高速铁路通信系统方案研究综述

高速铁路通信系统方案研究综述
摘要：高速铁路正是基础设施建设的重中之重当前，国家大力发展高速铁路，其总里程数已经仅次于美国，位居世界第二。

与普通铁路相比，高速铁路具有通行车流量大、通行车速快为主等特点，这就对高速铁路的路况通行能力和服务质量提出了极为严格的要求。

高速铁路通信监控系统是现代高速铁路的有效管理手段，肩负着管理调度高速铁路的重任，在提高高速铁路安全性和运行效率方面具有重要作用。

畅通无阻高速铁路通信系统作为一个多种功能兼具的智能平台，不仅能实现高速铁路上实时信息的采集，接收，发送等基本功能，而且能汇总实时信息，协助铁路管理人员科学合理的利用高速铁路资源。

在我国高速铁路里程数不断刷新的大背景下，实现高速铁路沿线路况的全线通信监控，对推进高速铁路的安全运营和智能化发展具有显著意义。

高速铁路通信系统作为高速铁路机电系统最基础同时也是最重要的一环，作用是非常大的，能够在很大程度上保证整个高速铁路系统的正常运行。

关键词：高速铁路；通信系统；方案研究
引言
我国城市化的推进，高速铁路得到了快速发展，针对这种情况，相关单位应做好相应的管理工作，将高速铁路的作用充分的发挥出来。

结合近年的高速铁路管理情况，相关单位认为在高速铁路上设置通信监控系统能够更加有效的采集路面信息，并及时为行车人员提供有关情况，确保高速铁路能够安全、畅通的运行。

一、高速铁路通信系统的现状分析
目前，我国高速铁路主要采用的是 SDH 光纤数字传输系统，在各大高速铁路上已经都有应用，比如，京珠高速铁路、京沪高速铁路和成渝高速铁路等等。

随着高速铁路渐渐发展的通信体系，其信令形式、选型的设备、制式要尽量维持相同，方便于以后的统一维护与管理，同时也为中国交通的专用通信网打下优良的基础。

将各种现代通信技术的融合运用，从而来推动我国高速铁路的智能化，现代化的飞速跨越式发展。

高速铁路机电项目几乎是使用光纤通信体系，为了高速铁路通信而供应的远距离传输渠道的是光纤数字传输体系，通过所构建的通信网络，就可以将所收集到的信息逐级进行传输，从而确保了信息的快速传输与信
息的通畅。

由高速铁路的监控、收费等系统发出的信息、图像、影音等都需要经过通信系统进行传输。

只有高速铁路通信系统向网络化发展，才能适应高速铁路网络交通流量的调节和控制。

二、高速铁路通信系统的主要业务及特点
（一）、语音
语音业务中主要有BT(业务电话)、CT(指令电话)、ET(紧急电话)、无线集群以及广播系统等。

（二）、数据
数据功能主要包括收费系统数据和外场监控数据。

其中的收费系统通过计算机网络互连。

它使用的局域网一般的速率为10Mbps/100Mbps。

对于外场监控来说，主要是对监控过程中的数据信息进行收集和控制，包括可变情报板情况、限速标志情况、对车辆的检测结果以及对道路气象的检测结果等，属于低速数据。

（三）、视频图像
视频图像也就是CCTV交通监控图像。

这一监控图像中有收费站中的车道、收费站以及收费广场中的行车图像，同时还有一些重要路段以及立交桥上的场外监控视频图像。

从高速铁路的管理模式、管理机构以及在运行过程中的业务需要进行分析，总结出高速铁路业务信息系统进行接入的三个特性。

（四）、综合承载
其中包括语音、视频图像以及数据，站在高速铁路管理需求上看，语音通信功能在此系统中占据着较小的部分，这一系统的主要业务是数据、视频、图像以及多媒体等。

（五）、数据传输的距离较长
并且有着较多的业务接入点，高速铁路的里程一般在十几公里到几百公里之间不等，通常情况下，高速铁路的管理机构均分布在道路沿线的路旁，这些管理站点的分布情况直接决定着铁路网的距离以及业务带状的分散性。

三、通信监控系统组成
高速铁路通信监控系统主要由数据采集、闭路监视、信息显示和中心集控4个系统组成。

整个通信监控系统可以实现对高速铁路沿线信息的适时采集和对各项交通信息数据的记录显示，实时发布交通管制信息，以达到对道路系统内的交
通状况适时调控的目的。

高速铁路通信监控系统又可分为视频采集部分、云台控制部分、信号传输部分和视频处理部分等。

（1）视频采集系统主要由分布在高速铁路各个观测点上的摄像机组成，摄像机连接有云台装置。

高速铁路沿线设置的高性能数码摄像机可以完成路况实时视频图像信号的采集，并通过云台装置实现对高速铁路沿线区域的视频监控。

（2）云台控制系统主要由云台和控制器组成。

监控中心利用云台镜头可以遥控摄像机实现对观测点缩放图像的处理和观测位置的改变。

（3）信号传输系统主要由电源、视频和控制信号的线路组成，能完成对高速铁路沿线交通状况、收费站、收费车道等附属设施的数据监控和图像监控。

（4）视频处理系统主要由处理器组成。

视频处理器与监测视频相连接，从而实现对高速铁路图像的分析处理，最终在监视器中进行视频显示。

高速铁路信息监控系统的硬件组成还包括交换机、监控单元、主干网和远程终端。

另外，整个通信监控系统还应含有收费监控网与图像数据监控网。

其中，收费监控网由图像输入装置、语音输入装置、通信监控单元和音频视频接入设备构成；图像数据监控网由图像输入装置、外场设备和宽带分布式网络单元构成，而宽带分布式网络单元由计算机、通信控制板、矩阵切换电路、图像编解码板和接口模块板构成。

四、高速铁路通信系统建设中的难点
（一）、技术力量薄弱
我国高速铁路管理体制逐步趋向于多样化，各路段间、省内外间基本都是各自实施管理，导致高速铁路通信系统难以有效联通，相关管理人员所具备的专业素养水平相对较低，相关人才甚为欠缺，高速铁路通信系统建设管理难以获取有利的技术支持。

（二）、需求不是非常强烈
近年来，我国公众通信网络发生着较为深刻的变化，将通话作为是相关目标的专用通信网络功能正在逐渐被公众通信网替代，基于某些技术原因使得电话会议系统难以达标，与此同时，因为高速铁路交通行业自身具备有较高的特殊性，导致通信系统难以拥有强烈的全国联网需求，相对应的业务量少之又少。

（三）、建设进程受制约
根据现行的铁路投资体制与管理体制、项目审批标准可知，一般是分省及分
段展开高速铁路工程项目建设，就我国目前的情况看，相对较为发达的地区正在逐步形成高速铁路网络，各个路段所配置的通信传输资源作用在于充分满足实际的路段管理需求，然而在设备配置及网络结构、措施保护等等方面仍然欠缺综合的全网考虑，对应的光缆资源处于分散状态，难以符合组网要求，制约着高速铁路通信系统建设进程。

五、高速铁路通信系统采用的网络技术
（1）IP 技术，它具有良好的实用性能和互通性能。

IP 技术水一切数据业务的服务中心。

IP 技术进行工作的原理就是将公共网络平台的数据进行相应的处理划分然后在发出去，IP 技术的应用对着数据业务的发展具有很大影响。

（2）SDH 技术。

指的是同步数字系列，它是现代宽带数据网传的根本所在，从 SDH 技术产生以来，就一直在现代单条高速铁路的建设中得到广泛应用。

主要是由于它能够对信号进行处理和监控，同时还能够把多个主体进行相互之间的连接，有效的避免了出现问题所造成的严重损失，同时还具有一定修复能力。

（3）网络融合技术，网络融合技术一定程度上明确了未来信息技术发展的方向，引领了其他技术成为通信系统的领军技术。

（4）WDM 技术，指的是波分多路复用技术它属于一种光线高速技术，主要特点是传输速度快以及传输的容量很大，在工作中，既能够完成任务的传输还能够降低对光线材料的需求，同时还能够提升两倍宽带上网的速度，还能够在复杂的环境下进行工作。

（5）ATM 技术。

指的是异步传输模式，是一种全新的网络交换的技术。

ATM 技术的主要特点是工作效率高一级具有很强灵活性。

就目前来看，ATM技术是人们接受最为广泛的技术。

六、高速铁路通信技术应用
（一）、收费系统
计算机收费体系通常分两级，就是收费中心计算机体系与收费站计算机体系。

通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的，这站的局域网由收费站控制室计算机和这站的收费广场车道控制计算机来组成。

收费体系的摄像机在各个收费站广场出口都设置了，每一个摄像机的图像信号既要传到相关的收费站又要传到收费/监控中心。

收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。

支持现金、预付卡、储值卡等支付方式；可选用IC卡、磁票、二维条卡作为通行券，提供独特的专家分析系统；各级可以实现监控下级的操作异常事件；行券、
票据、设备等的严格管理，各级系统可以自动统计交通量、通告量曲实现了对路费、通线图；实时监测出入口车道的设备状态等。

（二）、通信系统
监控系统可以进行专项监控，如用视频监控监视某个大桥车辆流通情况、路面使用状态监测、探测和确认交通事故等。

高速铁路在各个收费站点都设置了监控摄像机来对各个收费通道以及收费站点的情况进行拍摄并实时传输到收费中心中进行数据处理，并通过收费系统完成监控、控制信号的传输。

所以，监控系统作为高速机电系统的一个重要组成部分在道路信息收集处理、优化管理决策、通行安全和保证投资效益方面起着极其关键的功能。

高速铁路监控体系的功能是对高速铁路网完成实时监控与交通控制，让高速铁路的管理人员方便根据高速铁路的运行情况进行相应的决策。

监测系统能够全方面记录交通情况，提供相应处理信息，有效改善交通运输能力，预防可能发生的交通事件、事故和阻塞；运用科技化手段去避免出现较大损失，在有效时间内解决问题。

（三）、监控系统
监控系统的组成部分较为复杂，既有监控总中心，也有监控分中心。

主要的由以下几个系统组成，控制系统；监控系统；情报系统；传输系统四个部分。

其主要功能就是实时监控高速铁路上的车流量、行车情况、有无交通事故发生、道路是否安全、整个路程的天气情况等信息，经过传输设备输送到控制中心，然后由计算机对这些信息进行分析、统计，工作人员最后根据实际的情况制定处理方案，最后将方案传输给情报系统，以便于交通运行监控中心工作人员第一时间知晓情况，做好交通运行调整，进而保证高速铁路安全运行。

通信监控网络中的监控手段主要有：情报收集系统和控制系统。

在情报收集系统中，摄像机、车流量检测器、紧急电话和巡逻车是主要应用的设备，相关人员要对疏导系统进行控制，其主要设备有可变情报板，路侧广播、可变限速标志及信息板等。

通过这种方式收集高速铁路上的信息，掌握最近的情况，确保车辆驾驶员能够及时了解信息，行车更加安全和畅通。

此外，监控系统还有利于对违规车辆的处罚，一旦有交通事故发生，监控系统能有效地还原当时的实际情况，从而为事故处理提供真实可靠的证据。

（四）、车载导航技术
车载导航技术主要是指GPS技术，GPS是一款不受地域、时间限制，能够在全球24小时进行定位的导航系统。

无论何时何地，都可以在无线状态下打开GPS 查看准确的三维位置坐标等信息，让用户随时随地对自己的位置有详细准确的了解。

将无线网络与GPS技术结合应用于高速铁路信息化建设中，只要在车内安装车载导航系统，就可以根据导航了解自己的位置并进行路线导航，无论车主在何地，要去往何处，都有最新的路线指示，最大程度的降低车主驶入错误路线的可能性，为人们的出行提供极大的便利。

（五）、数字集群技术
数字集群是一种专用业务调度系统，也是专用无线电调度系统的高级发展阶段，过去的无线电调度系统是单信道调度通信，一个人讲，许多人都能同时收听。

而数字集群是可以通过拨号进行寻呼的无线调度网。

数字集群除了可以通过移动通信无线网络进行个人移动通信包括但不仅限于电话、短信、网络查询等业务，还可以为个人与群体之间的任意通信提供渠道。

而且数字集群可以自主编辑程序，进行自我调控，它是集对讲机、图像传输等功能于一体的智能化通信网络集合。

集群系统就是把有数量、网速等限制的通信通道通过自主编程进行自动、快捷的分配，通过统一的电台频率建立一套统一调度的无线电系统。

总的来说，数字集群技术就是将个人的专用通信通道变为公用的群体通道。

（六）、云计算技术
云计算是基于联网基拙下的一种数据处理方式，基于分布的网络中的节点计算机和传感器，实时应用更新数据，满足用户需求云计算可以应用于车辆线路规划和车辆缴费系统，通过云计算高速铁路上的车辆能够根据铁路上的车辆数据，实时计算出最优路径，避免交通堵塞，使得高速铁路运营流畅调度中心也可以通过云计算，预测出车流量大的时刻和地段，提前准备好救援措施，保障了事故发生后驾驶员和乘客的生命安全。

七、高速铁路通信系统建设措施
（一）、在系统建设前，做好科学设计
在设计系统建设之前必须要做相关的调查工作，对数据进行科学的统计。

其中要调查的信息量很大，对路段运营的情况进行分析。

例如对该高速铁路车流量需要进行统计，还要考虑在未来期间车流量的发展情况，高速铁路路面的破损情
况，对于地区的自然环境需要一定了解，是否是地震高发地段，有没有可能发生重大的自然灾害洪水泥石流等，要将可能发生的一切突发事件都要进行考虑，然后才能制定相关的建设规划，只有这样才能保证高速铁路信息通信系统在建设完成后，充分的发挥自身的优点，促进我国高速铁路的建设和高效运营。

（二）、实行技术标准化，建立健全运行管理体系
在信息通信系统构建完成后，必须对相关的技术资料进行综合收集和整理，同时做好相应的技术分析，既要对建成后的系统进行试运行，检查是否达到了设计要求，也要制定好系统的使用标准和要求，确定好定期维护计划，以及做好相关的技术支持和理论研究，从而便于系统管理者、使用者进行操作。

此外，由于技术资料多，主要有施工图纸、设计图纸、设备说明书；以及相关有用的资料，在对这些资料进行收集整理后，需实行同类装订，便于未来需要时查找。

（三）、提高技术人员的专业技能
相关技术人员需要与时俱进提高其专业技能。

当今通信技术更新速度极快，要想在通信行业跟上行业发展的速度、保持自身竞争力，就需要他们及时补充新知识、学习新技术，只有这样才能不被时代淘汰，通信工程项目中需要的正是这样的专业人员。

（四）、管理相关通信仪表器材
配置通信测试仪表设施的时候需严格遵循适用原则，要求各个通信站点均需配置通信测试仪表。

管理通信设备对应的仪表、工具集备用器材这项工作相对较为繁杂，要求相关管理者需具备有相关专业知识技能，拥有高度负责的工作责任，能够针对自身管理的物理实施分类入册，整齐地存放物品，力求做到账物相符，保证物体没有被损坏、被腐蚀、发生霉变、丢失等等。

同时，需针对物品库房采取有效的防潮防腐、防盗防火措施，将责任落实到家。

除此之外，要求工作人员运用通信测试工作及仪表的时候应该做到正确操作，安全使用，积极爱护公共财物。

（五）、光纤通信传输系统维护
在对光缆、远供电源、中继设备、收发设备及其他附属设施的维护工作中，通常利用系统本身的报警、监测、监视功能，或者借助微机监控终端。

只要高速铁路通信系统存在故障，可在分析、判断、定位等程序下，对机盘进行更换。

另
外，在光纤通信传统系统日常维护中，还需要确保设备工作条件的稳定性，定期检查设备告警功能、公务联结功能及自动切换功能等。

甚至可以对多个中继段进行误码观察，对整个系统传输性能作出分析。

结束语
总而言之，针对我国高速铁路通信系统现状的特点，相关管理部门要因地制宜，科学的坚持可持续发展道路，把技术创新和科学管理作为当前高速铁路通信系统发展的头等大事高速铁路通信系统的建设离不开相关部门的管理，离不开社会各界的支持，也离不开资金和人才的投入。

因此，全社会通力合作才能更好的建设高速铁路通信系统，才能为经济建设添砖加瓦。

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