李 朋

1 智能交通系統(tǒng)是鐵路機務(wù)的必然趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能科學(xué)與技術(shù)成為了近些年科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究熱門，也是未來技術(shù)的發(fā)展主旋律。鐵路機務(wù)系統(tǒng)是鐵路中的重要組成部分，主要負責機車的運行和維護，可以說是核心組成。智能化在鐵路機務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以大幅提高機務(wù)人員的工作效率，甚至改變機務(wù)人員的工作方式，智能交通系統(tǒng)是鐵路機務(wù)的必然趨勢。

在2000年我國就成立了國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，同時依據(jù)智能交通系統(tǒng)的研究成果，建立了鐵路智能運輸系統(tǒng)（RITS）的總體結(jié)構(gòu)。鐵路智能運輸系統(tǒng)是基于多種新技術(shù)的新型鐵路運輸體系，綜合了集成電子技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、智能控制技術(shù)、智能系統(tǒng)技術(shù)、管理與決策控制技術(shù)等，通過整理歸納并利用與鐵路運輸有關(guān)的移動、空間、時間等資源，從而完成確保機車行駛安全、提升機車運行速度、改善鐵路服務(wù)質(zhì)量等目標。

實現(xiàn)智能化是鐵路智能運輸系統(tǒng)的核心，鐵路智能運輸系統(tǒng)可分為3個層次：初級鐵路智能運輸系統(tǒng)、中級鐵路智能運輸系統(tǒng)和高級鐵路智能運輸系統(tǒng)。在高級鐵路智能運輸系統(tǒng)的規(guī)劃中，機車可以通過系統(tǒng)設(shè)定完成機車運行條件下面對復(fù)雜狀況下的決策選擇，比如實現(xiàn)機車自動駕駛和機車綜合調(diào)度。

2 新一代信息技術(shù)在鐵路機務(wù)中的應(yīng)用實例

2.1 第五代移動通信技術(shù)在鐵路機務(wù)中的應(yīng)用

智能裝備和智能運營都和鐵路機務(wù)系統(tǒng)有直接關(guān)系。對于鐵路運輸?shù)陌踩a(chǎn)來說，機車的安全行駛十分依賴于其通信系統(tǒng)，這是由鐵路運輸特殊的運輸方式?jīng)Q定的。鐵路系統(tǒng)與海運、空運系統(tǒng)類似，司機和駕駛員不能隨意改變行駛路線，同時必須與總臺保持通信聯(lián)系，由總臺系統(tǒng)進行行駛路線的統(tǒng)一規(guī)劃和調(diào)度。通信系統(tǒng)是支撐這種統(tǒng)一調(diào)度的基礎(chǔ)，只有通信系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運行，才能讓鐵路運輸?shù)陌踩缘玫奖Ｕ稀?/p>

第五代移動通信技術(shù)俗稱5G，具有數(shù)據(jù)傳輸快、延遲率低、能源消耗率低、成本少的優(yōu)點，應(yīng)用前景非常廣闊。在鐵路系統(tǒng)中采用5G技術(shù)，可以進一步提升機車的通信功能和數(shù)據(jù)傳輸功能。成都機務(wù)段曾試用了基于5G的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，2018年中國鐵路西安局集團有限公司西安機務(wù)段試用了基于5G技術(shù)的系統(tǒng)方案，測試結(jié)果都非常優(yōu)異，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲的速度得到了大幅提高。這些應(yīng)用結(jié)果表明，將5G技術(shù)應(yīng)用于鐵路機務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，可以大大提升傳輸速率，與WLAN相比，傳輸速度提升了兩個數(shù)量級以上，性能提升效果非常明顯。

2.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在鐵路機務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航是我國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以在全球范圍內(nèi)提供精度高、可靠性高的定位、導(dǎo)航、時間服務(wù)。目前已經(jīng)具有了大規(guī)模成熟應(yīng)用的基礎(chǔ)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與軌道交通是不可分割的，實現(xiàn)北斗導(dǎo)航技術(shù)在鐵路機車上的應(yīng)用，是通信行業(yè)和鐵路交通行業(yè)的共同目標。通過采用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，可以推進機車的智能技術(shù)突破，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在機車運行控制系統(tǒng)、機車定位、機車監(jiān)測等方面都非常有應(yīng)用潛力。

《國家鐵路十三五規(guī)劃》中也明確指出，必須要推進鐵路系統(tǒng)的智能化現(xiàn)代化，加強信息化智能化建設(shè)，提升安全監(jiān)控自動化水平，推進信息綜合集成應(yīng)用。還提出要積極推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、地理信息和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在防災(zāi)預(yù)警、應(yīng)急救援等方面應(yīng)用，并加快完善鐵路行業(yè)云數(shù)據(jù)中心和災(zāi)備中心建設(shè)。

2.3 自動駕駛技術(shù)在鐵路機務(wù)中的應(yīng)用

鐵路系統(tǒng)智能化的發(fā)展離不開自動駕駛技術(shù)，自動駕駛技術(shù)不僅是鐵路系統(tǒng)，也是所有交通系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。列車運行控制系統(tǒng)是機車的“大腦”，可以依據(jù)線路的現(xiàn)有條件和實際情況，對機車的行駛速度和啟動、制動情況進行調(diào)整。目前機車控制系統(tǒng)的運行非常依賴機務(wù)人員，而自動駕駛就是進一步提高機車控制系統(tǒng)的自主化程度。

通過采用智能裝備，可以在機車上實現(xiàn)自動駕駛。舉例而言，比如調(diào)車作業(yè)是鐵路機務(wù)系統(tǒng)中的重要工作之一，同時也是安全事故多發(fā)的一項工作，目前調(diào)車作業(yè)的完成主要是依靠人力，在人力協(xié)調(diào)操作的過程中，任何一項出現(xiàn)疏忽，就可能導(dǎo)致安全事故。而如果在調(diào)車作業(yè)中采用自動駕駛和自動檢測技術(shù)，可以有效的提高調(diào)車效率和安全性，減少甚至避免因操作不當或協(xié)調(diào)不當引發(fā)的事故。

3 機務(wù)系統(tǒng)中新一代通信技術(shù)的頻段要求

2017年工信部專門針對5G技術(shù)的頻段使用出臺過相關(guān)政策，政策中明確指出5G技術(shù)的工作頻段為3300至3 600MHz頻段和4800至5 000MHz頻段，其中3 300至3 400MHz頻段是室內(nèi)應(yīng)用可選頻段。在這些技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，3 400MHz頻段是最適合于機車內(nèi)部通信的頻段。

5G技術(shù)雖然優(yōu)勢眾多，但也并不是沒有缺點。5G技術(shù)有頻段高，基站范圍小，成本高等缺點，為了克服這些缺點，需要在機車系統(tǒng)中綜合采用Wi-Fi技術(shù)和5G技術(shù)，這就實現(xiàn)了雙頻段通信。雙頻段通信的基礎(chǔ)是具有符合應(yīng)用要求的天線，不同結(jié)構(gòu)的通信天線性能也各有不同，目前使用較多的天線類型是微帶縫隙天線和蝶形天線。如果能夠依據(jù)雙頻段通信的特點，來設(shè)計更適合的專用天線結(jié)構(gòu)，通信性能還能得到進一步的優(yōu)化。

4 鐵路系統(tǒng)中新一代通信技術(shù)的干擾來源

無線通信技術(shù)是通過電磁波信號的傳播特性來進行信息傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)，因而電磁干擾是妨礙通信技術(shù)的一個主要因素。機車上的通信設(shè)備一旦受到電磁干擾，就會影響機務(wù)系統(tǒng)的通信效果，而機車的正常行駛對機務(wù)系統(tǒng)的通信功能是非常依賴的，及時有效的通信是鐵路安全的基礎(chǔ)之一。

通常來說，電磁干擾是不可避免的，但其影響是可顯著降低的。首先在大自然中存在著不可消除的磁場干擾，就是地球自帶的磁場，再者就是隨著機車中電子設(shè)備越來越多，如果不能做好完善的電磁防護處理，就會出現(xiàn)電磁泄漏，也會對機車造成安全隱患。對于鐵路信號來說，環(huán)境也是一個重要干擾因素。環(huán)境中的溫度、濕度和風力等都會對鐵路信號的發(fā)射和接收設(shè)備產(chǎn)生干擾。在新一代鐵路通信系統(tǒng)的設(shè)計中，這些干擾因素都必須被充分考慮，才能構(gòu)建出成熟可靠的通信系統(tǒng)。

5 新一代信息技術(shù)在鐵路中的應(yīng)用必將會迅速提升機務(wù)工作效率

新一代信息技術(shù)在快速的發(fā)展之中，許多技術(shù)正在從實驗室向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化，一些新型技術(shù)也正在從小批量試用向大批量應(yīng)用發(fā)展。以5G技術(shù)為例，2019年工業(yè)與信息部正式發(fā)放了5G商用牌照，這標志著中國已經(jīng)開始進入5G商用階段。

可以預(yù)見隨著新一代的信息技術(shù)在鐵路機務(wù)系統(tǒng)中獲得越來越多的裝機與應(yīng)用，一定會為機務(wù)工作的方式和效率帶來翻天覆地的變化。機務(wù)系統(tǒng)是機車系統(tǒng)的“火車頭”，可以說決定了鐵路運輸?shù)暮诵?，通過技術(shù)手段的革新可以為鐵路機務(wù)系統(tǒng)注入“新鮮的血液”，更加驗證了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。