馬小玲

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710014）

1 概述

列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的車(chē)載設(shè)備完全靠地面控制中心發(fā)送的行車(chē)信息控制命令進(jìn)行行車(chē)，并實(shí)時(shí)監(jiān)督列車(chē)的實(shí)際速度和地面允許的速度指令，當(dāng)列車(chē)速度超過(guò)地面行車(chē)限速時(shí)，車(chē)載設(shè)備將實(shí)施制動(dòng)，保證列車(chē)的運(yùn)行安全，因此地－車(chē)信息傳輸直接影響著行車(chē)安全，是列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分。世界各國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)一直都很重視地－車(chē)信息傳輸方式的改進(jìn)。

2 地－車(chē)信息傳輸?shù)闹饕绞?/h2>

地面信息傳遞到車(chē)上的方式目前有兩大類，一類是點(diǎn)式傳遞方式，另一類是連續(xù)式傳遞信息方式。點(diǎn)式傳輸方式常用的有查詢應(yīng)答器和點(diǎn)式感應(yīng)環(huán)線；連續(xù)式傳輸方式常用的有軌道電路、軌道電纜以及無(wú)線傳輸?shù)确绞健?/p>

2.1 點(diǎn)式傳遞方式

點(diǎn)式傳遞方式是在地面某些固定點(diǎn)，如閉塞分區(qū)分界點(diǎn)處，從地面向車(chē)上傳遞信息。點(diǎn)式傳遞方式常采用查詢/應(yīng)答器來(lái)實(shí)現(xiàn)或點(diǎn)式環(huán)線兩種方法。其中查詢/應(yīng)答器應(yīng)用較為廣泛。

2.1.1 查詢應(yīng)答器

利用查詢應(yīng)答器進(jìn)行信息傳輸?shù)姆绞揭呀?jīng)廣泛應(yīng)用。在歐洲ETCS 1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中利用歐標(biāo)應(yīng)答器提供全部控車(chē)信息，在ETCS 2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中主要提供列控系統(tǒng)的輔助信息，如里程標(biāo)、線路數(shù)據(jù)、切換點(diǎn)等。在中國(guó)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)當(dāng)中歐標(biāo)應(yīng)答器在CTCS-1級(jí)、CTCS-2級(jí)中都發(fā)揮著重要作用。

應(yīng)答器系統(tǒng)主要有無(wú)源應(yīng)答器、有源應(yīng)答器、LEU、車(chē)載天線、應(yīng)答器傳輸模塊（BTM）、報(bào)文編碼工具、應(yīng)答器無(wú)線讀寫(xiě)工具等構(gòu)成。

應(yīng)答器安裝在軌道中間，分為無(wú)源應(yīng)答器和有源應(yīng)答器，無(wú)源應(yīng)答器與外界無(wú)聯(lián)系，用來(lái)傳送固定不變的信息，如線路速度信息、線路坡度、線路長(zhǎng)度信息等；有源應(yīng)答器通過(guò)電纜與室內(nèi)的地面電子單元（LEU）與相連，用來(lái)傳送可變的信息，如臨時(shí)限速信息、進(jìn)路信息等[1]。

無(wú)源應(yīng)答器的數(shù)據(jù)報(bào)文由無(wú)線讀寫(xiě)工具寫(xiě)入；有源應(yīng)答器的數(shù)據(jù)由列控中心、聯(lián)鎖設(shè)備通過(guò)接口傳送給LEU，再由LEU傳送給地面應(yīng)答器。當(dāng)LEU與有源應(yīng)答器間通信故障時(shí)，LEU可以向列控中心、車(chē)站聯(lián)鎖等發(fā)送故障信息，并給出報(bào)警信號(hào)。

當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)地面應(yīng)答器上方時(shí)，應(yīng)答器接收到車(chē)載天線發(fā)射的電磁能量后，電子電路工作，把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)報(bào)文循環(huán)發(fā)送出去，直至電能消失。車(chē)載天線將接收到的數(shù)據(jù)報(bào)文傳送給BTM，經(jīng)過(guò)濾波、放大、解調(diào)后，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行解碼，還原得到用戶報(bào)文，然后發(fā)送給車(chē)載列控設(shè)備。

采用地面應(yīng)答器進(jìn)行信息傳輸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝靈活，可靠性高，價(jià)格明顯低于連續(xù)式列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，但是不能得到連續(xù)的信息。

2.2 連續(xù)式信息傳輸方式

2.2.1 軌道電路

軌道電路是信號(hào)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備之一，借助它可以監(jiān)督列車(chē)在線路上的運(yùn)行情況，并利用它可以連續(xù)傳遞與行車(chē)有關(guān)的各種信息，是一種傳統(tǒng)的地－車(chē)信息傳輸方式。在列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。法國(guó)、日本列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)都采用軌道電路來(lái)傳遞行車(chē)信息[2]。

法國(guó)TVM系列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)主要采用UM移頻系列軌道電路，TVM300系統(tǒng)于1981年在巴黎—里昂首先投入使用，系統(tǒng)構(gòu)成較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低。采用了無(wú)絕緣移頻軌道電路UM71，地對(duì)車(chē)的信息傳輸容量達(dá)18個(gè)。

在1993年用于法國(guó)第三條北方線高速鐵路的TVM430列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中采用了對(duì)UM71進(jìn)行數(shù)字化改造后的數(shù)字軌道電路——UM2000實(shí)現(xiàn)地對(duì)車(chē)的信息傳輸。低頻信號(hào)增加到28種，其中一種低頻信號(hào)為軌道占用信息，將其余27種低頻信號(hào)進(jìn)行編碼處理，使信息傳輸量由18個(gè)增加為227個(gè)，其中傳輸防護(hù)碼6位，有效信息量為221個(gè)。

基于軌道電路的信息傳輸方式在我國(guó)應(yīng)用也非常廣泛。我國(guó)CTCS-0級(jí)使用國(guó)產(chǎn)18信息移頻軌道電路，CTCS-1級(jí)采用UM71或ZPW-2000型軌道電路；CTCS-2級(jí)使用UM71或者ZPW-2000A型軌道電路[3]。

2.2.2 軌道電纜

德國(guó)LZB系統(tǒng)采用軌道電纜實(shí)現(xiàn)列車(chē)地面信息的雙向傳輸。LZB系統(tǒng)由地面控制中心、軌道傳輸電纜、車(chē)載設(shè)備3部分組成。地面控制中心根據(jù)地面存儲(chǔ)的各種信息，結(jié)合聯(lián)鎖設(shè)備的信息實(shí)時(shí)計(jì)算列車(chē)的最大允許速度，通過(guò)軌道電纜傳輸給車(chē)載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車(chē)速度的控制。

這種傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)：由于控制中心“全局管”，統(tǒng)一指揮在其管轄范圍內(nèi)的列車(chē)，對(duì)于一些交通繁忙的樞紐是非常有利的，一旦發(fā)生行車(chē)誤點(diǎn)或其他行車(chē)障礙，可以迅速地將行車(chē)命令傳送到列車(chē)，但是也存在一定隱患，一旦控制中心出現(xiàn)設(shè)備故障即會(huì)引起全線交通癱瘓，另外這種傳輸方式軌旁設(shè)備比較多，設(shè)備維護(hù)和維修較復(fù)雜。

2.2.3 無(wú)線移動(dòng)通信

基于GSM phase2+標(biāo)準(zhǔn)的GSM-R技術(shù)，是國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）為歐洲新一代鐵路通信設(shè)計(jì)的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)。UIC通過(guò)歐洲綜合鐵路無(wú)線增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)（EIRENE）對(duì)各種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行了比較，最后決定GSM-R為新一代歐洲鐵路無(wú)線移動(dòng)通信基本制式[4]。歐洲列車(chē)運(yùn)行控系統(tǒng)ETCS 2級(jí)及ETCS 3級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)明確確定利用GSM-R無(wú)線系統(tǒng)進(jìn)行列控信息車(chē)-地雙向傳輸。

1999年，歐洲一些國(guó)家開(kāi)始GSM－R網(wǎng)絡(luò)的試運(yùn)行和商用建設(shè)。截至2006年底，德國(guó)全國(guó)鐵路線路總長(zhǎng)46 142 km，GSM-R覆蓋達(dá)到了36 000 km；意大利全國(guó)鐵路線路總長(zhǎng)20 000余公里，GSM-R覆蓋網(wǎng)絡(luò)到達(dá)了7 500 km；法國(guó)鐵路線路總長(zhǎng)31 724 km，GSM-R覆蓋14 000 km[5]。

中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）也把無(wú)線傳輸方式作為發(fā)展方向。CTCS-2級(jí)和CTCS-3級(jí)都明確規(guī)定采用GSM-R來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)-地間的雙向通信。

我國(guó)GSM-R建設(shè)和發(fā)展主要經(jīng)過(guò)3個(gè)階段，第一階段主要是可行性論證和技術(shù)試驗(yàn)階段，通過(guò)在大秦線（重載鐵路）、青藏線（環(huán)境條件嚴(yán)酷）和膠濟(jì)線（高速線路）的建設(shè)與試驗(yàn)；第二個(gè)階段為客運(yùn)專線建設(shè)，著重構(gòu)建中國(guó)鐵路GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)。搭建網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，并以客運(yùn)專線為主干線，建設(shè)相關(guān)的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，為客運(yùn)專線列車(chē)控制系統(tǒng)提供相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；第三個(gè)階段為全國(guó)鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)的行車(chē)與完善。

GSM-R與基于軌道電路的傳輸系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）在各種列車(chē)混跑的區(qū)間，由于軌道電路信息量的局限，無(wú)法向列車(chē)傳遞軌道電路長(zhǎng)度信息，因此，由軌道電路限定的閉塞分區(qū)通常設(shè)計(jì)成固定長(zhǎng)度，從而根據(jù)兩列車(chē)相隔幾個(gè)閉塞分區(qū)獲得列車(chē)間的距離。而GSM-R的信息量大，足以傳送前方列車(chē)的距離信息，可以構(gòu)成隨列車(chē)速度、線路參數(shù)改變的優(yōu)化列車(chē)間隔。

（2）在使用軌道電路時(shí)，閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度與該區(qū)段列車(chē)的最大運(yùn)行速度有關(guān)。隨著列車(chē)運(yùn)行速度的提高或制動(dòng)性能的改善，固定長(zhǎng)度的閉塞分區(qū)限制了運(yùn)輸能力的進(jìn)一步提高。對(duì)于無(wú)線控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，列車(chē)速度提高或制動(dòng)性能的改善，對(duì)應(yīng)的僅是程序參數(shù)的改變，系統(tǒng)發(fā)展、完善十分簡(jiǎn)單。

（3）無(wú)線列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)由于無(wú)固定的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度，所以對(duì)于任何類型的列車(chē)都可以提高運(yùn)行速度。

（4）GSM-R的應(yīng)用可以進(jìn)一步取消固定信號(hào)機(jī)及軌道電路，又可以節(jié)省大量的安裝、維護(hù)費(fèi)用。

3 各種方式優(yōu)缺點(diǎn)

查詢應(yīng)答器、軌道電路、軌道電纜、無(wú)線傳輸方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)這幾種信息傳輸方式的特點(diǎn)進(jìn)行比較，其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 各種傳輸方式優(yōu)缺點(diǎn)

以上信息傳輸方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)以一種方式為主，輔以其他方式。如歐洲列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中的ETCS 1級(jí)采用“查詢應(yīng)答器+軌道電路”，ETCS 2級(jí)采用“軌道電路+查詢應(yīng)答器+GSM-R”的方式；ETCS 3級(jí)采用“查詢應(yīng)答器+GSM-R”。在我國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中CTCS-0級(jí)采用國(guó)產(chǎn)4信息、8信息、18信息移頻軌道電路來(lái)傳遞行車(chē)信息，CTCS-1級(jí)中采用從法國(guó)引進(jìn)的UM71軌道電路或者是國(guó)產(chǎn)化的ZPW-2000型軌道電路，并增加了點(diǎn)式設(shè)備；CTCS-2級(jí)采用“軌道電路+查詢/應(yīng)答器”的點(diǎn)式設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)地－車(chē)直接的信息傳輸。CTCS-3級(jí)是基于GSM-R的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，輔以軌道電路和點(diǎn)式設(shè)備。CTCS-4級(jí)是完全基于無(wú)線通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，輔以點(diǎn)式傳輸設(shè)備。

4 結(jié)論

隨著列車(chē)運(yùn)行速度、運(yùn)行密度的不斷提高，要求地面各種行車(chē)信息能夠更加準(zhǔn)確、及時(shí)、豐富地傳送到機(jī)車(chē)上。GSM-R以其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信息傳輸速率高、傳輸量大，可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，維修量少等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了地－車(chē)信息傳輸從信息少到信息多，點(diǎn)式到連續(xù)，有線到無(wú)線，單向到雙向，維修量減少的發(fā)展要求，逐漸開(kāi)始取代其他傳輸方式。

[1]王磊．應(yīng)答器報(bào)文在CTCS中的定義與應(yīng)用[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2007，9(1)：53-54.

[2]傅世善．閉塞與列控概論第四講—典型的列控系統(tǒng)[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2005(2):39-40.

[3]傅世善．閉塞與列控概論第三講—列控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成與分級(jí)[J]．鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2005(1):43-45.

[4]李國(guó)斌．對(duì)我國(guó)列車(chē)控制系統(tǒng)發(fā)展的幾點(diǎn)建議[J]．中國(guó)鐵路，2007(2)：49-53.

[5]朱學(xué)偉．GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)鐵路應(yīng)用狀態(tài)分析[J]．鐵路工程，2006(3):27-28.