GSMR在我国铁路信号中的应用进展.docx
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GSMR在我国铁路信号中的应用进展
申报论文
(中级)
题目:
GSM-R技术在我国铁路
信号系统中的应用
单位:
安萨尔多
姓名:
位永彩
课题方向:
电子技术
2020年06月20日
摘要
GSM-R是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统,基于GSM系统技术平台,针对铁路通信列车调度、列车操纵、支持高速列车等特点,为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统,并将铁路移动通信所具有的特色(群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能)加进去,组成GSM-R用于铁路的全世界移动通信系统的解决方案。
目前已建成的青藏铁路ITCS列车操纵系统,大秦铁路重载运输列车操纵系统和京沪、武广、郑西高速铁路CTCS列车操纵系统中均采纳GSM-R网络作为通信支撑,完成调度通信,列车操纵,车地通信,旅客广播,旅客信息效劳等功能,其中基于车地平安无线通信的列车操纵系统是为铁路的平安高速运营提供技术的保障。
本文着重介绍GSM-R网络技术在青藏铁路,大秦铁路和郑西高速铁路信号中的系统结构和典型应用,针对工程应用中的具体问题对GSM-R网络的通信系统需求进行分析,提出切实可行的网络设计方案和系统架构,为更多的铁路工程应用提供参考。
关键词:
GSM-R,CTCS\ITCS\ETCS\,高速铁路,重载列车
绪论
当前我国铁路处于高速进展期,《中国铁路中长期打算》中明确了以后10年中国铁路的进展方向,到2020年,全国铁路营业里程达到10万千米,要紧忙碌干线实现客货分线,复线率和电化率均达到50%,运输能力知足国民经济和社会进展需要,要紧技术装备达到或接近国际先进水平,其中的通信信号信息技术是铁路实现平安运营的重要保障,本文依照中国铁路技术进展中的具体需求,分析三种不同类型的GSM-R技术在信号系统中应用,为铁路通信信号融合和创新提出建议。
一、铁路通信信号技术的进展
1、信号技术的几个进展时期
以前的铁路信号是铁路运输的“眼睛”,司机通过辨识地面信号机来确认行车的依据,依照不同的灯光显示来行车,关于低速简单的行车仍是可行的,可是碰着恶劣的天气,速度过快等因素时,那么是超级不平安的;随着技术的进展,地面信号被引入到司机室内,通过JT-CZ2000主体化的机车信号设备,来显示地面信号的状态,极大的改善司机的瞭望条件,使列车的驾驶更为容易;以2020年铁路的第四次大提速为契机,基于应答器定位和轨道电路通信的CTCS2级技术进展起来,通过车地一体化设计,ATP控车,极大地提高了平安性,减轻司机的负担。
可是随着铁路运输的复杂程度愈来愈高,速度愈来愈快,在高速铁路、客运专线等时速达到300千米以上的运营环境时,通过轨道电路,应答器等通信方式,知足不了车地通信的需求,此刻,基于GSM-R通信的CTCS3级列车操纵技术为高速铁路的进展提供了技术平台。
2、GSM-R技术的进展历史
GSM-R(GSMforRailway)中文全称为铁路移动通信系统标准,是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统,基于GSM系统技术平台,针对铁路通信列车调度、列车操纵、支持高速列车等特点,为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统,并将铁路移动通信所具有的特色(群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能)加进去,组成GSM-R用于铁路的全世界移动通信系统的解决方案。
2002年以来铁道部通过几年的论证、研究,决定借鉴欧洲先进国家铁路通信在GSM-R系统上成功体会,决定在国内选择GSM-R作为铁路专用移动通信系统,替代原有的模拟通信系统,支持铁路跨越式进展,首批试点线路为青藏线、大秦线和胶济线,并在实验成功的基础上慢慢在全国各条铁路干线和新建城际客运专线上推行利用。
3、技术结合点
GSM-R技术中语音业务要紧用于调度通信、组呼业务等,而数据业务那么是信号应用的平台,GSM-R的电路数据业务,多数是在与其它网络互连的情形下利用
图1GSM-R与其它网络互连方式
从图1能够看出,端到端的传输途径分为两段:
∙第一段在GSM-R系统内,从用户终端到网络边界,即在BSS和NSS内。
在这一段中,所有的用户信息都表现为格式,或是修悔改的格式。
在TAF和IWF中,再转换成终端或终端网络要求的数据格式;
第二段从边界点到另一个终端的传输。
为了尽可能的减少数据传输时延,通信单元与应用节点之间采纳的是kbit/s、异步透明方式的连接。
二、GSM-R技术在信号应用的典型方式
一、GSM-R技术与青藏铁路ITCS技术
技术背景
青藏铁路是目前世界上海拔最高的高原铁路,全长1142千米,其中900千米在海拔4500米以上的高原冻土地域。
青藏铁路引进先进的通信信号操纵技术,率先在国内开始GSM-R网络技术的实验工作。
系统架构及工作原理
基于GSM-R无线通信和GPS定位技术的增强型列控系统ITCS集车站运算机联锁、区间虚拟闭塞和列车操纵于一体,实现了车载信号设备主体化,有效减少了现场设备,达到了青藏铁路设备少爱惜、免爱惜的要求。
图2GSM-R与ITCS系统架构
ITCS的系统设计要求地面RBC通过数据广播方式(IP)与车载设备通信,因此在设计基于GSM-R网络的TWC通信系统时,设计了消息转发设备,消息转发设备负责列车与无线闭塞中心RBC之间的消息分发,从而模拟了数据广播功能,而无需通信设备提供。
消息转发设备设置在GSM-R网络MSC设备室内,
图3GSM-R与ITCS系统示用意
在基于GSM-R的TWC通信系统中,每一个车站RBC通过站间数字通信网络与消息转发设备相连,消息转发设备通过ISDN适配卡与GSM-R网络移动业务互换中心(MSC)相连,每块ISDN适配卡最多能够与车载设备成立30条无线通信链路。
依照系统要求,消息转发处置工作站能够配置多块ISDN适配卡。
消息转发设备通过数字通信网络与地面各RBC相连。
当列车启动后,车载通信单元与MSC成立通信连接,MSC将数据链路中转到消息转发器上,消息转发器为车载通信单元分派固定的IP地址,如此就与地面的局域网络连在一路,从而实现了设备之间的信息传送。
ITCS相关于传统的信号系统来讲,具有多种先进功能,采纳了双向持续的车地无线通信,以车载信号作为列车运行的主信号。
它集自动闭塞车站、运算机联锁操纵和列车运行超速防护操纵于一身,能够监测列车运行。
当情形发生转变时系统向司机报警,而且在必要时对列车实施制动,从而更好地保证了行车平安,使行车速度及运力有了大幅提高。
技术优势与不足
在此应用中,将ISDN效劳器和消息转发器设置在GSM-R中心,RBC分散布置,有效地利用广域网技术将中心和车站组成一个系统,关于线路长,条件复杂的青藏铁路是最合理的应用方案,其中存在的不足是中心效劳器需要高性能的软硬件平台,不然系统的靠得住性得不到保障。
二、GSM-R技术与大秦铁路LOCOTROL同步操控技术
技术背景
大秦铁路全长653千米,是中国西煤东运的要紧通道之一,也是目前世界上年运量最大的铁路,在应用重载列车前,大秦铁路上要紧运行10000吨级的列车。
2006年3月,大秦铁路完成技术改造,全线铺设GSM-R网络,在中国率先开行基于无线通信操纵的同步操控重载列车,单列最大载重达2万吨以上,由4节机车一路牵引210节车箱,列车总长度达2600米。
图4重载列车组成方式
在大秦铁路上的应用方式为四台机车提供同步信息,完成列车的同时起步、加速、减速和制动,幸免车箱挤压和列车脱钩等重大平安事故,有效的提高运能。
系统架构及工作原理
从系统组成框图来看,主控机车和从控机车别离与地面效劳器成立通信,通过地面效劳器成立的会话组完成各机车之间的通信,从而达到机车同步的功能。
图5GSM-R与Locotrol系统架构
机车通信连接和注册记录分四个步骤实现:
主控机车通信连接与注册记录、从控机车1通信连接与注册记录、从控机车2通信连接与注册记录、从控机车3通信连接与注册记录。
如图3-6所示,此四个步骤需要依次执行。
第一主控机车通信单元完成与地面效劳器的通信连接。
接下来司机在主控机车前进端的Locotrol上将主控机车设置成为散布式动力模式,同时设置制动手柄和操纵开关,并输入主控机车识别码(00)、列车车次号和机车组成员数量(04)。
Locotrol将主控机车识别码、列车车次号和机车组成员数量传送给通信单元,通信单元向地面效劳器注册记录,车次号将作为机车组的唯一标识,在应用节点中成立唯一的一个机车组。
图6机车注册顺序图
地面效劳器收到主控机车的注册记录,假设是查询与该车次号对应的机车组已经成立,那么给通信单元返回机车组已存在的否定应答消息,通信单元转发给Locotrol;假设是查询与该车次号对应的机车组没有成立,那么依据车次号新成立一个机车组,并返回确认应答消息。
只有主控机车进行注册时,才能成立机车组。
然后,依次完成从控机车一、二、3与应用节点的通信连接,它们的注册操作大体相同。
技术优势与不足
利用网络平台的优势,能够弥补之前技术中的主控机车和从控机车之间用扩频电台通信易受干扰的缺点,充分发挥GSM-R网络的稳固性和实时性优势,为操控信息的同步提供了保障。
劣势是需要各个机车上的电台靠得住性要求比较高,而且大秦铁路电磁环境复杂,线路在山区中蜿蜒,容易造成网络的盲区和干扰,后期的网络优化和爱惜十分重要。
3、GSM-R技术与郑西高铁CTCS3列车操纵技术
技术背景
在成功的进行了青藏铁路、大秦铁路、胶济线等线路的通信信号实验以后,结合中国高速铁路进展的需要,在新建的武广高铁、郑西高铁等四纵四横高速客运专线网络上,开始部署基于GSM-R通信网络的CTCS
3级列车操纵技术,通过先进的通信信号技术,实现列车的平安高速运营,目前在郑西、武广、沪宁等多条高速客运专线上成功运营。
系统架构及工作原理
郑西高铁的RBC采纳集中式治理,在郑州操纵中心集中安放设备,5套RBC别离配置ISDN效劳器,各自接入位于西安GSM-R治理中心MSC,从而实现列车的集中治理。
列车起身时先与端站的RBC成立连接,通过平安的通信协议认证和模式转换以后,进入到完全监控模式,依托ATP进行行车;当列车接近两个RBC边界时,列车收到地面信息的提示后,主动与下一个RBC进行通信连接,通过车与地,RBC与RBC的协同工作,完成不同的RBC之间的交权,使得列车进行无缝的切换。
图7GSM-R与CTCS3系统架构
技术优势及不足
ISDN效劳器与RBC一体设计,减少了消息转发设备和网络传输的延迟,关于系统的时延是最大的优化,缺点是由于治理权限的限制,RBC中心与GSM-R中心别离设置在郑州和西安,为系统爱惜和故障定位设置了障碍,在后来的设计中建议采纳更高程度的集中化设置。
三、GSM-R技术的其他应用
依照铁路网络打算,在新修铁路中均要设置GSM-R网络作为通信支撑,目前GSM-R网络技术为铁路调度员、车站值班员、铁路施工爱惜人员等提供语音支持;为调度集中、无线车次号治理等提供GPRS分组业务数据;在不远的以后,随着技术的演进和升级,基于GSM-R网络平台的移动网络应用也会向乘客开放,为移动办公和旅客信息效劳提供舒适和便利,在那时,列车就真的是有了“千里眼”和“顺风耳”,详细应用本文不做论述。
结论
随着高速铁路的陆续开通,GSM-R技术应用也取得验证与实践,在中国铁路部署GSM-R无线网络成为中国铁路信息化,现代化的重要保障。
本文中介绍的几种应用方式仅仅是GSM-R网络功能中的一部份,通过对三种不同应用的比较,为铁路列控技术的进展提供了工程实施的依据。
随着网络技术的进展,更先进的3G,4G技术不断更新换代,铁路运输要求更便利,更高效,更平安,这些都对铁路通信信号技术提出更高的要求。
2020年7月1号,标志着中国高速铁路技术系统集成的自主知识产权的京沪铁路即将开通,说明我国的铁路进展技术已经步入世界进展的前列,其他国家纷纷对中国的高速铁路建设刮目表示出浓厚的爱好,希望引进中国的高铁技术,这些都为铁路技术的进展提供动力和机缘。
在应用实践中不断推动铁路操纵信号、通信的一体化,将为铁路现代化进展奠定坚实的基础。
在那个进程中,必需增强基础科研工作,完善标准体系结构,立足国产化,进一步冲破核心技术。
参考文献
[]钟章队李旭蒋文怡等编著.铁路综合数字移动通信系统.中国铁道出版社
[2]中铁建电气化局集团.郑西高速铁路技术集成方案
[3]青藏铁路公司.青藏线ITCS信号系统集成方案
[4]耿志修.大秦线开行2万吨重载组合列车系统集成与创新中国铁路
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- GSMR 我国 铁路信号 中的 应用 进展
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