新一代信息技术在铁路机务系统中的应用

李 朋

1 智能交通系统是铁路机务的必然趋势

随着科学技术的发展，智能科学与技术成为了近些年科学与工程领域的研究热门，也是未来技术的发展主旋律。铁路机务系统是铁路中的重要组成部分，主要负责机车的运行和维护，可以说是核心组成。智能化在铁路机务系统中的应用，可以大幅提高机务人员的工作效率，甚至改变机务人员的工作方式，智能交通系统是铁路机务的必然趋势。

在2000年我国就成立了国家铁路智能运输系统工程技术研究中心，同时依据智能交通系统的研究成果，建立了铁路智能运输系统（RITS）的总体结构。铁路智能运输系统是基于多种新技术的新型铁路运输体系，综合了集成电子技术、计算机技术、现代通信技术、智能控制技术、智能系统技术、管理与决策控制技术等，通过整理归纳并利用与铁路运输有关的移动、空间、时间等资源，从而完成确保机车行驶安全、提升机车运行速度、改善铁路服务质量等目标。

实现智能化是铁路智能运输系统的核心，铁路智能运输系统可分为3个层次：初级铁路智能运输系统、中级铁路智能运输系统和高级铁路智能运输系统。在高级铁路智能运输系统的规划中，机车可以通过系统设定完成机车运行条件下面对复杂状况下的决策选择，比如实现机车自动驾驶和机车综合调度。

2 新一代信息技术在铁路机务中的应用实例

2.1 第五代移动通信技术在铁路机务中的应用

智能装备和智能运营都和铁路机务系统有直接关系。对于铁路运输的安全生产来说，机车的安全行驶十分依赖于其通信系统，这是由铁路运输特殊的运输方式决定的。铁路系统与海运、空运系统类似，司机和驾驶员不能随意改变行驶路线，同时必须与总台保持通信联系，由总台系统进行行驶路线的统一规划和调度。通信系统是支撑这种统一调度的基础，只有通信系统稳定高效的运行，才能让铁路运输的安全性得到保障。

第五代移动通信技术俗称5G，具有数据传输快、延迟率低、能源消耗率低、成本少的优点，应用前景非常广阔。在铁路系统中采用5G技术，可以进一步提升机车的通信功能和数据传输功能。成都机务段曾试用了基于5G的数据传输系统，2018年中国铁路西安局集团有限公司西安机务段试用了基于5G技术的系统方案，测试结果都非常优异，数据转储的速度得到了大幅提高。这些应用结果表明，将5G技术应用于铁路机务系统的数据传输，可以大大提升传输速率，与WLAN相比，传输速度提升了两个数量级以上，性能提升效果非常明显。

2.2 北斗卫星导航技术在铁路机务系统中的应用

北斗卫星导航是我国自行研制的全球卫星导航系统，可以在全球范围内提供精度高、可靠性高的定位、导航、时间服务。目前已经具有了大规模成熟应用的基础。北斗导航系统与轨道交通是不可分割的，实现北斗导航技术在铁路机车上的应用，是通信行业和铁路交通行业的共同目标。通过采用北斗导航系统，可以推进机车的智能技术突破，北斗导航系统在机车运行控制系统、机车定位、机车监测等方面都非常有应用潜力。

《国家铁路十三五规划》中也明确指出，必须要推进铁路系统的智能化现代化，加强信息化智能化建设，提升安全监控自动化水平，推进信息综合集成应用。还提出要积极推动北斗卫星导航、地理信息和大数据分析技术在防灾预警、应急救援等方面应用，并加快完善铁路行业云数据中心和灾备中心建设。

2.3 自动驾驶技术在铁路机务中的应用

铁路系统智能化的发展离不开自动驾驶技术，自动驾驶技术不仅是铁路系统，也是所有交通系统未来的发展趋势。列车运行控制系统是机车的“大脑”，可以依据线路的现有条件和实际情况，对机车的行驶速度和启动、制动情况进行调整。目前机车控制系统的运行非常依赖机务人员，而自动驾驶就是进一步提高机车控制系统的自主化程度。

通过采用智能装备，可以在机车上实现自动驾驶。举例而言，比如调车作业是铁路机务系统中的重要工作之一，同时也是安全事故多发的一项工作，目前调车作业的完成主要是依靠人力，在人力协调操作的过程中，任何一项出现疏忽，就可能导致安全事故。而如果在调车作业中采用自动驾驶和自动检测技术，可以有效的提高调车效率和安全性，减少甚至避免因操作不当或协调不当引发的事故。

3 机务系统中新一代通信技术的频段要求

2017年工信部专门针对5G技术的频段使用出台过相关政策，政策中明确指出5G技术的工作频段为3300至3 600MHz频段和4800至5 000MHz频段，其中3 300至3 400MHz频段是室内应用可选频段。在这些技术要求的基础上，3 400MHz频段是最适合于机车内部通信的频段。

5G技术虽然优势众多，但也并不是没有缺点。5G技术有频段高，基站范围小，成本高等缺点，为了克服这些缺点，需要在机车系统中综合采用Wi-Fi技术和5G技术，这就实现了双频段通信。双频段通信的基础是具有符合应用要求的天线，不同结构的通信天线性能也各有不同，目前使用较多的天线类型是微带缝隙天线和蝶形天线。如果能够依据双频段通信的特点，来设计更适合的专用天线结构，通信性能还能得到进一步的优化。

4 铁路系统中新一代通信技术的干扰来源

无线通信技术是通过电磁波信号的传播特性来进行信息传输的通信技术，因而电磁干扰是妨碍通信技术的一个主要因素。机车上的通信设备一旦受到电磁干扰，就会影响机务系统的通信效果，而机车的正常行驶对机务系统的通信功能是非常依赖的，及时有效的通信是铁路安全的基础之一。

通常来说，电磁干扰是不可避免的，但其影响是可显著降低的。首先在大自然中存在着不可消除的磁场干扰，就是地球自带的磁场，再者就是随着机车中电子设备越来越多，如果不能做好完善的电磁防护处理，就会出现电磁泄漏，也会对机车造成安全隐患。对于铁路信号来说，环境也是一个重要干扰因素。环境中的温度、湿度和风力等都会对铁路信号的发射和接收设备产生干扰。在新一代铁路通信系统的设计中，这些干扰因素都必须被充分考虑，才能构建出成熟可靠的通信系统。

5 新一代信息技术在铁路中的应用必将会迅速提升机务工作效率

新一代信息技术在快速的发展之中，许多技术正在从实验室向工程应用转化，一些新型技术也正在从小批量试用向大批量应用发展。以5G技术为例，2019年工业与信息部正式发放了5G商用牌照，这标志着中国已经开始进入5G商用阶段。

可以预见随着新一代的信息技术在铁路机务系统中获得越来越多的装机与应用，一定会为机务工作的方式和效率带来翻天覆地的变化。机务系统是机车系统的“火车头”，可以说决定了铁路运输的核心，通过技术手段的革新可以为铁路机务系统注入“新鲜的血液”，更加验证了“科学技术是第一生产力”。