新技术能“看”无形电波 高铁通信调试3月变5天

矫阳

2019年09月06日08:18  来源:科技日报
 
原标题:新技术能“看”无形电波 高铁通信调试3月变5天

“智能网优”技术,首次把铁路联调联试从线下搬到线上,完成新建京雄高铁通信GSM-R测试仅用了5天。“之前测试一条新线的通信信号,需要加装各种设备的轨道车,全线来回测试3个月。”中国铁建电气化局京雄城际四电项目总工程师张望说。

雄安新区首个最大基础设施——京雄城际北京段联调联试结束,于9月5日进入试运营阶段。这条国铁集团按最高标准建设的智能高铁,创新了多项新技术,GSM-R通号工程首用的“智能网优”则是其中之一。

京雄城际铁路于2018年2月28日开工,线路全长92.4公里,设计时速350公里,北起京九铁路李营站,全线设黄村、大兴机场、固安东、霸州北、雄安5座车站。北京段为北京李营站至大兴国际机场站,通车运营后,旅客搭乘高铁从北京西站出发到大兴国际机场仅需20多分钟。

通信网络跟不上高铁智能化脚步

移动通信系统是高铁安全运营的重要保障。“保证一个稳定的通信网络是规划的基础和基本要求。”国铁集团信号专家说,信号覆盖弱或中断,都将导致铁路运营通信不畅。

记者了解到,铁路现在采用的信号是GSM-R网络,是专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信信号系统,由交换机、基站、机车综合通信设备和手机等设备组成,可以提供无线列控信息传输、应急通信和组呼通信等业务,满足铁路生产中的通信需求。“目前,由于铁路网络规划较为笼统,导致在联调联试阶段需要进行大规模的网络优化,选择出一个最佳线路设计,工作量巨大。”张望说,现有的网络优化,要依靠低速车反复测试,再加上人工调试,效率低、时间长、开销大、难推广。

高速铁路向智能化发展,亟须研究高精度智能网络优化技术。

地理信息、定位、信号射线组成BIM模型

京雄高铁始发站靠近北京西站,为特大型铁路枢纽,线路走向与京沪、京九铁路存在交叉并线区段,无线网络规划复杂,频率资源极其紧张。“一旦信号串线,将给高铁运营造成极大的安全隐患。”中国铁建电气化局京雄城际四电项目经理西穷说,信号调试至关重要。

依托京雄高铁,通信信号工程展开了高精度智能网络优化技术。项目联合国铁集团、北京交通大学、华为公司和中国铁建等高校企业,组成京雄智能网优团队,首次基于BIM+GIS的GSM-R射线跟踪技术,将京雄高铁沿线的地理信息与无线电波信号,以数据形式建立BIM模型,形成京雄智能网优课题——“基于大智云的铁路移动通信高精度智能网络优化技术研究”(以下简称智能网络优化研究)。

“这个课题就是利用地理信息系统(GIS)和建筑信息技术(BIM),建立准确的铁路场景三维模型。输入高性能平台进行射线跟踪仿真,将无形的电波传播等效为形象的射线,实现无线信号和传播场景的可视化叠加与三维呈现。”张望说。

测试全放在软件中进行仿真

张望介绍说,在智能网络优化研究课题中,北京交通大学完成了基于高性能计算平台和云计算架构,研发了兼具“准确性、高效性”的高性能射线跟踪仿真算法,实现高精度的铁路场景无线覆盖预测。

“课题首次在铁路通信领域进行信号仿真,即根据射线跟踪仿真的无线覆盖大数据,利用人工智能算法对天线高度、天线下倾角与水平方位角、发射功率等无线空口参数进行自动优化。”专家认为,这个信号仿真达到了“准确高效、一键完成”。

“利用基于BIM+GIS的GSM-R射线跟踪技术,京雄智能网优团队结合地形和基站特性,对设计进行充分优化,给出合理安装角度和发射功率,通过实测数据,验证了智能网优预测模型的良好准确性,为联调联试工作打下了坚实基础。”西穷说。

“联调联试开始后,面对着调试范围广、地点多、周期短、隧道内无信号等诸多困难,京雄智能网优团队仅仅利用5天时间,就先后通过GSM-R全基站、奇数站、偶数站三个场景下所有指标,完成了京雄城际项目GSM-R联调工作。”张望透露,智能网络优化研究已开始申报北京市科技进步奖。

(责编:易潇、夏晓伦)