基于GSM-R的GPRS分组数据业务的列车位置跟踪方案

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８２４．２０１　１．０２．０２３　基于ＧＳＭ－Ｒ的ＧＰＲＳ分组数据业务的　列车位置跟踪方案　

杨英　，欧阳智辉　（１．重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆４０００６５；２．中国铁道科学研究院，北京１０００８１）　

摘要：列车位置信息在列车运行控制系统ｅｅｌ－．有重要的作用。针对基于ＧＳＭ—Ｒ／ＧＰＲＳ的列车位置跟踪方案展开　研究，并与其他方案进行比较和分析。实验证明基于ＧＳＭ—Ｒ的ＧＰＲＳ分组数据业务的列车位置跟踪方案相较于其　它方案更有优势，提高了网络资源和频率资源的利用率。　关键词：ＧＳＭ—Ｒ；ＧＰＲＳ；分组数据业务；列车位置；跟踪方案　

０　引　言　在欧洲ＧＳＭ—Ｒ标准体系中，并没有将ＧＰＲＳ技　术应用于铁路通信。我国铁路先于欧洲发展基于　ＧＳＭ—Ｒ的ＧＰＲＳ业务，是根据运输对通信业务需求　量大，而频率资源紧张的实际情况做出的技术决　策。目前，ＧＰＲＳ在青藏铁路、大秦铁路和胶济铁路　已经应用于多项服务，是铁路综合信息无线传输的　一个重要通信网络平台¨　。在列车运行控制系统　中，列车定位有着举足轻重的地位，因此研究基于　ＧＳＭ—Ｒ的列车位置跟踪应用系统是很有必要的，同　时在此基础上提出了多种解决方案满足铁路通信　系统需求，是列车安全、有效运行的保障。　

１　基于ＧＳＭ－Ｒ的ＧＰＲＳ的列车位置　跟踪系统拓扑结构　

图１标识了系统拓扑结构和物理设备接口。所　有使用ＢＡＳＥ—Ｔ型接口的车载应用实体通过交换机　连接到通用数传电台上，而使用ＲＳ．２３２型接口的车　载应用实体直接连接到通用数传电台主机的ＲＳ一　２３２接口上　。ＧＰＲＳ移动终端作为通用数传电台　

收稿日期：２０１０—１２—３１　

主机的数据收发电台，连接到通用数传电台上，通　过ＧＰＲＳ网络进行通信。　

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铁路综合信息无线接人平台　

图１　系统拓扑结构和物理设备接口　２基于ＧＳＭ－Ｒ的ＧＰＲＳ的列车位置　跟踪系统模拟测试　

２．１测试系统与测试环境　测试系统的基本组成部分包括ＧＳＭ—Ｒ／ＧＰＲＳ　

一８３—　网络系统（包括网络子系统ＮＳＳ和基站子系统ＢＳＳ　以及管理子系统）、ＧＰＲＳ接口服务器、ＣＴＣ模拟器　（主要用来发送调度命令）、地理信息数据库、ＴＡＸ箱　模拟器（用来形成车次号信息）、列车综合无线通信　设备和地理信息服务器。该测试系统主要通过ＧＳＭ—　Ｒ／ＧＰＲＳ无线网络，ＧＰＲＳ接口服务器采用分组数据　的方式实现调度命令与无线车次号等信息传输的功　能，并能对列车实时运行位置进行跟踪显示。系统各　模块问的信息流清楚地描述了基于ＧＳＭ—Ｒ／ＧＰＲＳ实　现调度命令发送与列车位置实时跟踪测试系统的信　息内容和流向，详细内容如图２所示。　

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图２　系统各模块间信息流图　２．２具体测试内容　在铁道部ＧＳＭ—Ｒ实验室，我们针对此方案进行　＿ｒ相关的模拟演示功能测试，取得了验证，并在与　ＣＩＲ设备的合调试中不断完善。完善后的系统在对　其它厂家的列车综合无线通信设备测试中充分发　挥了作用。在此，我们以胶济线为例，对部分重要　的测试项目进行详细测试说明。　１）列车调度命令发送功能测试。　测试内容：利用ＣＴＣ模拟器手动发送调度、路　票、红色／绿色许可证等命令；ＣＴＣ模拟器自动发送　列车进路预告信息：机车综合无线通信设备接收调　度命令并自动确认，利用车载显示终端ＭＭＩ对调度　命令进行人工签收。　测试结果：当接收调度命令时，会进行确认然　后返回，如果调度命令未被确认签收则会发出信号　提醒司机签收。　２）无线车次号传送功能测试。　测试内容：对ＴＡＸ箱模拟进行设置，按照设置　好的车次号信息通过机车综合无线通信装置发送　

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无线车次号信息，在ＣＴＣ模拟器上观察收到的无线　车次号信息，并对照判断传输是否有误。　测试结果：正确地设置车次号、机车号、串口及　其速率等信息后，无线车次号信息发送正常，ＣＴＣ　模拟器可以接收到正确的车次号信息。　３）列车位置信息测试。　铁路需要的位置信息是一种列车主动“ＰＵＳＨ”　的方式，即当预设的条件满足时，列车自动上报位　置信息，而并不需要每时每刻都要精确定位列车的　具体位置。一般而言，需要定位的时候往往是由于　突发情况或者前方存在岔道或分歧线路等情况。　测试结果：列车运行方向前方分歧线路数、列　车运行位置、相邻车站信息都会显示出对应关系，　当位置信息有效时，车站呼叫按键图标应显示实际　的车站名称，当信息失效时，各车站按键图标继续　保留原显示。　２．３测试分析　ＧＰＲＳ网络是在现有的ＧＳＭ网络基础上叠加了　一个新的网络，充分利用了现有的移动通信网设　备，仅通过Ｓ￣，ｈＮ相应的功能实体和对现有的基站系　统进行部分改造、增加一些硬件设备并进行软件升　级，形成一个新的网络逻辑实体来实现分组交换，　使现有的移动通信网与数据网结合起来　，方案所　做的分析和测试都是实验室室内、无干扰的静止环　境进行的，在实际的测试环境中这２种传输时延和　丢包率应该要大一些。　

３　其他２种列车位置跟踪方案　３．１　基于ＧＳＭ－Ｒ的ＬＣＳ的列车位置跟踪方案　本方案采用的是“ＰＵＬＬ”方式，即必须要由客户　端（外部应用实体）主动向定位平台去请求，才能获　取移动台的位置信息，这只能满足一方面的定位需　求；另一方面，希望事先规定好一些条件（如列车从一　个车站跨到　另一个车站，从一个调度区段跨到了另　

一个调度区段等）¨　，当这些条件在某个时刻满足时，　能够主动触发定位平台向特定的外部应用实体输出　位置信息，这被称为是“ＰＵＳＨ”的方式。　３．２基于ＧＳＭ－Ｒ的小区广播业务的列车位置跟　踪方案　

本方案的主要思想是：将调度区段和车站管辖　范围按照最小一个蜂窝小区进行划分，每个小区都　按照一定周期将本小区所属的车站ＩＤ以及当前的　位置跟踪服务器的号码广播下去（如果一个车站包　含了若干小区，则只在边缘小区进行广播）¨　。每　当列车的车载台发现广播中的车站ＩＤ与前一次接　收到的不同时，就自动向广播中提供的当前位置跟　踪服务器发送一条短消息，其中包含了该列车的车　次号以及当前所处车站的ＩＤ等信息。位置跟踪服　务器以车站ＩＤ为索引，查询出其对应的车站和调度　区段，并将列车信息发送到相应的车站台和调度台。　３．３　３种方案的对比和分析　通过对３种方案的对比和数据测试，基于ＧＳＭ—　Ｒ的ＧＰＲＳ分组数据业务的列车位置跟踪方案（简　称方案一）更有优势。基于ＧＳＭ—Ｒ的ＬＣＳ列车位　置跟踪方案（简称方案二）虽然简单，操作也比较方　便，但是由于其工作方式为“ＰＵＬＬ”，必须由列车主　动向定位平台请求才能获得列车的位置信息，这就　造成某一时刻列车调度员可能事先无法查询到列　车的准确位置。基于ＧＳＭ—Ｒ的小区广播业务的列　车位置跟踪方案（简称方案三）能通过自身通信网　来完成位置跟踪功能，不需要借助外部系统，这就　对列车通信网的建设有较高的要求。由于我国的　地理环境复杂，目前列车通信网的建设并不尽如人　意。方案一中主要采用分组交换技术，高效传输数　据和信令，在一段时间内绑定多个信道为一个用户　服务，多个用户共享一个信道　。，可以有效利用无　线信道资源，适用于车地之间除列车控制信息以外　的其他非安全数据信息的传输，提高了网络资源和　频率资源的利用率。　４　结束语　列车在变速运行过程中，列车无线通信设备如　何能通过ＧＰＲＳ网络准确及时地捕获列车当前的经　纬度信息，并能提前在预先设定的距离内向列车长　报告前方是否存在岔道、分歧路线，并及时通过声　音或图像的方式展现出来等都需要做进一步的研　究；ＧＰＲＳ网络本身是否健壮，是否存在网络优化、　越区切换等问题　～，也是需要在实际情况中考虑　的重点。无论是当前现网还是本文测试环境都离　不开获取列车当前经纬度信息，并与地面空问数据　库的经纬度信息进行比对，根据对应的经纬度信　息，在数据库中进行查找，找到距离该经纬度最近　站点的过程。很显然，数据库的经纬度信息越全　面，定位就越准确，一条铁路线路动辄上千公里，尽　可能多获取经纬度和地面位置站点的对应关系是　能够提高定位精准度的另一个要素，对这一方面的　研究，包括数据库性能优化、通过经纬度的二维数　据进行查找地面位置的算法能否进一步优化，需要　在下一步工作中考虑和探讨。　

参考文献：　［１］　钟章队，李旭，蒋文怡．铁路ＧＳＭ—Ｒ数字移动通信系统　［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００３：５－７．　［２］　薛玲媛．列车定位系统中通信技术的应用探讨［Ｊ］．中　国新通信，２００９（２１）：４１４４．　［３］　钟章队．ＧＰＲＳ通用分组无线业务［Ｍ］．北京：人民邮　电出版社．２００１：１７—２５．　［４］　江朝元，曾晓莉，甘思源．基于ＧＳＭ／ＧＰＲＳ的城域化管　网泄漏监测与定位系统［Ｊ］．重庆邮电大学学报：自然　科学版，２００５，２８（４）：５６—５９．　［５］　杨菁，余成波，胡晓倩．ＧＰＲＳ技术及其应用探析［Ｊ］．　重庆工学院学报：２００４（１）：４５４７．　［６］　文展，刘光明．ＧＳＭ／ＧＰＲＳ系统无线资源分配的研究　［Ｊ］．重庆邮电大学学报：自然科学版，２００３，１５（４）：　２９—３２．　［７］　黎炜．基于ＧＰＲＳ与ＳＭＳ的远程数据传输［Ｊ］．重庆工　学院学报，２００７，２１（１７）：１２４—１２７．　

作者简介：　杨英（１９８２一），女，重庆人，硕士，讲师，主要研究方　向为计算机通信。　

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