基于GSM-R的通知外勤方案研究.pdf

40T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATION基于GSM-R的通知外勤方案研究陈建鑫（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）摘要：调研分析车站值班员与外勤值班员的作业内容和联络方式，结合行车设备现状，研究设计一种基于 GSM-R 的通知外勤方案。借鉴调度指挥系统无线进路预告应用技术的设计思路，提出自动通知外勤的理念，研究自动通知外勤的时机与条件。为外勤值班员设置具备人机交互的便携式无线手持终端，利用既有的 GSM-R 无线通信通道交互信息，解决目前通知外勤功能实施难度大、应用效果差的问题，再次提升车务人员接发车作业的管理技术与自动化水平。关键词：通知外勤；手持终端；外勤值班员；GSM-R中图分类号：U285.5 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2023)07-0040-04Research on Notifi cation Field Scheme Based on GSM-RChen Jianxin(CRSC Research&Design Institute Group Co.,Ltd.,Beijing 100070,China)Abstract:This paper researches and analyzes the operation content and contact methods of station duty personnel and field duty personnel,and designs a GSM-R based notification field service solution by combining the current situation of train operation equipment.This solution proposes the concept of automatic notifi cation to fi eld duty personnel by referring to the design concept of wireless route prediction application technology in the CTC system,and studies the timing and conditions of automatic notifi cation to fi eld duty personnel.Portable wireless handheld terminals with human-computer interaction for fi eld duty personnel are set.Diffi cult implementation and poor application effect of the current notification field function are solved by using the existing GSM-R wireless communication channel to interact information so as to improve the management technology and automation level of train service personnels receiving and departure operations again.Keywords:notification to field duty personnel;handheld terminal;field duty personnel;Global System for Mobile Communications-Railway(GSM-R)DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2023.07.007收稿日期：2023-04-03；修回日期：2023-07-10基金项目：中国国家铁路集团有限公司重大课题项目（K2021X001）作者简介：陈建鑫（1984），男，高级工程师，硕士，主要研究方向：铁路运输，邮箱：。1概述铁路外勤值班员是车站行车作业中的重要角色。车站组织接发列车时，外勤值班员接到车站值班员通知后，到达指定位置，负责同司机和运转车长核铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年7月，第20卷第7期41技术创新TECHNOLOGICAL INNOVATION对信号，检查列车是否存在安全隐患，并及时向车站值班员报告接/发车情况。目前，值班员和外勤值班员通过列车无线调度电话（无线列调）进行语音对话。无线列调自 20 世纪中期从苏联引进后，广泛应用于各个行车作业岗位之间，但是其覆盖范围比较局限、容易受干扰。近 20 年来，从欧洲引入的铁路数字移动通信系统（Global System for Mobile Communications-Railway，GSM-R）已成熟应用，作为新一代铁路专用无线通信网，具备覆盖范围广阔、支持双向传输、更稳定、更强大的特质。近年来，行车作业管理要求不断提高，为实现车站值班员通知外勤作业过程的数字化管理，一些车站在调度集中控制（CTC）设置外勤终端。值班员通过点击车务终端的“外勤”按钮通知外勤作业。外勤值班员看到通知信息后，确认签收并反馈到值班员终端。这种方式存在两个弊端：一是应用效果问题，外勤值班员经常在外作业不在终端设备旁边，无法及时签收通知；二是通信问题，CTC 车站设计之初并无外勤终端，没有预留通信通道和设备位置，如果另行增设光纤通道，实施难度大。因此，为解决问题一，需要采用灵便携带的手持终端；为解决问题二，需要采用无线网络通信技术。CTC 是专用网络，为网络安全考虑，不允许普通无线网络接入。但是 CTC 系统本身已经与 GSM-R 接口，实现了无线调度命令、进路预告、无线车次业务功能，利用既有通道，具备进一步扩展业务范围的条件。本文给出一种依托 GSM-R 的通知外勤解决方案。2方案总体结构本方案为外勤值班员设计配置一套手持终端设备，该终端设备与机车综合无线通信设备（CIR）类似。CTC 通过既有 GSM-R 接口通道与外勤手持终端通信，实现通知外勤作业与签收回执信息的无线传送业务，如图 1 所示。整体方案不改变既有设备，通信协议符合GSM-R 与 CTC/TDCS 系统数据传输接口规范。图通知外勤整体方案Fig.1 Solution of sending notification to the field duty personnelGSM-R网络CTC应用服务器GSM-R接口服务器GRIS服务器外勤手持终端外勤手持终端CTC通信服务器车务终端集控台终端车站值班员机车CIRCTC/TDCS设备自律机人工通知外勤自动通知外勤签收回执人工通知外勤通知外勤签收回执通知外勤3外勤终端设计3.1外勤终端设备要求）外勤终端须是小巧轻便，便于携带的手持终端；）外勤终端具备文字显示、语言播报，以及人机交互功能；）外勤终端具备 CIR 的功能。3.2模拟CIR参数设置外勤手持终端是一个虚拟的列车 CIR，需向中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）通信中心申请虚拟机车号，机车号是外勤终端在全路网的唯一标识。为了 CTC 能够识别，同时避免与国铁集团印发的车次编排规定车次冲突，特约定外勤终端No.7陈建鑫：基于GSM-R的通知外勤方案研究42T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATION车次号固定为 WAIQIN。外勤终端配置虚拟标识后与 GSM-R 建立连接，完成注册。网络注册成功后，定时向 CTC 发送外勤终端虚拟无线车次号信息。CTC 收到外勤终端虚拟无线车次号后，认为该终端注册成功，即可向该终端发送列车接/发车作业通知。3.3终端注册入网流程外勤手持终端开机或重启后，首先注册 GSM-R网络并进行分组数据协议（PDP）激活操作。PDP激活成功后，外勤手持终端向通用分组无线服务技术（GPRS）归属服务器查询当前 GRIS 的 IP 地址。GPRS 归属服务器的 IP 地址预存在外勤手持终端内。IP 地址查询的内容包括机车号、车次号、公里标、当前小区号、经纬度信息等。GPRS 归属服务器根据小区位置信息、列车经/纬度信息或公里标查询数据库后，获得列车当前对应 GRIS 的 IP 地址，发送给外勤手持终端，作为车次号校核信息传送的目的地址。注册完整过程如图 2 所示。图外勤终端启动流程Fig.2 Boot process of the handheld terminal手持终端开启注册GSM-R网络PDP激活操作向GPRS服务器查询GRIS的IP地址手持终端发送虚拟车次信息CTC识别虚拟车次信息完成开机3.4终端作业签收外勤终端收到列车接/发车通知信息后，判断列车车次号和机车号与本外勤手持终端相符，发送自动签收信息并发出阅读提示音。外勤值班员确认作业任务内容后，点击“签收”按键，发出手动签收回执。CTC 通知发起端将签收状态、签收时刻、签收人员信息记入系统数据库。具备占线板列车作业流程管理的车站，识别签收成功后，应自动更新“外勤”作业状态。4通知机制设计进路预告是 CTC 与 GSM-R 结合后的成熟功能，CTC 在列车进路开放后，自动向机车司机发出进路预告信息。通知外勤的应用场景与进路预告类似，区别在于通知的对象发生了变化，从机车司机变成外勤值班员。通知的时机、内容、方式并没有本质变化，仍然需要依据进路开放状态，按照接车、发车两类场景进行相关设计。4.1接车作业自动通知4.1.1通知的时机国内铁路线路多，运输作业复杂。客车与货车混跑，高铁与普速交错，列车与调车并行，全国一张网，线路间相互影响，加上一些不确定的外界因素，都会导致列车出现早晚点，特别是货物列车计划时刻不准的情况。这些因素使得接车作业通知时机不能采用比照计划时刻提前若干分钟的方式，而应根据列车与接车站的距离判断通知外勤的时机。铁路运输列车种类繁多，不同种类列车的运行速度不同。参照调度集中系统技术条件列车进路触发时机中的列车速度等级分类，设置通知外勤的时机，如表 1 所示。表1通知外勤接车作业时机Tab.1 Opportunity of notifying the fi eld duty personnel for train receiving operation列车类型自动触发进路时机通知外勤时机高铁动车组列车 提前 15 个闭塞分区 提前 14 个闭塞分区动车组列车提前 9 个闭塞分区提前 8 个闭塞分区特快旅客列车提前 6 个闭塞分区提前 5 个闭塞分区一般旅客列车提前 5 个闭塞分区提前 4 个闭塞分区货物列车提前 4 个闭塞分区提前 3 个闭塞分区针对站间闭塞线路，可以依据前方站发车时刻，结合运行图区间运行时分预估本站实际到达时刻，比照预估实际到达时刻，提前若干分钟发起通知外勤动作，如公式（1）所示。通知时机前方站实际发车点区间运行时分预设提前分钟数 （1）铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年7月43技术创新TECHNOLOGICAL INNOVATION4.1.2通知的条件满足通知时机，且需满足下列条件后，CTC 自动发起通知。1）列车对应的接车进路信号开放。2）列车在接车站计划为到开、终到或计划外行车，或具备占线板流程作业安排的车站明确安排本列车需要进行外勤作业。4.1.3通知的内容1）接车站处于分散自律模式下，列车计划为到开时，通知内容为“XX 次列车已接近，计划 XXXX 时刻 XX 道停车；下一列车 XX 次计划XXXX 时刻到达”。2）接车站处于分散自律模式下，列车计划为终到时，通知内容为“XX 次列车已接近，计划 XXXX 时刻 XX 道停车；下一列车 XX 次计划XXXX 时刻到达”。3）接车站处于分散自律模式下，无列车计划时，通知内容为“XX 次列车已接近；下一列车 XX次计划 XXXX 时刻到达”。4）接车站处于非常站控模式下，通知内容为“XX 次列车已接近；下一列车 XX 次计划 XXXX 时刻到达”。4.2发车作业自动通知1）通知的时机发车作业的通知时机比较简单明确。由于列车已经停在股道上，发车进路一般比计划时间提前5 min 触发进路，从进路触发到列车出站之间时间较短。因此，应在进路信号开放后立即发起通知外勤工作。2）通知的条件列车停靠在股道上，发车进路信号开放。3）通知的内容通知内容为“XX 次列车，计划 XXXX 时刻XX 道发车。”4.3人工通知自动通知的规则比较多，系统应具备人工发起通知外勤的功能，以满足特殊场景下的用户使用需求，增强系统的可用性。可预知的场景如下。1）自动通知机制失效时；2）特殊场景下，需要追加通知，或提前通知时；3）列车进路取消后，确认列车作业取消，人工发起取消作业通知；取消作业通知内容为“取消XX 次列车 XXXX 时刻 XX 道外勤作业”。车站值班员通过车务终端发起外勤通知，对于无人站可通过区域集控台终端发起。人工发起成功后，CTC 系统不再自动发送内容重复的通知信息。5非正常流程设计考虑系统出现不符合预期的场景时，应及时通知车务人员，及时人工介入。对非正常场景的处理措施如下。1）CTC 在 15 s 内收到外勤终端的自动回执视为发送成功，否则认为通知失败，失败后系统应重发外勤通知，直到列车压过进/出站信号机导致通知发送条件不满足时为止。2）CTC 通知外勤失败时，应在车务终端/调度终端报警“XX 站通知外勤接发车作业失败，请人工电话通知”。3）CTC 收到外勤终端自动签收后，认为发送成功。如果在 60 s 内（可配置）未收到人工签收回执，应在车务终端/调度终端报警“XX 站 XX 外勤值班员未签收作业通知，请人工电话确认”。6结束语本方案基于既有 CTC 与 GSM-R 设备，利旧原通信接口，借鉴进路预告业务功能，提出将 CIR 设备引入外勤终端使用，经济实惠地实现了通知外勤功能，既解决增设 PC 外勤终端实施难的问题，又解决了无线网络安全隐患的问题。本方案让通知外勤的工作自动化、作业过程电子化，有效提升车站行车作业的执行效率与管理水平。对于传统的 450 M 无线电台、400 M 数字无线调度通信系统、新型 5G-R 等铁路专用无线通信（下转 48页）No.7陈建鑫：基于GSM-R的通知外勤方案研究48T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATIONCommunication,2021,57(2):5-7,15.3 方文杰.云计算技术在智能交通的应用研究J.科学技术创新，2020（9）：62-63.Fang Wenjie.Research on the Application of Cloud Computing Technology in Intelligent TransportationJ.Scientific and Technological InnovationInformation,2020(9):62-63.4 邓烨飞.铁路数据通信网的流量调优应用研究J.铁道通信信号，2020，56（11）：51-54.Deng Yefei.Research on Application of Traffic Optimization in Railway Data Communication NetworkJ.Railway Signalling&Communication,2020,56(11):51-54.5 何丽.SDN 与云计算在系统仿真平台中的应用J.铁路通信信号工程技术，2022，19（12）：38-41.He Li.Application of SDN and Cloud Computing for System Simulation PlatformJ.Railway Signalling&Communication Engineering,2022,19(12):38-41.6 李斌.基于超融合基础架构的铁路云数据中心建设方案 J.铁路通信信号工程技术，2021，18（3）：54-58.Li Bin.Construction Plan of Railway Cloud Data Center Based on Hyper-Converged InfrastructureJ.Railway Signalling&Communication Engineering,2021,18(3):54-58.7 陈苏，赵晟.新一代铁路通信系统演进探讨 J.铁路通信信号工程技术，2022,19（8）:45-49.Chen Su,Zhao Sheng.Evolution of New Generation Railway Communication System J.Railway Signaling&Communication Engineering，2022,19(8):45-49.（上接 43页）系统，利用既有接口，本方案同样适应。本方案的实施不影响既有系统硬件结构和软件功能，应用前景宽阔，值得推广。参考文献1 中国铁路总公司.调度集中系统技术条件:Q/CR 518-2016S.北京:中国铁路总公司，2016.2 中国铁路总公司.铁路信号产品运用管理办法：铁总运 2015105 号 S.北京:铁总运，2015.3 中华人民共和国铁道部.无线调车机车信号和监控系统与铁路列车调度指挥系统接口暂行规范：TJ/DW 166-2014S.北京:运基信号，2006.4 中国铁路总公司.列车无线车次号校核信息传送系统：TB/T 3325-2013S.北京:中国铁路总公司，2013.5 中国铁路总公司.机车综合无线通信设备功能优化补充技术规范:TJ/DW 122B-2014S.北京：中国铁路总公司，2014.6 中华人民共和国铁道部.调度集中系统(CTC)设备：科技运 200836 号 S.北京：中华人民共和国铁道部，2008.7 中国铁路总公司.铁路技术管理规程 M.北京：中国铁路总公司，2014.8 中华人民共和国国家铁路局.铁路信号设计规范：TB 10007-2017S.北京:中华人民共和国国家铁路局，2017.9 王建敏.兼容 GSM-R 和 5G-R 互联互通的列控系统无线通信方案研究 J.铁路通信信号工程技术，2021，18（5）：42-46.Wang Jianmin.Research on Wireless Communication Scheme of Train Control System Compatible with 5G-R and GSM-R InteroperabilityJ.Railway Signalling&Communication Engineering,2021,18(5):42-46.*铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年7月