双模货列尾机车电台现场试验数据分析与研究

俞 健

(通号通信信息集团上海有限公司，上海 200071)

1 概述

目前全路大部分货物列车尾部安全防护系统（简称“货列尾系统”），是通过机车综合无线通信设备（简称“CIR”）与尾部安全防护装置主机（简称“列尾主机”）进行通信，实现列车尾部风压查询、控制列尾主机辅助排风制动等功能。由于CIR与列尾主机之间目前采用450 MHz模拟通信制式，且与无线列调共享频点资源，在实际运用中，同频干扰严重，尤其在枢纽地区，数据通信的成功率不到40%，严重影响到货物列车的行车运营。随着中国铁路GSM-R数字移动通信网络覆盖里程的不断增加，2015年中国铁路总公司运输局提出了具有GSM-R、400 MHz数字双模通信方式货列尾系统的研发需求，并发布了相关技术规范。2017年1月，中国铁路总公司运输局组织召开了双模货列尾机车电台上道试用评审会，要求中国铁路济南局集团有限公司（简称“济南铁路局”）负责安排组织，2017年4月～2018年3月，在辛泰线（泰安—东方）、胶济线（东方—淄博）、张东线（淄博—东营）、张博线（淄博—博山）、京沪线（泰山—兖州）等区段进行为期1年的现场运用试验。

2 双模货列尾系统的组成

双模货列尾系统由双模列尾机车电台(包括主机和控制盒)、双模列尾主机、输号确认仪、在途监测系统、出入库检测台、列尾主机检测台等设备组成，如图1所示。

图1 双模货列尾系统组示意成图Fig.1 Schematic diagram of composition of freight train tail system with double modes

输号确认仪，用于给双模列尾主机输入机车号；出入库检测台，用于对双模列尾机车电台出入库进行检测；列尾主机检测台，用于对双模列尾主机进行检测；在途监测系统，用于对双模列尾机车电台的工作状态、与的双模列尾主机的通信状态进行监测。

货运列车发车前，工作人员通过输号确认仪向双模列尾主机输入机车号，列尾主机根据机车号解析到列尾机车电台的IP地址， 并向其发起连接请求信息，列尾机车电台向列尾主机申请连接，与其建立起一对一的连接关系。

当列车运行在GSM-R通信区段时，列尾机车电台通过GSM-R和400 MHz数字两个通道与列尾主机进行数据通信，实现列车尾部风压查询，控制列尾主机辅助排风制动等功能。当列车运行在450 MHz通信区段时，机车电台采用400 MHz数字方式与列尾主机进行点对点数据通信。

3 试验数据分析

按照试验计划，辛泰线（泰安—东风）、磁东线（东都—磁窑）、东莱线（东都—莱芜东）、胶济线（东风—淄博）区段覆盖有GSM-R网络；京沪线（泰山—兖州北）是450 MHz通信区段，选取的试验区段既有平原也有山区、隧道，试验环境比较全面。

通过对9台试验机车双模列尾机车电台提取的数据进行统计，试验期间共运行了835个车次，行程累计约73 000 km，出入库375台次。

试验期间，按计划共进行14次添乘，以添乘机车双模列尾机车电台提取的数据分析为例，风压查询的通信成功率统计如表1所示。

为验证不同地理环境对GSM-R和400 MHz数字通信的影响，2018年1月8日，选择添乘了35008次列车（HXD3C-08040），在莱芜东至东风之间隧道密集的区段，由添乘人员手动进行风压查询试验，数据统计如表2所示。

400MHz数字信道与GSM-R信道通信成功率对比，如图2所示。

通过以上数据分析，可得出以下结论。

表1 风压查询通信成功率统计Tab.1 Wind pressure query communication success rate statistics

表2 手动风压查询成功率统计Tab.2 Manual wind pressure query success rate statistics

图2 GSM-R与400 MHz数字通信成功率对比示意图Fig.2 Schematic diagram of comparison of communication success rates between GSM-R and 400MHz digital mode

1）8月23日前在莱芜东至兖州区段，由于GSM-R网络覆盖信号不稳定，影响了GSM-R信道数据通信的成功率， 后济南铁路局安排对该区段GSM-R网络进行优化，8月31日以后，莱芜东至兖州GSM-R数据通信比较稳定，通信成率基本达到100%。

2）400 MHz数字信道受地形影响比较到大，在莱芜东到兖州平原地带400 MHz通信成功率较高，在莱芜东与东风的山区、隧道区段400 MHz通信成功率会有明显下降，尤其在以下几种情况下，下降明显：

a.车头在隧道内，尾部在隧道外；

b.车头在隧道外，尾部在隧道内；

c.在有弯道的区段，车头、尾部之间有山体阻隔。

3）GSM-R通信也会受到地理环境影响，但GSM-R信道的通信成功率明显好于400 MHz信道，且通信比较稳定。

4 风压数据和GSM-R场强数据的分析研究

双模列尾机车电台日志中，除记录了与列尾主机的数据通信信息，还记录了机车电台检测到的GSM-R网络场强、接收到的尾部风压等等信息。通过对日志中采集的风压信息进行分析研究，根据风压的变化规律，可以推断出列尾主机气路部分的状态。如图3所示，风压在350～500 kPa之间变化，属于正常工作状态。如果运行途中列尾风压数值出现随机性跃变，推断出风压传感器可能出现异常，需进行检测更换。

图3 列尾风压值统计示意图Fig.3 Schematic diagram of train tail wind pressure value statistics

GSM-R网络区段的场强质量是否能满足业务运用要求，同样可以通过大量的数据分析来推断，如图4所示。针对场强分布较弱的区段，可通过网络优化来改善GSM-R网络信号的质量。

图4 GSM-R网络场强数据分布示意图Fig.4 Schematic diagram of GSM-R network field intensity data distribution

5 结束语

通过对双模列尾机车电台现场运用试验数据的分析研究可知，采用双模通信方式，可以有效增强货列尾系统数据通信的可靠性，提前预判设备可能存在的不稳定因素，避免出现故障对行车运营的影响，推动设备维护方式从“故障修”到“状态修”的转变。