數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)在鐵路網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：本文首先對(duì)數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的技術(shù)原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，隨后闡述了數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)在鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了其在優(yōu)化鐵路通信質(zhì)量、提升行車(chē)指揮與列車(chē)調(diào)度效率以及提供便利性和成本效益方面的重要性。最后探討了數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，為鐵路通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展提供了有益的見(jiàn)解。

關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)；鐵路設(shè)計(jì)；數(shù)字時(shí)分交換技術(shù)；通信質(zhì)量文章編號(hào)：2095-4085（2024）05-0117-03

0引言

隨著鐵路運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)已成為鐵路設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分。這一系統(tǒng)不僅提供了高效的通信方式，還在列車(chē)調(diào)度、行車(chē)指揮和安全管理等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文將著重討論數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，并為鐵路通信系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)提供指導(dǎo)。數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用將為鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩浴⒏咝院同F(xiàn)代化水平提供堅(jiān)實(shí)的支持。

1數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的技術(shù)原理

1.1數(shù)字時(shí)分交換技術(shù)

數(shù)字時(shí)分交換技術(shù)是數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。這項(xiàng)技術(shù)基于數(shù)字信號(hào)處理，允許將不同通信數(shù)據(jù)流以離散的時(shí)間間隔進(jìn)行交換，從而實(shí)現(xiàn)高效通信。在鐵路通信中，這種技術(shù)允許系統(tǒng)根據(jù)需求動(dòng)態(tài)分配通信資源，以確保通信的高效性和可用性。數(shù)字時(shí)分交換技術(shù)還具有抗干擾和誤差校正的特點(diǎn)，這對(duì)于鐵路通信來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)樗仨氃诟鞣N環(huán)境條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2集成化設(shè)備與功能多元化

數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則之一是集成化設(shè)備和功能多元化，這意味著系統(tǒng)不再依賴(lài)多個(gè)獨(dú)立的模擬設(shè)備，而是將各種功能集成到一個(gè)數(shù)字化的平臺(tái)上，不僅節(jié)省了空間，還降低了維護(hù)成本。例如，系統(tǒng)可以同時(shí)支持區(qū)段調(diào)度、專(zhuān)用電話(huà)、集中機(jī)和區(qū)轉(zhuǎn)機(jī)等多種功能，而不需要獨(dú)立的硬件，這種集成化提高了系統(tǒng)的靈活性［1］，允許根據(jù)需要輕松擴(kuò)展或修改功能。

1.3主要組成部分

在數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)中，主處理機(jī)是系統(tǒng)的大腦，它負(fù)責(zé)處理通信請(qǐng)求、路由決策和故障檢測(cè)。為了提高系統(tǒng)的可用性，通常采用雙機(jī)熱備份架構(gòu)，一個(gè)主用，一個(gè)備用。以確保通信不中斷。

數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常采用環(huán)型組網(wǎng)，每個(gè)數(shù)字環(huán)由兩條2M通道組成，一條用作主用通道，另一條用作備用通道，以構(gòu)成數(shù)字自愈環(huán)，這種設(shè)計(jì)確保了通信的可用性和可靠性。各調(diào)度分系統(tǒng)上下行2M口與相鄰分系統(tǒng)的2M口首尾相連，構(gòu)成數(shù)字共線調(diào)度系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)允許任何兩個(gè)分系統(tǒng)之間的2M中斷，業(yè)務(wù)仍然可以通過(guò)不同方向與主系統(tǒng)互通［2］。2M通道是數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)中的關(guān)鍵通信通道，它由通信傳輸系統(tǒng)傳輸設(shè)備提供，這些通道允許不同的分系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，包括調(diào)度員、站場(chǎng)電話(huà)、區(qū)間電話(huà)、站間行車(chē)電話(huà)和車(chē)站值班臺(tái)。這些通道以數(shù)字共線的方式占用2Mbit/s，為鐵路通信提供了必要的帶寬和資源。

2數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的可靠性機(jī)制

2.1雙機(jī)熱備份機(jī)制

數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)為確保高可靠性采用了雙機(jī)熱備份機(jī)制。這一機(jī)制意味著系統(tǒng)包括兩臺(tái)主處理機(jī)，其中一臺(tái)為主用，另一臺(tái)為備用。在正常運(yùn)行時(shí)，主用處理機(jī)處理所有通信請(qǐng)求，而備用處理機(jī)保持待命狀態(tài)。然而，如果主用處理機(jī)發(fā)生故障，備用處理機(jī)會(huì)自動(dòng)接管其功能，以確保通信系統(tǒng)不會(huì)中斷，這種冗余設(shè)計(jì)對(duì)于鐵路通信至關(guān)重要。

2.22M接口和調(diào)度臺(tái)接口的熱備份

除了雙機(jī)熱備份，數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)還采用了2M接口和調(diào)度臺(tái)接口的熱備份。2M接口是數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵接口，它連接各個(gè)分系統(tǒng)，允許它們之間的通信。這些接口通常采用1+1熱備份設(shè)計(jì)，即每個(gè)接口都有一個(gè)備用接口，以確保在接口故障時(shí)系統(tǒng)仍然能夠正常運(yùn)行。調(diào)度臺(tái)接口也采用相似的熱備份設(shè)計(jì)，以確保即使發(fā)生硬件故障時(shí)，調(diào)度員仍能繼續(xù)進(jìn)行通話(huà)和呼叫。

2.3數(shù)字自愈環(huán)的作用

數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的數(shù)字自愈環(huán)功能是其高可靠性的關(guān)鍵組成部分。這一功能確保了在通信通道中發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到備用通道，而無(wú)需人工干預(yù)。例如，如果主用通道遇到故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備用通道，以確保通信不中斷。這種自愈能力對(duì)于鐵路通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)樗仨氃诟鞣N環(huán)境條件下保持穩(wěn)定運(yùn)行，包括天氣惡劣和設(shè)備故障。

3鐵路數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.1主系統(tǒng)與分系統(tǒng)

鐵路數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用了主系統(tǒng)與分系統(tǒng)的模式。主系統(tǒng)是數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)的核心，通常位于鐵路運(yùn)輸?shù)闹行牡貛В瑩?dān)負(fù)著全局調(diào)度和監(jiān)控的任務(wù)；分系統(tǒng)則分布在鐵路沿線各個(gè)車(chē)站、編組場(chǎng)和區(qū)間，它們作為主系統(tǒng)的延伸，負(fù)責(zé)地區(qū)性的調(diào)度和通信［3］。主系統(tǒng)與分系統(tǒng)之間通過(guò)高速數(shù)字通信鏈路相連，以構(gòu)建一個(gè)無(wú)縫的通信網(wǎng)絡(luò)。

3.2分系統(tǒng)在鐵路設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

分系統(tǒng)在鐵路設(shè)計(jì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們提供了各種功能，包括調(diào)度分機(jī)、站場(chǎng)電話(huà)、區(qū)間電話(huà)、站間行車(chē)電話(huà)、車(chē)站值班臺(tái)、專(zhuān)用電話(huà)等設(shè)備的接入。這些設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)列車(chē)調(diào)度、通信管理、安全控制等關(guān)鍵任務(wù)。例如，車(chē)站值班臺(tái)允許車(chē)站工作人員與列車(chē)駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，以確保列車(chē)運(yùn)行的安全和順暢。分系統(tǒng)的應(yīng)用使鐵路設(shè)計(jì)得以更好地滿(mǎn)足了各種業(yè)務(wù)需求，從而提高了運(yùn)輸效率和安全性。

3.32Mbit/s數(shù)字傳輸通道的重要性

2Mbit/s數(shù)字傳輸通道是鐵路數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。這些通道以數(shù)字共線的方式占用2Mbit/s帶寬，用于連接分系統(tǒng)與主系統(tǒng)，以支持各種通信業(yè)務(wù)。它們不僅傳輸聲音數(shù)據(jù)，還承載列車(chē)位置信息、信號(hào)狀態(tài)和調(diào)度命令等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。因此，這些通道的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)于鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩透咝е陵P(guān)重要。它們確保了列車(chē)之間和列車(chē)與調(diào)度中心之間的實(shí)時(shí)通信，使列車(chē)調(diào)度和運(yùn)行管理得以順暢進(jìn)行。

3.4鍵控式操作臺(tái)的設(shè)計(jì)與功能

在分系統(tǒng)中，鍵控式操作臺(tái)是重要的用戶(hù)接口，這些操作臺(tái)通常采用2B+D接口連接于主系統(tǒng)或車(chē)站分系統(tǒng)，提供了列車(chē)調(diào)度員和車(chē)站工作人員與系統(tǒng)互動(dòng)的方式。它們具有多種功能，包括呼叫、通話(huà)、狀態(tài)顯示和故障報(bào)告等。鍵控式操作臺(tái)的設(shè)計(jì)考慮了用戶(hù)友好性，可確保操作人員能夠輕松理解和使用系統(tǒng)。操作臺(tái)是鐵路通信的核心工具，為鐵路工作人員提供了高效的工作平臺(tái)，有助于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

4數(shù)字通信調(diào)度系統(tǒng)在鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1優(yōu)化鐵路通信質(zhì)量

鐵路通信質(zhì)量對(duì)于行車(chē)安全和順暢至關(guān)重要。數(shù)字通信調(diào)度系統(tǒng)引入了數(shù)字化通信技術(shù)，通過(guò)抗干擾技術(shù)和自愈機(jī)制，有效克服了模擬通信系統(tǒng)在嘈雜環(huán)境下的不穩(wěn)定性。這意味著在惡劣氣象條件下，如風(fēng)雨暴雪，系統(tǒng)仍能保持清晰的通信。同時(shí)，數(shù)字通信系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字自愈環(huán)等功能，確保了通信的穩(wěn)定性。即使在某些通信通道發(fā)生故障的情況下，系統(tǒng)也能夠自動(dòng)切換到備用通道，從而減少了通信中斷的風(fēng)險(xiǎn)。這一優(yōu)化的通信質(zhì)量對(duì)于鐵路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不可或缺的，因?yàn)樗苯由婕暗搅熊?chē)調(diào)度和安全管理。

4.2提升行車(chē)指揮與列車(chē)調(diào)度效率

數(shù)字通信調(diào)度系統(tǒng)的高效性對(duì)于行車(chē)指揮和列車(chē)調(diào)度至關(guān)重要。系統(tǒng)能夠在實(shí)時(shí)監(jiān)控列車(chē)位置、狀態(tài)和調(diào)度命令的同時(shí)，提供高質(zhì)量的通信，使得列車(chē)調(diào)度員可以更快速、更準(zhǔn)確地做出調(diào)度決策，從而確保列車(chē)之間的合理距離和運(yùn)行速度。數(shù)字通信系統(tǒng)通過(guò)提供集中監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)功能，減少了維護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，使系統(tǒng)無(wú)人值守成為可能，極大地提高了調(diào)度效率，減少了鐵路運(yùn)輸擁堵和延誤［4］。這對(duì)于鐵路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重大的進(jìn)步，為更高效的鐵路運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)。

4.3便利性和成本效益

數(shù)字通信調(diào)度系統(tǒng)的便捷性和成本效益使其在鐵路設(shè)計(jì)中備受青睞。相較于傳統(tǒng)的模擬通信系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)無(wú)需繁重的維護(hù)和管理工作，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷功能，大大減少了維護(hù)人員的工作量，提高了系統(tǒng)的可用性。操作人員可通過(guò)全新的控制方式進(jìn)行操作，其提供了優(yōu)良的人機(jī)界面和用戶(hù)使用環(huán)境，減輕了他們的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了運(yùn)營(yíng)成本，并提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。數(shù)字通信系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)和功能多元化也節(jié)省了硬件和空間成本，為鐵路運(yùn)輸?shù)某杀拘б嫣峁┝酥С帧?/p>

5數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)優(yōu)化與未來(lái)發(fā)展

5.1數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)在鐵路設(shè)計(jì)中的重要性

在鐵路領(lǐng)域，數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的重要性不言而喻。通過(guò)上述分析，可以明顯看到，這一系統(tǒng)在鐵路通信中扮演著關(guān)鍵的角色，不僅替代了傳統(tǒng)的模擬設(shè)備，還具有許多優(yōu)勢(shì)，如集成化、遠(yuǎn)程維護(hù)、高可用性等。數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)不僅僅用于呼叫和通話(huà)，它還為列車(chē)調(diào)度、行車(chē)指揮和維護(hù)等方面提供了便捷和高效的解決方案。鐵路系統(tǒng)的安全性和效率都依賴(lài)于可靠的通信，而數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)正是滿(mǎn)足這些需求的利器。

5.2光纖與電纜的鋪設(shè)與維護(hù)

在數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的優(yōu)化中，首要任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有光纖和電纜的鋪設(shè)情況進(jìn)行全面檢查。這包括光纜的損耗情況、電纜的老化程度以及設(shè)備之間的連接狀態(tài)［5］。通過(guò)全面的檢查，可以確定哪些部分需要維護(hù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，舊的光纖和電纜線路可能不再滿(mǎn)足系統(tǒng)的需求。因此，在系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程中，可能需要廢棄一些舊的纜線，并鋪設(shè)新的光纖和電纜。新的線路可以提供更高的帶寬和更好的信號(hào)質(zhì)量，以適應(yīng)未來(lái)通信需求的增長(zhǎng)。

5.3先進(jìn)傳輸設(shè)備的應(yīng)用

同步數(shù)字分層（SDH）技術(shù)在數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵的角色。這一先進(jìn)技術(shù)基于一種分層結(jié)構(gòu)，通過(guò)將信號(hào)分為不同的容量和速度等級(jí)，實(shí)現(xiàn)了多路復(fù)用、錯(cuò)誤校正和故障管理等功能。SDH的應(yīng)用可以顯著提高數(shù)字通信系統(tǒng)的性能和可靠性，減少數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的丟失和錯(cuò)誤。SDH的分層結(jié)構(gòu)允許將不同速度的數(shù)據(jù)流通過(guò)統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而提高了系統(tǒng)的效率。這種多路復(fù)用技術(shù)允許多個(gè)數(shù)據(jù)通道共享相同的傳輸介質(zhì)，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，提高了帶寬的利用率。同時(shí)，SDH還提供了強(qiáng)大的錯(cuò)誤校正和故障管理機(jī)制，能夠檢測(cè)并糾正傳輸中的錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

高頻開(kāi)關(guān)電源柜在數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)中是電力供應(yīng)的核心組件。它們采用高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)，可以高效地將電能轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的直流電源，同時(shí)還提供電池充電功能。這些電源柜還具備過(guò)載和短路保護(hù)功能，可確保系統(tǒng)的電力供應(yīng)穩(wěn)定和可靠。在鐵路環(huán)境中，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)至關(guān)重要。高頻開(kāi)關(guān)電源柜通過(guò)高效的能量轉(zhuǎn)換和電池備份，提供了可靠的電源保障。在電力波動(dòng)或故障時(shí)，它們能夠快速切換到備用電源，以確保系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。這種冗余設(shè)計(jì)減少了系統(tǒng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的可用性，尤其是在電力不穩(wěn)定的地區(qū)或惡劣氣象條件下。

電源的穩(wěn)定性對(duì)于鐵路通信系統(tǒng)至關(guān)重要，因此采用兩路交流自動(dòng)轉(zhuǎn)換箱是一種明智的決策。這些設(shè)備可以監(jiān)測(cè)主要電源的狀態(tài)，當(dāng)主要電源出現(xiàn)故障時(shí)，它們能夠自動(dòng)切換到備用電源，以保持系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。這種冗余設(shè)計(jì)大大減少了系統(tǒng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的可用性。兩路交流自動(dòng)轉(zhuǎn)換箱的設(shè)計(jì)使其能夠無(wú)縫地切換電源，幾乎不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生任何感知的中斷。這對(duì)于鐵路通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冃枰谌魏吻闆r下都能保持通信的連續(xù)性，以確保列車(chē)調(diào)度和運(yùn)行的安全。

標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜是數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它們提供了合適的環(huán)境來(lái)容納各種設(shè)備。這些機(jī)柜不僅能夠容納設(shè)備，還提供了溫度和濕度控制，以確保設(shè)備在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下運(yùn)行。機(jī)柜還具有良好的通風(fēng)和排熱功能，以防止設(shè)備過(guò)熱。在鐵路通信系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜的應(yīng)用可確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。它們可以維護(hù)適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，以防止設(shè)備受熱和濕度的影響，從而提高了設(shè)備的壽命和性能。

5.4數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的潛力

數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的應(yīng)用帶來(lái)了顯著的成果和優(yōu)勢(shì)。首先提高了通信的可靠性。通過(guò)采用雙機(jī)熱備份、2M 接口和調(diào)度臺(tái)接口的熱備份以及數(shù)字自愈環(huán)等技術(shù)，系統(tǒng)可以在面臨故障或中斷時(shí)快速切換到備用通道，減少了通信中斷的風(fēng)險(xiǎn)。其次，數(shù)字通信系統(tǒng)的集成化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)更加高效。通過(guò)環(huán)型組網(wǎng)設(shè)計(jì)，每個(gè)數(shù)字環(huán)采用兩條2M通道，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和容錯(cuò)性，這種設(shè)計(jì)允許業(yè)務(wù)在不同方向與主系統(tǒng)互通，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的可用性。

6結(jié)語(yǔ)

鐵路通信系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，必將是更高帶寬的需求、更智能化的系統(tǒng)、更高級(jí)別的自動(dòng)化和更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全。創(chuàng)新將包括采用新型光纖技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能來(lái)改進(jìn)數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)。這些發(fā)展將使系統(tǒng)更加靈活、高效和安全，以滿(mǎn)足未來(lái)鐵路通信需求的不斷增長(zhǎng)。

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作者簡(jiǎn)介：史鐵寧（1987—），男，漢族，本科，工程師。研究方向：通信。