1 概述
朔黄铁路是国家“九五”“十五”重点建设工程，是我国西煤东运第二大通道的一部分。朔黄铁路为一级、电气化、双线、重载铁路，西起山西省神池县，东至河北省黄骅港，横跨山西、河北两省5个地区（市），22个县（市），正线总长594km，从海拔1500m到海拔3m，沿途车站34个，其中技术站3个。朔黄铁路自西向东，山西境内有12‰的下坡道，曲线半径小且多，200多座桥梁、77个隧道相连，总计66km，最长隧道12.78km。整个线路坡度较大、曲线半径小、隧道桥梁多、海拔落差大，朔黄铁路运输具有线路条件复杂、列车编组长、重载牵引、发车间隔小的特点。朔黄铁路的运输特点以及运能日益扩张的需求要求朔黄铁路具有更高的运营效率和运输管理水平，而目前朔黄机车通信设备种类较多，不便于司机操作，给维护带来较大的工作量。
为了规范司机室的设备安装，提高司机的操作效率，减轻维护工作量，对机车通信设备的整合研究非常有必要。
2 机车通信设备国内外发展现状
机车通信设备包括无线通信设备、重联通信设备、司机通信设备，国外机车还包括广播通信设备。众多的通信设备与机车有限的安装空间是一个极大的矛盾。为了解决这个矛盾，国内外均采用通信平台的解决方案，将通信设备进行平台化设计，通信平台预留接口，可以承担各个业务部门的作业业务。
国内国有铁路从2004年起，随着GSM-R网络的建设和调度命令无线上传等业务的推广使用，逐步开始制定机车综合无线通信设备的技术标准并在各种机车上推广安装使用。目前，国内所有新型新造机车均在出厂前预装机车综合无线通信设备。国内动车组的机车综合无线通信设备的安装图如图1所示。
图1 CRH1型动车组机车综合无线通信设备安装图
国内既有机车的改造也参照新型新造机车的方式，考虑既有机车设备安装空间受限的问题，开发了小型化的机车综合无线通信设备。国外机车通信设备（cab radio）也正向集中化发展。例如，欧洲铁路不但具有车地无线通话的功能，还集成了列控功能，通信平台还支持司机对于车厢的广播功能、调度员通过通信设备呼叫列车员的功能（PA功能）、列车员与司机的通话功能（intercom功能）等。
3 机车通信设备整合技术方案
3.1 朔黄机车设备现状分析
目前，朔黄铁路运用的机车上主要有3种通信设备：450M机车电台、列车风管贯通检测安全保护装置（以下简称“贯通检测设备”）、内重联通话装置（包括扬声器、送话器）。机车既有设备安装图如图2所示。
图2 既有设备操作台安装图
450MHz机车电台用于司机和车站、调度、其他司机的通话，包括主机、控制盒、扬声器、送话器、连接电缆、天馈线贯通检测设备用于承载数据列尾功能，同时重联机车司机和司机之间的通话，由机车车载设备（含控制盒、显示器、一体化机车电台、压力传感器、通信线缆等）及列尾装置组成。内重联通话设备用于同机车I室和II室之间的司机进行通话，包括内重联主机、送受话器及连接电缆。由以上介绍可以看出，由于机车上存在多套通信设备，所以司机周边有多个送话器、扬声器和控制盒，机车操作室空间占用较多，显得杂乱，位置选择不合理时还可能影响瞭望，紧急情况下司机有可能用错设备，存在安全隐患。同时，主机和操作终端之间的通信电缆多，给铺设电缆的施工、维护、问题查找造成困难，也不利于对有线信号传输的保护。
3.2 功能需求分析
3.2.1 450MHz机车电台功能
（1）通话功能。①主叫。呼叫调度、呼叫车站（同频）、呼叫司机（同频）、呼叫车站（异频）、呼叫司机（异频，车站转信）。②被叫。同频被呼、异频被呼、调度呼叫。
（2）数据功能。车次号无线校核数据传送。
（3）贯通检测设备功能。①贯通检测功能。列尾风压查询功能、列尾排风功能、列尾风压异常告警功能、列尾电压异常告警功能、电磁阀异常告警、贯通辆数查询、车辆类型切换功能。②无线重联通话功能。400M重联通话、400K重联通话。
3.2.2 内重联通话设备功能
内重联通话设备用于同一机车司机间通话，通话利用有线线路。司机摘机后，只需按PTT即可进行通话。
3.3 整合技术方案
3.3.1 整合方案
整合的主要思路是简化驾驶室需要司机操控设备数量，尽量利用机车已有设备，降低投资额。同时，由于贯通检测主机需要在面板进行400K的调谐工作，内置于主机后操作不方便，所以技术方案保留贯通检测设备主机，将贯通检测设备主机通过电缆与机车综合通信设备主机连接，由机车综合通信设备进行显示及控制。
整合后的设备框图如图3所示。
图3 整合后设备框图
整合的主要内容如下：
（1）新增加机车综合通信设备主机、MMI、送受话器、扬声器。
（2）取消450MHz机车电台、控制盒。
（3）保留贯通检测设备的一体化机车主机及配套设备，取消驾驶室的控制盒及显示器。一体化主机的原控制盒和列尾控制盒接口与机车综合通信设备主机连接。
（4）取消内重联通话设备。
整合后，在司机操作台只有新增的MMI及配套的送受话器，其余的控制盒、显示器、扬声器、送受话器等均取消，大大简化了驾驶室的设备数量，便于司机操作。
整合后，主机分为两种结构形式：小型化主机和标准型主机。标准型主机为19寸标准机柜结构形式，用于新型机车；小型化主机为一体结构，用于既有机车的安装。
主机配套的MMI等附属设备无区别，可以相互替换。
试验机车使用主机分为A/B子架，列尾主机。A子架由控制单元、记录单元、GPS单元（可选）、重联话音单元组成；B子架内置450MHz机车电台功能单元（可利用既有450MHz机车电台内部的单元），并提供接口功能，用于连接外部设备，预留的数据接口提供未来业务的扩展能力；列尾主机由电源、主控单元、列尾电台单元等组成。
3.4 功能需求满足分析
3.4.1 语音功能
（1）机车联控呼叫。MMI具有8个可配置按键，对应的液晶屏显示“平原机车”“平原车站”“异频司机”“异频车站”“调度”“内部通话”“重联通话”，按对应的按键即可发起相应的呼叫。
（2）机车联控被呼。呼叫进入时，MMI显示呼叫发起方，扬声器播放呼叫发起方的话音。待司机摘机后，进入通话界面，此时耳机播放话音。
（3）内部通话呼叫。在主界面下按“内部通话”键，可以呼叫机车另一端的人员，通话过程中需要按PTT讲话。
（4）内部通话被呼。有内部通话呼入时，MMI上显示内部通话呼入，此时司机摘机即可进行通话；若未摘机则通话将在15s左右自动挂断，通话过程中需要按PTT讲话。
（5）重连通话主呼。在守候状态下摘机，按下屏幕上的“重联通话”键，选择呼叫的“重联机车”序号即可以发起呼叫。通话过程中需要按PTT讲话。
（6）重连通话被呼。重联被呼时，显示屏上“重联通话”图标闪烁，并伴随单音提示。此时摘机，可与对方通话，若未摘机则通话将在十秒钟左右自动挂断。通话过程中需要按PTT讲话。
（7）车次号发送。在TAX安装数据采集板，机车综合通信设备与TAX连接，TAX设备每200ms发送一次数据给机车综合通信设备。当满足如下条件时，机车综合通信设备发送一次车次号无线校核信息。①列车处于非监控状态，列车速度由0km/h变为5km/h时；②列车由非监控状态转为监控状态（司机按下“开车”键）时；③列车处于监控状态，列车进站和出站时。
3.4.2 贯通检测功能
（1）开机握手。综合通信设备主机开机后与贯通主机进行握手，握手成功后，在MMI的显示屏显示编组辆数、机车号、列车管管压、车辆类型，接收到尾部风压后，显示器显示尾部管压0XXX。
（2）风压查询。按MMI上的“风压查询”按键，接收到列尾主机返回的风压信息后，在MMI显示风压值，并语音提示“XXX机车，风压XXX”。
（3）列尾排风。机车综合无线通信设备进行辅助排风制动动作可通过以下两种方法：①同时按下“列尾排风”和“列尾确认”键；②同时按下“紧急排风”和“列尾确认”键。按以上方法操作后，机车综合通信设备即向列尾装置主机发送排风命令并语音提示“尾部排风”，显示“正在排风……”；排风完毕后显示“排风完毕”。列尾主机排风结束后，机车台会收到一条风压数据，MMI提示“尾部管压，XXX”。
（4）列尾风压异常告警。当收到列尾装置发送的风压欠压报警信号时，MMI发出提示音“注意，尾部管压，XXX”。
（5）列尾电压异常告警。当收到列尾装置发送的电池欠压报警信号时，MMI发出提示音“电池电压”。
（6）电磁阀故障告警。当收到列尾装置发送的列尾电磁阀断线报警信号时，MMI发出提示音“电磁阀故障”。
3.4.3 优先级设计
由于几个系统共用一个操作显示终端，所以通过优先级设计来保证业务可靠的运作。优先级的设置原则是从上往下依次降低：列尾业务、车次号业务、450MHz通话、外重联通话、内重联通话。优先级的处理方式见表1。
表1
|
| 450MHz通话 | 车次号 | 列尾 | 400K通话 | 重联通话 |
| 450MHz通话 |
| 继续发送车次号 | 继续列尾业务 | 接入450M通话 | 接入450M通话 |
| 车次号 | 车次号优先发送 |
| 互不干扰 | 互不干扰 | 互不干扰 |
| 列尾 | 显示不干扰，提示音叠加 | 互不干扰 |
| 显示不干扰，提示音叠加 | 显示不干扰，提示音叠加 |
| 400k通话 | 继续450M通话，提示通话 | 互不干扰 | 显示不干扰，提示音叠加 |
| 接入400K通话 |
| 重联通话 | 继续450M通话，提示通话 | 互不干扰 | 显示不干扰，提示音叠加 | 继续400K通话，提示通话 |
|
4 机车通信设备整合后的社会和经济效益分析
机车综合通信设备整合既有机车上的3项设备：机车列调电台、列尾设备、内重联通话设备，应用后社会和经济效益明显，主要表现在以下几方面：
（1）机车设备整合后，减少设备的投入种类，采购成本、安装成本大大降低。
（2）设备数量减少后，驾驶室简洁美观、司机操作简便方便瞭望，提高安全性能。
（3）减少后期设备的维护工作量，维护费用比现有状况可减少约60%。
（4）机车综合通信设备是未来的机车通信设备，取代通用式机车电台是大势所趋，可以避免今后短时间内重复采购。
（5）调度命令无线上传的实现，可在紧急情况下第一时间把调度命令发给司机。
（6）设备繁多的情况下容易导致司机误操作，再加上多设备造成的高故障率，使运输安全成本大大增加，发生一次事故将造成至少上千万元的直接损失。
参考文献
[1]钟章队，李旭，蒋文怡．铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）[M]．北京：中国铁道出版社，2003．
[2]易兴俊．移动通信原理及设备[M]．成都：电子科技大学出版社，1999
[3]谢金堂．铁路专用移动通信系统车载综合通信平台研究与实现[D]．长沙：湖南大学，2006．
收稿日期：2018-06-26
作者简介：张国平（1969-），男，陕西周至人，朔黄铁路发展有限责任公司高级经济师，硕士，研究方向：物流信息管理。
