雙模貨列尾機車電臺現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)分析與研究

俞 健

(通號通信信息集團上海有限公司，上海 200071)

1 概述

目前全路大部分貨物列車尾部安全防護系統(tǒng)（簡稱“貨列尾系統(tǒng)”），是通過機車綜合無線通信設備（簡稱“CIR”）與尾部安全防護裝置主機（簡稱“列尾主機”）進行通信，實現(xiàn)列車尾部風壓查詢、控制列尾主機輔助排風制動等功能。由于CIR與列尾主機之間目前采用450 MHz模擬通信制式，且與無線列調共享頻點資源，在實際運用中，同頻干擾嚴重，尤其在樞紐地區(qū)，數(shù)據(jù)通信的成功率不到40%，嚴重影響到貨物列車的行車運營。隨著中國鐵路GSM-R數(shù)字移動通信網(wǎng)絡覆蓋里程的不斷增加，2015年中國鐵路總公司運輸局提出了具有GSM-R、400 MHz數(shù)字雙模通信方式貨列尾系統(tǒng)的研發(fā)需求，并發(fā)布了相關技術規(guī)范。2017年1月，中國鐵路總公司運輸局組織召開了雙模貨列尾機車電臺上道試用評審會，要求中國鐵路濟南局集團有限公司（簡稱“濟南鐵路局”）負責安排組織，2017年4月～2018年3月，在辛泰線（泰安—東方）、膠濟線（東方—淄博）、張東線（淄博—東營）、張博線（淄博—博山）、京滬線（泰山—兗州）等區(qū)段進行為期1年的現(xiàn)場運用試驗。

2 雙模貨列尾系統(tǒng)的組成

雙模貨列尾系統(tǒng)由雙模列尾機車電臺(包括主機和控制盒)、雙模列尾主機、輸號確認儀、在途監(jiān)測系統(tǒng)、出入庫檢測臺、列尾主機檢測臺等設備組成，如圖1所示。

圖1 雙模貨列尾系統(tǒng)組示意成圖Fig.1 Schematic diagram of composition of freight train tail system with double modes

輸號確認儀，用于給雙模列尾主機輸入機車號；出入庫檢測臺，用于對雙模列尾機車電臺出入庫進行檢測；列尾主機檢測臺，用于對雙模列尾主機進行檢測；在途監(jiān)測系統(tǒng)，用于對雙模列尾機車電臺的工作狀態(tài)、與的雙模列尾主機的通信狀態(tài)進行監(jiān)測。

貨運列車發(fā)車前，工作人員通過輸號確認儀向雙模列尾主機輸入機車號，列尾主機根據(jù)機車號解析到列尾機車電臺的IP地址， 并向其發(fā)起連接請求信息，列尾機車電臺向列尾主機申請連接，與其建立起一對一的連接關系。

當列車運行在GSM-R通信區(qū)段時，列尾機車電臺通過GSM-R和400 MHz數(shù)字兩個通道與列尾主機進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)列車尾部風壓查詢，控制列尾主機輔助排風制動等功能。當列車運行在450 MHz通信區(qū)段時，機車電臺采用400 MHz數(shù)字方式與列尾主機進行點對點數(shù)據(jù)通信。

3 試驗數(shù)據(jù)分析

按照試驗計劃，辛泰線（泰安—東風）、磁東線（東都—磁窯）、東萊線（東都—萊蕪東）、膠濟線（東風—淄博）區(qū)段覆蓋有GSM-R網(wǎng)絡；京滬線（泰山—兗州北）是450 MHz通信區(qū)段，選取的試驗區(qū)段既有平原也有山區(qū)、隧道，試驗環(huán)境比較全面。

通過對9臺試驗機車雙模列尾機車電臺提取的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，試驗期間共運行了835個車次，行程累計約73 000 km，出入庫375臺次。

試驗期間，按計劃共進行14次添乘，以添乘機車雙模列尾機車電臺提取的數(shù)據(jù)分析為例，風壓查詢的通信成功率統(tǒng)計如表1所示。

為驗證不同地理環(huán)境對GSM-R和400 MHz數(shù)字通信的影響，2018年1月8日，選擇添乘了35008次列車（HXD3C-08040），在萊蕪東至東風之間隧道密集的區(qū)段，由添乘人員手動進行風壓查詢試驗，數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2所示。

400MHz數(shù)字信道與GSM-R信道通信成功率對比，如圖2所示。

通過以上數(shù)據(jù)分析，可得出以下結論。

表1 風壓查詢通信成功率統(tǒng)計Tab.1 Wind pressure query communication success rate statistics

表2 手動風壓查詢成功率統(tǒng)計Tab.2 Manual wind pressure query success rate statistics

圖2 GSM-R與400 MHz數(shù)字通信成功率對比示意圖Fig.2 Schematic diagram of comparison of communication success rates between GSM-R and 400MHz digital mode

1）8月23日前在萊蕪東至兗州區(qū)段，由于GSM-R網(wǎng)絡覆蓋信號不穩(wěn)定，影響了GSM-R信道數(shù)據(jù)通信的成功率， 后濟南鐵路局安排對該區(qū)段GSM-R網(wǎng)絡進行優(yōu)化，8月31日以后，萊蕪東至兗州GSM-R數(shù)據(jù)通信比較穩(wěn)定，通信成率基本達到100%。

2）400 MHz數(shù)字信道受地形影響比較到大，在萊蕪東到兗州平原地帶400 MHz通信成功率較高，在萊蕪東與東風的山區(qū)、隧道區(qū)段400 MHz通信成功率會有明顯下降，尤其在以下幾種情況下，下降明顯：

a.車頭在隧道內(nèi)，尾部在隧道外；

b.車頭在隧道外，尾部在隧道內(nèi)；

c.在有彎道的區(qū)段，車頭、尾部之間有山體阻隔。

3）GSM-R通信也會受到地理環(huán)境影響，但GSM-R信道的通信成功率明顯好于400 MHz信道，且通信比較穩(wěn)定。

4 風壓數(shù)據(jù)和GSM-R場強數(shù)據(jù)的分析研究

雙模列尾機車電臺日志中，除記錄了與列尾主機的數(shù)據(jù)通信信息，還記錄了機車電臺檢測到的GSM-R網(wǎng)絡場強、接收到的尾部風壓等等信息。通過對日志中采集的風壓信息進行分析研究，根據(jù)風壓的變化規(guī)律，可以推斷出列尾主機氣路部分的狀態(tài)。如圖3所示，風壓在350～500 kPa之間變化，屬于正常工作狀態(tài)。如果運行途中列尾風壓數(shù)值出現(xiàn)隨機性躍變，推斷出風壓傳感器可能出現(xiàn)異常，需進行檢測更換。

圖3 列尾風壓值統(tǒng)計示意圖Fig.3 Schematic diagram of train tail wind pressure value statistics

GSM-R網(wǎng)絡區(qū)段的場強質量是否能滿足業(yè)務運用要求，同樣可以通過大量的數(shù)據(jù)分析來推斷，如圖4所示。針對場強分布較弱的區(qū)段，可通過網(wǎng)絡優(yōu)化來改善GSM-R網(wǎng)絡信號的質量。

圖4 GSM-R網(wǎng)絡場強數(shù)據(jù)分布示意圖Fig.4 Schematic diagram of GSM-R network field intensity data distribution

5 結束語

通過對雙模列尾機車電臺現(xiàn)場運用試驗數(shù)據(jù)的分析研究可知，采用雙模通信方式，可以有效增強貨列尾系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的可靠性，提前預判設備可能存在的不穩(wěn)定因素，避免出現(xiàn)故障對行車運營的影響，推動設備維護方式從“故障修”到“狀態(tài)修”的轉變。