淺談我國(guó)高鐵通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

李文革

貴廣鐵路有限責(zé)任公司 貴州貴陽(yáng) 550000

高鐵具有快捷、高速的特點(diǎn)，但顯而易見(jiàn)的是，高鐵的這些優(yōu)勢(shì)是為多個(gè)信息技術(shù)所支撐才得以達(dá)成的。從某種意義來(lái)說(shuō)，高鐵通信技術(shù)的建立不僅滿足了人們基本的出行通訊需求，還為高鐵運(yùn)行過(guò)程提供必要的信息數(shù)據(jù)支持，降低了出行風(fēng)險(xiǎn)。因此，加強(qiáng)我國(guó)高鐵通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的研究，對(duì)于促進(jìn)行業(yè)未來(lái)的進(jìn)步具有顯而易見(jiàn)的作用與價(jià)值。

1 我國(guó)現(xiàn)階段高鐵通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)鐵路通信技術(shù)的不斷發(fā)展，高鐵通信技術(shù)也隨之不斷前行，在眾多通信技術(shù)當(dāng)中，光纖算是一種可以有效利用的技術(shù)之一，盡管我國(guó)的光纖技術(shù)發(fā)展并沒(méi)有太悠久的歷史，只是因?yàn)楣饫w技術(shù)傳導(dǎo)速度相對(duì)較快、對(duì)高鐵利用更為有利。

而在具體通信技術(shù)的發(fā)展上，高鐵還擁有很多得以維系其正常運(yùn)行的通信技術(shù)，如主干通信網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字程控交換技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)和收費(fèi)系統(tǒng)技術(shù)等。在技術(shù)不斷發(fā)展、突破創(chuàng)新的軌跡中，高鐵通信技術(shù)的應(yīng)用也經(jīng)歷了模擬、集群到GSM-R幾個(gè)主要階段，當(dāng)下的通信技術(shù)應(yīng)用以GSM-R網(wǎng)絡(luò)為主，而伴隨通信技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，該項(xiàng)技術(shù)可以讓高鐵系統(tǒng)的運(yùn)行得到頗為有效的控制，僅就GSM-R這一項(xiàng)技術(shù)而言，其主要經(jīng)歷了這樣三個(gè)發(fā)展階段：

階段一：高鐵剛剛開(kāi)啟信息建設(shè)，初步實(shí)現(xiàn)移動(dòng)系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的同步；

階段二：GSM-R 系統(tǒng)的應(yīng)用，幫助高鐵初步實(shí)現(xiàn)了CTC系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的同步，并在此基礎(chǔ)上生成較為完善的語(yǔ)音服務(wù)；

階段三：伴隨高鐵建設(shè)項(xiàng)目的逐漸增加，GSM-R 系統(tǒng)的應(yīng)用也緊隨其后，從根本上避免了重復(fù)建設(shè)的可能性。

而在這樣三段歷程之外，GSM-R 系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用還表現(xiàn)出這樣幾個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題：

高鐵建設(shè)和發(fā)展速度的不斷加開(kāi)，外部環(huán)境的日益變化，很大程度上影響到了GSM-R 系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠；

因?yàn)镚SM-R系統(tǒng)的通信頻譜較窄，其數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)傳輸效率也頗為受限；

受到GSM-R 系統(tǒng)本身通信制式所產(chǎn)生的影響，系統(tǒng)本身的延遲性也較為明顯。尤其是在高鐵技術(shù)飛速發(fā)展的過(guò)程中，GSM-R系統(tǒng)的演進(jìn)也受到一定的影響，只有不斷完善各項(xiàng)技術(shù)，積極應(yīng)對(duì)發(fā)展過(guò)程中存在和暴露出的問(wèn)題，才能為廣大乘客提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)[1]。

2 我國(guó)高鐵通信技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題和不足

就現(xiàn)階段我國(guó)高鐵通信技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況來(lái)看，其存在這樣幾部分問(wèn)題：

2.1 通信質(zhì)量

高鐵運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)閰^(qū)域間地理環(huán)境的變換，很容易導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)弱有所不同，如此自然會(huì)影響到高鐵通信的效果和質(zhì)量。比如會(huì)面臨網(wǎng)速慢、接通率低、切換轉(zhuǎn)換、掉線率高以及話務(wù)接通信號(hào)較差等情況，而在這些問(wèn)題當(dāng)中，相對(duì)而言最復(fù)雜、最不好處理的就是信號(hào)切換問(wèn)題。

2.2 多普勒效應(yīng)

高鐵對(duì)通信技術(shù)的要求較之普通鐵路更高，但因此也會(huì)出現(xiàn)很多始料不及的問(wèn)題，多普勒效應(yīng)就是其中之一。其大多發(fā)生在高速移動(dòng)的環(huán)境和空間當(dāng)中，對(duì)于低速運(yùn)行的環(huán)境影響力相對(duì)較小，如果對(duì)此類情況處理不當(dāng)，就會(huì)影響到無(wú)線列調(diào)和頻率的容差，干擾到整個(gè)高鐵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 通信技術(shù)的難度

因?yàn)楦哞F整體發(fā)展速度較快，故其對(duì)通信技術(shù)的要求越來(lái)越高、涉及難度也越來(lái)越大，以致使部分先進(jìn)的通信技術(shù)尚不能和高鐵完全契合，還無(wú)法應(yīng)用在高鐵當(dāng)中。比如如今我國(guó)已經(jīng)大面積覆蓋4G網(wǎng)絡(luò)，并開(kāi)始5G試點(diǎn)，但有的高鐵路線顯然處于落后狀態(tài)，這就促使乘客乘坐高鐵時(shí)的服務(wù)品質(zhì)，自然而然會(huì)受到制約。

3 我國(guó)高鐵對(duì)現(xiàn)代通信技術(shù)的具體應(yīng)用

概括地說(shuō)，現(xiàn)階段我國(guó)高鐵對(duì)現(xiàn)代通信技術(shù)的具體應(yīng)用，包括這樣幾個(gè)模塊：

3.1 安檢應(yīng)用

安全監(jiān)控是高鐵運(yùn)行過(guò)程中非常關(guān)鍵的一環(huán)，在科技不斷發(fā)展的今天，高鐵信息化建設(shè)也在不斷推陳出新，要想確保高鐵運(yùn)輸系統(tǒng)中的安全可靠，就必須強(qiáng)化通訊網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于安檢的控制管理。比如，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)成像的形式，對(duì)高鐵的運(yùn)行故障進(jìn)行監(jiān)控；使用列車主軸運(yùn)行溫度的紅外線智能跟蹤控制等，由此更形成了多專業(yè)、不同層次共同參與的綜合監(jiān)管體系，確保了對(duì)高鐵各個(gè)線路全面而實(shí)時(shí)的監(jiān)控。尤其是針對(duì)wifi無(wú)線通信技術(shù)和短距離wimax技術(shù)相結(jié)合的傳感器，可以與具體的有限線路進(jìn)行聯(lián)合，進(jìn)而生成同一組網(wǎng)絡(luò)模式，為高鐵的安全檢測(cè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)且必要的支持[2]。

通過(guò)20公里/紅外線探頭——這樣的設(shè)置模式，生成紅外線探測(cè)軸溫系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)行進(jìn)中的高鐵實(shí)施紅外軸溫測(cè)試，然后結(jié)合使用60萬(wàn)輛高鐵的標(biāo)簽RFID進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步測(cè)定不同型號(hào)車輛每一根軸輪的溫度。在現(xiàn)階段的建設(shè)發(fā)展過(guò)程中，該模式和系統(tǒng)的應(yīng)用還包括報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行及信息共享、分散檢測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制等模塊，很大程度上提升了高鐵運(yùn)行的安全性。

包含地面安全監(jiān)測(cè)運(yùn)行系統(tǒng)、軌邊早期故障診斷系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)在內(nèi)的高鐵列車監(jiān)控安全系統(tǒng)，主要借助智能操作與信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)形成列車集中數(shù)據(jù)處理、安全監(jiān)控的多項(xiàng)操作、智能操作和信息共享等來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。目前，我國(guó)的鐵路總局已經(jīng)對(duì)所有的車輛建立了動(dòng)態(tài)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，可以精準(zhǔn)掌握每一輛高鐵的承載、車載、軌道行駛和車輛位置信息等內(nèi)容。

在安全系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，相關(guān)單位或機(jī)構(gòu)也必須加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的建設(shè)、監(jiān)督和監(jiān)控，將內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)進(jìn)行區(qū)分，通過(guò)身份認(rèn)證等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)和信息的充分交換。其通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來(lái)對(duì)防火墻、路由器等多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制[3]。

3.2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

隨著高鐵速度的不斷提升，相關(guān)線路及配套通信技術(shù)也必須隨之提升，這就要求高鐵方面必須建立配套的巡檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先可以保障基本的人身安全，同時(shí)保障高速運(yùn)行車輛的后續(xù)裝備建設(shè)，而其也必須要依靠智能化的在線監(jiān)測(cè)才得以順利實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)高鐵車體安裝動(dòng)態(tài)軌道檢查設(shè)備，對(duì)車輛的運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)控，一旦高鐵的運(yùn)動(dòng)速度超出極限值，就會(huì)對(duì)坐標(biāo)信息和加速值進(jìn)行即刻分析，為整體車速提供必要的數(shù)據(jù)參考?；贕PS定位技術(shù)、高速攝像技術(shù)、圖像處理技術(shù)，可以得到清晰的高鐵鋼軌表面圖像，對(duì)故障進(jìn)行進(jìn)一步的診斷與識(shí)別。

這種拍攝系統(tǒng)應(yīng)用起來(lái)十分方便，甚至可以直接安裝在高鐵軌道甚至行李箱之上，同時(shí)其還具備能夠?qū)Ω哞F車體損傷及軌道縫隙的有效識(shí)別功能。針對(duì)車體擦傷嚴(yán)重的情況，也會(huì)為其沿途配備安全保障，實(shí)現(xiàn)高鐵的現(xiàn)代化運(yùn)輸、維系高安全系數(shù)。

3.3 智能運(yùn)輸系統(tǒng)

高鐵當(dāng)中的智能運(yùn)輸系統(tǒng)可以被視作電子、自動(dòng)化控制、通信等多項(xiàng)技術(shù)的集成，能夠?qū)崿F(xiàn)高鐵運(yùn)輸過(guò)程中的信息采集、捕捉、傳輸和共享，以最低的成本獲取最高的運(yùn)行保障。而在最新的高鐵智能運(yùn)輸系統(tǒng)當(dāng)作，其包含了行車安全監(jiān)控系統(tǒng)、鐵路地理信息系統(tǒng)以及客車綜合調(diào)度子系統(tǒng)、車票售賣系統(tǒng)等幾大核心模塊，其在運(yùn)行特點(diǎn)方面體現(xiàn)了這樣三方面優(yōu)勢(shì)：

智能化。其主要是指通過(guò)先進(jìn)的智能操控技術(shù)，對(duì)高鐵的啟動(dòng)、運(yùn)行以及停止進(jìn)行完整的信息控制，進(jìn)一步檢測(cè)高鐵的來(lái)往通行狀況，為車輛的調(diào)度和信息服務(wù)提供支持；

高效性。其主要是指通過(guò)技術(shù)，及時(shí)反饋車輛救援信息，并提供優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航、電子商務(wù)服務(wù)；

綜合調(diào)度性。其集多種控制權(quán)于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)之間的高度協(xié)調(diào)、交換，并將客流信息第一時(shí)間反饋給列車，列車的運(yùn)行信息也會(huì)及時(shí)通過(guò)數(shù)字渠道反饋給乘客，充分實(shí)現(xiàn)線路、乘客、列車本身——三者之間信息的高度一致。

4 我國(guó)高鐵通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)探究

伴隨4G甚至是5G技術(shù)的不斷發(fā)展，我們已經(jīng)迎來(lái)了前所未有的移動(dòng)時(shí)代，無(wú)線傳輸和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，更讓我們享受了高科技所帶來(lái)的便利。但是在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支持方面，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也有其缺陷和不足之處，而伴隨高鐵通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及其在相關(guān)方面日漸多元化的需求，相關(guān)人員有必要借鑒4G或者5G技術(shù)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，以便高鐵技術(shù)能夠更為通達(dá)、順利地傳遞信息，為廣大乘客提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)與體驗(yàn)。

總而言之，我國(guó)高鐵的快速發(fā)展不僅為我國(guó)的交通事業(yè)發(fā)展注入了活力，也促使其與通信技術(shù)的結(jié)合，走向全新的領(lǐng)域。高鐵通信技術(shù)的應(yīng)用隨著時(shí)間的推移會(huì)不斷擴(kuò)大規(guī)模、應(yīng)用效率和質(zhì)量也會(huì)不斷提升，于此只會(huì)對(duì)通信技術(shù)的應(yīng)用提出更高的要求。相關(guān)部門和人員只有在不斷推進(jìn)通信技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用和演進(jìn)的過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、把握方向，才能讓高鐵對(duì)通信技術(shù)的應(yīng)用朝著有益于乘客需求的方向發(fā)展。作為我國(guó)人民當(dāng)下出行的重要交通工具，高鐵的快速、高效、安全和舒適構(gòu)成了乘客選擇的重要參考因素，但通信技術(shù)應(yīng)用也成為其中不容忽視的構(gòu)成要素。于此，在我國(guó)不斷加大高鐵建設(shè)投入的同時(shí)，也需要重視通信技術(shù)成本的投入，要堅(jiān)持應(yīng)用最新的研究和理論成果，來(lái)不斷滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化和精神訴求。