRS方式还存在一些问题，如：由于GSM-R网络弱场,造成CIR、EOT脱网，不易被及时察觉；由于GPRS方式延时导致排风操作时间过长；列车在不同区段套跑困难等，这些问题还需要我们根据实际情况进一步解决。

4 方案创新

这里提供一种新的解决思路供大家参考：ZigBee技术。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术,可工作在2.4 GHz（全球流行）、868 MHz（欧洲流行）和915 MHz（美国流行）3个频段上,分别具有最高250 kbit/s、20 kbit/s和40 kbit/s的传输速率。目前，ZigBee技术被广泛的应用于工业、汽车制造业、精确农业、家庭自动化和医疗等领域。

在列尾信息传送系统中采用Zigbee技术，开发相关设备，在一列车的每节车箱中都安装中继设备，有以下几点好处。

1）ZigBee技术具有维护简单的特点。

2）ZigBee技术具有低功耗的特点，每节车箱中继设备耗电仅10 mW左右，可以采用电池供电（两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间），解决车上中继设备供电难的问题。

3）采用ZigBee技术组网灵活，在每节车箱安装中继设备，列车可任意编组。

4）采用ZigBee技术在每节车箱安装中继设备，可取消传统中继设备的摘挂作业，减轻作业人员劳动强度。

5）ZigBee技术成本低，可实施性强。

根据实验数据，再来看一下ZigBee技术特性是否适合上述思路。

从上述流程中可以看出，渣锁斗阀关闭时起到隔离上下游高、低压系统的作用，而开启时则串联了上下游等压系统。XV-0218和XV-0219设置在冲洗水罐与渣锁斗之间的管线上，定时依次开启冲洗渣锁斗，防止渣锁斗堵塞。

1）场强覆盖

弯道隧道情况：传输距离70 m时，丢包率约1.4%；传输距离100 m时，丢包率1.5%。

直线隧道情况：传输距离500 m时，丢包率0%。

2）时延

通信时延和从休眠状态激活的时延均极短,典型的搜索设备时延约30 ms。因此，假设一列车有50节车箱，按每节车箱都装置中继设备，总延时不大于2 s。

3）工作频段

工作在2.4 GHz(全球流行),最高传输速率250 kbit/s,传输距离约75～500 m。

4）动态路由

ZigBee技术在网络中的数据传输路径并不是预先设定的，而是在传输数据前，通过对网络实时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系及远近，然后从中选择一条最佳路径进行数据传输。而在我们的网络管理软件中，路径选择使用的是“梯度法”，即先选择最近路径进行传输，如不畅，再选择次最近路径进行传输，以此类推，直到数据送达目的地为止。在实际工业现场，预先确定的传输路径随时都可能发生变化，或因各种原因路径被中断，或因网络过于繁忙不能进行及时传送，动态路由结合风头拓扑结构，可以有效解决上述问题，保证数据可靠传输。

同时，在ZigBee技术的相关设备开发也具有可行性。机车设备可以和450 MHz列尾机车设备整合，或将两者通过电缆连接；列尾设备可以和450 MHz列尾设备整合，或将两者通过电缆连接。

当然，上述方案仅提供一种思路，具体实施还需要进一步研究。

5 结束语

随着GSM-R移动通信系统技术的不断完善，采用GPRS方式组建列尾信息传送系统是一种必然趋势，且优点突出，值得我们深入探讨。

同时，将ZigBee技术引入铁路现有列尾信息传送系统中，解决现有制式存在的问题也具有可行性，值得采纳并推广。

[1] 王军亮．大秦线GSM-R列尾装置实验[C]//中国铁道学会．GSM-R移动通信及无线电管理学术会议论文集，2006：210-214.

[2] 程允才．GSM-R列尾风压数据传输的几种方式[J].广西铁道,2005(1):28-29.