铁路信号系统中无线通信技术的应用

张俊楠 张佳敏

摘 要：在铁路通行系统中，铁路信号信息对于保障铁路畅通，安全、高效运行发挥着至关重要的作用。在摒弃传统的机械线路连锁、继电器连锁检测模式后，如今主流的铁路信号检测系统将容错技术与电子信息互联网络技术统一融合，逐渐演变成网络端口加持下的远程通信技术系统，并在铁路系统中充当起愈发重要的角色。而且，其应用的领域与范围也愈发广泛。文章围绕远程无线通信技术展开讨论，分析了其在铁路系统中的使用情况，以为相关部门提供启发与参考。

关键词：铁路信号系统;无线通信

中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.019

1 无线通信技术的主要特点

据调查得知，现今铁路系统中使用较多的无线通信技术主要有蓝牙、无线宽带、Zig—Bee以及移动NFC等，而以上无线技术的使用前提是设备距离较小。若使用距离较远，就需要无线通信技术发挥其作用，减少其他设备的使用，继而减少铁路信号系统的成本开支。从根本上讲，铁路信号系统的运行，发挥着指挥列车运行的作用，且由于全球定位系统（GPS）及铁路位置、时速等信息的电子标识接收设备的运用，在站台收到设备信号，就能立即将信息传输到主计算机将实时情况呈现给地铁相关监管人员[1]。

无线通信技术具有诸多值得关注的优势。首先，无线技术能在短时间内更稳定高效地控制监管铁路列车的运行，在节省不必要的人力物力资源的同时，大大降低传统模式的电力损耗。其次，在相比更为重要的铁路路段，铁路系统需要结合实际运行情况维护调节列车，如果借助计算机远程控制网络进行辅导维护，能够更有效地提高铁路系统运行的安全性与维护监管效率。再次，无线通信技术的应用，可以大大减少不必要的设备使用，比如常见的地面信号检测设备。由此可以得出，无线技术的使用，在大大提高监测质量的同时，还可以避免多余资源的使用和浪费，进而减少不必要的维护、养护、检修力量。此外，无线通信技术拥有极其强大的适应能力，可以使得铁路列车的运行效率与性能得到实质性改善与提升。对于出现的一些问题，也可以在运行情况下远程开展调节工作。

与此同时，远程通信技术也存在一定的问题，如技术所需的部分设备配置费用较高、电路数据的传输速率与列车运行的时速不相匹配等。因此，在信息技术不断革新进化的今天，这些问题需要得到行之有效的解决措施。

2 无线通信技术的使用要求

2.1 通信技术系统结构

铁路信号系统中，远程控制技术在维持系统安全与列车安全运行上起着重要作用。相比传统的继电器连锁设备，计算机网络下的远程操作技术的全面性能更为良好。在几十年的发展期间，车站连锁系统从继电器连锁设备逐渐向计算机网络远程操作技术演化。而就实质上讲，远程操控通信系统的开发，是为了满足铁路线路安全、排除故障信号的连锁运行程序网的要求，可以将运算程序系统分为监控系统、控制设备系统与关联系统三大类[2]。

其中，相关系统操作主要是通过集中调度，连锁机械，模拟屏幕并调取监控进行实地勘测等。监控系统主要是指，根据计算机远程终端系统对调度列车信号与站台状态情况进行监管与控制的设备。控制设备运行，主要是由控制电源屏幕无线通信、I/O通信等技术支持。

2.2 通信设计

2.2.1 控制设备与无线通信技术的结合

控制设备主要是管控运行场地的I/O设施，常规上通常将多路布置在铁路运行环境，再将模块进行输入输出操作，在工程现场安置I/O技术模块。所有在运行环境中的小基站，都可以与主电缆连接，以便信号能更好地传输到控制室的监控设备，进而更高效地开展工作。

2.2.2 控制系统的运行

监控基站的主要作用是传递列车运行的相关数据信息，利用连锁设备之间的对接窗口与监控数据基站相串联，以实施信息间实时传递的措施。因此，PLC技术与连锁系统之间的传输协议需要使用CCM协议。为屏蔽外界信息与错误信号的干扰，使得数据真实有效，通常会使用PLC信息作为使用数据，以向连锁运行的程序传输。同时，由于每次传输通信过程中，联锁系统都会对PLC的运行进行常规检查维护，因此，寄存器必须通过连锁设备位置的PLC进行位置返回操作。再检查过程中，如果PLC系统发现联锁设备的位置不正确，便可以认为联锁设备已经无法正常工作[3]。由此，PLC会立即向总工作站发出警告信息，相关人员或系统便会展开维修、检修工作。

2.3 关联系统信息传输

关联系统的运行，主要是通过互联网端口展开的信息传输，常规上利用RS—485和RS—232端口进行信息传输往来。而局域网络中的信息传输操作可以使用Socket端口实时对接，使得局域网络中的电子计算机可以根据实时拨号、联机信息传输及连接到局域网，对外进行信息传输。

3 无线通信技术在铁路信号系统中的应用

3.1 中继器中的无线通信技术

在铁路系统的正常运行模式下，每一条铁路都需要配设信息传输基站，而执行这种操作的难度则很高。为建设全方位通信基站，会大大增加铁路部门的成本预算、人力物力流失及技术核心的分配比例等。这种配置会使得无线通信技术发展与配备的意义和价值不复存在。在中继器中应用建设无线通信技术，可以在铁路系统的基站中借由中继器传输并接收电子信号，获得列车、线路及基站环境等实时信息，并展开管理工作。

3.2 无线通信技术在集中调度中的应用

调度相关从业人员可以在集中调度系统中依据列车站台的实时监控录像获取实时情况，对车站法线占用情况、区域闭塞等不良情况及时给予重视并提出举措，进而根据收集到的信息进行处理工作。

在集中调度程序中结合无线通信技術，能根据控制系统，更为高效快捷地了解到铁路的实时信息参数，以列车的铁路沿线信号情况作为指标，向列车传输相关的管控信息，进而保证列车的安全运行。

3.3 增加铁路道口的列车通过率

铁路信号传输系统中，无线技术的合理展开，能够切实有效地操控主控中心，依据时间间隔调查铁路道口的列车通过比例，高效快捷地分析已知信息，并反馈给接近铁路道口的其他列车。在开展数据传输的过程中，主控中心可以同步进行列车位置信息定位、列车时速实时监控等措施，控制基站也能根据模拟系统确定列车距离交叉道口的时间，并因此结合实际情况计算允许的最大时速，从而提高列车经过道口及通过的安全性[4]。

3.4 无线技术在微型终端的应用

将无线通信技术与微机联锁有机结合并广泛运用，能够将当前路段的不良情况与信号设备接收的实时信息，及时传输到主控基站中心，根据铁路系统的单元接收终端向外下达进一步指令与程序，进而实现对道路问题的及时处理并及时与道路侧旁的数据接口实时连接。再根据无线信息传输系统，将信息处理基站与信息接收设备连接，并与现场的信息处理设备、电缆形成一个整体的信息处理传输网络，以便发挥出实时监测与控制维修等系统功能。

然而，分析现有铁路信号系统的发展情况可知，在微型设备连锁系统中，无线通信技术的发展与应用，对于铁路系统的运营成本来说是一个难题。在规模较大的铁路系统中，布设无线通信技术网络对于其他车站枢纽会产生一定的影响，如信息屏蔽、信号干扰、数据传输错误等，但也证明了无线通信技术在铁路信息系统中的发展空间仍非常大，这对相关部门开发、创新此应用技术提出了新的要求。

3.5 车辆无线通信技术

顾名思义，车辆无线通信技术被应用在行驶中的车辆上，可帮助此类车辆实现移动通信。在实际应用方面，车辆移动通信技术传输的信息具备即时性特征，而其信息传递类型则包含以下几种：

交通路况信息。利用车辆无线通信技术可实现对智能交通系统信息采集和调度结果的直接汇报。比如，以交通广播形式播报城市交通情况，告知所有行驶车辆的拥堵信息和路面情况等。现阶段，车辆无线通信技术的应用已经十分广泛，为提高交通调度的有效性提供了极大帮助。

车辆监控信息。借助车辆无线通信技术，可以实现对车辆运行情况的有效监控，而相关信息也大多被直接传送至驾驶员终端设备，可极大提高车辆管理和调度的效率。

驾驶信息。车辆无线通信技术能帮助驾驶员之间实现信息互通，为其深入了解不同区域的交通情况奠定基础，而且还可传递驾驶文明标语等信息，实现对交通管控的有效辅助。

车辆安全信息。此时，车辆无线通信技术主要被应用在车辆系统控制上，可以提供大量有关车辆安全的信息。比如，車速、车况和车位等信息，可以为车辆安全提供保障。

3.6 优化网络架构

无线通信技术在应用的过程中很容易受到网络架构的影响，进而降低信号传播的速度以及质量。对网络架构的优化主要是针对铁路信号系统的运营维护机制优化，相关工作人员可以直接通过网络端口的访问技术设置网络访问权限，提升其安全性。用户可以绑定网络架构中的IP地址，很好地保障网络安全。此外，用户在使用的过程中仅需要输入自己的账号和密码，就可以使用技术控制界面，通过相关的认证，保证网络的使用达到预想效果。

众所周知，网络的安全性对于无线通信技术的应用非常重要。为了大幅提高网络的安全性，工作人员可以通过提升技术等级，提高网络的安全系数，精准控制网络架构，实现局域网和互联网之间的有效连接，为用户提供更好的网络环境。

3.7 优化传统通信网络系统性

结合当前实际情况而言，相关部门要对传统的铁路传输网、接入网、通信交换网进行系统性的优化。除此以外，要与中长期铁路规划匹配，并根据铁路信息化规划和新业务的相关要求，在此基础上，要按照数字化、网络化、宽带化和综合化原则，促进铁路通信网的优化和建设。如果想最大限度地提高适应铁路信息化的能力，并推动新型通信业务在铁路的应用，工作人员可以为运输生产提供以下几点现代化信息通信手段。

第一，构建综合数据通信网。优化传统通信网络的核心内容就是建设一个以IP数据网为代表的信息化基础网络，只有这样，才能形成铁路的信息化网络平台。与此同时，相关部门还要尽可能扩大会议电视网，将会议终端延伸到基层维修车间。

第二，干线调度和区段调度的联网。相关部门要全面实现调度通信数字化以及业务的综合化，逐步推广大容量数字调度通信交换机和触摸屏调度台，提高调度通信的服务质量。

第三，对无线列调区间设备实施远程监控。为提高无线通信系统区间中继设施的可靠性，工作人员可以采用具有远程监控能力的光纤直放技术，研究区间中继设备，提供多业务的技术装备。

3.8 提高平交道口的通过率

通过在铁路信号系统中应用无线通信技术，工作人员可以根据时间间隔查询铁道口的运行情况，在查询完毕后就可以将获得的信息及时向接近道口的列车反馈，这样一来，火车就能根据实际情况减速或者提速。

工作人员在接收到列车行驶速度信息和列车所处位置信息时，可以计算列车从道口驶过的时间，在计算过程中，工作人员可以参考现场的实际情况以及道口的最低限速，不仅能够保证列车行驶的安全性，而且能够提高平交道口的通过率。

3.9 惯性推演算法

惯性推演算法的应用范围主要是山区隧道以及其他信号不良的区段，列车上所具搭载的与敬意和检测平台能够在第一时间获取这些区段的具体位置信息，并结合列车最后出现的位置信息和速度信息，通过相关的惯性推演法，推算出列车所在的实际位置，及时向司机和基站员推送终端预警信息，避免因网络信号中断导致的报警漏报问题。

4 无线通信系统的未来发展

4.1 不断扩大无线通信技术适用范围

当前，在科学技术快速发展的背景下，无线通信技术的应用范围也随之不断扩大，人们在任何地方、任何时间都可以通过相关设备接入网络，达到网上冲浪的目的。就目前实际情况而言，我国大部分地区都已经实现了无线通信技术的普及，在人们日常生活中的占比也越来越大，给群众提供了更多便利，提高群众的生活质量。

4.2 增强无线网络的安全性

无线网络的使用虽然为群众的生产生活提供了极大的便利，但是也给一些不法分子提供了可乘之机。就目前而言，我国网上银行支付的安全性并不高，如果乘客在列车上利用无线网络支付，其基本信息有可能被不法分子盗用，如果相关部门没有对这方面问题予以高度重视，就会给群众造成严重的经济损失。

4.3 增强无线网络的融合性

随着全球经济的不断发展和群众的生活质量的改善，无线通信网络的形式也朝着多元化的方向发展。相信在不久之后，无线网络的融合性会增强，但是在这一过程中，要付出的代价还是非常高的，只有结合铁路、通信等企业，才能更好地完成。

5 结语

综上所述，铁路信号系统作为城市日常生活的一个必要部分，其全面、高效、便捷化地运行，离不开远程无线信息技术的加持。无线通信技术在铁路信号系统中的运用，是提升铁路系统安全运行的必要手段。在未来发展中，无线通信技术的应用会为铁路信号系统的优化给予帮助，对提高铁路运行与维护工作给予大量帮助，以保证人民的日常生活更加便捷、安全。

参考文献

[1] 邱述威.铁路信号系统中远程控制通信技术的应用研究[D].合肥：合肥工业大学，2014.

[2] 胡江溢，祝恩，杜新纲.用电信息采集系统应用现状及发展趋势[J].电力系统自动化，2014，38（2）：131-135.

[3] 陈莎莎，杨宁，田辉，等.利用中继提高小区高数据速率覆盖的研究[J].无线电工程，2008（2）：53-54.

[4] 陈艳斌.浅析无线通信技术的高速铁路信号系统中的应用[J].中国新技术新产品，2012（2）：15.