钢铁企业铁路无线调车通信盲区解决方案探讨与实践--中国期刊网

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钢铁企业铁路无线调车通信盲区解决方案探讨与实践

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：刘仕会

[导读] 摘要：钢铁企业铁路无线调车通信盲区普遍存在，如何解决调车通信盲区，已成为保障铁路运输安全和效率的重要课题。

        柳钢集团铁路运输公司
        摘要：钢铁企业铁路无线调车通信盲区普遍存在，如何解决调车通信盲区，已成为保障铁路运输安全和效率的重要课题。文章介绍了无线调车通信盲区的形成原因以及一般通信盲区信号覆盖解决方案，并探讨和列举了一段特殊路段非常规信号盲区解决实际案例。
        关键词：数字平调；通信盲区；隔离度；室外分布式信号增强设备
        一、无线调车通信盲区形成原因及研究的必要性：
        钢铁企业厂区内较密集的钢构建筑物会对无线平调信号的传播形成严重阻挡和屏蔽，以至于在大型厂房背后、高炉底下和大型厂房、仓库内都极容易出现平调通信盲区。同时，钢铁企业兴起撤站合并集中调度，因撤站、远程调度，产生了新的平调通信盲区。无线平面调车设备作为钢铁企业铁路运输部门站场调车作业最重要的装备，其信号覆盖的距离、范围以及可靠性直接关系到铁路运输作业的安全和效率，解决无线调车通信盲区问题已成为重要的研究课题。
        二、一般通信盲区的信号覆盖解决方案：
        钢铁企业无线调车设备主要由区长台（安装在调度室）、机控器（安装在机车驾驶室）和手持机（调车员携带）三大部分组成。结合设备组成，一般通信盲区的信号覆盖解决方案有如下三种：一是，将区长台天线及馈线升级为高增益全向天线和低损耗馈线，并将天线架设得尽可能高一些，另外可以采用光纤直放站将区长台的信号延伸到遮挡严重或距离较远的区域，以提高区长台与机控器、区长台与手持机的通信距离和范围。二是，将150MHz频段的模拟平调设备升级为400MHz频段的数字平调设备，同时可采用同频中继的方式对信号延伸覆盖（但1个数字同频中继台只能固定中继1个频点），以减少通话时延、提高系统可靠性。三是，采用远程控制区长台，通过内部IP网中继区长台的方式，解决因撤站产生的平调跨区通信盲区问题。
        三、特殊路段无线调车通信盲区非常规解决方案
        以某钢铁企业数字平调设备的机车机控器与手持机在A区150吨转炉厂房东侧铁路弯道区段的信号通信盲区为案例，阐述对应的解决方案。
        1、现场概况：A区150吨转炉厂房铁路弯道是一段长约380米的弧形铁路，该处弯道东偏南侧是一面高约3米且与地面呈75度斜角的弧形公路护坡，弯道内侧是A区150吨转炉厂房（连体钢架结构）近似直角的房边，铁路线处在一个弯曲的沟槽内。现场平面示意图如图1。

        2、主要问题：路经该区段的机车一般挂载17～55节车皮，对应的列车长度约为243米～786米。当列车缓速通过该铁路弯道时，调车员（坐骑在车帮上）所持手持机与机车机控器之间一直处于测机状态（每5S进行1次测机，连续2次没有正常接收到测机信号就报“注意注意”，连续3次没有收到测机信号就报“故障停车”），在列车实际运行过程中，手持机和机控器经常会报“注意注意”和“故障停车”的告警语音，这既带来了极大的行车安全隐患，又严重影响了列车的通过效率。
        3、原因分析：当列车前后端处于D1至制氧南方向区域、D2至A6方向区域（如图1所示）时，机控器与手持机之间的无线信号（波长70～75cm）被钢结构厂房严重阻挡，无线信号不能实现视距传播（即无线电波在空气中沿直线传播），测机信号只能借助弯道外侧的绿植和钢构厂房，通过多次反射来传播，但密集的绿植对无线电波的反射能力较弱、吸收能力更强。当到达接收天线的多径信号的相位相同时，其合成的信号较强，测机信号正常；当到达接收天线的多径信号的相位相反时，其合成的信号较弱，测机信号不能连续正常接收，致使手持机和机控器常报“注意注意”或“故障停车”。
        4、解决方案：在150吨转炉铁路弯道两旁各架设1套收、发信号方向正好相反的室外分布式信号增强设备，该增强设备将D1至制氧南方向区域（或D2至A6方向区域）的信号收集、带选、放大和滤杂后，发射到D2至A6方向区域（或D1至制氧南方向区域），从而实现增强平调信号、解决信号通信盲区问题的功能。
        室外分布式信号增强设备由通道放大器机柜、泄露电缆、射频电缆、同轴衰减器、平板天线等组成（连接示意图如图2）。其工作原理（以弯道内侧设备为例）是：由平板天线（朝向A6方向）接收到前方约600米范围内的平调信号（或由机柜至该平板天线之间的泄露电缆接收到的信号），通过泄露电缆和射频电缆，传输至通道放大器的信号输入端口，经过带选、放大、滤杂后，由制氧南方向的平板天线向前辐射（或由机柜至制氧南方向的泄露电缆向与其平行的铁路路段辐射）。弯道外侧设备同理。
        设备安装关键参数及要求：安装位置均距铁路中心线约6.5米，在铁路弯道中间点Y处的铁路两旁各安装1个室外通道放大器机柜，并分别向铁路两端架空4根100米长的1/2"泄露电缆（距地面3米高），在泄露电缆的末端各串接1个20dB的同轴衰减器（限制平板天线接收（或辐射）信号的有效距离），同轴衰减器的另一端接一个6dBi的平板天线（距地面3.5米高），平板天线各自朝向前方的A6方向或制氧南方向。同向的2副平板天线在安装时，要求将发射信号的平板天线安装在接收信号的平板天线之前（相距不少于30米），以增加平板天线的空间隔离度。

        关键技术：铁路两侧设备的工作频带相同，收、发信号方向正好相反，两侧的泄露电缆和平板天线通过空间耦合变成了一个首尾相连的闭环放大系统，若系统产生自激，将极不稳定。从理论上，上述无线耦合闭环放大系统稳定工作的条件是：Min（铁路两侧泄露电缆隔离度，平板天线隔离度）≥通道放大器的增益+15（dB）。而与两个通道放大器的输入（或输出口）相连的两段同向的1/2"泄露电缆隔离度是最小的，即只需该隔离度能满足上述稳定工作条件即可。为了简化计算，只计算1根泄露电缆在指定距离上的耦合损耗（即为隔离度），假设另外1根泄露电缆在距离1米时的耦合损耗为零（即隔离度为最小的0值）。
        查产品手册，1/2"泄露电缆的耦合损耗L0=80dB/1.5米（参考400MHz频段）。则，距离泄露电缆r米远的耦合损耗L的计算公式：
        L= L0+10Log（r/1.5米）；
        将r=13米-1米=12米，L0=80dB带入上述公式得：
        L=80+10Log（12米/1.5米）
        =89dB；
        计算结果表明：即使不计入另一根1/2"泄露电缆的耦合损耗，单从1根1/2"泄露电缆的耦合损耗得知，当通道放大器的放大量≤L-15dB=74dB时，泄漏电缆的隔离度满足系统稳定运行的条件。
        另一个影响系统稳定的因数是同一个方向的相邻2副平板天线的隔离度，其计算方法是从弯道内侧通道放大器输出端开始，经100米泄露电缆、同轴衰减器、平板天线等，至弯道外侧的通道放大器输入端的路径损耗。其计算公式和计算结果为：
        100米泄露电缆损耗+同轴衰减器损耗-弯道内侧平板天线的增益+平板天线背板损耗（用前后比衡量）+不锈钢防雨罩背板的阻挡损耗+电波30米空间传播距离损耗-接收平板天线增益+同轴衰减器损耗+100米泄露电缆损耗=115dB；
        即相邻2副平板天线之间的隔离度为115dB，远大于相邻2条泄露电缆之间的隔离度，系统的稳定性由泄露电缆之间的隔离度决定。因此，铁路弯道中间点Y处铁路两旁的2台通道放大器的增益设置为70dB。
        5、实施效果：在分布式信号增强设备投用的前后半年内，通过对A区150吨转炉弯道处平调设备的失联情况进行跟踪和统计，发现该路段的无线调车通信失联次数由49次/半年降至0次/半年。
        四、结束语：
        钢铁企业厂区铁路无线调车通信极易产生通信盲区，本文介绍的某钢铁企业采取的信号盲区实际解决方案，经实践，有效地解决了信号盲区问题，保障了行车安全，提高了行车效率。