鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)編號方案關(guān)鍵問題研究

龔驍猷

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

1 概述

GSM-R系統(tǒng)現(xiàn)已成為高速鐵路、客運(yùn)專線移動通信的基礎(chǔ)通信系統(tǒng)，它承載著列車調(diào)度通信、列車控制、調(diào)度命令、進(jìn)路預(yù)告信息傳送等重要業(yè)務(wù)[1-5]。GSM-R系統(tǒng)具有功能多樣、傳輸可靠、交換靈活等特點(diǎn)，同時(shí)提供了安全可靠的業(yè)務(wù)支撐，是列車穩(wěn)定、安全運(yùn)行的重要保證。

鐵路GSM-R編號方案設(shè)計(jì)是GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的重要組成部分。在GSM-R網(wǎng)絡(luò)的工程建設(shè)階段與后期維護(hù)過程中，GSM-R編號方案設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、完整性、合理性，均是非常重要的。GSM-R編號方案[6]的設(shè)計(jì)在整個GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，是承上啟下的重要一環(huán)，GSM-R編號方案的編制質(zhì)量的高低，直接決定了GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程能否按期完工并為鐵路運(yùn)輸提供準(zhǔn)確及時(shí)的服務(wù)。

以鄭機(jī)城際鐵路工程為實(shí)例，結(jié)合已建成開通或正在建設(shè)的鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)運(yùn)營情況，重點(diǎn)分析討論在鄭機(jī)城際鐵路中GSM-R數(shù)據(jù)編制[7-9]的難點(diǎn)以及解決方案。

2 鄭機(jī)城際鐵路

2.1 工程概況

鄭州至新鄭機(jī)場城際鐵路正線全長43.017 km，其中利用既有線14.155 km，改建隴海上行線0.8 km，新建線路28.062 km；并且為方便鄭州東部及開封方向旅客前往新鄭機(jī)場，修建南曹站至鄭州東站的客車聯(lián)絡(luò)線，線路長5.590 km。

鄭機(jī)城際共分布車站6個，線路所2個，其中新建南曹站、機(jī)場北站、新鄭機(jī)場(地下站)站，利用既有鄭州站、圃田西站、鄭州東站和既有二郎廟、鄭州東疏解線路所。

2.2 發(fā)車線路及設(shè)計(jì)方案

(1)從鄭州站發(fā)車，沿既有隴海線經(jīng)過圃田西站(原為鄭州東站)、鄭州東疏解線路所后，利用既有西南聯(lián)絡(luò)線引入京廣高鐵正線上的二郎廟線路所，從二郎廟線路所新鋪設(shè)軌道引入鄭機(jī)城際正線，沿途行經(jīng)南曹站、機(jī)場北站，最終下行入地抵達(dá)新鄭機(jī)場。

(2)從鄭州東站發(fā)車，沿新建鄭州東客車聯(lián)絡(luò)線直達(dá)南曹站(原為經(jīng)開站)，沿途行經(jīng)機(jī)場北站，后下行入地抵達(dá)新鄭機(jī)場。具體線路如圖1所示。

圖1 鄭州客運(yùn)樞紐平面及鄭機(jī)城際鐵路線路示意

由于本工程為200 km/h的城際鐵路，因此采用普通單網(wǎng)覆蓋方式，共新設(shè)基站4處，車站設(shè)置3載頻基站，區(qū)間設(shè)置2載頻基站，其中2載頻基站與3載頻基站各2處。

本工程從鄭州站出發(fā)，利用既有線路段使用既有基站進(jìn)行場強(qiáng)覆蓋；鄭州東站引出的線路，沿線與京廣高鐵并線，利用京廣高鐵既有基站對本線進(jìn)行場強(qiáng)覆蓋，并將京廣高鐵ELMXLS-XCD01處基站作為本工程車站基站使用(南曹站)，對其擴(kuò)容1載頻，ELMXLS-XCD02處基站(京廣高鐵與鄭機(jī)城際鐵路分岔處)增加1副天線對鄭機(jī)城際鐵路進(jìn)行覆蓋。具體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

2.3 線路分析

鄭州鐵路樞紐位處中原腹地，是一個線路縱橫交錯、客貨運(yùn)大小車站相連、龐大而又復(fù)雜的鐵路樞紐。它是京廣鐵路、隴海鐵路、徐蘭高鐵等干線鐵路的交匯點(diǎn)。鄭州樞紐地區(qū)的線路較為密集，線路平行間距遠(yuǎn)近不一，線路等級也各不相同，有高速客運(yùn)專線、城際鐵路、客貨運(yùn)混跑鐵路，各線路GSM-R無線覆蓋和性能指標(biāo)要求也不盡相同。鄭州樞紐平面示意見圖3。

圖2 設(shè)計(jì)方案

如果各線的GSM-R數(shù)據(jù)獨(dú)立編制，容易造成資源的浪費(fèi)，甚至?xí)霈F(xiàn)相鄰線路使用了相同數(shù)據(jù)的情況，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)鏈路無法接通。要避免這種狀況的發(fā)生，必須對樞紐內(nèi)已建成的GSM-R網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，然后分析和解決既有線路對本線造成的影響，最終達(dá)到提高資源利用率、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的目的[10-15]。

圖3 鄭州樞紐平面示意

3 工程難點(diǎn)以及解決方案

3.1 關(guān)于復(fù)雜樞紐區(qū)段CIR設(shè)備運(yùn)用方式以及相應(yīng)編號方案處理方式的研究

由鄭州站發(fā)車的線路，從鄭州站到二郎廟線路所均屬于既有線路。按照傳統(tǒng)的CIR設(shè)備運(yùn)用方式進(jìn)行使用，則需在行經(jīng)路線上多次選線，CIR的使用方式較為復(fù)雜，也給相關(guān)工作帶來了許多不便。

經(jīng)過對隴海線(鄭州站至莆田西站)現(xiàn)有GSM-R數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知，隴海線內(nèi)有2套短號碼1200/1300、1210/1310分別通過不同的路由呼至相應(yīng)車站值班臺和樞紐列車調(diào)度臺，由此可以看出列車在線內(nèi)需要進(jìn)行1次選線；而列車離開圃田西站以后，經(jīng)過鄭州東疏解線路所，進(jìn)入西南聯(lián)絡(luò)線之前也會選線1次(西南聯(lián)絡(luò)線歸京廣高鐵調(diào)度臺負(fù)責(zé)調(diào)度指揮)；進(jìn)入二郎廟線路所以后，進(jìn)入鄭機(jī)城際鐵路正線以前，還需進(jìn)行一次選線。從操作角度來講非常繁瑣，機(jī)車司機(jī)需要在CIR上進(jìn)行多次選線，增加工作量的同時(shí)，也給機(jī)車司機(jī)的工作帶來了不便。

然而，若將鄭州站至新鄭機(jī)場站作為一條虛擬的新建線路考慮，按照全新短號碼的形式編制(1270/1370)，機(jī)車司機(jī)只需在鄭州站進(jìn)行1次選線，列車從鄭州站駛出后，一直行駛至新鄭機(jī)場都無需再進(jìn)行選線，從而簡化了操作，也使得線路走向清晰明了。

3.2 關(guān)于利用高等級線路基站組呼處理方法的研究

由鄭州東站發(fā)車的線路，從鄭州東站至南曹站屬于新建聯(lián)絡(luò)線，并行于既有京廣高鐵，在GSM-R前期網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)中，利用京廣高鐵既有基站對其進(jìn)行場強(qiáng)覆蓋。由于京廣高鐵采用交織單網(wǎng)覆蓋方式，其緊急組呼是5小區(qū)組呼，而本工程是列控等級為CTCS-2的城際鐵路，設(shè)計(jì)速度為200 km/h，應(yīng)為3小區(qū)組呼。

由于既有京廣高鐵線路等級較高，而鄭機(jī)城際鐵路線路等級較低，其并線段利用京廣高鐵基站進(jìn)行覆蓋，因此本著低速服從高速的原則，利用既有小區(qū)覆蓋的區(qū)段應(yīng)該維持原有5小區(qū)299組呼，而新建基站之間應(yīng)為3小區(qū)299組呼。

3.3 關(guān)于多并線區(qū)段299組呼處理的方案研究

經(jīng)過前期對調(diào)度管界的分析后，形成了最終的調(diào)度管轄區(qū)域：鄭州站至二郎廟線路所維持既有調(diào)度方式，即鄭州站(含)至圃田西站(含)由鄭州樞紐列調(diào)臺負(fù)責(zé)調(diào)度指揮、圃田西站(不含)至二郎廟線路所(含)由京廣高鐵列調(diào)臺負(fù)責(zé)調(diào)度指揮；二郎廟線路所(不含)至南曹站(不含)、鄭州東站(不含)至南曹站(不含)和南曹站(含)至新鄭機(jī)場站(含)由京廣高鐵列調(diào)臺負(fù)責(zé)調(diào)度指揮、鄭州東站城際場由城際列調(diào)臺負(fù)責(zé)調(diào)度指揮。GSM-R組呼成員包括組呼發(fā)起小區(qū)對應(yīng)的車站值班臺和調(diào)度臺，如果小區(qū)本身處于調(diào)度的分界處，其組呼成員中的調(diào)度臺應(yīng)至少包含2個(京廣列調(diào)臺和城際列調(diào)臺)。由于京廣高鐵是交織單網(wǎng)覆蓋，對于鄭機(jī)城際鐵路而言，究竟是5小區(qū)包含2個調(diào)度臺，還是3小區(qū)包含2個調(diào)度臺還需進(jìn)行分析。

從覆蓋角度分析，由于利用既有基站進(jìn)行覆蓋，本著低速服從高速的原則，接收小區(qū)為5小區(qū)是不可以更改的；從功能角度分析，組呼成員列表里的數(shù)據(jù)，對京廣高鐵而言是與接收小區(qū)一一對應(yīng)的；而對鄭機(jī)城際鐵路而言，并不需要進(jìn)行5小區(qū)組呼，所以在不更改京廣高鐵數(shù)據(jù)的前提下，將ZhengZhouDong(鄭州東)和它的相鄰2個小區(qū)的組呼成員列表中加入城際列調(diào)臺即可。

3.4 關(guān)于基站小區(qū)命名規(guī)則的靈活處理問題

南曹站是本線的新建車站，坐落于京廣高鐵2個既有基站ELMXLS-XCD01、ELMXLS-XCD02之間，在前期GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)中，利用ELMXLS-XCD01基站對其進(jìn)行覆蓋。由于ELMXLS-XCD01在京廣高鐵正線上是區(qū)間基站，因此本次設(shè)計(jì)中將其擴(kuò)容為3載頻，并作為新增車站基站。

根據(jù)編號計(jì)劃中的規(guī)定，既有區(qū)間基站變?yōu)檐囌净緯r(shí)，要相應(yīng)地改變基站名字和相應(yīng)的數(shù)據(jù)。但是，這樣會導(dǎo)致既有基站所在線路的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行大量修改。不僅如此，由于MSC、BSC和網(wǎng)管中存有相應(yīng)基站的數(shù)據(jù)，如果經(jīng)常增減車站或者改變站名，會導(dǎo)致設(shè)備中的臺賬被頻繁地修改，容易產(chǎn)生錯漏。經(jīng)過仔細(xì)分析以后，南曹車站的基站命名仍然維持既有ELMXLS-XCD01，只是將其作為新增數(shù)據(jù)加入到車站基站區(qū)組呼數(shù)據(jù)報(bào)表中，分配一個全新的組呼業(yè)務(wù)區(qū)編號(SA)，這樣既能維持既有數(shù)據(jù)，也不影響新增車站基站組呼數(shù)據(jù)。

3.5 關(guān)于線路基站的基站屬性變化問題分析

由鄭州站發(fā)車的線路，經(jīng)過二郎廟線路所后進(jìn)入鄭機(jī)城際鐵路正線。而由鄭州東站發(fā)車的線路，雖然可直接到達(dá)南曹站，卻利用了二郎廟線路所的基站進(jìn)行了場強(qiáng)覆蓋。因此對于這2條線路而言，二郎廟線路所這個小區(qū)的作用是不相同的。對于鄭州站發(fā)車的線路，二郎廟小區(qū)應(yīng)作為車站基站；而對于鄭州東發(fā)車的線路，二郎廟應(yīng)作為區(qū)間基站。

在二郎廟小區(qū)范圍內(nèi)對應(yīng)著不同的路由，從鄭州站過來的列車在小區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)呼到二郎廟線路所值班臺，而從鄭州東站過來的列車應(yīng)當(dāng)呼叫到南曹車站值班臺。由于同一個小區(qū)可以做多套短號碼數(shù)據(jù)，因此將鄭州站發(fā)車的線路短號碼定為1270/1370，從鄭州東站發(fā)車的線路短號碼定義為1280/1380。

4 編號方案

在研究和分析了本工程的難點(diǎn)以后，經(jīng)過多次修改，最終形成GSM-R數(shù)據(jù)編制報(bào)表。

由上文分析可得：從鄭州站發(fā)車的線路短號碼為1270/1370，鄭州東發(fā)車的線路短號碼為1280/1380，如表1、表2所示。

車站基站區(qū)新增組呼業(yè)務(wù)區(qū)編號從32060開始依次往后順排，如表3所示。

表1 鄭機(jī)城際鐵路正線短號碼呼叫路由數(shù)據(jù)

表2 鄭州東客車聯(lián)絡(luò)線短號碼呼叫路由數(shù)據(jù)

表3 車站基站區(qū)組呼數(shù)據(jù)

緊急組呼數(shù)據(jù)新增組呼業(yè)務(wù)區(qū)編號從52360開始依次往后順排，如表4所示。

表4 緊急組呼數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

以鄭機(jī)城際鐵路為例，對GSM-R編號方案的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析和總結(jié)，最終得出了相應(yīng)的解決方案。通過上述報(bào)表可以看出，結(jié)合樞紐地區(qū)無線覆蓋現(xiàn)狀以及相鄰既有線的編號方案基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)編制，不但可以節(jié)約GSM-R系統(tǒng)資源，而且讓系統(tǒng)設(shè)置變得更加合理，也使得終端的操作人員更加方便，充分發(fā)揮了GSM-R系統(tǒng)的優(yōu)勢，為鐵路運(yùn)輸提供更好、更準(zhǔn)確的服務(wù)。

但由于GSM-R技術(shù)的局限性，在特殊區(qū)段，例如樞紐地區(qū)，還需進(jìn)行人為的邏輯判斷，而人為處理需要工作人員熟悉業(yè)務(wù)流程，并且結(jié)合鐵路的實(shí)際情況做出判斷。因此，如何因地制宜解決GSM-R技術(shù)的局限性，是設(shè)計(jì)人員今后需要面對的問題和挑戰(zhàn)。

[1] 國家鐵路局.TB 10621—2014 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[2] 國家鐵路局.TB 10088—2015 鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM-R)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[3] 張瑋.GSM-R在高速鐵路列控系統(tǒng)中的應(yīng)用方案討論[J].通信技術(shù)，2009(5)：259-264.

[4] 李竑.GSM-R通信系統(tǒng)及其應(yīng)用與建設(shè)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2010.

[5] 周宇輝.GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)冗余架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2016(2)：24-28.

[6] 徐慧敏.關(guān)于鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)編號方案的探討[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2008(6)：1-5.

[7] 國家鐵路局.TB/T 3361—2016 鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM-R)編號計(jì)劃[S].北京：中國鐵道出版社，2016.

[8] 中國鐵路總公司.高速鐵路通信技術(shù)—鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM-R)[M].北京：中國鐵道出版社，2014：54-61.

[9] 鐘章隊(duì)，李旭，蔣文怡，等.鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2008：87-91.

[10] 符遠(yuǎn)東，鐘勇.大型鐵路樞紐GSM-R無線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案剖析[J].信息通信，2014(3)：203-207.

[11] 劉立海，胡曉紅，劉建宇.鐵路樞紐GSM-R無線覆蓋方案設(shè)計(jì)研究[J].中國鐵路，2009(12)：41-44.

[12] 鐘章隊(duì)，吳昊，李翠然，胡曉紅，陳霞.鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM-R)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化[M].北京：清華大學(xué)出版社；北京交通大學(xué)出版社，2011：55-62.

[13] 鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心，北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院.中國鐵路GSM-R移動通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國鐵道出版社，2008：82-88.

[14] 吳浠橋，向志華，梁瑩.大型鐵路樞紐GSM-R系統(tǒng)規(guī)劃的討論[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2016(3)：33-36.

[15] 劉小強(qiáng).GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋實(shí)現(xiàn)及越區(qū)切換性能研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2007.