一、引言
高速鐵路是應(yīng)用技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的產(chǎn)物，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和人流密集是各國(guó)修建高鐵的兩個(gè)基本前提。我國(guó)人口眾多，大城市密集，且區(qū)域集中度高、呈點(diǎn)線分布，適合于發(fā)展高鐵。
高鐵交通具有速度快、運(yùn)量大、能耗小、碳排低、占地省的優(yōu)勢(shì)，對(duì)交通和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有“革命性”影響，受到各地歡迎，都希望成為高鐵樞紐或重要節(jié)點(diǎn)。高鐵在我國(guó)較大規(guī)模發(fā)展是必然的，從中央到地方都有很高積極性。
從2004年底開(kāi)始建設(shè)，2008年8月1日投入運(yùn)營(yíng)的京津城際鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h，是我國(guó)第一條高鐵線路。
高鐵建設(shè)發(fā)展至今，中國(guó)目前已經(jīng)擁有全世界最大規(guī)模以及最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)。截止2013年10月，中國(guó)高鐵總里程達(dá)到10463公里，“四縱”干線基本成型。目前，中國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程約占世界高鐵運(yùn)營(yíng)里程的46%，穩(wěn)居世界高鐵里程榜首。
根據(jù)中長(zhǎng)期鐵路規(guī)劃，到2020年中國(guó)的四縱四橫客運(yùn)專線網(wǎng)絡(luò)全長(zhǎng)將達(dá)到16000公里，中國(guó)高鐵，前程似錦。
在大規(guī)模高鐵線路建設(shè)的同時(shí)，我國(guó)在高鐵列車(chē)制造領(lǐng)域，吸收了多國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)作集成創(chuàng)新，設(shè)計(jì)制造了和諧號(hào)系列動(dòng)車(chē)組列車(chē)，不但大量滿足了國(guó)內(nèi)高鐵線路運(yùn)行的需要，還呈現(xiàn)向發(fā)達(dá)國(guó)家出口先進(jìn)產(chǎn)品的巨大潛力。
一個(gè)同時(shí)靠鐵路建設(shè)和列車(chē)制造雙輪驅(qū)動(dòng)的高鐵強(qiáng)國(guó)雛型已顯山露水。
但是，2012年發(fā)生的7.23甬溫追尾撞車(chē)事故，給正處于“高鐵大躍進(jìn)”熱潮的中國(guó)高鐵重重潑了盆冷水。雖然甬溫線的設(shè)計(jì)時(shí)速200公里，屬快速鐵路，還不是真正的高鐵，但其嚴(yán)重后果，還是波及到中國(guó)高鐵和鐵路建設(shè)領(lǐng)域的方方面面。經(jīng)過(guò)認(rèn)真調(diào)查，確定事故主因在設(shè)計(jì)和管理。但在設(shè)計(jì)管理后面所反映的，同樣也暴露出我國(guó)高鐵列車(chē)信號(hào)和控制體系的技術(shù)不足。7.23事故在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生的負(fù)面影響，至今尚未完全消除。
可見(jiàn)，防追尾撞車(chē)的列控ATP系統(tǒng)的重要性，對(duì)于中國(guó)高鐵影響力之巨大，可見(jiàn)一斑。因此，研發(fā)高層次列控系統(tǒng)成為當(dāng)前高鐵建設(shè)和列車(chē)制造領(lǐng)域十分迫切的戰(zhàn)略性目標(biāo)。
二、高鐵高層次列控系統(tǒng)
7.23撞車(chē)事故的教訓(xùn)是，我們不僅要看到其中的管理問(wèn)題，不僅要看到設(shè)備故障導(dǎo)致安全原則的重要性，更要看到現(xiàn)有ATP系統(tǒng)本質(zhì)上的不足之處。那就是，由于運(yùn)動(dòng)性的限制，現(xiàn)有系統(tǒng)必竟還屬于一種安全性不高的被動(dòng)控制系統(tǒng)。被動(dòng)控制系統(tǒng)的大部分傳感器件、控制中心、管理者都處于列車(chē)之外的路面。而作為牽涉安全運(yùn)行的關(guān)鍵一方，列車(chē)司機(jī)被動(dòng)獲得信息，被動(dòng)駕駛，從而造成被動(dòng)避撞。司機(jī)既不易觀察到線路前方的列車(chē)，又不能感知危險(xiǎn)的存在，而及至發(fā)現(xiàn)撞車(chē)危險(xiǎn)，也是回天無(wú)術(shù)，再難制止或減緩危險(xiǎn)的結(jié)局，這就是現(xiàn)有ATP系統(tǒng)本身的弱點(diǎn)。
那么，如果在現(xiàn)有被動(dòng)防撞的基礎(chǔ)之上，增加列車(chē)自身主動(dòng)的避撞功能，主動(dòng)避碰防撞功能中的所有傳感器、計(jì)算器、顯示器都在列車(chē)駕駛室，司機(jī)就有了一位可靠“助手”在旁邊，顯示列車(chē)的安全運(yùn)行狀態(tài)，那情況就會(huì)完全不一樣，這就是本文所要探討的“主動(dòng)/被動(dòng)復(fù)合型列控系統(tǒng)”。將單一的被動(dòng)控制進(jìn)化到被動(dòng)和主動(dòng)雙模式控制，系統(tǒng)安全性將產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)的飛躍，這一點(diǎn)是比較容易理解的，也是大多數(shù)人可以想象得到的。
但是，能稱得上一種高層次的實(shí)用控制系統(tǒng)，有著非常嚴(yán)格的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求，這是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)/被動(dòng)復(fù)合型列控系統(tǒng)目標(biāo)的重要條件。
第一，在涉及列控重要目標(biāo)之一的列車(chē)定位原理上，高層次列控系統(tǒng)的定位原理應(yīng)該不同于現(xiàn)有系統(tǒng)的定位原理。因?yàn)?，如果二者原理相同的話，那么出現(xiàn)在現(xiàn)有系統(tǒng)中的故障，同樣會(huì)引起新系統(tǒng)的故障，故障同源，會(huì)發(fā)生同源型危險(xiǎn)，增加的系統(tǒng)只是從數(shù)量上減少危險(xiǎn)，不可能在質(zhì)量上降低危險(xiǎn)概率，起不到互為補(bǔ)充、大幅度減少危險(xiǎn)的作用，也就沒(méi)有多大的實(shí)用價(jià)值。
有一個(gè)很說(shuō)明問(wèn)題的故事，說(shuō)的是相互為鄰的瞎子和雙腿癱瘓的瘸子。有一天房屋失火，兩人都知道很難從大火中逃生。于是，二者取長(zhǎng)補(bǔ)短，由瘸子指路，瞎子背著瘸子，兩位殘疾人通過(guò)合作協(xié)同，安全地逃出了火海。假設(shè)兩位都是瘸子或都是瞎子，就是同源弱勢(shì)，就不那么容易安全逃生。這個(gè)道理用在列控系統(tǒng)中，說(shuō)明了兩種不同原理的定位方法構(gòu)成的系統(tǒng)，具有安全互補(bǔ)作用，能大幅降低危險(xiǎn)概率，其安全性遠(yuǎn)比單一方法優(yōu)越和可靠。
單就現(xiàn)有系統(tǒng)的列車(chē)定位而言，低速鐵路主要采用軌道電路和計(jì)程相結(jié)合的定位閉塞，高速鐵路則增加了查詢—應(yīng)答器定位和GSM-R通信，而高層次列控系統(tǒng)必須異于這一定位，我們則研發(fā)了“運(yùn)動(dòng)學(xué)定位”。
第二，高層次列控系統(tǒng)的車(chē)—地通信的要求高于現(xiàn)有系統(tǒng)，現(xiàn)有鐵路系統(tǒng)僅給出地面控制中心（TCC）的運(yùn)行指令，而高層次列控系統(tǒng)必須將本列車(chē)同向線路前后列車(chē)的動(dòng)態(tài)信息（位置、速度甚至加速度）傳送到本車(chē)。所以高層次列控系統(tǒng)的通信要求也比現(xiàn)有系統(tǒng)高。
第三，高層次列控系統(tǒng)整機(jī)的增加成本，應(yīng)控制在不超過(guò)現(xiàn)有系統(tǒng)2%的價(jià)格水平。也就是說(shuō)，只有采用新系統(tǒng)所增加的成本是微不足道這一大前提，才有可能使新列控系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)有著同一經(jīng)濟(jì)成本，才能迅速獲得應(yīng)用推廣。
只有這樣的列控系統(tǒng)，才能稱得上能在技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性上，有替代現(xiàn)有系統(tǒng)潛力的高層次列控系統(tǒng)。
三、高層次列控系統(tǒng)的定位原理——“運(yùn)動(dòng)學(xué)定位”方案
鐵路的“查詢—應(yīng)答器定位”作為點(diǎn)定位是簡(jiǎn)便有效的方法，作為復(fù)合系統(tǒng)的本系統(tǒng)仍然保留此作為被動(dòng)定位。但如何從點(diǎn)定位擴(kuò)展到線定位，現(xiàn)有系統(tǒng)采用測(cè)速法。本系統(tǒng)則采用有別于現(xiàn)有系統(tǒng)的“運(yùn)動(dòng)學(xué)定位”方案。
所謂“運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程定位”，就是利用列車(chē)查詢器在應(yīng)答器間運(yùn)行時(shí)間差的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件求解出列車(chē)平均速度和平均加速度。
圖1所示為應(yīng)答器運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程原理圖。在圖1的系統(tǒng)中，（1）為列車(chē)查詢器，（2）為鋪設(shè)在軌道面上的應(yīng)答器，應(yīng)答器的地理坐標(biāo)在列車(chē)查詢器經(jīng)過(guò)瞬間以編碼形式告知列車(chē)和CTC。
圖1中，標(biāo)號(hào)B1、B2、B3分別為列車(chē)前進(jìn)方向上安裝在二軌道中間的、按序分布的三個(gè)應(yīng)答器（2），列車(chē)前行時(shí)將依此經(jīng)過(guò)B1、B2、B3。列車(chē)查詢器（1）經(jīng)過(guò)應(yīng)答器的時(shí)間點(diǎn)分別為t1、t2、t3。同時(shí)，由軌道設(shè)計(jì)安裝所決定的B1與B2間的距離為（B2-B1），同樣可得B2與B3間的距離為（B3-B2）。
由運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，可得到列車(chē)在B1與B2區(qū)間行駛的平均速度v2為：
v2 =（B2-B1）/（t2-t1） （式1），
同理，列車(chē)在B2與B3區(qū)間行駛的平均速度v3為：
v3 =（B3-B2）/（t3-t2） （式2），
按上二式可算得，列車(chē)在B2與B3間線路上的平均加速度數(shù)值a3為：
a3 = （v3-v2）/（t3-t2） （式3），
再通過(guò)測(cè)速電路中計(jì)數(shù)脈沖與速度的函數(shù)解析，就能夠求解出列車(chē)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度，有了這兩個(gè)即時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，再通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程積分計(jì)程，就可以得到任意時(shí)刻列車(chē)位置、速度、加速度的信息，達(dá)到線定位的目的，即在查詢器B3后列車(chē)所處軌道位置sx與時(shí)間tx的函數(shù)關(guān)系將一一對(duì)應(yīng)，明確無(wú)誤，待到B4查詢器后，還可以對(duì)定位點(diǎn)作修正。
sx = B3 + v3·（tx-t3）+ a3·（tx-t3）2/2 （式4）
圖1 單發(fā)查詢器運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程原理圖
如果a為變量，則作函數(shù)積分定位確定列車(chē)位置。
如果查詢器分布較密，則可以將平均速度看做在該區(qū)間的瞬時(shí)速度。在查詢器分布稀疏的情況下，可以利用車(chē)載測(cè)速脈沖與轉(zhuǎn)速的函數(shù)解析轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)速度。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，由于測(cè)速脈沖與線定位間的函數(shù)關(guān)系涉及車(chē)輪直徑等因素，所以會(huì)隨車(chē)輪磨損而產(chǎn)生額外誤差。
而在本系統(tǒng)中，由于不同時(shí)刻的測(cè)速脈沖是相對(duì)量，與車(chē)輪直徑無(wú)關(guān)，不受車(chē)輪磨損影響，而空轉(zhuǎn)的影響本身屬于小隨機(jī)概率變量，所以影響也很小，只要適當(dāng)增加應(yīng)答器的數(shù)量，就可以使得列車(chē)的線上定位精度達(dá)到實(shí)用性要求。
應(yīng)答器則作為精確位置點(diǎn)定位坐標(biāo)，用于糾正系統(tǒng)的累積定位偏差。
另一種運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程定位方法稱為雙發(fā)查詢器運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程。
眾所周知，每列動(dòng)車(chē)組列車(chē)通常設(shè)計(jì)成前后兩個(gè)車(chē)頭，以方便列車(chē)調(diào)頭行駛。通常，運(yùn)行中總是車(chē)頭的查詢器工作，車(chē)尾的查詢器休息。
雙發(fā)查詢器運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程必須使車(chē)頭車(chē)尾的兩個(gè)查詢器都參與工作。利用車(chē)頭查詢器和車(chē)尾查詢器駛過(guò)同一應(yīng)答器的時(shí)間差△t確定整個(gè)列車(chē)經(jīng)過(guò)該應(yīng)答器的平均速度V，V的計(jì)算式為：
V = L/△t （式5），
其中，L為列車(chē)二查詢器間的距離。
圖2為雙發(fā)查詢器運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程原理圖。圖中，（11）和（12）分別為車(chē)頭查詢器和車(chē)尾查詢器。
圖 2 雙發(fā)查詢器運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程原理圖
在雙發(fā)查詢器裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)速計(jì)程方法原理圖中， t11和t12的△t時(shí)間短，所以整個(gè)列車(chē)經(jīng)過(guò)該應(yīng)答器（2）的平均速度v可以認(rèn)為列車(chē)在經(jīng)過(guò)該應(yīng)答器的瞬時(shí)速度，這樣可以減少系統(tǒng)的計(jì)算工作量。運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算公式為：
v1 = L/（t12-t11） （式6），
同理，可計(jì)算出列車(chē)經(jīng)過(guò)應(yīng)答器B2的平均速度v2為：
v2 = L/（t22-t21） （式7），
按上面二式可算得，列車(chē)在B1至B2線路段的平均加速度數(shù)值為：
a2 = （v2-v1）/（t2-t1） （式8），
則可以得到列車(chē)在軌道任何點(diǎn)上的時(shí)間、速度和加速度的數(shù)值，換句話說(shuō)，可以得到任何時(shí)間點(diǎn)上的列車(chē)位置、速度和加速度的數(shù)值。
sx = B1 + v1?（tx1-t11）+ a1?（tx1-t11）2/2 （式9）。
通過(guò)（式6至式8）與（式1至式3）的比較，可以發(fā)現(xiàn)，在單發(fā)查詢器中，原來(lái)要越過(guò)二個(gè)應(yīng)答器才能計(jì)算出列車(chē)速度v，越過(guò)三個(gè)應(yīng)答器才能得到的加速度a，在雙發(fā)查詢器裝置中只要越過(guò)一個(gè)或二個(gè)應(yīng)答器即可以分別計(jì)算出v和a。與單發(fā)相似，由于長(zhǎng)度L可能遠(yuǎn)小于應(yīng)答器間距離，在這么短距離中算得的速度、加速度數(shù)值，同樣可以通過(guò)測(cè)速電路中計(jì)數(shù)脈沖與速度的函數(shù)解析，求解出列車(chē)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度，準(zhǔn)確性也有很大的提高。
如果將單發(fā)和雙發(fā)查詢器運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程結(jié)合定位，將使列車(chē)定位精度產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)的飛躍。
此外，雙發(fā)裝置的方法還會(huì)帶來(lái)其額外的功能，例如，可以用來(lái)監(jiān)視列車(chē)是否在行進(jìn)途中脫編解列，一旦發(fā)現(xiàn)二個(gè)定位數(shù)值超過(guò)列車(chē)長(zhǎng)度L，則可立刻判斷列車(chē)掉尾，系統(tǒng)或司機(jī)也可以在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)向地面線路調(diào)度發(fā)送故障信息，防止后面的列車(chē)發(fā)生碰撞事故。
另外，同一列車(chē)單發(fā)、雙發(fā)同時(shí)工作，等同于采用兩種方法的冗余結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)某一計(jì)程計(jì)算故障，另一計(jì)程自動(dòng)擔(dān)當(dāng)獨(dú)立主動(dòng)防護(hù)責(zé)任繼續(xù)工作，可以增加列車(chē)的安全性和可靠性，減少列車(chē)因設(shè)備故障可能產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程的進(jìn)一步技術(shù)論述，將在今后專文詳述。
四、高層次列控系統(tǒng)的車(chē)—地通信
車(chē)—地通信是驅(qū)動(dòng)ATP列控系統(tǒng)的另一個(gè)輪子。常速鐵路有采用查詢—應(yīng)答器的簡(jiǎn)易的18個(gè)信息的報(bào)文通信，但高鐵發(fā)展的趨勢(shì)都向著GSM-R的移動(dòng)通信方式實(shí)現(xiàn)車(chē)—地通信。即通過(guò)GSM-R向調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)的RBC報(bào)告列車(chē)位置、速度、狀態(tài)等信息，由地面向列車(chē)發(fā)送調(diào)度指揮命令。
GSM-R是一種基于目前世界最成熟、最通用的公共無(wú)線通信系統(tǒng)GSM平臺(tái)上的、專門(mén)為滿足鐵路應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的數(shù)字式的無(wú)線通信系統(tǒng)，針對(duì)鐵路通信列車(chē)調(diào)度、列車(chē)控制、支持高速列車(chē)等特點(diǎn)，為鐵路運(yùn)營(yíng)提供定制的附加功能的一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合無(wú)線通信系統(tǒng)。從集群通信的角度來(lái)看，GSM-R是一種數(shù)字式的集群系統(tǒng)，能提供無(wú)線列調(diào)、編組調(diào)車(chē)通信、應(yīng)急通信、養(yǎng)護(hù)維修組通信等語(yǔ)音通信功能。它在GSM Phase2+的規(guī)范協(xié)議的高級(jí)語(yǔ)音呼叫功能，如組呼、廣播呼叫、多優(yōu)先級(jí)搶占和強(qiáng)拆業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路通信特別是鐵路專用調(diào)度通信的需要。主要提供無(wú)線列調(diào)、編組調(diào)車(chē)通信、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)通信、應(yīng)急通信、隧道通信等語(yǔ)音通信功能，可為列車(chē)自動(dòng)控制與檢測(cè)信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，并可提供列車(chē)自動(dòng)尋址和旅客服務(wù)，還能夠滿足列車(chē)運(yùn)行速度每小時(shí)500公里的無(wú)線通信要求，與以往中國(guó)鐵路所采用的單信道模擬系統(tǒng)相比，GSM-R系統(tǒng)達(dá)到了國(guó)際行業(yè)水平。該項(xiàng)技術(shù)在GSM的發(fā)起地區(qū)歐洲得到了推崇，德國(guó)和法國(guó)、荷蘭、瑞士等國(guó)家已在鐵路沿線進(jìn)行了GSM-R的放號(hào)投運(yùn)。
GSM-R（General Service Mobile-Railways），業(yè)已成為我國(guó)鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，和我國(guó)現(xiàn)在覆蓋最大的GSM網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)相仿，也就是在GSM標(biāo)準(zhǔn)中加入了一些適合高速移動(dòng)環(huán)境使用的要素。在中國(guó)鐵路的頻段為上行885-889MHz，下行方向?yàn)?/span>930-934MHz。
在高層次列控系統(tǒng)中，必須通過(guò)車(chē)—地通信裝置傳送的信息，除了上述內(nèi)容外，更重要的還有本車(chē)同向線路（即轉(zhuǎn)轍機(jī)指引線路）前后方列車(chē)的位置坐標(biāo)、速度和加速度數(shù)據(jù)。所以對(duì)車(chē)—地通信裝置的要求更高。
在GSM向3G進(jìn)化過(guò)程中，鑒于3G技術(shù)使用頻率太高，不能滿足鐵路部門(mén)希望經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠地實(shí)現(xiàn)在廣泛地域內(nèi)的大覆蓋目標(biāo)，而且在語(yǔ)音業(yè)務(wù)上3G技術(shù)與2G技術(shù)并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別等諸多因素。部分國(guó)家和地區(qū)的鐵路運(yùn)營(yíng)公司，如英國(guó)和日本，開(kāi)始嘗試?yán)脤拵o(wú)線接入技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以解決旅客移動(dòng)信息服務(wù)的問(wèn)題。我國(guó)鐵路具有150MHz、450MHz和900MHz等頻率資源，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)考慮采用跨頻段頻率資源聚合的方式，研究多載波LTE-R系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速鐵路列車(chē)安全運(yùn)行車(chē)—地?cái)?shù)據(jù)的高效傳輸。國(guó)際鐵路聯(lián)盟UIC計(jì)劃從2014年開(kāi)始進(jìn)行GSM-R向LTE-R的演進(jìn)工作，確保GSM-R的生命周期隨電信技術(shù)的不斷發(fā)展而獲得延長(zhǎng)，UIC明確表示3G技術(shù)不適用于鐵路。因此，未來(lái)GSM-R不會(huì)過(guò)渡到3G，而是直接過(guò)渡到4G的LTE-R。
LTE-R(Long Term Evolution-Railways)能夠提供簡(jiǎn)單、高效、低時(shí)延、低造價(jià)的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可以提供安全的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。另外，LTE基于全IP的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，允許電信運(yùn)營(yíng)商和鐵路運(yùn)營(yíng)商共同開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的車(chē)—地通信系統(tǒng)，并重用已部署的站點(diǎn)和設(shè)備，節(jié)省投資成本。與GSM-R相比，特點(diǎn)可以概括為“一限四高”，即無(wú)線資源受限、高數(shù)據(jù)速率、高移動(dòng)性、高QoS、高RAMS(安全性)。目前UIC、國(guó)內(nèi)外大學(xué)和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)都在積極研究采用OFDMA、MIMO、中繼、協(xié)作等LTE關(guān)鍵技術(shù)作為鐵路安全、高效的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。
為提高通信質(zhì)量，高層次列控車(chē)—地通信裝置的其它重要通信選項(xiàng)有：
1、GPRS（General Packet Radio Service）通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)，是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，即以分組的“形式”傳送數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)。相對(duì)于GSM的9.6kbps的訪問(wèn)速度而言，GPRS擁有171.2kbps的訪問(wèn)速度；在連接建立時(shí)間方面，GSM需要10-30秒，而GPRS只需要極短的時(shí)間就可以訪問(wèn)到相關(guān)請(qǐng)求，GPRS對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源的利用率遠(yuǎn)高于GSM。
2、衛(wèi)星通信，衛(wèi)星通信可通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)車(chē)—地通信，國(guó)內(nèi)外有多種衛(wèi)星通信工具。我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成網(wǎng)投運(yùn)，比采用國(guó)外系統(tǒng)安全性有保證。但在鐵路應(yīng)用中，目前還有一系列技術(shù)問(wèn)題尚待解決，例如，衛(wèi)星通信無(wú)線鏈路的傳輸時(shí)延比較長(zhǎng)；如何實(shí)現(xiàn)在隧道等非視距的情況下有效通信；以及與現(xiàn)有陸地?zé)o線通信系統(tǒng)之間可能存在的干擾和消除等問(wèn)題，都有待解決。但衛(wèi)星通信可以作為地面通信系統(tǒng)的補(bǔ)充，當(dāng)?shù)孛嫱ㄐ畔到y(tǒng)發(fā)生事故、無(wú)法有效運(yùn)行時(shí)，通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行通信就可能成為有效的補(bǔ)充手段。
有必要一提的是，中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)"BDS"（BeiDou Navigation Satellite System）是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，既有通信功能，又有定位功能。以前曾有學(xué)者提出GPS衛(wèi)星通信，但由于GPS通信系統(tǒng)掌握在美國(guó)軍方手中，信息安全性受到制約，另外，GPS系統(tǒng)在例如隧道、山脈和城市等復(fù)雜地形的影響應(yīng)用受到限制，所以不如GSM-R實(shí)用。而我國(guó)的北斗系統(tǒng)，非但有更強(qiáng)的定位能力，而且通信功能也優(yōu)于美國(guó)的GPS系統(tǒng)，應(yīng)該成為高層次列控優(yōu)先采用的通信方案，至于地形的局限，可以采用局部漏纜或裂縫波導(dǎo)管加以彌補(bǔ)克服。目前，以GSM-R為主，增加地面和空中的兩套輔助的通信系統(tǒng)，應(yīng)該成為高層次列控系統(tǒng)的車(chē)—地通信的優(yōu)選方案。
五、高層次列控系統(tǒng)小結(jié)
作為全球矚目的高鐵大國(guó)，中國(guó)應(yīng)該在吸收集成創(chuàng)新取得現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，不滿足于現(xiàn)狀，而應(yīng)更加強(qiáng)調(diào)獨(dú)創(chuàng)核心技術(shù)的研發(fā)。高層次列控系統(tǒng)的課題也是我們?cè)谘邪l(fā)“高鐵合分聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)”中，有感到“合分聯(lián)運(yùn)”需要更安全的列控系統(tǒng)的技術(shù)支持，有感于從7.23所暴露出的我國(guó)高鐵列車(chē)信號(hào)和控制體系的技術(shù)不足，而產(chǎn)生的一種創(chuàng)新思路。
通過(guò)列車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)程定位的輔佐，相信能改變現(xiàn)有系統(tǒng)被動(dòng)定位單一模式的安全隱患，以主動(dòng)/被動(dòng)雙模式控制防護(hù)提高列車(chē)定位的安全冗余能力，且所增加的主動(dòng)功能是靠軟件方式和列車(chē)上已有的測(cè)速脈沖設(shè)備所獲得，并無(wú)其它硬件投入，所以在成本上經(jīng)濟(jì)便行，推廣應(yīng)該比較容易。
對(duì)于高鐵系統(tǒng)的車(chē)—地通信，也提出了在現(xiàn)有GSM-R基礎(chǔ)上，本文結(jié)合國(guó)際技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，增加其它通信手段，作升級(jí)換代的一些設(shè)想。
通信技術(shù)是當(dāng)代科技中最突飛猛進(jìn)的大技術(shù)門(mén)類(lèi)之一，不管是無(wú)線通信還是網(wǎng)絡(luò)通信，都有巨大的技術(shù)創(chuàng)新潛力。人類(lèi)已能實(shí)現(xiàn)與遙遠(yuǎn)的行星衛(wèi)星通信，相比之下，實(shí)現(xiàn)軌道列車(chē)間的通信應(yīng)該說(shuō)易如反掌，今后如能達(dá)到“車(chē)—車(chē)通信”的目標(biāo)，不管是直接通信還是間接通信，則前后列車(chē)間保持移動(dòng)閉塞將是一個(gè)非常理想的ATP方案。可以這么說(shuō)，只要高鐵領(lǐng)域能提出具體通信要求，通信領(lǐng)域的專家和企業(yè)定能以合理的成本研制出滿意解決方案的產(chǎn)品。開(kāi)門(mén)納賢、廣羅人才是中國(guó)高鐵高速技術(shù)發(fā)展的重要途徑。
作為遠(yuǎn)未結(jié)束的小結(jié)，冀望中國(guó)高鐵打破技術(shù)壁壘，更上一層樓，搶占世界高鐵制高點(diǎn)，描繪一幅無(wú)與倫比的中國(guó)高鐵藍(lán)圖，同時(shí)也為全球高鐵事業(yè)作出更大貢獻(xiàn)！
