趙 旭

趙 旭:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 工程師 300251天津

我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)路網(wǎng)基本形成后，全國(guó)貨運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)將進(jìn)入攻堅(jiān)階段，萬(wàn)噸級(jí)、兩萬(wàn)噸級(jí)重載鐵路將是貨運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的重點(diǎn)。在重載線(xiàn)路中，GSM-R網(wǎng)絡(luò)為機(jī)車(chē)同步操控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)通道;重載列車(chē)通常為3臺(tái)機(jī)車(chē)牽引，機(jī)車(chē)位于全列車(chē)的前、中、后3個(gè)位置，前部主控機(jī)車(chē)向中、后部2臺(tái)從控機(jī)車(chē)發(fā)送控制信號(hào)，使3臺(tái)機(jī)車(chē)成為1個(gè)動(dòng)力單元牽引列車(chē)前進(jìn)。在客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)線(xiàn)路中，GSM-R提供的列控?cái)?shù)據(jù)如果失敗，列車(chē)則會(huì)轉(zhuǎn)向CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)降速行駛;但在機(jī)車(chē)同步操控系統(tǒng)中，如果GSM-R提供的數(shù)據(jù)通道中斷或失敗，機(jī)車(chē)牽引無(wú)法同步，列車(chē)將停止或溜坡，危及行車(chē)安全。因此在重載鐵路列控系統(tǒng)中，要求GSM-R鐵路專(zhuān)用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必須具備高可靠性。

1 雙洞單線(xiàn)長(zhǎng)大隧道GSM-R覆蓋難點(diǎn)

雙洞單線(xiàn)隧道通常為鐵路上、下行線(xiàn)路分別開(kāi)挖的隧道工程，每條隧道中只有1條鐵路線(xiàn)，上、下行隧道內(nèi)由可供維修人員行走的連通洞連接，有的隧道中還有供車(chē)輛行駛的連通洞或斜井。雙洞單線(xiàn)隧道的2個(gè)隧道出入洞口可能不在一個(gè)里程上，洞口平行間距30 m或更大，如圖1所示。

圖1 雙洞單線(xiàn)隧道洞口

在雙洞單線(xiàn)隧道中，2條上、下行隧道間有一定間隔，其間雖然有連通洞，但對(duì)GSM-R信號(hào)屏蔽效果較大，通常在單個(gè)隧道內(nèi)1 km左右間隔布設(shè)光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)，光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)連接漏泄同軸電纜，對(duì)隧道內(nèi)進(jìn)行GSM-R覆蓋;如果是長(zhǎng)大隧道，為不使通信接入容量不夠造成掉話(huà)，還應(yīng)在隧道內(nèi)布置基站設(shè)備。這種覆蓋方案解決了雙洞單線(xiàn)隧道內(nèi)GSM-R信號(hào)覆蓋的問(wèn)題，但無(wú)線(xiàn)信號(hào)無(wú)法區(qū)分上、下行列車(chē);對(duì)于基站或光纖直放站設(shè)備來(lái)講，任何一個(gè)機(jī)車(chē)臺(tái)都是一個(gè)移動(dòng)設(shè)備，會(huì)接入信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)高的小區(qū)中。如圖2所示，假設(shè)一列上行列車(chē)在進(jìn)入隧道前，接入了下行隧道的基站信號(hào)，由于下行隧道基站信號(hào)與上行隧道基站信號(hào)無(wú)切換關(guān)系，則列車(chē)進(jìn)入隧道后就會(huì)產(chǎn)生掉話(huà)，機(jī)車(chē)同步數(shù)據(jù)就要中斷。另外，在雙洞單線(xiàn)長(zhǎng)大隧道中安置基站，維修人員要行走很遠(yuǎn)的距離才能到達(dá)故障點(diǎn);如果2個(gè)洞內(nèi)都有移動(dòng)設(shè)備，維修人員需要通過(guò)最近的橫通道進(jìn)入對(duì)側(cè)隧道，再行走到故障位置，顯然增加了維修難度及維修時(shí)間。

圖2 列車(chē)產(chǎn)生誤切換示意圖

2 雙洞單線(xiàn)長(zhǎng)大隧道GSM-R覆蓋方案

2.1 上、下行列車(chē)誤切換的解決

如前所述，上、下行列車(chē)產(chǎn)生掉話(huà)的原因是接入錯(cuò)誤基站小區(qū)，且雙洞單線(xiàn)隧道彼此洞內(nèi)基站小區(qū)間無(wú)切換關(guān)系。解決此問(wèn)題最直接的方法是在雙洞單線(xiàn)隧道內(nèi)基站小區(qū)間建立切換關(guān)系，即在相鄰基站內(nèi)建立切換關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。假設(shè)基站A、B、C是某重載鐵路的3個(gè)基站，如圖3所示，其中A基站位于隧道外，B基站是雙洞單線(xiàn)上行隧道洞內(nèi)第1個(gè)基站，C基站為下行隧道洞內(nèi)第1個(gè)基站;當(dāng)列車(chē)X沿上行線(xiàn)路從A駛向B、C時(shí)，X列車(chē)由A基站信號(hào)轉(zhuǎn)而切入B基站小區(qū)，然而，在洞口附近C基站信號(hào)強(qiáng)于B基站時(shí)，X列車(chē)會(huì)接入C基站信號(hào);在進(jìn)入上行隧道內(nèi)，C基站與B基站有切換關(guān)系，X列車(chē)信號(hào)又切回B基站，切換成功無(wú)掉話(huà)。反之，當(dāng)X列車(chē)沿下行隧道由C基站駛向A基站，因?yàn)镃與B具有切換關(guān)系，則X列車(chē)駛出洞口后，會(huì)接入B基站信號(hào)，然后再向A基站信號(hào)切換。這會(huì)導(dǎo)致前部主控機(jī)車(chē)接入A基站，中部從控機(jī)車(chē)接入B基站，尾部從控機(jī)車(chē)接入C基站，而且這種接入關(guān)系還會(huì)隨當(dāng)時(shí)洞口3個(gè)基站場(chǎng)強(qiáng)關(guān)系改變，非常容易引發(fā)乒乓切換。這樣建立的基站切換關(guān)系無(wú)法解決雙洞單線(xiàn)隧道誤切換問(wèn)題。

圖3 建立切換關(guān)系方案示意圖

其實(shí)，誤切換問(wèn)題產(chǎn)生于雙洞單線(xiàn)隧道洞口引入了3個(gè)基站信號(hào) (A、B、C)，如果將其中一路信號(hào)去掉，就不會(huì)產(chǎn)生機(jī)車(chē)臺(tái)誤切換。假設(shè)仍然是A、B、C基站，如圖4所示，這次將B作為雙洞單線(xiàn)隧道口基站及上行隧道第1個(gè)基站信號(hào)，而C作為下行隧道洞內(nèi)第1個(gè)基站信號(hào)。X列車(chē)由洞外A基站駛向B、C基站，因?yàn)槎纯谥挥蠥、B 2個(gè)基站信號(hào)，而越靠近B基站其場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)，X列車(chē)由A基站切換入B基站，而進(jìn)入上行隧道內(nèi)，B基站再與該洞內(nèi)下一個(gè)基站作切換;如果X列車(chē)由A進(jìn)入C基站下行隧道內(nèi)時(shí)，需要將B基站與C基站間建立切換關(guān)系，X列車(chē)就會(huì)在下行隧道內(nèi)由B向C做切換。

工程上，隧道洞內(nèi)的覆蓋均由光纖直放站完成，B基站連接上行隧道及下行隧道洞口部分洞內(nèi)光纖直放站設(shè)備，下行隧道洞內(nèi)C基站連接光纖直放站需要與B基站所帶下行隧道內(nèi)光纖直放站具有切換區(qū)。B基站短段光纜可以通過(guò)隧道間聯(lián)通洞與對(duì)側(cè)直放站設(shè)備連接，連通洞內(nèi)短段光纜需要進(jìn)行鋼管防護(hù)并沿洞室側(cè)壁上沿掛設(shè)。通過(guò)連通洞，短段光纜可以大幅減少?gòu)幕镜焦饫w直放站的長(zhǎng)度，避免出現(xiàn)相鄰直放站短段光纜差超過(guò)1.8 km引起的同頻干擾。

圖4 減少洞口信號(hào)方案示意圖

2.2 洞內(nèi)基站維護(hù)設(shè)置

隧道內(nèi)由于使用光纖直放站設(shè)備作為弱場(chǎng)覆蓋的主要設(shè)備，基站只作為信源設(shè)備存在，其信號(hào)通過(guò)短段光纜發(fā)送給光纖直放站，故基站可以邏輯上設(shè)置在隧道內(nèi)，實(shí)際上可以放置于隧道外。由于隧道內(nèi)屬于GSM-R交織覆蓋，單一基站故障不能影響隧道內(nèi)覆蓋及移動(dòng)臺(tái)切換。隧道內(nèi)基站，在最遠(yuǎn)直放站連接短段光纜不超過(guò)23 km情況下，將奇數(shù)與偶數(shù)基站分別在隧道外2個(gè)不同地點(diǎn)放置，同時(shí)，負(fù)責(zé)隧道兩端信號(hào)的基站不能與其具有邏輯相鄰關(guān)系的基站同址放置。短段光纜長(zhǎng)度超過(guò)23 km的基站，可以在隧道洞內(nèi)靠近洞口處選擇洞室放置，以避免隧道外基站站點(diǎn)垮塌，多個(gè)基站同時(shí)損毀時(shí)，隧道內(nèi)仍然保持有效的GSM-R信號(hào)覆蓋，不危及行車(chē)安全。

3 總結(jié)

雙洞單線(xiàn)長(zhǎng)大隧道GSM-R覆蓋的核心是不使移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生乒乓切換或誤切換，設(shè)計(jì)上可以將洞口信號(hào)交由1個(gè)基站管理，由該基站對(duì)洞內(nèi)、洞外其他基站切換。工程上，短段光纜可以通過(guò)隧道間連通洞到達(dá)對(duì)側(cè)隧道，這樣有助于縮短短段光纜長(zhǎng)度，提高光纖直放站覆蓋效果。雙洞單線(xiàn)隧道內(nèi)基站一定按照奇偶數(shù)基站分開(kāi)放置的原則，選擇隧道外或隧道洞內(nèi)靠近洞口處隧道洞室放置。由此可以完整解決重載鐵路雙洞單線(xiàn)長(zhǎng)大隧道GSM-R覆蓋難題。

［1］ 鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心，北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院．中國(guó)鐵路GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南［S］ ．北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［2］ 鐘章隊(duì)．鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)［M］ ．北京:中國(guó)鐵道出版社，2007.

［3］ 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院．鐵道部．鐵建設(shè)【2007】92號(hào)．鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］ ．北京:中國(guó)鐵道出版社，2007.