武廣高速鐵路通信信號系統(tǒng)集成及工程實施亮點

陳孔東

(北京全路通信信號研究設(shè)計院，北京 100073)

1 工程總體概況

武廣高速鐵路正線全長1 068.6 km，正線共設(shè)18個車站，其中武漢、長沙南、廣州南為始發(fā)站；咸寧北、赤壁北、岳陽東、汨羅東、株洲西、衡山西、衡陽東、耒陽西、郴州西、韶關(guān)西、清遠、廣州北為中間站；烏龍泉東、樂昌東、英德西為越行站。

在武漢和廣州兩地分別設(shè)置調(diào)度指揮中心和核心網(wǎng)機房，調(diào)度指揮管轄范圍以廣州南站進站信號機為界，核心網(wǎng)機房管轄范圍以鄂湘省界（即武漢鐵路局與廣鐵集團局界）為界。

涉及的跨線列車聯(lián)絡(luò)線有武漢跨線聯(lián)絡(luò)線、株洲北聯(lián)絡(luò)線、株洲南聯(lián)絡(luò)線、長沙（株洲）樞紐西北聯(lián)絡(luò)線及廣州北聯(lián)絡(luò)線，在武漢、長沙、廣州3地分別設(shè)置動車段及動車走行線。

設(shè)計速度為350 km/h，運營速度為300 km/h，驗收速度為350 km/h，同時滿足既有提速線路200 km/h動車組上線運行的需要，滿足列車追蹤3 min間隔的需要。

2 系統(tǒng)集成總體技術(shù)方案

2.1 通信系統(tǒng)集成總體技術(shù)方案

2.1.1 傳輸及接入系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)采用骨干層和接入層2層結(jié)構(gòu)，在武漢調(diào)度所—武漢鐵通洪山通信站—武漢通信站—長沙通信站—廣州通信站—廣州東山鐵通機房的主干傳輸鏈路節(jié)點設(shè)置STM-64設(shè)備，在沿線車站（不含越行站）及武漢調(diào)度所、武漢洪山機房、廣州東山機房設(shè)置10 G設(shè)備構(gòu)成骨干層；在其他傳輸節(jié)點采用STM-4和STM-1設(shè)備，以車站為匯聚節(jié)點構(gòu)成3個2纖自愈環(huán)接入層。

2.1.2 電話交換系統(tǒng)

利用既有的程控電話交換網(wǎng)，通過接入網(wǎng)將新增的自動電話納入既有鐵路程控電話交換機。在武漢鐵通洪山通信站、長沙通信站、廣州鐵通流花橋通信站設(shè)置OLT設(shè)備，在沿線其他主要節(jié)點設(shè)置ONU設(shè)備組成電話交換系統(tǒng)。全線以省界為界對自動電話用戶進行劃分，分別接入3套OLT設(shè)備，納入本地既有鐵路電話網(wǎng)統(tǒng)一編號并管理。

2.1.3 數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)網(wǎng)按照調(diào)度所管轄范圍的核心層、匯聚層、接入層的3級網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)組建IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，采用MPLS VPN技術(shù)提供業(yè)務(wù)系統(tǒng)隔離和QoS保證，以MSTP系統(tǒng)作為遠程承載平臺。數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)管完成管理信息的交換及安全管理、配置管理、故障管理和性能管理。

武漢調(diào)度所按計劃將于2010年4月建成，現(xiàn)采取過渡方案開通，在武漢核心網(wǎng)機房設(shè)置1臺核心路由器和1套數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)管，在武漢通信站設(shè)置1臺核心路由器設(shè)備。另外，為滿足鐵道部武漢—北京核心網(wǎng)節(jié)點互聯(lián)互通的要求，分別在核心網(wǎng)機房和武漢通信站各增設(shè)1臺路由反射器設(shè)備與核心路由器連接。

在武漢站、長沙南站、廣州南站分別設(shè)置2臺匯聚層路由器與核心路由器相連構(gòu)成匯聚層。

沿線車站（不含越行站）各設(shè)置1臺接入層路由器和1臺3層交換機設(shè)備，武漢、廣州核心網(wǎng)機房分別設(shè)置2臺接入路由器設(shè)備組成接入層。

2.1.4 專用移動通信系統(tǒng)

專用移動通信系統(tǒng)由分別設(shè)置于武漢、廣州的GSM-R核心網(wǎng)和正線及聯(lián)絡(luò)線、動車走行線沿線的無線子系統(tǒng)構(gòu)成。武漢核心網(wǎng)節(jié)點設(shè)備包括移動交換網(wǎng)（MSC/TMSC、HLR、SMSC）、智能網(wǎng)（SSP、SCP）、通用分組無線業(yè)務(wù)網(wǎng)（SGSN、GGSN、RADIUS、DNS）、No.7信令網(wǎng)、網(wǎng)管、SIM卡管理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)構(gòu)成；廣州核心網(wǎng)節(jié)點設(shè)備包括移動交換網(wǎng)（MSC）、智能網(wǎng)（SSP）、通用分組無線業(yè)務(wù)網(wǎng)（SGSN、GGSN）、No.7信令網(wǎng)、網(wǎng)管、SIM卡管理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)構(gòu)成。

武漢、廣州核心網(wǎng)與北京核心網(wǎng)互聯(lián)互通，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。武漢核心網(wǎng)和北京核心網(wǎng)設(shè)置的HLR地理冗余，成對配置，北京HLR為主用，武漢HLR為熱備，2套HLR設(shè)備數(shù)據(jù)實時同步；TMSC/MSC通過2 M中繼互聯(lián)；短消息、智能網(wǎng)、DNS、RADIUS、GROS、網(wǎng)管、信令網(wǎng)之間也全部實現(xiàn)互聯(lián)。

2.1.5 調(diào)度通信系統(tǒng)

調(diào)度通信網(wǎng)采用屬地化組網(wǎng)方案，按照2個鐵路局的維修管界進行組網(wǎng)。武漢鐵路局管內(nèi)組1個從武漢通信站至赤壁北站的數(shù)字環(huán)，廣鐵集團管內(nèi)組赤壁北至衡陽東、衡陽東至廣州北、廣州北至廣州通信站3個數(shù)字環(huán)。武漢局調(diào)度所和武漢站分別設(shè)置1套調(diào)度系統(tǒng)主FAS設(shè)備雙機熱備，同時分別與武漢的MSC互聯(lián)；廣州調(diào)度所設(shè)置1套主FAS設(shè)備，利用廣深四線調(diào)度所FAS設(shè)備作為備用，主備FAS分別與廣州MSC互聯(lián)。沿線18個車站和長沙動車所設(shè)置調(diào)度交換機。

2.1.6 會議電視系統(tǒng)

會議電視系統(tǒng)基于H．323制式，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)承載，采用星形組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，會議電視系統(tǒng)按路局管轄范圍組網(wǎng)。主會場設(shè)備與鐵路局既有會議電視系統(tǒng)的視訊終端進行模擬轉(zhuǎn)接互通。

武漢調(diào)度所設(shè)置主會場設(shè)備，沿線車站（越行站為后來追加）、動車所設(shè)置分會場設(shè)備，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)FE接口與MCU設(shè)備連接，直接采用站房照明電供電。

廣州調(diào)度所復(fù)用廣深港主會場設(shè)備，為配合武廣高鐵開通運營，廣深港會議電視主會場設(shè)備提前供貨，安裝于廣州既有調(diào)度所。

2.1.7 應(yīng)急救援指揮通信系統(tǒng)

應(yīng)急救援指揮通信系統(tǒng)主要為了滿足武廣高速鐵路事故現(xiàn)場應(yīng)急通信的需要，為事故現(xiàn)場提供語音、圖像應(yīng)急救援指揮通信，同時納入全路應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)。

中心接入設(shè)備設(shè)置于武漢調(diào)度所，接入由鐵道部統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)的應(yīng)急救援指揮通信網(wǎng)。全線設(shè)置5套現(xiàn)場設(shè)備，出險時由事故搶修人員攜帶至現(xiàn)場使用。本工程為長沙綜合維修段、廣州綜合維修段、咸寧維修工區(qū)、樂昌維修工區(qū)提供現(xiàn)場設(shè)備，武漢綜合維修段設(shè)備與合武客專合設(shè)，由合武客專項目負責(zé)設(shè)置。

2.1.8 通信綜合網(wǎng)管系統(tǒng)

在武漢調(diào)度所、廣州調(diào)度所各設(shè)置1套綜合網(wǎng)管系統(tǒng)中心及綜合網(wǎng)管本地維護終端，在武漢調(diào)度所、廣州調(diào)度所、武漢局通信科、廣鐵集團的通信科、長沙綜合維修段各設(shè)置1套綜合網(wǎng)管系統(tǒng)遠程終端。將傳輸、接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、專用移動通信、調(diào)度通信、會議電視、同步及時鐘分配、通信電源及通信信號機房環(huán)境監(jiān)控、綜合視頻監(jiān)控等9個系統(tǒng)接入綜合網(wǎng)管系統(tǒng)，通過結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)和大型數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)管系統(tǒng)可以直觀地管理各系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源，并進行分析。

2.1.9 同步及時鐘分配系統(tǒng)

在武漢調(diào)度所、長沙南、郴州西和廣州南通信站設(shè)置二級節(jié)點時鐘及本地維護終端，連接至既有鐵通傳輸網(wǎng)，主用時鐘源與鐵通既有PRC/LPR同步。

在武漢調(diào)度所設(shè)置二級時間同步設(shè)備，完成時間同步信號的分配，同時設(shè)置GPS作為時間同步源。

2.1.10 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)分為交流和直流兩種供電方式。交流供電采用UPS方式，當(dāng)外電源停電后，系統(tǒng)靠蓄電池供電。本工程光纖直放站按3 h電池保證供電時間考慮，其他節(jié)點按1 h電池保證供電時間考慮。直流供電采用高頻開關(guān)電源供電方式，同時高頻開關(guān)交流輸入要求具備2路切換功能。

2.1.11 綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)

綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化視頻監(jiān)控技術(shù)和IP傳輸方式構(gòu)建，為鐵路各業(yè)務(wù)部門和信息系統(tǒng)提供所需的視頻信息，實現(xiàn)對車站重點區(qū)域、公跨鐵立交橋、通信機房、信號機房、牽引供電機房內(nèi)外、電力供電機房內(nèi)外的實時監(jiān)控。在控制中心和分控中心實現(xiàn)對其管轄范圍內(nèi)分專業(yè)、分區(qū)域進行遠程監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲采取分散與集中結(jié)合的方式，具有治安防范的攝像頭及車站咽喉區(qū)設(shè)置的攝像頭圖像按15天存儲，其他攝像頭圖像按3天存儲。

2.1.12 通信線路

線路兩側(cè)分別敷設(shè)1條32芯干線光纜，引入沿線基站、信號中繼站、牽引變電所、電力配電所等通信機房。在車站、信號中繼站、牽引及供電有人值守節(jié)點的光纜終端設(shè)置在傳輸設(shè)備機柜內(nèi)的ODF子架上。通信與信號、牽引及供電設(shè)備的光纖接口分界點為ODF子架的用戶側(cè)，用戶側(cè)至信號、牽引及供電設(shè)備間的跳纖由相應(yīng)專業(yè)自行布放。

2.1.13 通信電源及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

一級監(jiān)控中心裝置暫時設(shè)置在武漢通信站，二級監(jiān)控中心在武漢、長沙和廣州各設(shè)1套，其他節(jié)點的機械室內(nèi)設(shè)置遠端監(jiān)測單元（SU），并在信號機械室內(nèi)設(shè)置采集器。與視頻監(jiān)控系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)的聯(lián)動在一級監(jiān)控中心實現(xiàn)，與照明系統(tǒng)的聯(lián)動在監(jiān)控站單元實現(xiàn)。

2.1.14 車站、段所綜合布線

綜合布線系統(tǒng)由工作區(qū)子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)、垂直干線子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)、設(shè)備間子系統(tǒng)組成。樓宇間綜合布線主要考慮光纜及防護磚槽/水泥槽、鋼管等的預(yù)埋。

2.2 信號系統(tǒng)集成總體技術(shù)方案

2.2.1 列控系統(tǒng)

CTCS-3級列控系統(tǒng)主要采用基于GSM-R的無線通信方式，實現(xiàn)列車和地面的雙向通信，同時由地面無線閉塞中心（RBC）向列車發(fā)送行車許可來控制列車運行。由于它采用了無線信息傳輸，信息量大大增加，控車精度非常高。同時還配備了CTCS-2級列控系統(tǒng)，作為350 km/h高速動車組降級備用系統(tǒng)，可在CTCS-3級相關(guān)設(shè)備故障時作為備用系統(tǒng)使用，滿足最高速度300 km/h運營要求，并滿足速度200 km/h及以上本線動車組和跨線動車組混合運行的要求。CTCS-3級列控系統(tǒng)由地面和車載設(shè)備構(gòu)成，關(guān)鍵技術(shù)和裝備包括無線閉塞中心、列控車載設(shè)備、應(yīng)答器、臨時限速服務(wù)器，以及既有信號系統(tǒng)地面列控中心（TCC）、自動閉塞、聯(lián)鎖、CTC等設(shè)備面向CTCS-3級應(yīng)用的適配技術(shù)。

全線9套無線閉塞中心設(shè)備全部設(shè)置在武漢站。

2.2.2 聯(lián)鎖系統(tǒng)

全線車站及長沙動車運用所采用DS6-K5B計算機聯(lián)鎖設(shè)備，聯(lián)鎖功能滿足鐵道部有關(guān)運營的要求，其中武漢站普速場和高速場各采用1套聯(lián)鎖設(shè)備。對聯(lián)絡(luò)線引起的白馬壟站、十里沖站及郭塘站進行了既有聯(lián)鎖改造。

車站聯(lián)鎖設(shè)備采用信號安全專用光纖局域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)采用專用4芯光纖及主備冗余結(jié)構(gòu)，具有較高的安全性和可靠性。對于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，該網(wǎng)可與TCC共用1個網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)鎖←→聯(lián)鎖、列控←→列控、聯(lián)鎖←→列控的信息傳輸。

2.2.3 調(diào)度集中系統(tǒng)

調(diào)度集中系統(tǒng)由中心、車站及廣域網(wǎng)系統(tǒng)組成，調(diào)度集中系統(tǒng)通過連接GSM-R無線傳輸和RBC為CTCS-3級列控系統(tǒng)提供運營支持。武漢調(diào)度中心管轄武漢站至廣州南站進站信號機，廣州調(diào)度中心管轄廣州南站及廣州動車段。廣州調(diào)度中心可復(fù)視全線各車站，便于設(shè)備運營維護。各自管轄范圍內(nèi)的列車作業(yè)、調(diào)車作業(yè)均納入列車運行調(diào)度管理。

2.2.4 信號集中監(jiān)測系統(tǒng)

信號集中監(jiān)測系統(tǒng)由調(diào)度中心、車站、綜合維修段、綜合工區(qū)以及廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。武廣高鐵在武漢綜合維修中心設(shè)置1套監(jiān)測終端及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；在沿線18個車站、長沙動車所，白馬壟、十里沖、株南和株北線路所及信號中繼站設(shè)置監(jiān)測采集機、站機及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。

信號集中監(jiān)測系統(tǒng)對列控、聯(lián)鎖及信號基礎(chǔ)設(shè)備（含轉(zhuǎn)轍機、道岔表示缺口、軌道電路、電纜絕緣、電源屏、主副熔絲轉(zhuǎn)換裝置等）進行實時監(jiān)測，當(dāng)檢測到故障信息時，通過網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)信息傳輸至綜合維修段和綜合維修工區(qū)，重要報警信息將傳輸至調(diào)度中心，構(gòu)成信號集中監(jiān)測系統(tǒng)。實現(xiàn)對車站信號設(shè)備的遠程監(jiān)督、測試和診斷。

2.2.5 電源系統(tǒng)

采用一級負荷貫通線作為主供，綜合電力貫通線作為備供，兩路外電為沿線信號節(jié)點進行供電，各車站、信號中繼站、綜合維修段和調(diào)度中心均通過可自動進行兩路切換的智能電源屏為列控、聯(lián)鎖、調(diào)度集中、信號集中監(jiān)測等所有信號設(shè)備提供統(tǒng)一的信號電源，同時配備雙套不間斷電源（UPS）為設(shè)備提供斷電保護。

3 武廣高速鐵路通信信號工程實施亮點

3.1 CTCS-3級列控系統(tǒng)的成功運用

武廣高速鐵路項目最能代表中國高速鐵路科技水平的是CTCS-3級列車運行控制系統(tǒng)技術(shù)，被譽為是高速鐵路皇冠上的明珠，是控制列車高效、高可靠、高安全行車的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。武廣高速鐵路在試運行期間跑出重聯(lián)列車世界最高速度394.3 km/h，創(chuàng)下了“貼地飛行”的神話，而CTCS-3系統(tǒng)則是為高鐵項目保駕護航的最核心技術(shù)。CTCS-3系統(tǒng)的成功應(yīng)用，昭示著中國鐵路一個嶄新時代的到來。

3.2 整體協(xié)調(diào)指揮的管理模式在各個階段成效顯著

武廣OPM是近兩年對西門子管理理念的消化吸收再創(chuàng)新，同時結(jié)合國內(nèi)高鐵工程建設(shè)及中國鐵路通信信號集團公司自身“三位一體”的特點而確定的全新管理模式，整體協(xié)調(diào)指揮、實施步調(diào)一致，使工程設(shè)計、物資進場及調(diào)配、設(shè)備安裝、子系統(tǒng)調(diào)試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等各個階段始終保持個體利益服從整體利益的原則，確保了武廣高速鐵路項目最終目標的實現(xiàn)。

3.3 嚴格執(zhí)行全線統(tǒng)一的標準化施工，打造精品工程

（1）在咸寧項目部駐地按照1∶1的比例建設(shè)信號設(shè)備安裝試驗基地，通過模擬室外安裝培訓(xùn)統(tǒng)一全線安裝標準。

（2）堅持“樣板引路”的原則指導(dǎo)施工，“首件定標”成為每種設(shè)備安裝之前必不可少的一道工序。

（3）優(yōu)化提升，編制發(fā)布客專項目施工安裝標準，目前已成為鐵道部指導(dǎo)所有在建客運專線的標準，并在全路實施。

3.4 信號系統(tǒng)設(shè)備的工廠化施工安裝調(diào)試

武廣高速鐵路首次推行信號中繼站一體化機房工廠化安裝調(diào)試，可謂實現(xiàn)了幾代信號人的夢想，列控中心、軌道電路、信號集中監(jiān)測等系統(tǒng)的設(shè)備在工廠進行安裝調(diào)試后，將一體化機房整體搬運至現(xiàn)場信號中繼站所在地，徹底解決了站前征地、機房基礎(chǔ)制作以及外電引入等工期延后等對信號設(shè)備安裝調(diào)試工作的影響。一體化機房就位后，將電纜引入，僅需要再進行簡單的復(fù)測即可進行站間調(diào)試，實現(xiàn)了信號設(shè)備安裝、現(xiàn)場調(diào)試等多項工期的飛躍。