楊盛林

中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司濟南分公司 山東 濟南 250000

引言

通信技術(shù)在鐵路運輸行業(yè)的在國內(nèi)外經(jīng)歷了長久的發(fā)展，國內(nèi)鐵路通信技術(shù)建設(shè)較為完善，發(fā)揮了重要作用，具有現(xiàn)實意義。經(jīng)過長久的發(fā)展和建設(shè)，我國鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的搭建伴隨鐵路軌道鋪設(shè)的步伐一同向前。新時代的鐵路運輸行業(yè)要求綜合性、標準化、效益高的鐵路通信技術(shù)，服務(wù)于不可阻擋的城市化、現(xiàn)代化社會發(fā)展潮流。

1 鐵路通信技術(shù)

19世紀以來，蒸汽火車鐵路的建成昭示了鐵路的發(fā)展前景。隨后，各個地區(qū)鐵路的興建使得各自獨立的車站需要取得相互之間的交流。這時，鐵路及其中的車站開啟了以發(fā)送電報獲得信息的先河，伴隨幾個世紀的發(fā)展變化，當(dāng)前通信技術(shù)不斷成熟，采取了包括但不限于無線電、衛(wèi)星甚至光纖通信等技術(shù)，鐵路運輸行業(yè)也加快了容納現(xiàn)代化通信技術(shù)的步伐[1]。在中國，鐵路通信始于 20 世紀初，當(dāng)時以派發(fā)原始簡陋的行車憑證為信息傳遞的主要方式，包含路票、路簽等形式，以及通過相鄰車站之間撥打閉塞電話的形式交流行車事項，屬于鐵路局內(nèi)部建立的通信系統(tǒng)，因而具有部分局限性。以后，隨著鐵路管理機構(gòu)設(shè)置的清晰和電子信息技術(shù)水平的提升，各種新式材料、手段、設(shè)備更新迭代，使得通信技術(shù)在鐵路運輸行業(yè)接連邁入新的發(fā)展階段。鐵路通信技術(shù)主要是指在鐵路運輸上使用通訊方式。鐵路誕生以來，通信技術(shù)由通話調(diào)度技術(shù)發(fā)展到報文傳送技術(shù)、接著發(fā)展到了目前現(xiàn)代化的通信技術(shù)，能夠在很大程度上確保鐵路運轉(zhuǎn)的安全性和平穩(wěn)性。鐵路系統(tǒng)中的通信技術(shù)包括了傳輸和監(jiān)控鐵路系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，將在線獲取的信息數(shù)據(jù)傳輸給指揮中心，經(jīng)過人與機器的對話進行分析、管控信息與數(shù)據(jù)，進而編制對應(yīng)的處理對策[2]。運用鐵路通信技術(shù)包括了自動調(diào)控行車調(diào)度、控制行車的平穩(wěn)性和安全性、檢測設(shè)備的具體情況、出現(xiàn)故障報警以及實時監(jiān)控道路狀況等方面的內(nèi)容。

2 鐵路通信技術(shù)特征

鐵路通信技術(shù)是通信技術(shù)在鐵路運輸業(yè)的切實應(yīng)用，既有通信技術(shù)本身的功用體現(xiàn)，也要求技術(shù)服務(wù)于鐵路運輸，并滿足鐵路這一特殊的交通運輸形式。作為綜合性的鐵路通信技術(shù)，具有服務(wù)運輸業(yè)、融合多種通信技術(shù)、組網(wǎng)建設(shè)復(fù)雜嚴謹?shù)忍卣鱗3]。①有線和無線共用?；阼F路運輸?shù)膹?fù)雜性，鐵路通信技術(shù)需要同時采取有線通信和無線通信技術(shù)，來保證鐵路運輸工作整體的可控性。其中有線通信包括基礎(chǔ)的電話、電報通信，依賴于實質(zhì)性的傳輸設(shè)施，在鐵路運輸行業(yè)中，強調(diào)鐵路站點和車場當(dāng)中電線桿的架設(shè)和維護。另外是無線通信技術(shù)的支持，也就是以電磁波發(fā)射和無線接收器對聲音、文字和圖像進行發(fā)送和接收達到通信目的。②通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜分散。鐵路通信需要實際的電線、電路、終端分布在鐵路沿線和各個路段的站點，針對我國幅員遼闊的實際情況，鐵路通信網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難度較大。為了滿足鐵路運輸?shù)膶嶋H運行功能，各大小車站均需安裝和配備內(nèi)外聯(lián)通的通信系統(tǒng)，以及為了應(yīng)對鐵路運輸中可能出現(xiàn)的緊急情況，在長距離地段的無人煙和信號差地區(qū)也要安裝通信設(shè)備，滿足整體鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。③以服務(wù)運輸為主。鐵路運輸?shù)闹黧w是各種運行在軌道上的列車，因此，控制變軌和調(diào)度列車成為最重要的工作內(nèi)容。當(dāng)前鐵路運輸作為我國交通網(wǎng)絡(luò)中的重要一環(huán)，對全國交通運輸?shù)捻槙撑c否產(chǎn)生巨大影響。對鐵路通信來說，任何阻礙和影響行車效率和安全的因素都將由通信技術(shù)實現(xiàn)調(diào)控，從而確定運輸工作無誤或損失最小化。

3 通信技術(shù)在鐵路運輸行業(yè)中的作用

3.1 確保鐵路列車運營的安全性

保證列車運營的安全性是全面構(gòu)建鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的重要落實目標，全面構(gòu)建鐵路通信體系的總體落實目標是確保鐵路交通的安全性，要有效維護乘客的生命安全。為了實現(xiàn)鐵路通信體系建設(shè)的宗旨，鐵路通信部門需要進一步健全和延伸鐵路通信體系，依靠完善和廣泛的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)來聯(lián)系各路段，保證鐵路部門工作者可以準確掌握列車的運營情況，第一時間處理運營期間產(chǎn)生的異常問題。

3.2 提高鐵路運輸業(yè)的工作效率

鐵路運輸業(yè)的正常運行脫離不了鐵路管理工作。鐵路行業(yè)涵蓋了包括列車、軌道、電務(wù)、運輸、乘務(wù)、乘客等各種類型的設(shè)備和人員，屬于極其復(fù)雜的多環(huán)節(jié)作業(yè)，從人員和設(shè)備的分布、調(diào)配到實際工作，需要實行一整套嚴格的管理措施。又由于鐵路工作涉及各個不同路段的車站及人員甚至是不同種類列車的分類，所以，鐵路通信的滿足對管理鐵路運輸業(yè)必不可缺。而鐵路在全天24個小時內(nèi)的運作不停歇，需要不同列車、人員、設(shè)備的輪換，更高地要求了鐵路通信的水平。此外，鐵路行業(yè)的各種硬件設(shè)施成本高，一旦發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損失，在經(jīng)濟效益甚至社會效益上都將造成無法估量的影響。所以，鐵路運輸在時間、地點、人員方面涉及的范圍廣大，為提高鐵路運輸業(yè)的整體效率，鐵路通信作用不可小覷。

3.3 健全了鐵路管控信息體系的建設(shè)

運送信息管控體系在鐵路的運行過程中可以發(fā)揮重要的作用，具備大規(guī)模、結(jié)構(gòu)復(fù)雜個性能綜合等特征，對制票、車站管控、集裝箱管控和生產(chǎn)管控等等工作有較強的指導(dǎo)性[4]。鐵路運送管控信息體系是否可以正常運作能夠直接決定鐵路單位的整體執(zhí)行力度是否強，其與鐵路傳輸?shù)纳a(chǎn)過程緊密相關(guān)，在各個環(huán)節(jié)中都得到了普及運營，主要體現(xiàn)在制票體系、車站管控、列車信息以及鐵路運送的營銷和生產(chǎn)、集裝箱管控、追蹤體系和調(diào)度信息的管控等方面的內(nèi)容上。鐵路專用通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實的運用中要持續(xù)健全與改進，為鐵路部門的信息化建設(shè)創(chuàng)造良好的前提條件。

3.4 建立全國互聯(lián)的鐵路網(wǎng)絡(luò)

鐵路運輸?shù)慕ㄔO(shè)需要通信系統(tǒng)為其服務(wù)。從僅僅滿足于鐵路運輸內(nèi)部列車運行和人員管理的需要，到現(xiàn)今鐵路網(wǎng)絡(luò)納入全國交通運輸網(wǎng)，鐵路通信的作用在不斷擴大，在國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和發(fā)展中具有舉重若輕的地位。鐵路信息網(wǎng)分為骨干傳輸網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)，前者容量大、性能穩(wěn)定，是覆蓋面較廣的主要網(wǎng)絡(luò)通道，為公共通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，后者則是前者的細分和延伸。為此，建設(shè)中央可控的調(diào)度平臺，囊括各類業(yè)務(wù)在內(nèi)的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，是鐵路通信業(yè)務(wù)發(fā)展的一大進步。同時，當(dāng)前鐵路通信技術(shù)不斷創(chuàng)新，已經(jīng)設(shè)計了包含專門網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的系統(tǒng)，最大程度上使鐵路運輸?shù)母黝愂马椖軌蚣皶r互通，提高鐵路運輸業(yè)和全國交通網(wǎng)絡(luò)的接洽水平，更好帶動國內(nèi)鐵路信息化、智能化發(fā)展[5]。

4 提高鐵路通信網(wǎng)絡(luò)在信息化鐵路建設(shè)中的對策

4.1 改進網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)結(jié)構(gòu)

依據(jù)鐵路信息化建設(shè)的要求，為了實現(xiàn)鐵路通訊的通用性要求，并提高信息容量和傳輸數(shù)據(jù)的速度。要基于有線通信網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和集群通信網(wǎng)絡(luò)，使用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，比如IP技術(shù)構(gòu)建全國范圍的通信網(wǎng)絡(luò)，使用信息一體化的相關(guān)技術(shù)，實施調(diào)控室和指揮中心的信息共享。由于當(dāng)前無線通信技術(shù)的局限能夠使用具有遠程監(jiān)控功能的光纖直放技術(shù)，這種技術(shù)是將之前的模擬信息變?yōu)閿?shù)字信訊，接著進行光傳輸，因為數(shù)字信訊的穩(wěn)定性與傳送信訊的“零衰減”所以能夠提升通信的可靠性，并且又具備節(jié)能模式，能夠減少運行成本，所以可以當(dāng)成是鐵路通信技術(shù)進一步發(fā)展的選擇。

4.2 鐵路融合應(yīng)急通信技術(shù)

隨著高鐵建設(shè)，鐵路陸續(xù)建設(shè)了基于鐵路專網(wǎng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)，主要采用光纜方式接入鐵路專網(wǎng)。然而在應(yīng)急處置時，由于現(xiàn)場通信車間少，班組布點稀、跨度大，應(yīng)急響應(yīng)慢；現(xiàn)場設(shè)備種類多、笨重，運送和現(xiàn)場作業(yè)相對困難；而且普速鐵路由于區(qū)間無GSM-R基站機房，布設(shè)應(yīng)急光纜耗時長，現(xiàn)場環(huán)境多樣，個別地段作業(yè)面小，光纜布設(shè)困難，搶險中也易受到損壞，造成通信中斷，難以提供一流的通信保障條件；另外，海事衛(wèi)星、GSM-R手機等手段也僅能用于話音通信，無法實現(xiàn)動態(tài)圖像傳送。隨著公網(wǎng)4G通信和衛(wèi)星技術(shù)廣泛應(yīng)用，鐵路不斷探索新的應(yīng)急通信手段。部分鐵路局結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)管控和應(yīng)急處置“平戰(zhàn)應(yīng)用”需要，陸續(xù)配備了基于公網(wǎng)4G的現(xiàn)場音視頻終端，開發(fā)了專用App，平時用于現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)控，處置突發(fā)事件時采集上傳現(xiàn)場圖像[6]。西部山區(qū)鐵路公網(wǎng)信號覆蓋普遍不良，部分鐵路局還配備了國產(chǎn)寬帶衛(wèi)星通信設(shè)備，可以利用衛(wèi)星解決現(xiàn)場圖像上傳問題。為進一步規(guī)范鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)，可以采用IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）技術(shù)構(gòu)建基于公網(wǎng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)，現(xiàn)有基于專網(wǎng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)將來可以根據(jù)公網(wǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)技術(shù)要求進行升級改造，實現(xiàn)系統(tǒng)平臺統(tǒng)一制式、現(xiàn)場應(yīng)急設(shè)備統(tǒng)一標準，只是承載的網(wǎng)絡(luò)不同，可以按照網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)要求做好系統(tǒng)安全隔離，建設(shè)公專網(wǎng)融合應(yīng)用的應(yīng)急通信系統(tǒng)。通過采用統(tǒng)一采購，共享4G/5G、寬帶衛(wèi)星流量池的方式，降低日常使用成本，將來基于5G-R的音視頻終端也可以納入該融合應(yīng)急通信系統(tǒng)。

4.3 與公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)融合在一起

當(dāng)前的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)一般是單獨存在的，這樣不僅會浪費大量的資源，而且不能提供鐵路通訊的速度。但是如果鐵路通信網(wǎng)絡(luò)與公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)融合在一起，對鐵路通信而言是革命性的變化。因此，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)與公共信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)合會是將來的一種發(fā)展趨勢?，F(xiàn)階段的鐵路通訊在之前的無線技術(shù)與集群技術(shù)都有局限性，不足以與公共網(wǎng)絡(luò)高效地融合，因此必須要研發(fā)出新的通信技術(shù)來實現(xiàn)目標。

4.4 鐵路通信網(wǎng)智能運維技術(shù)

既有鐵路通信網(wǎng)運維存在“系統(tǒng)封閉”“數(shù)據(jù)煙囪”和“信息孤島”等問題，數(shù)據(jù)無法高效復(fù)用，大數(shù)據(jù)分析及運用的廣度和挖掘的深度存在不足；傳統(tǒng)運維模式以專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)為主要支撐，運維支撐系統(tǒng)相互獨立、應(yīng)用功能分散，核心應(yīng)用功能存在交叉重疊，協(xié)同能力、應(yīng)用復(fù)用效率較低。隨著高速鐵路快速發(fā)展和智能鐵路業(yè)務(wù)的引入，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和終端連接數(shù)目急劇增加，新技術(shù)和新設(shè)備大量應(yīng)用，面向業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求越來越高，給鐵路通信網(wǎng)運維帶來極大挑戰(zhàn)。智能運維則是將人工智能和運維領(lǐng)域結(jié)合，增加一個基于機器學(xué)習(xí)的“大腦”，通過不斷學(xué)習(xí)、提煉和總結(jié)規(guī)則，從而發(fā)現(xiàn)和解決傳統(tǒng)運維無法解決的問題，同時提高系統(tǒng)的預(yù)判能力和穩(wěn)定性，降低運維成本。智能運維主張不依賴于人為指定規(guī)則，由機器學(xué)習(xí)算法自動地從海量運維數(shù)據(jù)中不斷地總結(jié)規(guī)則，提煉為知識，并注入人的獨特經(jīng)驗，不斷擴充完善知識圖譜，迭代優(yōu)化AI（人工智能）模型，以此不斷推動機器學(xué)習(xí)能力，形成機器自決策、自執(zhí)行的閉環(huán)。未來隨著鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的不斷演進，以及AI、云/邊緣計算等前沿ICT（信息與通信技術(shù)）更加成熟，并且與網(wǎng)絡(luò)運維進行深度融合，態(tài)勢感知、人機協(xié)同、數(shù)字孿生等智能運維解決方案，將使通信網(wǎng)運維走向智能化時代。

5 結(jié)束語

鐵路通信網(wǎng)絡(luò)最核心的實踐性能就是保證鐵路信信傳送的便捷性和精準性，科學(xué)節(jié)省信息化鐵路的建設(shè)經(jīng)費資源，確保鐵路列車運營的安全性。近幾年以來，鐵路體系的全面信息化建設(shè)工作已經(jīng)得到普及推廣，表現(xiàn)了信息化鐵路建設(shè)全階段中鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的重要意義。在實際落實期間，鐵路通信部門要不斷健全鐵路通信網(wǎng)絡(luò)，擴展鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，提高處置列車運用緊急故障的技術(shù)能力。