高速铁路导论-高速铁路导论

高速铁路通信系统是传递行车调度指挥自动化信息、列车运行控制信息、无线闭塞信息和其他行车设备监控信息，提供行车调度指挥电话、公务联络电话、专业电话、电视电话会议、IP数据、视频监控、应急通信等通信业务，是保证行车安全、提高运输效率、实现管理信息化的重要基础装置。

（一）高速铁路通信的作用

在正常情况下，通信系统为高速铁路运营管理、行车调度指挥、行车设备监控、防灾报警等系统提供语音、数据、图像等各种信息的传输。在非正常情况下，通信系统可作为抢险救灾的通信手段。

（二）高速铁路对通信的要求

高速铁路对通信系统要求能迅速、准确、可靠地传递和交换各种信息。

（1）对行车组织，通信系统应能保证将各站的客流情况、工作状况、线路上各列车运行状况等信息准确、迅速地传输到控制中心。同时，将控制中心发布的调度命令与控制信号及时、可靠地传送到各个车站及行进中的列车上。

（2）对于高速铁路运行的组织管理，通信系统应能保证各部分之间、上下级之间保持畅通、有效、可靠的信息交流与联系。

（3）通信系统应保证本系统与外部系统之间便捷、畅通的联系。

（4）通信系统主要设备和模块应具有自检功能，并采取适当的冗余配置，故障时能自动切换和报警，控制中心可监测和采集各车站设备运行和检测的结果。

（三）高速铁路的通信基础平台

高速铁路通信网络由光缆和电缆线路、同步数字体系SDH传送网、GSM-R数字移动无线通信网、区段通信网、电话交换网、IP数据网、用户接入网以及支撑网等所组成。

（四）高速铁路通信系统承载业务介绍

高速铁路通信系统一般由传输系统、公务通信系统、专用通信系统（调度电话、专用电话、视频监控、广播、无线、时钟、电源等）等子系统组成，构成传送语音、数据、图像等各种信息的综合业务数字网。

1．有关行车安全与提高效率的通信系统

（1）列车运行控制系统通信。

列车运行控制系统通信用来传送列车运行控制系统信息，由光纤和工业以太网交换机构成安全数据通信网，是由GSM-R移动通信网和车载ATP设备构成的。

（2）列车调度集中系统（CTC）。

列车调度集中系统（CTC）是连接调度所与沿线行车监控室的信息传输系统，用以进行调度集中控制、安排沿线各车站的列车进路、传送调度命令。

（3）列车运行调度电话。

列车运行调度电话是调度员与各车站值班员之间、调度员与列车司机之间的运转调度电话，是能进行全呼、组呼或个别选呼的职能专用电话。由FAS（数字调度系统）与GSM-R数字移动通信系统提供业务。

（4）站间行车专用电话。

站间行车专用电话是列车调度集中系统（CTC）、列车运行控制系统等发生故障、实行代用闭塞方式行车时，所使用的直通电话。由FAS（数字调度系统）提供业务。

（5）风速、雨量监视用的通信。

高速列车在穿过复杂的地形时，需对当地的气象进行观测，以保证行车安全。在河流和峡谷的桥梁上需安装风速计，在暴风雨时向调度所报警，故需要有风速、雨量监视用的通信系统。

（6）变电所遥控用的通信。

电力SCADA系统作为能量管理系统一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加速决策、参与快速诊断系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。

2．为旅客服务的通信系统

（1）客票预售通信。

是票务中心与各站客票预售窗口所用设备之间联系的通信。

（2）站内旅客向导通信。

车站所用的表示列车到达时间、停靠站台号码等信息显示及广播设备用的通信。

（3）公用电话。

是旅客在列车上与市内电话用户之间的通信。

3．设备维修及运营管理用的通信系统

（1）专用调度电话。

工务、供电、信号等专业调度员与沿线维护机构之间业务联系的专用调度电话，是能进行全呼、组呼或个别选呼的职能专用电话。由FAS/数字调度系统提供业务。

（2）公务联络电话。

是铁路工作人员公务联络用的电话通信系统。由铁路固定电话网、用户电话接入网、GSM-R数字移动通信系统提供业务。

（五）铁路数字移动通信系统（GSM-R）

GSM-R（GSM for Railway）是基于GSM技术，专为铁路通信设计的数字移动通信系统，为铁路应用提供综合通信服务的平台，不仅实现了无线列车调度、铁路区间移动通信等语音功能，同时还承担了车次号校核信息、调度命令、列控信息传送等无线数据通信任务，在铁路安全生产中发挥着重要作用。

1．GSM-R发展概述

欧洲GSM-R的成功运用，为我国铁路移动通信技术发展提供了良好的技术借鉴。我国从1994年就开始对专用移动通信技术跟踪研究，并认为GSM-R具有适应铁路运输特点的功能优势和成熟的技术优势，符合通信信号一体化技术发展的需要，因此2000年年底正式确定将GSM-R作为我国铁路移动通信的发展方向。目前，GSM-R技术已在我国多条铁路干线和高铁、客运专线上得到推广使用。

2．GSM-R网络结构及业务应用

（1）GSM-R网络结构。

GSM-R系统由若干个功能实体组成，这些功能实体所实现的功能的集合就是网络能够提供给用户的所有基本业务和补充业务，并完成对用户数据和移动性的操作和管理。GSM-R移动通信系统的基本结构如图5-3-1所示。

图5-3-1　GSM-R网络结构图

GSM-R通信系统主要由网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行和维护子系统（OSS）、智能网子系统（IN）、通用分组无线业务子系统（GPRS）以及GSM-R无线终端等部分组成。

① GSM-R无线终端。

GSM-R无线终端是接入GSM-R网络的用户设备，包括移动终端（ME）、终端设备（TE）或通过终端适配器与ME连接的TE。

② 基站子系统（BSS）。

基站子系统（BSS）由一个基站控制器（BSC）和若干个基站收发信机（BTS）组成，BTS主要负责与一定覆盖区域内的移动台（MS）进行通信，并对空中接口进行管理。BSC用来管理BTS与MSC间的信息流。

③ 网络交换子系统（NSS）。

网络交换子系统（NSS）建立在移动交换中心（MSC）上，负责端到端的呼叫、用户数据管理、移动性管理和与固定网络的连接。

④ 智能网子系统（IN）。

智能网子系统（IN）是一种附加在移动交换网基础之上的业务网，智能网采用全新的“控制与交换相分离”的思想，即新业务的提供、修改以及管理等功能全部集中于智能网，交换机仅具备提供交换的基本功能而与业务提供无直接关联。

⑤ 通用分组无线业务子系统（GPRS）。(www.xing528.com)

通用分组无线业务子系统（GPRS）是在GSM技术的基础上提供的一种端到端分组交换业务。GSM-R网络引入GPRS是为了解决频率资源紧张的问题，提高数据的传输速率。

⑥ 运行和维护子系统（OSS）。

运行和维护子系统（OSS）是相对独立的子系统，主要为GSM-R网络提供移动用户管理、移动设备管理、网络操作和控制三类功能。

（2）GSM-R业务应用。

我国GSM-R网络能够提供的主要业务类型如图5-3-2所示。

图5-3-2　GSM-R业务模型图

（3）铁路实际应用形式。

① 调度通信。

调度通信系统业务包括列车调度通信、货车调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。目前，铁路调度通信网络主要是GSM-R+FAS（固定用户接入交换机）的无线/有线混合网络，实现调度区段内点对点的通信、语音组呼、语音广播和多方通信等调度业务通信。

② 车次号传输与列车停稳信息传送。

GSM-R车次号传输与列车停稳信息传送系统由GSM-R网络GPRS、监控数据采集处理装置、GSM-R机车综合通信设备、TDCS/CTC设备组成，系统通过GSM-R网络实现车次号校核信息、列车停稳信息无线传送。

③ 调度命令传送。

调度命令系统由GSM-R网络GPRS、GSM-R机车综合通信设备（含操作显示终端、打印设备）、TDCS设备等组成。系统通过车次号信息建立运行区段记车号对应的IP地址档案，当调车员和车站值班员发送调度命令时，TDCS根据调度命令中的记车号查找相对应的目的IP地址并将调度命令发送过去。

④ 列尾装置信息传送。

列尾装置信息传送主要是在车头的司机查询器和车尾的风压检测器上分别安装GSM-R通信模块，两者利用GSM-R电路交换的数据通信功能，实现尾部风压数据传输。

⑤ 调车机车信号和监控信息系统传输。

调车机车信号和监控信息传输系统主要是提供调车机车信号和监测信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的相关信息。

⑥ 机车同步控制传输。

在多机车牵引模式下，利用GSM-R网络提供可靠的数据传输通道，实现机车间的同步操作控制，如各机车同时启动、加速、减速、制动等。

⑦ 列车控制信息传送。

采用GSM-R实现车地间双向无线数据传输，代替目前使用的轨道电路来传输色灯信号的指令，是基于通信技术的列车控制系统的关键技术，提供车地之间双向安全数据传输通道，满足列车控制响应时间的要求。

⑧ 区间移动公（工）务通信。

在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门利用GSM-R作业手持台实现内部通信，在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以与司机建立联系。

⑨ 应急指挥通信话音和数据业务。

通过GSM-R网络在现场和指挥中心之间建立语音、图像、数据通信系统。应急指挥话音业务被设置为高优先级，以保障通信的快捷畅通。

⑩ 旅客列车移动信息服务通道。

通过车地数据传输系统（基于GSM-R电路交换），实现旅客列车移动信息服务，如购票服务、预订服务、时刻表信息等。

（六）调度通信系统

调度通信系统是铁路行车指挥的神经枢纽，是直接为铁路运输生产服务的重要通信设施。为保证列车畅通无阻、安全高速，调度通信系统必须提供迅速、准确、安全、可靠的通信服务。

1．调度通信系统概述

FAS（固定用户接入）系统就是针对调度通信的新需求而研制开发的新一代铁路调度通信系统，主要负责调度员、车站值班员和其他用户间的通信。FAS调度通信系统构成如图5-3-3所示。

2．调度通信系统的基本原理、网络结构及业务功能

（1）基本原理。

FAS系统主要是采用数字交换技术，首先将模拟的话音信号变为数字信号，即话音信号数字化，其次是将数字化的语音信号进行交换，并实现数字共线和数字交叉连接。

图5-3-3　调度通信系统构成示意图

（2）网络结构。

FAS系统由调度所FAS、车站FAS、调度台、值班台、其他各类固定终端及网管终端构成。调度所FAS设置在铁道部和铁路局等调度机械室；车站FAS设置在车站和用户相对集中的通信机械室；调度台设置在各类调度员所在地；值班台设置在车站值班员等用户所在地。

（3）业务功能。

① 调度业务。

a.列调。

· 列车调度员以单呼（车次号功能寻址/MSISDN号码方式）、组呼、广播方式呼叫调度辖区内的机车司机。

· 列车调度员以单呼、组呼方式呼叫调度辖区内的车站值班员。

· 列车调度员组呼调度辖区范围内的机务段（折返段）运转、列车段（车务段、客运段）、电力牵引变电所等值班员并通话。

· 列车调度员向调度辖区范围内的车站值班员、机车司机、助理值班员、运转车长、工务人员、道口人员发起紧急组呼。

· 机车司机按位置寻址/ISDN号码方式个别呼叫当前所在调度辖区的列车调度员并通话。

· 机车司机按位置寻址/ISDN号码方式个别呼叫本站/前方站/后方站值班员并通话。

· 机车司机向所属调度辖区的调度员以及相邻的车站值班员、机车司机、助理值班员、运转车长、工务人员、道口人员发起铁路紧急呼叫。

b.电调。

· 牵引供电调度员应按个别呼叫、组呼等方式呼叫调度辖区范围内相关的所属用户并通话。

· 牵引供电调度员接收所属用户的个别呼叫并通话。

c.站场通信。

站场通信实现以车站值班员（调度员）、助理值班员、客运值班员等为中心的通信，其用户包括机车司机、车站外勤值班员、站内道口、值班（工务、信号、通信、电力、接触网等）工区、客运作业人员等。

d.站间通信。

站间通信实现（相邻）两车站值班员之间进行语音联络的点对点通信。