基于800 MHz通信的危巖落石監(jiān)測設備列車報警裝置研制

莫志藝

（云桂鐵路廣西有限責任公司 工程管理部，廣西 南寧 530005）

1 概述

按中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）規(guī)劃，在全路范圍內，把450 MHz無線列車調度系統逐步改造為GSM-R通信系統［1-2］。但鐵路沿線危巖落石監(jiān)測系統使用的仍是基于450 MHz通信傳輸的列車防護報警設備（LBJ），改造后報警信息無法通過800 MHz通信傳輸通道傳輸，導致運行中列車無法接收到報警信息，直接影響行車安全。在現有條件下，解決這一問題有2種方案：

方案1：通過GSM-R網絡［3-7］發(fā)送299緊急呼叫。此方案的缺點是：基于299緊急呼叫的危巖落石報警系統會對GSM-R通信系統運用功能造成影響。如危巖落石報警啟用后，會無條件將所處區(qū)段的列車調度員、車站值班員、FAS用戶、報警信息發(fā)起基站及上下行方向鄰近2個基站范圍內的移動用戶（含GSM-R手持終端，機車、動車組綜合無線通信設備（CIR））的現有通信功能強制中斷，強制加入緊急呼叫。如果在樞紐地區(qū)，高、普共（并）線區(qū)段發(fā)生報警時，會對樞紐地區(qū)、共（并）線區(qū)段高、普速線路GSM-R系統的FAS調度用戶、移動用戶造成影響。

方案2：通過公網傳輸的危巖落石報警系統［8-13］。此方案缺點是使用公網系統，安全性和可靠性無法保證，出現險情時無法第一時間通知司機前方線路有障礙信息。

為了克服這2種方案的缺點，設計了基于800 MHz通信的列車報警裝置，不僅不需要增加額外車載設備，而且具備一鍵報警功能。當出現緊急情況或危巖落下時，列車報警裝置可一鍵觸發(fā)，向機車CIR發(fā)送報警信息，機車收到報警信息后，通過CIR設備終端顯示報警地點的公里標、線路名稱、報警類型和語音提示，同時把前方有危險的信息第一時間通知司機。

2 列車報警裝置系統構成及關鍵技術

2.1 系統組成和主機結構

列車報警裝置由主機、天饋線系統、外置報警按鍵、揚聲器、外置交流電源等構成，系統組成見圖1。主機由控制單元、信道機、指示燈單元、語音單元、存儲單元、通信單元、直流電源單元、外部信號接口單元等構成，主機結構見圖2。

圖1 列車報警裝置系統組成

圖2 列車報警裝置主機結構

2.2 關鍵技術

基于800 MHz通信的危巖落石監(jiān)測設備的列車報警裝置采用的關鍵技術主要是：

（1）無線數傳技術和軌道電路技術。利用800 MHz列車安全預警平臺，采用無線數傳技術，避開列調通信頻段。

（2）中繼系統在弱場強區(qū)的利用。為解決山區(qū)鐵路隧道繁多，無線傳輸信號受阻，采用中繼系統，將對鐵路進行場強檢測，場強覆蓋不小于3 km。

3 列車報警裝置功能

按照QCR 651.1—2018《機車綜合無線通信設備》的第1部分的技術條件要求，列車報警裝置實現地面向機車發(fā)送報警和解除報警數據的功能。列車報警裝置主要解決了線路障礙報警、道口事故報警問題，還可直接替代線路上已安裝的450 MHz報警單元的功能。列車報警裝置主要分為8大功能：發(fā)送和解除800 MHz道口報警或施工防護報警、發(fā)出聲光提示功能，參數設置功能，記錄存儲及查詢導出功能，指示燈顯示功能，日常維護功能，自檢功能，狀態(tài)、參數查詢功能，數據管理器功能。

3.1 發(fā)送和解除800 MHz道口報警/施工防護報警并發(fā)出聲光提示功能

當列車報警裝置安裝到道口房時，道口現場發(fā)現故障，觸發(fā)報警，報警指示燈點亮，揚聲器播報語音提示。當列車報警裝置安裝在有危巖落石的線路上，采用用于線路障礙防護的“施工防護報警”信息，在出現危險信號時，根據不同的技術條件，報警系統觸發(fā)報警，報警指示燈點亮，揚聲器播報語音提示。機車CIR設備收到報警信息后，在終端按照QCR 651.1—2018的第1部分的技術條件要求，顯示報警地點的公里標、線路名稱及報警類型，并發(fā)出相應的語音提示：“注意運行！”，收到道口報警解除信息時，CIR設備發(fā)出2次語音提示，內容是：“注意！道口報警解除”。當收到的是施工防護報警信息時，CIR設備每隔5 s發(fā)出1次語音提示，內容是：“注意！收到施工防護報警信息，注意運行！”。收到施工防護報警解除信息時CIR設備發(fā)出2次語音提示，內容是：“注意！施工防護報警解除，注意運行！”。

列車報警裝置包括3種模式：信號接口、數據命令和外置報警按鍵。用信號接口控發(fā)、解除報警模式中，列車報警裝置信號接口，對外部繼電器提供+12 V電平，在繼電器觸點信號輸入口，如果外部的繼電器觸點閉合時，觸發(fā)報警；斷開時，解除報警。在電平信號輸入口，裝置內部要進行光電隔離，當外部輸入高電平時，光耦導通，觸發(fā)報警；當輸入低電平時，光耦不導通，解除報警。用數據命令控發(fā)、解除報警模式中，采用標準RS232數據接口，讓數據通過RS232接口，向設備傳送報警或解除指令，設備收到指令后，觸發(fā)或解除報警。在外置報警按鍵控發(fā)、解除報警模式中，采用外置報警按鍵（自鎖），按下報警按鍵，觸發(fā)報警，抬起按鍵，解除報警。

3.2 參數設置功能

列車報警裝置參數設置功能包括5個子功能：

（1）報警公里標參數設置。通過數據接口設置報警公里標參數，正公里標5位，負公里標4位。

（2）線路名稱參數設置。通過數據接口設置線路名稱，名稱為BCD中文內碼，可設置最多4個中文字代表的內碼。

（3）時間參數設置。通過數據接口設置設備時間，格式為：年、月、日、時、分。

（4）工作模式參數設置。通過數據接口設置工作模式，工作模式分為2種，一種是線路模式，另一種是道口模式。

（5）外部數據控制檢測開關參數設置。通過數據接口設置外部數據控制檢測狀態(tài)開關，一種是“開”，另一種是“關”。

3.3 記錄存儲及查詢導出功能

列車報警裝置記錄存儲及查詢導出功能包括7個子功能：

（1）記錄信息及查詢。具有信息記錄和存儲功能，超出存儲能力時循環(huán)覆蓋，其項目包括：報警開始信息、報警結束信息、設置公里標信息、設置線路名稱信息、設置工作模式信息、設置外部數據控制檢測開關信息。所有記錄信息能通過數據接口命令查詢導出。

（2）報警開始信息記錄。在觸發(fā)報警時，開始記錄報警信息，其信息包括：信息名稱、報警公里標、報警線路代碼、報警觸發(fā)時間。

（3）報警結束信息記錄。在解除報警時，記錄報警結束信息，其信息包括：信息名稱、報警公里標、報警線路代碼、報警解除時間。

（4）設置公里標信息記錄。當設置公里標完成時，設置公里標信息，其信息包括：信息名稱、設置的公里標、設置時間。

（5）設置線路代碼信息記錄。當設置線路代碼完成時，記錄設置線路代碼信息，其信息包括：信息名稱、設置的線路代碼、設置時間。

（6）設置工作模式信息記錄。當設置工作模式完成時，記錄設置工作模式信息，其信息包括：信息名稱、設置的工作模式、設置時間。

（7）設置外部數據控制檢測開關信息記錄。當設置外部數據控制檢測開關完成時，記錄其信息，其信息包括：信息名稱、設置的外部數據控制檢測開關狀態(tài)、設置時間。

3.4 指示燈顯示功能

列車報警裝置指示燈定義如下：

（1）電源指示燈（綠色）：通電時指示燈常亮；

（2）設備故障指示燈（黃色）：信道機模塊控制單元之間通訊異常，或列車報警設備同外部控制設備通信異常時，指示燈常亮，非上述情況下指示燈熄滅；

（3）報警指示燈（紅色）：設備啟動報警后指示燈常亮。

3.5 日常維護功能

列車報警裝置日常維護功能主要用于設備的日常檢修，包括場強測試和報警測試2個子功能。場強測試子功能，通過數據接口，控制開始或停止發(fā)送場強測試信號，場強測試信號使用專用測試頻點865.287 5 MHz，控發(fā)未加調制的載波，以控發(fā)25 s、停5 s為周期循環(huán)發(fā)送，保證設備場強覆蓋不小于3 km。報警測試子功能，通過數據接口，控制開始或停止發(fā)送報警測試信號，報警功能測試信號使用專用測試頻點865.287 5 MHz，每隔5~10 s隨機發(fā)送6幀報警測試信息。

3.6 自檢功能

列車報警裝置自檢功能包括自檢和互檢2個子功能。自檢子功能主要是指信道機同主控單元定期進行信息交互，交互成功則自檢成功，交互失敗則故障，故障指示燈點亮。互檢子功能是指當設備外部數據檢測開關參數設置為“開”時，設備通過數據接口向外發(fā)送握手檢測指令，在一定時間內無數據回應時，認為互檢失敗，故障指示燈點亮。

3.7 狀態(tài)、參數查詢功能

列車報警裝置狀態(tài)、參數查詢功能具有狀態(tài)查詢和參數查詢2個子功能，通過數據接口，使用指令查詢當前報警或非報警狀態(tài)及所有參數配置，來控制檢測開關配置，包括：設置報警公里標、線路名稱信息、工作模式、外部數據。

災情發(fā)生后，云南電網公司董事長薛武指示：“請高度重視，預判可能對電網以及沿江流域電力設施影響，采取相應防范措施?！笨偨浝韯㈧o萍緊急召開會議，對應急處置進行安排部署。公司應急辦于10月12日19：30時 決定將自然災害(強降水、地質災害)藍色預警調整為黃色預警。預警范圍：昆明、楚雄、昭通、迪慶、麗江、西雙版納供電局。

3.8 數據管理器功能

列車報警裝置數據管理器功能，是通過手持式數據管理器，對列車報警裝置進行參數設置及記錄數據的查詢、轉儲、導出。

4 現場測試

在中國鐵路南寧局集團有限公司（簡稱南寧局集團公司）黎湛線K6+017道口進行列車報警裝置現場測試。測試條件是試驗設備配置試驗數據和試驗機車安裝CIR/LBJ設備。列車報警裝置測試主要分為測試試驗、正式試驗2個階段。

4.1 測試試驗

由南寧局集團公司科研所組織試驗，黎湛線K6+017處進行設備安裝，設備通過測試頻點發(fā)送報警信息進行線路障礙報警試驗。

試驗過程是在地面靜態(tài)條件下，分別進行設備工作模式及相關參數設置、報警測試及數據采集分析功能測試，分為3個子過程：參數設置、報警測試、數據采集分析。

（1）參數設置。在使用前，應通過數據管理器對設備參數進行設置，包括：設備工作模式、設備公里標、線路名稱、時間。

（2）報警測試。參數設置完成后進行報警測試，用測試頻點865.287 5 MHz來進行報警測試。測試開始后報警紅色指示燈點亮，揚聲器播報語音“道口障礙報警”；按“結束”鍵測試結束，報警紅色指示燈熄滅，揚聲器播報語音“道口障礙報警排除”。

（3）數據采集分析。提取列車報警裝置數據記錄并進行分析，上述（1）（2）試驗過程記錄應完整、正確。

試驗結果按“列車報警裝置靜態(tài)功能試驗記錄”進行記錄（見表1），如果出現測試不合格，則測試通不過。

表1 列車報警裝置靜態(tài)功能試驗記錄

4.2 正式試驗

正式試驗由南寧局集團公司科研所牽頭，由工務處、電務處及科研所組織和安排試驗人員，做好試驗準備工作，測試當日電務處提供1臺GSM-R手持臺與試驗機車進行聯絡。正式試驗分為試驗設備安裝、試驗過程、試驗結果記錄3個子過程。

（1）試驗設備安裝。由南寧鐵路局指定3臺試驗機車，用頻點866.237 5 MHz對800 MHz列車報警設備進行報警測試，試驗機車確保CIR/LBJ設備運用正常。

（2）試驗過程，分為3步：

第1步，南寧局集團公司電務處根據試驗車次、機車運行時間交路安排，指定專人對運行車次本務機車進行添乘。登乘人員使用GSM-R手持臺通知K6+017道口試驗指揮人員觸發(fā)道口報警信號。

第2步，K6+017標處報警信號觸發(fā)后循環(huán)發(fā)送報警信息。添乘人員密切關注CIR/LBJ設備運用狀況，做好接收到線路障礙報警信號接收時間、地點、報警語音播報內容、文字顯示信息的記錄工作。

第3步，試驗列車經過黎湛線K6+017時，地面試驗指揮人員觸發(fā)解除報警信號，電務添乘人員做好接收到解除報警信號接收時間、地點、報警語音播報內容、文字顯示信息的記錄工作。

（3）試驗結果記錄，最終結果按“列車報警設備動態(tài)試驗記錄”進行記錄，測試項目和填寫要求與表1一致，測試結果為“合格”。

4.3 測試分析

經過南寧局集團公司科研所的測試試驗和正式試驗測試后，列車報警裝置滿足相關技術標準規(guī)定的功能性能要求，場強覆蓋公里、設備工作功率能夠滿足穩(wěn)定性、可靠性和使用效果的要求，還滿足了鐵路運輸業(yè)務的實際要求。

4 結束語

列車報警裝置安裝在危巖落石報警系統所在位置時，可替代原危巖落石報警系統的報警功能。裝置在現場測試中運行穩(wěn)定可靠、操作簡單、維護簡易，還可安裝在平交道口。目前，列車報警裝置已在南寧局集團公司湘桂線、南百線、黎湛線推廣安裝了96套。使用中發(fā)出23次危及行車安全的報警信息，及時攔停接近列車，為鐵路運輸安全發(fā)揮了保障作用。