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。