特别策划·铁路科技保安全高速铁路列车超视距应用系统通信架构研究赵颖，柳青红(中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京100081)摘要：为提高高速铁路突发险情应急处置的及时性，提出基于5G公网的超视距报警信息和实时视频快速传输上车的系统架构，开展列车超视距关键技术研究，并在京张高速铁路开展了基于5G公网的列车超视距应用技术试验。在此基础上，详细分析列车超视距技术在系统应用阶段存在的问题和难点，报警信息和实时视频快速上车与网络覆盖质量具有强耦合性，一方面用户对超视距危情报警信息的传输时效性提出了极高要求，另一方面当前高速铁路沿线的网络质量和覆盖范围不能满足全天候、全覆盖的车地传输需求。因此，设计2种系统通信架构，一种适用于5G-R专网建成之前，基于GSM-R网络和4G/5G公网的通信架构；另一种适用于5G-R专网建成后，基于5G-R专网的通信架构。2种架构可以满足现阶段和未来列车超视距信息快速传输上车的需求。关键词：高速铁路；列车超视距；5G-R专网；5G公网；车地传输；通信架构；铁路安全中图分类号：U285文献标识码：A文章编号：1001-683X(2023)10-0128-07D0:10.19549/j.issn.1001-683x.2023.06.05.0010引言物人侵等危情严重威胁高速铁路列车的运营安全。高速铁路列车速度快，速度350km/h和250km/h的紧急我国高速铁路规模大、覆盖不同气候和环境条件、制动距离分别达到6.5km和3.2km[1-2,由于弯道及视运营场景复杂、自然灾害或人为破坏引起的人员及异野遮挡等原因，高速铁路列车司机目视距离有限，很难通过目视保证行车安全。为此，开展基于5G公网的基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目列车超视距关键技术研究，其目标是利用4G/5G公网，(N2022G003第一作者：赵颖(1984一)，女，副研究员。将司机目视范围外的前方重点区段监控视频和安全监E-mail:测信息，随列车运行位置变化，依次传送至高速铁路2023/10Copyright☐博看网.Al1 Rights Reserved高速铁路列车超视距应用系统通信架构研究赵颖等特别策划列车司机室，辅助司机提前处置，以进一步提升列车划，研究提出分阶段的超视距系统通信架构，为系统运行安全性。课题研究期间，编制了《高速铁路列车建设提出技术思路。超视距应用系统技术方案》，依据技术方案研发了高速1超视距系统总体架构铁路列车超视距应用系统（简称超视距系统）样机，通过大量试验，验证了技术路线的可行性和系统样机超视距系统总体架构由车载终端、地面应用系统的功能和性能。在此基础上，深入分析试验过程中存组成，车载终端与地面应用系统通过4G/5G公网设备实在的客观问题，基于既有网络条件和5G-R专网建设规现车地通信（见图1）。端系统清中心数据处理中心DMS系统EMS系统周界入侵线路巡防其他系统据提供列车提供开行提供周界定位信息入侵报警环境报警图1超视距系统总体架构(1)车载终端采用专用图形化终端设备，通过4G1测系统（预留接口以下统称监测系统），接人危情报警5G公网设备和相应的安全隔离措施与地面应用系统交信息（简称危情）和关联视频信息。分别与列控设备动互，接收并以语音、图像、视频方式展示列车运行前态监测系统(DMS系统)和动车组管理信息系统方的实时视频、危情及关联视频，同时在停车状态下(EMⅡS系统)的中国国家铁路集团有限公司（简称国铁支持对沿线视频的点播。集团)级服务器交互，获取列车位置和动车组开行计划(2)地面应用系统由超视距数据处理中心和系统运数据，通过关联匹配算法完成报警信息危情、沿线视频维终端组成。超视距数据处理中心按功能划分为部署在与列车位置的关联。通过4G/5G公网设备和相应的安全铁路内部服务网（简称内服网）的超视距应用服务器、隔离措施，与车载终端互联，向车载终端推送危情和视接口服务器、数据存储服务器、视频处理服务器和部署频信息。利用铁路内服网和相应的安全隔离措施与系统在铁路外部服务网（简称外服网）的车地接口服务器、运维终端互联，为系统运维终端提供数据和应用服务。视频分转发服务器。超视距数据处理中心从综合视频监系统运维终端设置在系统运维管理和系统维护单控系统接入视频信息，从灾害监测系统、周界入侵报警位，为运维人员提供超视距系统运行状态监控、主要系统、线路安全环境巡防平台以及其他线路环境安全监参数配置管理等功能。CHINA RAILWAY2023/10Copyright☐博看网.Al1 Rights Reserved特别策划高速铁路列车超视距应用系統通信架构研究赵颖等依据总体架构设计，研制列车超视距样机系统，铁路开展了基于5G公网的列车超视距系统技术试验。该系统由超视距数据处理中心（地面服务器）和车载依托武清主数据中心，在内服网和外服网分别申请服终端组成。超视距数据处理中心从DMS系统接人列车务器资源并部署了超视距数据处理软件，接入北京局位置信息，从综合视频系统接人高速铁路沿线实时视集团公司DMS系统、综合视频系统、灾害监测系统，频码流，从灾害监测系统接人异物侵限报警信息，并实现数据接入、超视距信息关联匹配、视频分转发、根据列车位置动态关联列车运行前方沿线视频和报警车地通信等功能，利用武清安全平台资源，实现内外信息；超视距数据处理中心通过4G/5G网络将报警信网数据安全交互。京张高速铁路列车超视距系统试验息和关联视频实时传送至相应的动车组，并通过安装设备网络部署架构见图2。在CR400BF-C-5144、5145、在司机室的车载终端展示和播放。5162三列智能动车组两端司机室加装超视距车载试验2超视距系统试验方案终端（见图3），在动车组1车和8车的PIS柜至司机室操作台之间布设网线，布线示意见图4，超视距试验终2021年8月一2022年4月，中国铁道科学研究院集端通过有线方式接入PIS柜内的动车组Wi-F系统[1团有限公司（简称铁科院集团公司）与中国铁路北京单车服务器，进而通过动车组W-Fi系统主机连接车顶局集团有限公司（简称北京局集团公司）在京张高速天线接人5G公网，实现车地通信。铁路专用信息网外服网互联网(武清主数据中心1北京局集团公司车载Wi-FiV5G-CPE车载终端综合视频视频网关接入设备超视距应超视距用服务器安全平台：车地接口服务器防火墙5G公网灾害监测铁路局接入设备:集团公司中心DMS系统图2京张高速铁路列车超视距系统试验设备网络部署架构京张高速铁路列车超视距应用技术试验主要测试3超视距系统技术难点样机系统的各项功能和性能，包括实时视频播放和危情报警提示功能，以及报警信息车地传输时延、通过开展超视距系统关键技术研究，确定了超视视频码流车地传输时延、视频画面质量等性能指标。距系统的数据源、数据接人和接口方案、超视距关联试验表明研发的高速铁路列车超视距样机系统各项匹配算法、内外网安全交互方案、车地传输方案等，功能正常，符合预期目标；性能方面，在网络信号并通过实车实线的搭载试验，验证了技术方案的可行正常的区段，线路环境实时视频码流从综合视频服性，同时也发现了一些客观存在的问题和难点。务器至超视距车载终端的传输时延可达到5s以内，高速列车运行速度快、制动距离长，近年来因滑从接入线路危情报警信息到危情信息和报警图像上坡侵限、接触网异物导致的重大事故给高铁运营安全车的时延不大于1$，视频图像质量不低于综合视频带来了极大损失。超视距技术应用可将突发险情第一系统的图像质量。时间提示给司机，提升应急处置的及时性。因此，用2023/10Copyright☐博看网.Al1 Rights Reserved