无线通信铁路工程车辆协同作业研究

1铁路工程车辆无线通信

近年来无线通信技术飞速发展，使得远距离、多型号多功能车辆组网通信成为可能。电力机车上使用无线技术实现机车无线重联已经在国内重载铁路上广泛应用，技术较为成熟。工程车辆也有不少安装有网络控制的铁路工程车辆装配了3G通信模块，初步实现了车辆信息的远程监控，但是尚未实现车辆间无线协同作业控制，国外也没有工程车辆基于无线通信协同作业的先例。

铁路工程车辆的协同作业要求无线通信稳定且传输速度较快，因此在无线通信方面需要采用多种模式的无线通信方式，近距离300m范围内采用速度较快的2.4GHz公用频段的无线通信方式，较远距离500m~1km采用800MHz频段通信方式，更远距离的远程调配任务由3G模块实现无线通信。为保证无线通信的稳定性，无线通信系统硬件采用双冗余设计，通信协议设计采用控制信息与基本信息分离的方式，将参与控制的信息通过双模式网络优选后进行发送，而用于系统监控的基本信息通过低速网络（3G网络）进行发送，并在系统中对无线网络状态进行监控，提高了系统的可靠性。

1.1车载无线通信系统

工程车辆安装车载无线通信系统后，各工程车辆可实现相互间信息交互，同时通过3G通信实现车辆与地面服务管理系统的信息交互。其中3G通信实现管理部门与车队之间的语音通话与作业信息传达，图1为单台车辆不编组时使用车载无线通信系统与远程终端信息交互示意图。通过车载通信模块可实现车队间信息传达，实现共同任务的多种车辆的协同作业，图2为车辆编组后车辆使用无线通信网络进行通信示意图，并可采用图1方式通过3G网络实现管理部门与远程终端用户进行作业信息的通信与语音通话。

1.2铁路工程车辆组队

安装无线通信系统后，组队车辆需要通过无线通信系统的编组界面进行设置，可以对编组车辆信息设置并确认组队，发起编组的车辆优先设置为主车。编组后由主车对编组中的从车进行任务分配与监视，从车完成自身任务实现、自身任务监视，从车可以通过浏览方式看到其他车辆的作业状态信息，但不能对其他车辆的任务进行修改。一旦完成编组，编组车辆只有通过解编命令实现退出编组模式。系统会对编组车辆的运行方向等信息进行核对，如果不在同一车道上或者同一车道上存在未编组车辆，系统将进行提示且不完成编组。只有当需要编组的车辆在同一车道上且中间无其他不编组车辆，才能完成编组，以保证编组后车辆的安全运行。

1.3编组通信

编组后车辆优先使用Wi-Fi进行通信，主车位置可以位于车队前端，通信有效距离300m，主车与从车之间保持编组内作业数据通信，主车按照协同作业流程对从车的作业逻辑进行顺序控制，从车与从车之间有状态数据查询的通信。为保证信道的通畅，主从机均对网络的忙闲进行监测，并对编组后的车辆进行车辆间距及时测量。编组通信在WiFi信号出现异常时采用电台或者专用GSM-R网络通信方式（见图4）。编组主从关系不变，在通信网络切换时会出现网络切换提醒，当控制数据未能在指定时间内发送或接收，即网络出现故障时，自动解编，编组记录保留，界面提醒系统自主控制，在网络恢复正常时提示可以编组。

2协同作业的实现及优势

2.1协同作业的实现

编组车辆协同作业的实现需要具备以下必要条件：①铁路工程车辆安装无线通信系统；②参与编组的工程车辆按照车辆设计的主要功能进行任务时序统一分配，形成铁路工程车辆无线通信协议中的功能定义；③工程车队列按照作业流程进行任务分配与执行；④具备主动脱离协同作业功能。编组车辆协同作业的基本作业流程如图5所示。流程如下：①编组车辆的作业流程由施工单位确定后通过3G网络或派工任务单传输下达到指定编组；②当编组工程车辆需要从不同作业点或维修点到达作业点时，可以先独立运行到达作业位之后再进行编组；

③主车收到作业流程后，分配启动任务、走行任务、主要作业任务等，具体的任务执行由每台工程车自身控制系统实现；④任务完成后解除编组后收车。按照上述编组设计，清筛车到达指定作业点后，执行清筛任务，清筛车离开该作业点并继续作业，清筛车与配砟车保持有一定距离，配砟车执行配砟任务，与此作业方式相同，当清筛车离开一定距离后捣固车开始作业，之后是稳定车。如遇突发事件，通过无线通信系统编组界面的解编命令可以解除编组，车辆可以独立完成自身任务自由操作，当该编组完成小组作业任务后返回基地前解除编组。

2.2协同作业的优势

在铁路施工维护工作越来越精细化的环境下，某一种或几种车型共同完成作业任务的情况会越来越多，通过无线通信实现车与车之间的协同配合，不但提高车辆的利用效率，车辆的设计与规范使用也会更加统一，在不添置更多工程机械设备的情况下通过协同作业完成复杂的线路维护任务，同时也将节约线路检修与维护的规划时间。

3结语

本文介绍了一种基于无线通信技术实现铁路工程车辆的通信、编组及协同作业分流，给出了多种车辆协同作业控制的基本设计思路，旨在解决多种车辆协同完成作业任务的情况，是新的作业需求下的一种作业方式的探索与技术提升。