现代铁路通信网的现状和发展，本文主要内容关键词为：通信网论文,现状论文,铁路论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
建立现代的通信系统，在拓展铁路运输市场、满足用户需求，提高运输效率和质量、降低运输成本、优化宏观决策等方面都发挥了很突出的作用。近年来，一些国家为进一步提高铁路的竞争能力，把通信技术的发展定为提高铁路服务质量的突破口。
1 现代铁路通信网的现状和发展方向
在模拟通信时代，铁路通信网以电话网为主，广泛采用频分复用技术；计算机引入铁路后，与通信、信号技术相结合构成各种运营管理自动化系统；铁路通信网在完善电话网的同时，主要是发展数据通信网。80年代，铁路非话业务的增长，微电子技术及光纤等技术的发展，铁路通信迈入数字传输的时代，积极研究、试验和发展综合业务数字网(ISDN)。
1.1 电话网
现在，发达国家基本上实现了全路或全铁路公司范围内用户间（不论是长途还是地区）电话直拨。模拟电话网已经建成，现在逐步向数字网过渡。
电话仍是当前铁路通信的主要方式，但近年来，发达国家电话的增长率很低，美国几乎没有增长，德国年增长率约3%，只有俄罗斯增长较快，约10%。发达国家铁路平均百人拥有电话机数已经都在30台以上，有的达到73台。
由于目前世界电信业已进入取消垄断、鼓励竞争的时代，铁路通信也进入本国电信市场，铁路通信网的电话业务，也向社会开放，日本、法国都如此。
1.2 数据通信网
电子、计算技术的水平、规模及应用程度是当代衡量一个国家现代化的标志，也是衡量一个国家铁路现代化程度的重要标志。铁路数据通信网是专门为传输、交换与收集分配铁路各运营管理、调度监控等自动化系统的数据，实现原始数据一次实时输入，并按需分给各自动化系统公用，达到数据资源共享，以实现运营管理和运行监控的自动化。发达国家的铁路数据传输网都已经建立并投入运用。世界几个主要国家的铁路数传网概况如下。
美国铁路协会建成的AAR Railine数传网，已用于北美（美国、加拿大和墨西哥）3国的铁路运营管理系统（包括处理北美铁路200万辆货车运用报告、追踪和查询的铁路远程信息网络系统和处理北美3国铁路200万辆货车档案、登记、注销、查询的铁路货车档案系统等），以及支持北美铁路电子数据交换(EDI)技术的应用等。调度中心趋于计算机和集中化，新合并的BNSF铁路公司新建统一的计算机化调度中心，于1996年投入使用。
法国国营铁路建立的RETIPAC数传网，采用分组交换，已用于全路联网的客票预订系统、货车管理系统、货运商务管理系统、货车维修管理系统等。该网还与法国邮电公用数据网相连。
日本铁路数传网，于70年代建成，采用数据收集和交换系统(DACS)，用于全路联网的客票预订（开发了磁卡客票和无线IC卡客票系统）、地区间快货运行自动化、集装箱运输自动化、新干线综合自动化（1995年11月建成COSMOS系统，用于运行管理、集中信息监视、电力控制、维修作业、设备管理等）、基建管理自动化和编组自动化等铁路运营管理自动化系统。能够处理6个铁路客运公司和1个铁路货运公司的客货运系统的非话业务，包括一般货物报告、货车运输报告、集装箱运输报告、客运列车运量日报、新干线运输情况报告、收支速报、客票预订信息、旅客统计年报以及有关设备维修等多种数据。
日本东海铁路公司于1991年开始研究设计铁路高速数据传网，1992年开始建设，1994年陆续投入使用。全网包括覆盖全公司的分组交换网、公司各办公楼间的局域网和广域网以及统一的网管系统。该网络将与日本国内ISDN网互联。该网配有相应软件，包括CCITT的X·25、ISO的OSI、TCP/IP、BSC、SNA/SDLC等各种规程协议的接口。东海铁路公司运营管理部门，平均2个有1台个人计算机，联机的终端计算机平均几个人共用1台。
德国铁路先后建立具有分组交换的IN和INF数传网，用于合并后的德国铁路货运系统和客票预订系统（称KURS'90,1993年已在257个车站安装了641个客票预订终端）等。该网与德国（邮电）公用数传网相连。
国际铁路联盟建成采用分组交换的HERMES铁路数传网，用于欧洲铁路联运的货运和客票预订系统的数据交换机处理。后来根据欧洲国家建议，把欧洲各相邻铁路的公用数据网互联，建立泛欧铁路互连数据传输网，称为EURADAT网。根据订立的有关协议和计划，从1994年起，从德国开始，先后约有20多个东西欧国家把各国铁路的数传网逐步互联，并与各国电信部门的公用数传网相联。网络采用国际标准一致的X·75和SNMP等软件和接口、规程和协议。
印度铁路数传网，用于全路客票预订系统（PRS，每天可预订客票28万张，把在26个城市的1000多个订票终端联网，可预订回程车票）和北方铁路卧铺票预订系统（RAPID，可在家预订客票），以及货物运输信息系统（FOIS，处理6万km铁路货物运输管理等，系统技术是引进加拿大国营铁路的TRACS,1995年投入运用）。
1.3 铁路移动的无线通信网
由于微电子技术和计算技术的发展，就有条件把原来固定点之间的一切通信功能，通过移动无线通信网在固定点与移动点（地面与列车）和移动点（列车）之间实现，所以，建立铁路移动无线通信网是铁路通信现代化重要特点，以实现地面（调度员等）远程直接指挥、控制、监视运行列车，并且与司机直接通话。所以各国铁路部门都把研究、开发、建立、完善铁路移动通信网作为重要任务。
日本新干线移动无线网与铁路和邮电有线网相连，提供调度、运输业务、公用电话、传真和数据通信。通过该移动无线网，调度中心能够了解运行列车位置、列车设备运用状态，直接指挥行车，还可向旅客传送事故通知、新闻等文字信息。
德国新研制的ZBF-90型设备的移动无线网，是与铁路和邮电有线网相连。其功能：扩大了数传功能，增加了信道容量，建立透明精数传通道；采用分集技术，增加抗干扰能力；实现行车调度合理化、现代化；提供直拨电话和电文通信；列车上可设电话、电传和传真设备，可供旅客与地面用户通信。
法国铁路无线网实现了与铁路有线网和国家电信（有线和无线）网相连，实现了在列车上同时与地面24对用户通信；还实现了调度员与司机直接通话和传送对列车主要设备的监视及对列车遥控的数据，并把这些数据传送到地面中心。为解决隧道和其它电波覆盖中断处的电波传播，在这些地方装置了辐射同轴电缆和宽带放大器。
泛欧铁路数字蜂窝式无线网(GSM-R)是为解决欧洲各国铁路原有移动通信制式不统一、功能不完善和性能不稳定以及要求建立统一形式的欧洲列车控制系统(ETCS)和欧洲铁路列车管理系统(ERTMS)而研制的。该网是建立在经济效果好的数字蜂窝式无线系统(GSM)标准的基础上，可满足铁路移动无线通信业务的要求，将通过与铁路综合业务数字网(ISDN)相结合，能保证列车无线、调车无线和维修无线的需要；特别是可用于泛欧铁路对列车的控制和故障记录。据称依靠该数字无线网可使欧洲列车控制系统(ETCS)达到最高技术性能。网络工作频段采用900MHz。
总之，现代的铁路移动无线网的发展特点是：采用数字传输方式；其网络能与铁路有线通信、信号以及计算机系统融为一体；为铁路列车自动控制、行车管理和列车监视等综合服务；系统实现全线、全铁路成网，并与国内移动无线网相连，设备能兼容；系统符合铁路、国家标准，并与国际标准接轨。欧洲已确定采用GSM技术，而美、亚等洲一些国家近来特别重视采用码分多址(CDMA)技术，因它比GSM容量大几倍。
1.4 铁路综合业务数字网(ISDN)
铁路模拟通信网过渡到数字网，最终实现铁路ISDN，是铁路通信网发展的必然趋势，也是铁路高新技术之一，近些年来，许多国家铁路通信部门，积极研究试验。ISDN分窄带ISDN(N-ISDN)和宽带ISDN(B-ISDN);N-ISDN自1972年提出概念，80年代末陆续投入商用，由于系统价格偏高以及相继B-ISDN开始研究，有的国家想跳过N-ISDN而直接发展B-ISDN，由于其很多标准还待研究和接口等技术问题还待完善，加上N-ISDN网络和终端成本大幅度下降，特别是互联网(internet)和多媒体等非话业务激剧增长，N-ISDN提供的2B+D和30B+D信道可基本满足近期传话音、数据、传真、可视电话及一般质量会议电视等图像通信的要求，对用户有很大吸引力，一些国家对N-ISDN的应用高速增长。有的电信专家认为：在B-ISDN未建立以前，N-ISDN是实现多媒体通信和高速互联网用户最有效与廉价服务的主要途径。随着多媒体通信业务的发展，最终将建立铁路B-ISDN。
日本铁路在80年代中提出改造现有模拟网实现铁路ISDN的计划，分4步进行，目前其自动电话网和专用电话网（调度电话、区段电话等）处于模拟与数字兼容阶段，并向统一的铁路数字电话网过渡，电报网已纳入数据网，并与传真电报网综合成数字网，最后再综合成铁路ISDN，估计21世纪初实现。
德国铁路80年代就确立了铁路通信的数字化和综合化的目标，后来就实施铁路ISDN的技术、方案、方法、步骤进行了研究，首先建立电话综合数字网，如将300路同轴载波电路实现数字化，90年代初完成至铁路局的长途通信干线数字化，并将模拟微波改造成数字微波，已建立以法兰克福为网控中心的报文和数据综合数传网(IN)，采用分组交换，下一步建成数传扩充网(INF)，以后将实现数字移动无线通信，都纳入铁路ISDN。
瑞士联邦铁路ISDN的建设是于1989年提出的，逐步敷设光缆，采用2、8、34和140Mb/s传输系统。该网计划设10个转接中心、33个用户连接中心和68个集中装置。1995年，开通了3个转接中心、2个用户连接中心和4个集中装置。1996年初，再扩大3个转接中心。预计2003年瑞士铁路ISDN构成，并与德国和法国的铁路ISDN连接。并将与泛欧铁路数字移动无线网(GSM-R)相连，以实现固定或移动用户的语音、数据、图像等的综合传输。
欧洲市场打算建立所有成员国的铁路ISDN，目前进行数字网和数据交换的统一标准工作，然后将对各网路系统进行综合试验。
铁路通信网的支持网（同步网、信令网和管理网）都已经先后建立。
2 现代铁路通信的传输手段
80年代以来，铁路通信非话业务激增，通信技术数字化速度加快，传输频带大幅度展宽，传输线路采用光缆，同时开始实现数字微波和数字卫星通信。所以，大力发展光缆，以光缆为主体，积极采用数字微波与卫星，合理使用电缆，几乎淘汰架空明线（美国、日本铁路明线仅分别占总传输线长度的5%和3.9%），这是发达国家的铁路通信传输手段向大通路、高质量与经济化方向发展的具体作法。预计在相当长的时间内，铁路通信的传输手段仍是多样的，但光缆将成为主要传输方式，光纤到车站、光纤到基层将逐步得到实现。尤其是当今世界进入电信自由化，1997年2月15日在日内瓦，在世界贸易组织主持下，有约70个国家签定的“世界电信协议”，确定取消对电信业务和传输的垄断，主张“开放市场、取消垄断、加强竞争”，铁路通信机构进入本国电信市场是共同特点和必然趋势，加上铁路多媒体通信业务的增长，传输通道是向大容量、宽频带、高速率发展，必然大力发展光缆。我国邮电的传输手段发展也是以光缆为主，数字微波和卫星为辅，计划“九五”期间建成“八纵八横”的全国光缆骨干网；以使光缆向用户端延伸，积极发展多媒体通信；并且到2010年，全国电话普及率达25部／百人。由于同步数字系列(SDH)可以简化复接、分接技术和设备，有利于上下话路，易于实现国内、国际通信网的互联，目前已成为国际光纤通信的主流，它是国际上新出现的数字通信体系，必将得到大力发展，并列于B-ISDN传输的物理平台。德国、瑞士、英国和法国等铁路已广泛采用了SDH的传输设备。SDH的应用已从干线网扩展到本地网和接入网。我国京九铁路的光缆传输也成功地采用SDH设备等。我国中兴公司和武汉邮科院都已研制出155Mb/s和622Mb/s的SDH产品，并集中力量开发2.5Gb/sSDH设备。我国铁路至“八五”末期，已建光缆8308km，光缆和微波的数字线路约占运营铁路覆盖率的18.8%。
3 交换方式和交换设备
从交换角度看，话音信号和模拟数据信号都可通过电路交换的制式来实现，但开展数字数据通信业务就必须采用分组交换（包交换）制式和七号信令等软件，这是80年代的新技术。但分组交换的响应时间较长，产生的传输延迟较大，不宜于话音和图像通信及其它高速、宽带业务。因此，80年代以来，就开始研究高速分组交换制式和异步传输模式(ATM)技术，它可以克服上述缺点，并能实现不同速率的变换。ATM是基于定长信元的、面向报文分组的传输模式，每个信元通过一条虚拟电路进行传输，路由的选择由信元头中的标号决定；ATM的呼叫采用分组交换中虚呼叫概念，即将每一次呼叫都要建立连接；它是作为B-ISDN的基础。我国的数传网主要采用分组交换；正在积极研究试验ATM技术。
关于交换设备，目前发达国家铁路已积极发展数字程控交换机，继续使用纵横制，几乎淘汰了步进制。随着多媒体通信业务和B-ISDN的发展，ATM宽带交换设备必将得到发展。
4 结论与建议
4.1 制定铁路通信网的发展规划
加紧制定铁路通信网（包括传输网、数传网和支撑网）的发展规划，做到统盘考虑、科学、完整、配套，形成全网最佳功能，瞄准国际先进水平，按轻、重、缓、急分阶段实施，分阶段见效。规划中除需满足铁路各种通信业务近、中、远期的需要外，还应该考虑铁路通信走向市场，预测路外用户的需求，以便达到最大限度受益。
4.2 实现旅客和货主的信息服务现代化
把为旅客和货主的信息服务现代化（包括预订和预售客票，旅客向导，货物托运、装卸、存放、搬运、送达以及货主查询货运情况等）优先考虑，以增强铁路与其它运输方式的竞争能力。
首先建成全路联网的客票预订和预售系统，做到能预订异地客票及预订返程和联程客票，预订时间应长达15日以上；远期实现与旅游、公路、民航、饭店、银行等系统互联。这样不但有利于吸引客流，而且能加强客运工作的计划性，做到客票资源共享，提高列车满员率，大大方便旅客和提高经济效益。
其次是加速铁路运输管理信息系统的建设，这是发达国家在70～80年代早已实现的系统，经济效益和社会效益最显著。我国应在总结刚投入运用的货票管理、货车管理和确报信息系统经验的基础上，加速全路基层信源点的建设和联网，并加强软件开发和数据库的建设，实现软件标准化、通用化、模块化，确保系统安全、可靠，最大限度地发挥整体效益。
4.3 实现全路运输调度指挥管理系统现代化
尽早实现全路运输调度指挥管理系统现代化，加快部、局、分局调度中心和基层信源点建设，并与通信子网和运输会议电话系统等工程配套实施，以彻底改变调度指挥信息不畅、手段较落后、运输指挥效率低的状况，尽早建成与铁路运输调度指挥布局相适应的部、局、分局三级功能和多手段的调度指挥系统。
4.4 进行以列车为主体的通信系统的研究开发
进行以列车为主体的通信系统的研究开发，其中基于无线的列车监、控系统是保证行车安全和提高运输效率的重要技术装备，应尽早规划研究。
集通信、信号控制和计算机为一体构成的综合指令和控制系统是21世纪铁路的重要技术装备。如，自1983年北美首先开发的先进列车控制系统(ATCS)后，日本、法国、澳大利亚等国铁路提出类似的研究计划（日本的CARAT，法国的ASTREE等）。当前，欧、美铁路为统一各国信号制式、缩短列车间隔时分、提高列车运行的安全性和可靠性，分别研究了基于无线传输和车上（或车站）智能控制为主要特征的列车控制系统，如欧盟的ETCS(European Train Control System)、瑞典RBS(Radio Block System)、美国的AATC(Advanced Automatic Train Cantrol)和ITCS(Incremental Train Cantrol System)等，都将在2000年前后投入运用。我国可以借鉴。
4.5 多层次地选用通信线路
在相当长时间内，多层次地选用通信线路，但主要采用光缆，积极采用数字传输方式；进一步增加交换机容量和话机数，大力提高铁路电话普及率；同时，加速实施办公自动化。
4.6 成立通信建设的专门领导机构
成立铁道部通信建设的专门领导机构，做到统一规划、统一布署、多渠道筹资、集中资金、集中领导和管理、协调工作，建议分阶段实施和分阶段见效果。