姚明陽

(柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616)

列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)作為保證列車運(yùn)行安全、提高列車運(yùn)行效率的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，在鐵路提速中發(fā)揮著越來越重要的作用。在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，應(yīng)答器是最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，能夠在列車高速運(yùn)行的情況下以報(bào)文的形式向車載設(shè)備傳輸重要控車信息，實(shí)現(xiàn)車地通信，保證列車的安全運(yùn)行。當(dāng)列車運(yùn)行速度達(dá)到300 km/h(或以上)時(shí)，車載設(shè)備如果無法快速準(zhǔn)確地接收地面應(yīng)答器報(bào)文，就會(huì)嚴(yán)重影響高鐵的運(yùn)行，故應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量應(yīng)滿足鐵路進(jìn)一步的提速需求。

1 高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量測試的實(shí)際意義

高速鐵路列車的運(yùn)行在一定程度上依靠運(yùn)行控制系統(tǒng)。在列車所有的車載系統(tǒng)中，應(yīng)答器較為特殊，其主要功能在于對(duì)地面信息進(jìn)行獲取。如果應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量不高，就可能會(huì)導(dǎo)致高速鐵路列車在運(yùn)行過程中無法及時(shí)獲取地面信息，進(jìn)而影響運(yùn)行過程。

應(yīng)答器能夠?yàn)榱熊囓囕d系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的可變信息以及大量的固定信息，在這種情況下，車載系統(tǒng)的一次連續(xù)目標(biāo)距離制動(dòng)控制器就具備了生成基礎(chǔ)，因?yàn)閼?yīng)答器的信息為其提供了相關(guān)的數(shù)據(jù)支撐。應(yīng)答器的報(bào)文接收質(zhì)量直接影響著高速鐵路列車的運(yùn)行情況，要想為高速鐵路列車的安全運(yùn)行提供保障，就必須合理測試高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量。

研究認(rèn)為，在高速鐵路列車運(yùn)行水平不斷提升的背景下，應(yīng)答器在實(shí)際應(yīng)用中卻往往會(huì)出現(xiàn)問題。部分工作人員在列車信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)答器往往會(huì)出現(xiàn)速度信息接收不及時(shí)和坡度、限速信息接收質(zhì)量不高等情況。如果不能加強(qiáng)對(duì)相關(guān)問題的分析并提出相應(yīng)的優(yōu)化策略，就無法真正發(fā)揮出高速鐵路列車的價(jià)值，進(jìn)而影響我國鐵路行業(yè)的發(fā)展。

根據(jù)我國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范顯示，高速列車CTCS-1 級(jí)、CTCS-2 級(jí)、CTCS-3 級(jí)、CTCS-4 級(jí)都需要對(duì)應(yīng)答器的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行配置。無論是在高速鐵路建設(shè)工作中還是在既有線改造提速的過程中，應(yīng)答器都是不可或缺的設(shè)備。應(yīng)答器向高速行駛的列車車載系統(tǒng)提供信息的主要技術(shù)為磁感應(yīng)技術(shù)，主要表現(xiàn)在傳輸鏈路方面。車載應(yīng)答器的傳輸鏈路分為上下兩種類型，上行鏈路主要是由地面設(shè)置的應(yīng)答器向車載系統(tǒng)傳輸具體信息，信息內(nèi)容包括可變信息和固定信息。而下行鏈路則是以車載系統(tǒng)為基礎(chǔ)向地面設(shè)置的應(yīng)答器傳輸列車的具體運(yùn)行信息。上行鏈路的數(shù)據(jù)是當(dāng)前車地信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，其傳輸?shù)男畔?nèi)容具備多元化的特征，無論是哪一信息類別都極為重要，包括站名信息、速度信息、臨時(shí)限速信息等。除此之外，無論是等級(jí)轉(zhuǎn)換信息還是定位信息，亦或是軌道區(qū)段信息等，都需要完全包括在其中。

近年來，我國高速鐵路發(fā)展較為迅速，對(duì)信息質(zhì)量的要求越來越高，在大型樞紐車站不斷建設(shè)的背景下，不同作用的線路、不同場間的場聯(lián)線都越來越多，提升了樞紐車站線路的復(fù)雜程度。如果不能保證應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量水平，就會(huì)影響列車的運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致列車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。通過分析相關(guān)人員就列車信號(hào)系統(tǒng)開展的聯(lián)調(diào)聯(lián)試所得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在樞紐車站線路較為復(fù)雜的區(qū)段，應(yīng)答器對(duì)信息的分配往往會(huì)出現(xiàn)不合理情況。

2 高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量測試

2.1 測試內(nèi)容

從我國高速鐵路目前的發(fā)展情況來看，對(duì)于客運(yùn)列車專用型高速鐵路來說，其目前的時(shí)速達(dá)到了350 km以上，新建的客貨運(yùn)列車混用型高速鐵路在時(shí)速方面為250 km，根據(jù)這一現(xiàn)實(shí)情況對(duì)高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量進(jìn)行測試，主要測試條件如下：將列車的運(yùn)行速度設(shè)定為300 km/h以上，在應(yīng)答器方面采用不同的地面安裝方式，在此基礎(chǔ)上對(duì)地面應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)的特性及報(bào)文數(shù)據(jù)接收質(zhì)量進(jìn)行具體分析。

高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量測試的主要參數(shù)如下：第一，對(duì)地面應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)的平均數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、測試。第二，對(duì)地面應(yīng)答器的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行具體測試。相關(guān)人員應(yīng)開展分段校驗(yàn)統(tǒng)計(jì)工作，明確應(yīng)答器報(bào)文數(shù)據(jù)的誤碼率。第三，對(duì)地面應(yīng)答器報(bào)文的具體接收情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。應(yīng)答器報(bào)文的接收細(xì)節(jié)參數(shù)包括報(bào)文錯(cuò)誤比特總數(shù)、報(bào)文比特總數(shù)、總個(gè)數(shù)等。除此之外，無論是報(bào)文正確比特的起始位置還是最大有效報(bào)文個(gè)數(shù)，都需要包括在其中。第四，采集地面應(yīng)答器上行鏈路具體信號(hào)，通過相關(guān)處理方式還原其信號(hào)，查看其信號(hào)的實(shí)際波形，通過實(shí)際波形分析可以明確信號(hào)在傳輸過程中的傳輸質(zhì)量，因?yàn)橐坏┦艿皆肼暩蓴_，信號(hào)波形就會(huì)出現(xiàn)畸形跳變情況。第五，對(duì)地面應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)的具體采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜統(tǒng)計(jì)，同時(shí)檢驗(yàn)地面應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)頻點(diǎn)與頻率。地面應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)存在著2個(gè)工作頻點(diǎn)及中心頻率，如果發(fā)現(xiàn)工作頻點(diǎn)與中心頻率不準(zhǔn)確，就說明其工作頻點(diǎn)受到了噪聲干擾，影響了信息接收質(zhì)量。

2.2 測試方法

對(duì)應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量測試的方法進(jìn)行明確。測試開始前，應(yīng)在動(dòng)檢車的車底兩端安裝具體設(shè)備，設(shè)備為應(yīng)答器檢測系統(tǒng)BTM車載天線。還需在車內(nèi)兩端對(duì)應(yīng)答器檢測系統(tǒng)的BTM車載主機(jī)進(jìn)行安裝。安裝完畢，應(yīng)將數(shù)據(jù)處理上位機(jī)和顯示終端設(shè)備安裝到車內(nèi)兩端。在實(shí)際開展測試過程中，應(yīng)保證車內(nèi)兩端的應(yīng)答器檢測系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，同時(shí)檢測地面應(yīng)答器。

為了可以更好地得出檢測結(jié)果，為高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量的提升打下基礎(chǔ)，地面應(yīng)答器的安裝應(yīng)使用不同的方式。首先為橫向安裝，其次為縱向安裝。從橫向安裝的角度來看，主要將地面應(yīng)答器安裝在鋼軌頂面的130 mm以上，在上行線安裝5個(gè)地面應(yīng)答器，同時(shí)也需在下行線安裝數(shù)量相等的應(yīng)答器。從縱向安裝的角度來看，主要將地面應(yīng)答器安裝在鋼軌頂面，在上行線安裝5個(gè)地面應(yīng)答器，同時(shí)也需在下行線安裝數(shù)量相等的應(yīng)答器。

2.3 測試結(jié)果

測試結(jié)果為：應(yīng)答器在實(shí)際應(yīng)用中往往會(huì)出現(xiàn)問題，主要包括速度信息接收不及時(shí)以及坡度、限速信息接收質(zhì)量不高等。在樞紐車站線路較為復(fù)雜的區(qū)段，應(yīng)答器對(duì)信息的分配會(huì)出現(xiàn)不合理的情況。在列車高速運(yùn)行的情況下，應(yīng)答器與天線的具體作用時(shí)間被大大縮短，要想讓天線在短時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)答器的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，就必須要擴(kuò)大作用范圍。一些發(fā)達(dá)國家在高速鐵路相關(guān)規(guī)范中對(duì)天線與應(yīng)答器之間的通信作用區(qū)進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，只有保持其水平作用范圍在50～70 cm，才可以保證信息的接收質(zhì)量。以水平作用范圍60 cm為例：在列車以300 km/h的速度運(yùn)行時(shí)，作用時(shí)間T=作用范圍60 cm÷列車速度300 km/h=6.12(ms)，如果列車速度達(dá)到300 km/h，那么作用時(shí)間T=5.14(ms)。

對(duì)于單一的長編碼應(yīng)答器來說，其報(bào)文為1 023 bit，在這樣的情況下，車載設(shè)備接收到的連續(xù)正確比特?cái)?shù)只有大于1 023的應(yīng)答器報(bào)文數(shù)據(jù)才能對(duì)應(yīng)答器報(bào)文的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行解析。對(duì)于應(yīng)答器數(shù)據(jù)來說，其平均傳輸速率為564.48 kb/s，所以可對(duì)一幀應(yīng)答器報(bào)文進(jìn)行接收的時(shí)間為1 023=564.48=1.81(ms)。由此可以看出，天線與應(yīng)答器的作用時(shí)間較短，要想在列車高速運(yùn)行的狀態(tài)下對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，就應(yīng)合理安裝應(yīng)答器，使應(yīng)答器能夠與鋼軌成平行狀態(tài)，擴(kuò)大通信范圍。另外，需要盡量增加天線與應(yīng)答器的作用時(shí)間，提升應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量。

3 提升應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量的措施

3.1 對(duì)應(yīng)答器中的有源、無源數(shù)據(jù)進(jìn)行合理安排

要想對(duì)高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量進(jìn)行提升，就必須合理安排高速鐵路應(yīng)答器的有源、無源數(shù)據(jù)。在高速鐵路列車中，車載設(shè)備的主要設(shè)施就是應(yīng)答器，應(yīng)答器可對(duì)地面信息進(jìn)行獲取，對(duì)地面情況進(jìn)行反映，所以，需要提升信息的合理性，保證信息的全面性，加強(qiáng)信息的有效性。對(duì)應(yīng)答器的有源、無源數(shù)據(jù)進(jìn)行合理安排能夠?yàn)閼?yīng)答器預(yù)留足夠的空間。

根據(jù)具體的規(guī)范要求，在應(yīng)答器組內(nèi)，應(yīng)答器的數(shù)量一般不能超過3個(gè)，而在1個(gè)應(yīng)答器組中，只能設(shè)置1個(gè)有源應(yīng)答器，所以，有源應(yīng)答器需要對(duì)線路的實(shí)際情況進(jìn)行明確，對(duì)不同的信息進(jìn)行合理分配，進(jìn)而解決速度信息接收不及時(shí)以及坡度、限速信息接收質(zhì)量不高的問題。

3.2 嘗試使用大容量無源應(yīng)答器

從理論層面來看，在1個(gè)應(yīng)答器組內(nèi)對(duì)無源應(yīng)答器的數(shù)量進(jìn)行增加，可以對(duì)信息包的容納空間進(jìn)行擴(kuò)大，同時(shí)也能為獨(dú)立應(yīng)答器的增設(shè)打下基礎(chǔ)，縮小區(qū)間應(yīng)答器描述的范圍，所以嘗試使用大容量無源應(yīng)答器極為必要。在列車高速運(yùn)行的過程中，往往會(huì)受到不同地理?xiàng)l件的制約，一旦線路坡度較大，就可能限制列車的運(yùn)行速度。為在保證行車安全的基礎(chǔ)上提升列車的運(yùn)行效率，增加應(yīng)答器中的內(nèi)容十分重要，而增大應(yīng)答器內(nèi)容也會(huì)導(dǎo)致無源應(yīng)答器的容量捉襟見肘，針對(duì)這種情況，應(yīng)使用大容量無源應(yīng)答器。

大容量無源應(yīng)答器的上行鏈路具備雙通道結(jié)構(gòu)的特征，其兩個(gè)通道具備并行關(guān)系，可對(duì)數(shù)據(jù)傳輸容量進(jìn)行提高。由于2個(gè)通道可在單獨(dú)使用、同時(shí)使用的狀態(tài)中不斷切換，所以應(yīng)在大容量無源應(yīng)答器內(nèi)對(duì)應(yīng)答器報(bào)文進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)傳輸容量，解決現(xiàn)實(shí)情況中存在的具體問題，提高高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量水平。

3.3 對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行合并

合并線路參數(shù)的目的在于解決應(yīng)答器報(bào)文質(zhì)量問題，尤其是在對(duì)有源應(yīng)答器、無源應(yīng)答器進(jìn)行分配后仍然無法滿足現(xiàn)實(shí)需求時(shí)，相關(guān)人員就應(yīng)該在現(xiàn)實(shí)中嘗試合并線路參數(shù)。目前，對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行合并的方法包括多種不同的類型，無論是速度合并還是坡度合并，亦或是軌道區(qū)段的合并，都需要包括在其中。

在遵循具體規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行坡度合并，能夠提高應(yīng)答器報(bào)文的接收質(zhì)量。從坡度合并的具體質(zhì)量來看，其主要是以應(yīng)答器技術(shù)規(guī)范為基礎(chǔ)，根據(jù)相關(guān)算法對(duì)能夠合并的變坡點(diǎn)進(jìn)行明確，之后以安全性為原則對(duì)制定距離內(nèi)的坡度進(jìn)行合并，對(duì)數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行延長。

在遵循具體規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行速度合并，需對(duì)制動(dòng)范圍內(nèi)的速度變化點(diǎn)進(jìn)行明確，如果存在著速度變化較大的情況，就應(yīng)對(duì)合并事宜進(jìn)行慎重考慮，保證數(shù)據(jù)前后的相同性。

在遵循具體規(guī)范的基礎(chǔ)上對(duì)軌道區(qū)段進(jìn)行合并，需在不影響列車運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作。軌道區(qū)段的合并應(yīng)明確制動(dòng)距離范圍內(nèi)由遠(yuǎn)及近的軌道區(qū)段，從而達(dá)到提升報(bào)文接收質(zhì)量的效果。

3.4 提升有源大容量應(yīng)答器的設(shè)計(jì)水平

提高高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量水平最基礎(chǔ)的措施就是加強(qiáng)對(duì)有源大容量應(yīng)答器的設(shè)計(jì)。無論是對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行合并還是對(duì)應(yīng)答器進(jìn)行增設(shè)，都是為了擴(kuò)大應(yīng)答器容量，要想對(duì)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行滿足，就必須要重點(diǎn)完善有源大容量應(yīng)答器。與無源大容量應(yīng)答器相比，有源大容量應(yīng)答器更加復(fù)雜，具有一定難度，目前仍處于研發(fā)階段。相關(guān)人員必須要加強(qiáng)對(duì)問題的分析，只有解決容量問題才能保證信息的準(zhǔn)確性，應(yīng)在保證鐵路運(yùn)輸安全性的基礎(chǔ)上促進(jìn)整體行業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語

在列車所有車載系統(tǒng)中，應(yīng)答器較為特殊，可對(duì)地面信息進(jìn)行獲取，對(duì)地面情況進(jìn)行反映，因此需要提升信息的合理性，保證信息的全面性，加強(qiáng)信息的有效性。如果應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量不夠高，就可能導(dǎo)致高速鐵路列車在運(yùn)行過程中無法及時(shí)獲取地面信息，進(jìn)而影響運(yùn)行。要想為高速鐵路列車的安全運(yùn)行提供保障，就必須合理測試高速鐵路應(yīng)答器報(bào)文接收質(zhì)量。