时间：2023-03-28 15:09:25
1光纤通信技术在铁路通信系统中的应用分析
1.1SDH光纤通信在铁路通信系统中的应用
SDH光纤通信在铁路通信系统里的使用解决了PDH光纤通信使用存在的问题，并在此基础上有所突破，让铁路通信系统更加稳定和流畅。借助SDH设备构成的具备自愈保护作用的环网形式，能在传输媒体主要信号中断的时候自动利用自愈网及时恢复正常的通信状态。相较于与PDH技术，SDH技术有四个显著优点：一是网络管理能力更强；二是比特率和接口标准均统一，让各个厂家设备间的互联成为了可能；三是提出“自愈网”这一新理论，能在传输媒体主要信号中断时及时恢复正常；四是运用字节复接技术，简化网络各个支路信号。鉴于SDH光纤通信技术有诸多优点，所以在铁路通信网发展规划里，已经明确提出了要着重发展基于同步数字系列（SDH）基础上的传送网[2]。就以xx铁路为例，该铁路基于新敷设20芯光缆里的其中4芯光纤基础上，开设SDH2.5Gb/s（1+1）光同步传输系统为长途传输网，在铁路的相应经过点均设置了SDH2.5Gb/sADM设备，并借助622Mb/s光口同接入层传输设备相连，发挥上联和保护作用。此外，还借助2芯光纤开设了SDH622Mb/s（1+0）光同步传输系统，将其作为当地的中继网，并在铁路相应经过点以及新开设的各个中间站和线路新设置了SDH622Mb/s设备。
1.2DWDM光纤通信在铁路通信系统中的应用
DWDM光纤通信技术是借助单模光纤宽带与损耗低的特点，由多个波长构成载波，许可各个载波信道能同时在同一条光纤里传输，如此一来，在给定信息传输容量的情况西夏，就能降低所需光纤的总量。使用DWDM技术，单根光纤能传输的最大数据流量可以高达400Gb/s。DWDM技术最显著的优点就是其协议与传输速度是没有关联的，以DWDM技术为基础的网络可以使用IP协议、以太网协议、ATM等进行数据传输，每秒处理数据流量在100Mb~2.5Gb之间。也就是说，以DWDM技术为基础的网络能在同一个激光信道上以各种传输速度传输各种类型的数据流量。当前，在国内铁路通信网里DWDM技术得到了广泛应用，其中沪杭-浙赣铁路干线就是国内第一条使用DWDM光纤传输系统的铁路。此外，京九、武广等铁路的DWDM光纤传输系统也在建设与使用中。就拿京九铁路来说，京九铁路线使用的是具有开放性的DWDM系统和设备，能兼容各种工作波长以及厂商的SDH设备。波道数量为16，波道速率基础为每秒2.5Gb，借助京九线20芯光缆里的2芯G.652单模光纤，使用单纤单向传输的方式，也就是说相同波长在两个方向上都能多次使用，光接口满足ITU-TG.692协议的标准。
2结语
综上所述，光纤通信技术在铁路通信系统中占有重要地位，发挥着重要作用，本文主要基于光纤通信结构和原理的基础上，分析了PDH、SDH和DWDM三种光纤通信技术在铁路通信系统中的应用情况，其中应用较多和值得推广使用的就是SDH和DWDM两种光纤通信技术，望能给铁路通信工作者提供一定借鉴。
作者：李士军 单位：通号工程局集团天津交通信息技术有限公司
1AMC－HARQ跨层自适应传输设计
城际铁路通信系统承载的主要业务，有电路域数据话音业务和分组域数据业务。具体如表1所示。电路域数据话音业务对实时性要求较高，又要十分准确地传递信息，具有最高或者较高的优先级；分组域数据业务对实时性要求较低（与电路域业务相比），突发性强，有一定的数据量。本文将跨层设计应用于城际铁路无线通信系统中，根据业务类型的不同，在物理层和链路层进行AMC－HARQ跨层优化设计。AMC－HARQ跨层自适应传输的系统模型如图1所示。
物理层釆用自适应调制编码技术，根据业务类型分类，制定M种调制方式和编码方式。首先，接收端通过信道测量技术，估计出信道质量信息，并通过反馈信道，将信道质量信息反馈给发送端；然后，发送端根据接收到的信道质量，选择下次传输要使用的调制编码阶数。MAC层采用同步并行停等协议即HARQ协议。首先对各数据帧分别进行CRC编码，级联构成数据帧进入物理层。物理层使用FEC编码对整个数据帧进行编码，然后存入缓存用以进行重传。接收端经过译码、CRC校验后，回送确认帧。确认帧包含了帧确认号和重传比特向量。
帧确认号表示链路层上一个按序接收的帧的序号，重传比特向量比接收窗口长度（W）小1的比特向量，即长度为W－1。比特向量表示当前接收窗口的所有帧接收情况，如“1”表示需要重传，“0”表示接收成功。由于重传比特向量是接收窗口的历史移位记录，即使当前的确认帧因信道变化而丢失，确认帧也不应重发，因为后续的确认帧包含历史的接收记录。确认帧格式如图2所示。收发双方的链路层都缓存W个数据帧。发方维护发送缓存和重传列表，发送缓存中保存着当前发送窗口中未确认的帧，重传列表中保存了待重传的帧序号。收方的接收缓存保存当前接收窗口中乱序的数据帧，当接收到的帧有序后，链路层向。
2AMC－HARQ跨层自适应传输性能分析
本文使用Matlab仿真工具对基于AMC－HARQ跨层自适应传输系统进行仿真分析，模拟信道使用瑞利衰落信道模型，每个数据包中含信息位500bit，通过1／3码率的卷积码，仿真包数目每次1000个，结果取6次平均值，同时假设CRC能正确校验。在物理层，提供不调制、BPSK、QPSK、8PSK等4种传输模式，系统可以根据AMC中每种传输模式的瞬时误包率（PER）和接收到的SNR在各种物理层传输模式之间的关系，自适应地选择合适的调制编码方式。在链路层，要综合考虑时延、误包率和吞吐量，真正满足城际铁路不同业务的QoS要求。设置最大重传次数为N＝0、1、2，测试在不同干扰条件下，不同的业务类型的成功率，见图3，图4，图5。可见，通过AMC－HARQ跨层自适应传输方案，当链路层重传1次，可以在5％干扰情况下实现95％的接收成功率；链路层重传2次，可以在5％干扰情况下实现99％的接收成功率，在10％干扰情况下实现94％以上的接收成功率。
综上所述，根据业务类型不同分类，对实时性要求较高且数据量小的电路域数据、话音业务，系统可采用不重传或重传1次模式；对实时性要求较低分组域数据业务，突发性强，且有一定的数据量，系统可采用重传2次模式保证接收成功率。
作者：张婷单位：广东珠三角城际轨道交通有限公司
本文作者：吕庆桥工作单位：中国铁通宿州分公司
覆盖范围广中国地域广阔，共有31个省市自治区，部分省市之间相距几千多公里，并且列车在运行过程中要通过多个铁路局及集团公司的管辖区域，每个单位均有调度指挥及为车辆服务的部门及人员，所以通话对象不固定，这就需要一个统一的呼叫方式及规则，由联合控制中心根据列车运行区间及位置确定呼叫路由及地址。这也是符合我国铁路特得点的独特通信方式。需要具备数据的传输功能列车无线电台设备不仅需要语音传送，还需要有传输数据的能力，应具备多功能的数据接口，可以传输列车运行所需的各种数据，交换信息，确保列车通信及监控的实时性和有效性。综合性要求强铁路运营所需支撑体系庞大，车务、机务、工务、电务、车辆等单位各司其职，对通信的需求也存在差异，这就要求无线通信设备具备很好的适应性，结合各部门需要开发相应功能。设备要有良好的综合应用能力，一机多用，即能传递语音还能传送数据，将列车信息根据需求传递到不同单位，各取所需，便于部门间联动，提高统一协调能力。
铁路移动通信系统介绍
GSM-R(GSMforRailway)为铁路专用数字移动通信系统，和GSM网络标准相似，是从欧洲引进的铁路通信专用系统。GSM-R是基于GSM技术平台，针对铁路无线通信的特点，专门为铁路设计的数字移动通信系统，提供特色的附能的高效综合无线通信系统，并增加铁路移动通信所需业务（组呼、群呼、强插、强拆、优先级别等功能），构成整体的解决方案。GSM-R同时还具备数字集群的功能，满足列车高速运行时的无线通信要求，可以提供应急通信、无线列调等语音通信功能，安全可靠。GSM-R还是一个信息化的平台，使得用户可以在这个信息平台上轻松开发各种各样的铁路应用。GSM-R通信系统主要由基站系统（BSS）、网络系统（NSS）、管理系统（OSS）三大部分和移动终端设备组成。其中网络系统包括移动交换系统、移动智能网系统、和分组交换无线业务系统，是GSM-R系统的核心组成部分，实现了与其他网络的有机结合。GSM-R系统网络结构图4GSM－R技术的应用GSM－R系统不仅可以提供语音业务，还可以提供数据业务、智能业务。针对铁路通信需求，GSM－R系统还提供了组呼叫、寻址、广播呼叫、紧急呼叫等特殊方面的要求。
经过GSM－R网络组成的数据链路传送到车载无线通信设备，机车就能接收到调度下发的命令。调度命令是各级调度指挥人员向列车司机下达的书面指令，是列车运行指挥系统的重要组成部分。列车调度指挥：调度与司机之间的通话是行车通信系统的重要组成，负责指挥各种车辆的运行，保证机车司机、车站值班员、列车调度员之间以及车站值班员、机车司机、运转车长之间的通信畅通，确保安全。机车同步控制：有时列车需要多个机车牵引，在运行过程中，两台机车之间包括加速、减速和制动等一系列行为必需同步操纵，利用本业务可实现机车间信息的传递和交换。列车自动控制：通过GSM－R提供车地之间双向安全数据传输通道，接收由GPS或其他的定位工具提供的位置信息，控制列车运行，可代替以前的信号灯指示，保证列车运行安全。机车信号和监控信息传送：实现车载设备和地面间的数据传输，提供机车信号和监控信息传输，储存调车模式的相关信息，构成站场通信系统重要组成部分。列车停稳信息传送:利用数据采集传输应用系统，可传送列车是否停稳信息，提高车辆运行的安全性。车次号传输：车次号传送是实现车辆调度指挥的重要一环，通过对列车车次号的自动跟踪，实现调度中心对车辆运输业务的监控机办理。列车尾部监控数据传输：在列车行进当中，司机应当准时了解列车性能变化。列车监控系统可以提供车尾风压数值，电池电压情况，主风管风压情况等等，实现对车辆状态进行实时监控。区间无线通信：在区间作业可以使用GSM－R作业手持终端，包括机务、车务、工务、电务、公安等单位可根据需要进行内部的业务联系，在有特殊情况时可与列车调度人员或其他用户联系，在遇到突发状况时，还可通过无线终端直接与司机通话。旅客业务信息收集：每辆客车都与控制中心保持一条实时双向数据传输通道，作为数据通信业务使用，与旅客相关的所有移动信息通过此通道进行传输，为旅客提供各种信息，增加旅客的便利性，提供各种人性化服务。
铁路无线通信技术的发展方向
铁路无线通信技术随着科技的进步不断发展，既有其普遍性又存在特殊性，未来发展应该向公众网络融合的迈进，向固网的三网融合一样达到与公众网络的统一，使用户通过专用通信网实现与公众网同样的应用功能，满足各种信息交流的需要，使用户在任何地方都可以获得无差别服务，实现宽带的无线接入。随着LTE在公众运营网的引入，在强化GSM-R系统应用的同时，铁路部门也应大胆创新，向LTE-R演进是GSM-R发展的必然趋势，越早地适应新技术，就可以更灵活地应对内部及外部的通信需求，为未来的运营发展做好准备。
1.1数字无线电台应用
目前，铁路常用的数字无线电台主要有450MHz、400MHz数字无线电台。450MHz数字无线电台主要用于普速铁路列车无线调度通信、调度命令和无线车次号校核信息传送，400MHz数字无线电台主要用于站场常规无线通信。国家规定给铁路的450MHz、400MHz频点有限，需要各铁路局申请额外频点才能满足站场无线对讲业务需求。铁路总公司铁运函[2014]31号要求，货车列尾装置可采用GSM-R/400MHz双模列尾装置，在非GSM-R铁路区段，列尾无线通信使用400MHz频率；站场无线调车继续使用铁路专用的400MHz频段频率。在编组站，规划分配的400MHz专用频率资源不足，无法满足运用需求时，由各铁路局无线电主管部门负责向属地省级无线电管理部门申请400MHz额外的频率。对于当前使用450～470MHz频段频率用于铁路养护维修、生产组织、监控监测、公安保卫、应急保障等各类区域性普通无线电对讲通信业务，应结合更新改造退出450～470MHz频率。需要继续使用的业务，由铁路局统一向属地省级无线管理部门申请400MHz、150MHz、160MHz的频率。铁路总公司规定，对涉及车地人员之间相互通信的业务，为简化终端设备的配置，宜优先规划申请400MHz频率，以便与总公司规划的跨局通信业务频率工作在同一频段。站场所有业务采用无线电台通信，则会造成无线设备设置分散、数量多、无法集中维护和管理。而且，无线电台通信不适应高速率、高带宽的车地数据信息业务传送，不能满足未来站场的自动化、智能化、高带宽业务发展需求。
1.2数字集群无线通信技术应用
集群通信，即无线专用调度通信系统，早期，集群通信从“一对一”的对讲机形式、同频单工组网形式、异频双工组网形式以及进一步带选呼的系统，发展到多信道用户共享的调度系统，并在政府部门、警务、铁路、地铁、电力、民航等各行各业的指挥调度中发挥了重要作用。国际上数字集群调度系统主要有TETRA、iDEN和FHMA3种较为先进的技术体制，由于这3种技术体制构成的无线通信系统互通性不太理想，主要用于地铁、航空、公安等专网应用，未在铁路领域获得推广应用。近年来，随着数字移动无线电标准（DMR）制定，我国无线设备供货商根据数字移动无线电标准（DMR）为各企业用户提供DMR数字集群系统设备。DMR标准是完全公开的标准，国内拥有众多供应商支持，国内设备厂家生产的400MHz的DMR数字集群系统已在部分铁路站场获得应用。铁路使用的400MHz的DMR数字集群系统主要采用403～470MHz频段的专用频点，通过数字通道实现基站与IP控制服务器间的连接，控制台、运用服务器与IP控制服务器连接，构成站场无线通信平台，可提供同频单工或异频双工方式，根据站场业务特性要求进行业务与频点绑定，也可以各业务采用公共频点通信。400MHz的DMR数字集群无线通信系统主要功能是实现移动人员间点对点对讲功能，以及移动终端与固定终端或移动终端与移动终端间的点对点低速率数据信息传送。站场所有业务采用400MHz集群无线通信，其无线设备可以集中设置、减少设备数量、并能集中维护和管理，最适用于解决站场平面调车业务和无线对讲业务，以及综合自动化SAM系统车地信息传送。但是，不适应高速率、高带宽的车地数据信息业务传送，频点也受限于国家规定给铁路的400MHz频点，系统能提供的业务容量有限。
1.3GSM-R移动通信技术应用
GSM-R数字移动通信技术作为中国铁路列车无线通信主要采用的技术，铁路总公司已建立了一整套相关标准和规定。在中国高速铁路、客运专线、重载铁路、城际铁路或部分普速铁路均选择GSM-R数字移动通信技术构建铁路无线通信系统，主要用于列车无线调度语音通信，以及调度命令、车次号校核、列控信息、机车同步操控等数据信息传送。GSM-R系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网子系统（IN）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、无线子系统（BSS）、无线终端、运营与支撑子系统（OSS）等部分。其中，移动智能网子系统（IN）由铁路总公司统一设置2套，互为冗余，作为全路GSM-R系统共用。在铁路总公司各铁路局设置移动交换子系统（SSS）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、运营与支撑子系统（OSS）各1套设备，根据用户需求在铁路沿线、车站、枢纽设置无线子系统（BSS），配置相应的无线终端设备。虽然，GSM-R数字移动通信系统可以实现铁路沿线和车站统一的综合无线通信系统平台，提供列车无线调度通信、站场常规无线通信语音和低速数据信息传送，设备能集中维护和管理。但是，由于GSM-R数字移动通信系统的频点有限，站场所有业务采用GSM-R的系统实现会造成信道占用很大，现有的频点不够使用，当站场靠近正线铁路或通过正线列车时，会对列车调度指挥系统产生影响。因此，GSM-R数字移动通信系统未被全面应用于站场常规无线通信业务。目前，只能适用于解决站场部分语音业务，以及低速率、时延要求不高的数据信息传送。
1.4WLAN无线局域网技术应用
WLAN无线局域网是指利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，属于计算机网络与无线通信技术相结合的产物。WLAN无线局域网技术使用户摆脱各种线路的束缚，可以随时随地接入网络。WLAN（Wi-Fi）无线通信可采用2.4GHz或者5.8GHz通信频段。在铁路领域，WLAN无线局域网技术主要应用在编组站综合自动化车地数据信息无线传送。采用2.4GHz频段和IEEE802.11g、IEEE802.11n标准的设备进行组网，实现综合自动化CIPS调机业务等信息传送需求。综合自动化WLAN无线局域网系统主要由WLAN终端设备、接入点设备（AP）、接入控制点设备（AC）、PORTAL服务器、RADIUS认证服务器、用户认证信息数据库、业务运营支撑系统等组成。由于WLAN无线局域网频点是公众频点，将会受到外界终端设备的干扰，列车遮挡物影响，以及缺乏站场无线对讲业务、无线调车等业务的终端设备支持。因此，WLAN无线局域网不适用于涉及行车安全的铁路调车业务，不适应未来站场业务发展需求。
1.5LTE移动通信技术应用
LTE移动通信技术是铁路下一代宽带无线通信技术发展方向，比较适用于宽带数据信息无线传输。LTE有TD-LTE与FD-LTE两种不同的制式，虽然总体上都满足大带宽的数据通信需求，但也存在很多不同。FD-LTE是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，依靠频率来区分上下行链路。TD-LTE是用时间来分离接收和发送信道，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，可以根据上下行的数据大小动态进行分配，对于频率信道的利用率更好。未来铁路移动通信采用TD-LTE的概率较大。目前，在朔黄铁路已引入TD-LTE集群技术应用于列车同步操控、列车无线调度通信系统构成；在部分铁路局站引入TD-LTE集群技术应用于站场货检、车号等无线对讲和作业信息传送；在郑州地铁引入TD-LTE集群技术用于车地间PIS信息和视频监控图像传送。工信部根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及我国频谱使用情况，确定使用1447～1467MHz频段建设时分双工（TDD）工作方式的宽带数字集群专网系统。而1785～1805MHz频段，则主要用于本地公众网接入，对确有需要的本地专网也可用于无线接入，具体频率指配和无线电台站管理工作，由各省、自治区、直辖市无线电管理机构负责。在同一地区给一具有无线接入业务经营权的公众网运营商或专网单位指配的频率宽带一般不超过5MHz。未来，在铁路领域，可以考虑申请使用1785～1805MHz频段的5MHz带宽用于站场无线通信业务。TD-LTE支持1.8G/1.4G/400M专用频段，覆盖增强算法、高增益定向天线、高终端发射功率，多方式天线组网。TD-LTE移动通信系统移动性好，支持350km/h，具有完善的QoS业务保障，可二次开发定制终端、调度台、无线通信模块等；可提供调度通信语音业务、低速率或高速率数据信息传送业务，是一个比较完善的综合无线通信系统解决方案。LTE移动通信技术在铁路调度通信业务中的应用正在研究开发阶段，在站场或编组站中的无线调车、无线对讲、综合自动化信息无线传送系统中尚未被应用开发。
2未来站场综合无线通信系统技术选择
站场或编组站作业范围比较独立，技术作业业务较多，综合上述几种无线通信技术应用介绍，以及应用于站场多种业务情况下的可适用性进行分析，结合无线通信技术发展，选择TD-LTE移动通信技术作为未来站场综合无线通信技术。TD-LTE移动通信技术已在铁路和地铁领域获得应用，具有技术实用性和先进性，系统安全可靠，具备集中监测和维护管理，能满足站场各类业务综合承载能力和未来各业务信息化、智能化发展需求。铁路局可以申请使用1785～1805MHz频段的5MHz带宽合法频点用于站场无线通信业务。站场无线通信使用TD-LTE数字集群系统，可将公网MME、HSS、S-GW以及P-GW等多个网元合并为一个网元eCN，使其小型化，降低核心网成本，可以有效的节约近期工程投资，为将来铁路正线引入LTE移动通信系统应用预留互联互通条件。TD-LTE数字集群通信系统主要由核心网节点、无线子系统和无线终端组成。其中，核心网节点设置TD-LTE核心网设备，核心网设备通过交换机等设备与各种业务应用服务器相连；无线子系统根据站场覆盖和业务需求在铁路站场内设置，无线子系统设备包括LTE基站设备BBU（BasebandUnit）和RRU（RadioRemoteUnit）设备；根据需要配置相应的无线终端。
3结束语
关键词：铁路运输信息化、必要性、可能性
回顾我国铁路运输现代化的过程，五十年代的铁路运输信息主要是依靠一部电话来负担，铁路电话网是传输铁路信息的信息网络。当时，铁路信息资源尚未发挥其应有作用，因此信息传输速率也很低，在铁路运输中无法起到主导作用。直到八十年代末，我国铁路开始引进电子计算机，成立了铁道部和各路局计算中心，同时加强了对铁路通信信息网的建设，逐步以数据信息代替原来的电话通信。进入九十年代，随着我国铁路分组数据网的逐步建成，大容量的光纤通信开始启用，计算机开始联网，铁路运输管理信息系统开始实施。
由于铁路运输行业的特点，在客货运输的全过程中无不贯穿着社会和经济信息的产生、流动和使用，将它们有序和有效地开发和处理好铁路运输信息的资源和流向，会对扩能、安全和优质服务起到不可估量的作用，同时给铁路带来巨大的经济利益和社会效应，给人民的生活和工作带来极大地便利。面对着庞大的铁路信息资源和铁路信息市场，加快铁路运输信息化的步伐，建设铁路运输的信息高速公路已是当务之急。
郑煤集团铁路运输处所辖矿区铁路网线全长百余公里，东连京广、西临焦枝、北靠陇海三大国铁干线，毗邻郑少高速，贯穿新郑、新密、登封三市、年发送能力千万吨以上，是郑煤集团公司煤炭运往中南和华东地区的主要通道。目前，郑煤集团铁路运输处始终把搞好信息化建设作为最关键的环节来抓，建立了完善的系统，改系统建成后，能及时、准确、完整地提供车流信息，有预见地组织车流，实现紧密运输、均衡运输，发挥现有设备的潜力，充分利用通过能力而增加运输能力，从而获得了很好的经济效益。
那么如何广泛开发铁路信息资源，建立全路性或局部范围的各类铁路应用信息系统呢？首先是全路行政信息管理系统，实际上是铁路运营信息系统的支撑系统，它包括全路科技项目管理、全路教育培训管理、全路干部人事档案管理等，通过全路电子邮件及办公自动化系统可以及时查询有关信息、快速传递文件、提高办事效率和安全可靠性。
其次，铁路应用信息系统是运输安全信息系统，包括道口防护及障碍物检测系统、列车轴温检测及报警系统、自然灾害报警系统、桥隧监视及报警系统、区间及车站应急抢救通信系统等，它直接面向运输安全生产，保证铁路运输的正常秩序，因此要求及时、准确和可靠。铁路应用信息系统是面向行车指挥自动化的列车控制信息系统，它包括超高速控制系统、列车定位系统、列车自动跟踪系统、无线移动闭塞系统、地面信息传输系统等。该系统的目标是缩短列车运行间隔、增加行车密度、扩大运输能力、保证高速列车的安全。
最后，是全路多媒体通信系统，它具有数据、语音、 传真、图像等综合业务传输能力，可用于全路电视会议、区间应急通信、远距离车站监控、分布式信息库的资源共享等，它极大地增加信息传输能力和速率，最终与其它各种应用信息系统一起建成铁路信息高速公路。
世界将是一个信息互动的世界，铁路运输将会是一个日渐凸现优势的一种运输业，不管相隔千里万里，都会相互联系、相互沟通、相互提供资源，创造财富。综合上述观点，推进铁路运输信息化是一项意义深远的工程，当前，落实以下几项工作尤为重要。
第一，铁路运输系统的信息资源非常广泛，除了已经开发或正在建立的各种铁路应用信息系统外，还有许多铁路信息资源可以建立新的铁路信息系统，其中包括紧密为铁路运输生产服务的，也有为社会公众和广大旅客服务的应用信息系统。因此，广大铁路职工结合本部门业务有必要，而且也有可能进一步开发铁路信息产品，开拓铁路信息市场，为铁路创造财富。
第二，铁路电务部门已从单一的电话业务发展到电话与数据业务并存的综合信息业务，并将逐步过渡到以集成语音、文本、数据和图像为一体的多媒体信息服务。相应地，随着铁路电话网的程控化和铁路分组交换数据网的建成，还将逐步过渡到全路数字数据网。开展窄带综合信息业务，并向宽带综合信息业务网方面发展。
第三，电务与机务、工务、车务等部门密切合作，尽快实现列车控制信息系统和运输安全信息系统，特别是区间抢险救灾及车站实时监控系统等。道口、路基、列车等检测
系统亦应该尽快联网运行。在各级调度中心应配置多媒体的显示、存储和告警设备。
第四，有必要在决策层成立铁路运输信息化领导小组和相应的办公室，从统一规划到组织实施，始终都是统一指挥下进行，在先进的信息平台上进行，同时又充分发挥铁路的传统优势，在国民经济信息化的过程中起到先锋作用。
参考文献：
[1]简水生：《关于建设中国铁路信息基础结构的建议》．见：中国铁道学会通信信号专业委员会编，铁路通信网发展学术研讨会论文集，铁路通信网发展学术研讨会；
[2]张全寿：《铁路信息系统与运输管理信息系统总体结构的研究》．见：中国电与信息联合会编，第二届全国智能信息技术讨论会论文集，全国智能信息技术讨论会；
关键词：铁路运输信息化、必要性、可能性
回顾我国铁路运输现代化的过程，五十年代的铁路运输信息主要是依靠一部电话来负担，铁路电话网是传输铁路信息的信息网络。当时，铁路信息资源尚未发挥其应有作用，因此信息传输速率也很低，在铁路运输中无法起到主导作用。直到八十年代末，我国铁路开始引进电子计算机，成立了铁道部和各路局计算中心，同时加强了对铁路通信信息网的建设，逐步以数据信息代替原来的电话通信。进入九十年代，随着我国铁路分组数据网的逐步建成，大容量的光纤通信开始启用，计算机开始联网，铁路运输管理信息系统开始实施。
由于铁路运输行业的特点，在客货运输的全过程中无不贯穿着社会和经济信息的产生、流动和使用，将它们有序和有效地开发和处理好铁路运输信息的资源和流向，会对扩能、安全和优质服务起到不可估量的作用，同时给铁路带来巨大的经济利益和社会效应，给人民的生活和工作带来极大地便利。面对着庞大的铁路信息资源和铁路信息市场，加快铁路运输信息化的步伐，建设铁路运输的信息高速公路已是当务之急。
郑煤集团铁路运输处所辖矿区铁路网线全长百余公里，东连京广、西临焦枝、北靠陇海三大国铁干线，毗邻郑少高速，贯穿新郑、新密、登封三市、年发送能力千万吨以上，是郑煤集团公司煤炭运往中南和华东地区的主要通道。目前，郑煤集团铁路运输处始终把搞好信息化建设作为最关键的环节来抓，建立了完善的系统，改系统建成后，能及时、准确、完整地提供车流信息，有预见地组织车流，实现紧密运输、均衡运输，发挥现有设备的潜力，充分利用通过能力而增加运输能力，从而获得了很好的经济效益。
那么如何广泛开发铁路信息资源，建立全路性或局部范围的各类铁路应用信息系统呢？首先是全路行政信息管理系统，实际上是铁路运营信息系统的支撑系统，它包括全路科技项目管理、全路教育培训管理、全路干部人事档案管理等，通过全路电子邮件及办公自动化系统可以及时查询有关信息、快速传递文件、提高办事效率和安全可靠性。
其次，铁路应用信息系统是运输安全信息系统，包括道口防护及障碍物检测系统、列车轴温检测及报警系统、自然灾害报警系统、桥隧监视及报警系统、区间及车站应急抢救通信系统等，它直接面向运输安全生产，保证铁路运输的正常秩序，因此要求及时、准确和可靠。铁路应用信息系统是面向行车指挥自动化的列车控制信息系统，它包括超高速控制系统、列车定位系统、列车自动跟踪系统、无线移动闭塞系统、地面信息传输系统等。该系统的目标是缩短列车运行间隔、增加行车密度、扩大运输能力、保证高速列车的安全。
最后，是全路多媒体通信系统，它具有数据、语音、 传真、图像等综合业务传输能力，可用于全路电视会议、区间应急通信、远距离车站监控、分布式信息库的资源共享等，它极大地增加信息传输能力和速率，最终与其它各种应用信息系统一起建成铁路信息高速公路。
世界将是一个信息互动的世界，铁路运输将会是一个日渐凸现优势的一种运输业，不管相隔千里万里，都会相互联系、相互沟通、相互提供资源，创造财富。综合上述观点，推进铁路运输信息化是一项意义深远的工程，当前，落实以下几项工作尤为重要。
第一，铁路运输系统的信息资源非常广泛，除了已经开发或正在建立的各种铁路应用信息系统外，还有许多铁路信息资源可以建立新的铁路信息系统，其中包括紧密为铁路运输生产服务的，也有为社会公众和广大旅客服务的应用信息系统。因此，广大铁路职工结合本部门业务有必要，而且也有可能进一步开发铁路信息产品，开拓铁路信息市场，为铁路创造财富。
第二，铁路电务部门已从单一的电话业务发展到电话与数据业务并存的综合信息业务，并将逐步过渡到以集成语音、文本、数据和图像为一体的多媒体信息服务。相应地，随着铁路电话网的程控化和铁路分组交换数据网的建成，还将逐步过渡到全路数字数据网。开展窄带综合信息业务，并向宽带综合信息业务网方面发展。
第三，电务与机务、工务、车务等部门密切合作，尽快实现列车控制信息系统和运输安全信息系统，特别
是区间抢险救灾及车站实时监控系统等。道口、路基、列车等检测系统亦应该尽快联网运行。在各级调度中心应配置多媒体的显示、存储和告警设备。
第四，有必要在决策层成立铁路运输信息化领导小组和相应的办公室，从统一规划到组织实施，始终都是统一指挥下进行，在先进的信息平台上进行，同时又充分发挥铁路的传统优势，在国民经济信息化的过程中起到先锋作用。
参考文献：
[1]简水生：《关于建设中国铁路信息基础结构的建议》．见：中国铁道学会通信信号专业委员会编，铁路通信网发展学术研讨会论文集，铁路通信网发展学术研讨会；
关键词：现场总线 安全技术 铁路通信 应用
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0013-02
铁路系统需要各种工业技术的支持，几乎所有工业技术在铁路系统中都有所应用。目前随着我国高速铁路大规模建设，列车运行速度不断提高，必然对信息的安全、可靠传输提出更严格的要求。因此，为了提高铁路通信系统的安全通信能力，对铁路安全数据传输的理论和技术进行研究，已经成为世界各国铁路关注和加大投入力度的共同趋势，尤其是现场总线通信技术，已经成为保障铁路系统特别是高速铁路系统安全运行的基础。
1 现场总线及安全技术的相关标准
1.1 现场总线的定义
所谓现场总线就是指利用一根总线把各种仪器设备联接在一起，构成一个完整的控制网络。因此，现场总线属于系统技术，它综合了信息技术、电子技术以及计算机技术等各种现代工程技术。
1.2 目前主要的现场总线及安全技术标准
国际电工委员会制定的IEC61158标准是目前主要的现场总线及安全技术标准。IEC61158主要包括：IEC/TR61158-1总论与导则、IEC/TR61158-2物理层规范和服务定义、IEC/TR61158-3数据链路层服务定义、IEC/TR61158-4数据链据层协议规范、IEC/TR61158-5应用层服务定义、IEC/TR61158-6应用层协议规范[1]。其中，现场总线物理层采取的本质安全（简称本安）技术在IEC61158-2中做了详细的解释和规定。本安技术己经获得世界大部分国家的认可，其国际标准化程度很高。利用本质安全技术，可以对现场总线进行带电调整和在线测量，允许系统运转时进行设备拆换[2]，能够防止电气设备与易燃易爆气体接触后可能发生的危险。为了保障安全服务，必须采取具体的安全措施。针对可能受到的威胁，系统必须具备鉴别功能、访问控制、数据完整性和数据保密性等相应的安全保障机制，即在系统模型的各个层次上，采取对应的安全服务和安全措施，以满足不同层次的安全需求。建立点-点通信是链路层的功能之一，为了保障通信安全，可采用链路加密措施实现。而流量的路由控制由网络层完成，可用IP加密传输信道技术实现网络节点间透明的安全加密信道。由传输层负责实现端到端进程通信，可采用安全套接字层SSL （Secure Sockets Layer）技术保障进程间的信息安全。利用各种中间件技术，应用层可以实现数据保密、身份鉴别、访问控制和数据完整性等安全服务，从而保障通信安全。
2 铁路系统中应用的现场总线及其安全技术
在铁路通信领域，目前应用最广泛的现场总线是CAN总线。随着铁路的发展，ProfiBus等总线逐渐在我国铁路中得以应用。下面针对CAN总线和ProfiBus总线在铁路系统中的应用及其用的安全技术进行讨论研究。
2.1 CAN总线
CAN（Controller Area Network）总线是串行通信总线，基于CS-MA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）机制，是目前国际上应用最广泛的现场总线系统[3]，且早在1993年就成为国际标准。其突出特征可概括如下[4]：
（1）CAN网络任意时刻任意节点都可任意向网络上其它节点传输数据，可实现点对点、一点对多点以及全局广播等方式收发数据；（2）CAN网络节点在报文标识符上分成不同的优先级，当网络出现冲突时，优先级较低的节点会主动退出，最高优先级的节点可继续传输数据，不受任何影响；（3）CAN网络数据传输率可达1 Mb/s，直接通信距离可达10 km；（4）CAN网络数据帧为短帧结构，抗干扰强，数据传输每帧信息都采用CRC校验，检错效果好，数据出错率低。由于CAN总线具有上述优点，因此，已经广泛应用于我国的铁路系统中，比如基于CAN总线的铁路信号微机监控系统、基于CAN总线的铁路变电站远程监控系统以及基于CAN总线的铁路车站电气火灾监控系统等等。现代高速铁路需要大容量的数据传输，而CAN总线的数据传输速率最高仅能达到1 Mb/s，另外由于CAN总线本身并不具备故障-安全特性，因此，CAN总线不适合现代高速铁路通信要求。如果要在对于数据传输率和安全性要求不是特别高的铁路通信系统中采用CAN总线构建通信网络，必须进行以下的安全改进设计。
（1）采用冗余网络结构。
如果采用CAN构建一个要求具备故障-安全性能的通信网络，可以将网络结构设计成冗余结构。采用这样的冗余网络结构，当一个回路出现通信故障时，另一个回路的使用不会受到干扰和影响，通信数据传输的可靠性、稳定性和实时性从而得到有效的保障。
（2）报文传输安全设计。
为了保障安全传输报文数据，对于CAN总线构建的故障-安全通信网络，可以采用以下设计方案：
①报文按顺序编号：对每一个运算周期内的报文进行顺序编号，不同周期内的报文编号不同。假如本周期内收到的报文编号和上周期的不同，则证明网络正常；反之，如果在规定时间内接收不到报文或连续收到编号相同的报文，则证明网络出现问题，系统应转入故障-安全状态。②报文周期传输：发送方在固定周期内连续向接收方传输报文数据，接收方对接收到的报文反复进行对比、检查，发现问题自动抛弃。报文按周期传输可以有效地减少报文延误和丢失，从而保证通信网络报文数据传输的安全性和实时性。③报文冗余校验：目前通常采用CRC循环码对报文安全数据传输进行校验，CRC循环码具有检错率高、编码简单等优点。报文添加校验码后进行发送，接收方对收到的报文采用CRC进行校验，如果添加在报文中的校验码和新产生的校验码相同，则证明报文内容无误；如果不同，就应该对报相应的故障-安全处置。④报文冗余编码：把所有的报文数据的位信息都扩展到字节信息进行发送，采用码距最大的两个字节来表示“0”和“1”两个位信息。报文冗余编码的应用，极大地提高了报文数据传输的抗干扰性能。⑤报文正、反码发送：正、反码编码规则如下―― 当信息位有奇数个“1”时，冗余校验位重复信息位；当信息位有偶数个“1”时，冗余校验位是信息位的反码。在每一帧报文数据中都设置正、反码，收到报文数据后进行解码对比，如果发现正反码校验不相同，则认为报文有误，应转入故障-安全状态。
如果接收到的报文数据能够通过以上检验要求，则可认为基于CAN构建的通信系统符合故障-安全的需求。
2.2 ProfiBus总线
目前ProfiBus总线己经被纳入国际标准IEC61158和IEC61784中，在此基础上进行消化吸收，我国制定了行业标准JB/T10308.3-2001（测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线第3部分：Profibus规范）。在所有的现场总线中，ProfiBus总线是一种不依赖于设备生产商的、国际化的、开放的现场总线，而且在欧洲工业界得到了广泛应用，ProfiBus的基本特征简述如下[5]：
（1）ProfiBus总线由OSI标准模型中的物理层、数据链路层、应用层构成，采用主从通信方式，采用故障-安全模式通信接口；（2）ProfiBus总线以EN50170标准为基础，分为通用性自动化（FMS）、工厂自动化（DP）和过程控制自动化（PA）三个部分；其中FMS和DP采用RS485接口标准，PA采用IEC1158-2接口标准；（3）ProfiBus总线采用中继器连接不同的区段，每一区段最多可以连接32个设备；（4）ProfiBus数据传输率最高可以达到12 Mb/s，报文格式为244B。
由于链路层基于IEEE802标准的令牌控制方式，ProfiBus是目前现场总线中唯一通过权威安全机构认证的总线，因此，ProfiBus在铁路系统特别是高速铁路系统中得到了广泛的应用。目前ProfiBus总线在铁路通信领域中的应用具体体现在ProfiBus-DP模块上，而且据此我国制订了国家标准GB/Z20830-2007（基于PROFIBUS DP和PROFINET IO的功能安全通信行规―― PROFIsafe）。按照IEC61508标准，PROFIsafe是唯一达到SIL3级的安全系统―― 拥有安全技术解决方案V1.30，通过了BGIA、UL、TV等权威安全机构的认证，能够满足过程工业和制造业自动化故障-安全要求。PROFIsafe的主要特征表现为[6]：
（1）PROFIsafe采用同一根电缆可以实现两个信道通信―― 安全通信和标准通信，由于在单信道通信系统上可以实现故障-安全性，因此，不需要设置冗余电缆；（2）PROFIsafe采用了具有高安全性的专利SIL监视器，而且故障-安全措施和技术被用在F-Master、F-Slave等终端模块上，因此，故障-安全等级最高能够达到SIL3级。
通信系统中的故障包括硬件故障、软件故障以及由于电磁干扰所引起的传输信道上的随机失效等，PROFIsafe的安全功能能够及时发现可能进入正常传输系统的所有危险，使通信系统的故障概率降至最低。
总之，面对我国“十二五”高速铁路规划的宏伟蓝图，铁路人必将迎来大规模开工建设的伟大时刻。要保证现代高速铁路安全运行，利用现代工业技术，特别是先进的信息技术和计算机技术建立安全可靠的通信网络势在必行，现场总线及其安全技术必将在高速铁路建设工程中有着广阔的用武之地。
3 结语
目前，我国铁路通信系统的研究开发工作在如何保证通信信号系统的高安全性方面缺乏一个完善、规范的标准和评估体系，在铁路通信系统安全数据传输方面的研究工作力度很不足，对发达国家的先进铁路安全技术的引进、消化、吸收多集中在车载设备和自动防护系统方面，权威机构对于国产铁路通信系统进行的安全技术认证严重缺乏，远远满足不了当前高速铁路快速发展的需求。
因此，在研究相关的安全评估认证体系和国际安全标准的基础上，结合中国高速铁路发展的现状，建立中国自己的铁路通信信号系统的国家安全标准己经刻不容缓。基于现场总线在铁路系统中广泛应用的现状，进一步研究、讨论现场总线的安全通信技术及相关标准，对于采用现场总线构建高速铁路安全数据传输网络，实现故障-安全通信，保障当前和今后我国高速铁路交通安全具有重大的现实意义。
参考文献
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[2] 狄利明.基金会现场总线的本质安全技术[J].化工自动化及仪表，2001，28（6）.
[3] 陈洁，李哲英.现场总线技术及其在铁路系统中的应用第一讲现场总线技术的基本概念与内容[J].铁道通信信号，1997（7）.
[4] 陈洁，李哲英.现场总线技术及其在铁路系统中的应用第二讲总线与系统简介[J].铁道通信信号，1999（8）.
关键词：高速铁路信号系统；安全评估；层次分析法；灰色理论
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）18-0075-02
铁路运输凭借其安全、快速、大容量、气候适应性强等优势，在交通运输系统中扮演着越来越重要的角色。高速铁路包括运营速率不小于250km/h的高速新线，以及改造后最高运营速率不小于200km/h的线路。我国现有高速铁路里程已超过1.6万公里，而且其智能化和信息化程度越来越高。因此，高速铁路信号系统作为列车安全高速运行的保障变得更加重要。
1.高速铁路信号系统安全评估的研究意义
高速铁路信号系统是铁路路况、行车信号等数据的采集、处理中心，也是整个铁路运输系统的控制枢纽，它涉及电子、通信、计算机和控制技术等多个领域，与整个铁路运输系统的安全和效率紧密相连。铁路信号设备发生故障或铁路信号系统出现错误，都会影响列车的正常运行，甚至导致事故，造成经济损失和人员伤亡。这就要求在高速铁路前期规划、整个建设过程、运营和维修中都要考虑信号系统的安全性能。如何在系统的整个生命周期对其进行安全检测和评估是一项复杂的任务，因此，研究铁路信号系统的安全评估问题意义重大。
安全评估，又称安全分析、安全评价、危险评价或风险评价。顾名思义，安全评估是以实现系统、工程安全为目的，运用一定的方法评价和预测拟建或者已有系统、工程可能存在的危险以及可能产生的后果，这是其广义的内涵。狭义的安全评估则是对系统固有的潜在危险及严重程度进行分析和预测并作出定量评估。根据安全评估指标，对系统的有害因素、薄弱环节进行判别，从而采用改进技术，制定相应的防范措施，尽量降低系统的失效率，提高可靠性。
2.高速铁路信号系统安全评估的方法
1）预先危险性分析（PHA）
在项目初期，通常对系统的潜在危险没有全面的把握，在这种情况下预先危险性分析（PHA）是一种比较合适的方法。PHA适用于小规模系统，是在项目设计、试验、生产或施工之前，预先对系统进行全面细致的分析，识别其中可能出现的危险、安全隐患和产生危险的条件，同时对其严重性即危险等级进行预测。针对PHA的分析结果就可以制定相应的措施以最大限度地避免潜在危险的发生。
2）专家评估法
专家评估法，顾名思义，就是由一群工作经验丰富、专业知识扎实的专家来完成评估工作。由于我国高速铁路信号系统的发展速度非常快，在安全评估中存在许多无法确定的因素（如系统工作的人员管理问题），这些难以量化的因素就必须依靠专家分析法来解决。通常的方式有表决法、评分法和安全检查表（Safety Check List，SCL）法。
3）故障模式与影响分析（FMEA）
故障模式和影响分析（Failure Modes and Effects Analysis，FMEA）将系统划分为多个子系统，也可按实际需要将子系统细分到设备元件，分析这些独立的评估单元可能产生的故障类型和故障影响。通过FMEA可以分析出元件、设备的故障类型以及可能对系统产生的影响，同时辨别出单一故障和系统故障。进而根据结果采取措施减少或避免这些影响，提高设备的可靠性。FME是故障树分析的基础，通常采用故障树分析法评估时都要先进行故障模式分析。
4）事件树分析（ETA）
事件树分析（Event Tree Analysis，ETA）是一种时序逻辑的事故分析方法，它按事故发展的时间顺序由初始事件推出可能产生的后果，以此实现危险源的识别。由于事故的发生通常是多个原因事件相继发生的结果，部分事件以另一些事件的发生作为前提条件，又可能引起其它事件。因而它们之间存在因果逻辑关系。ETA以树枝状图来表示事件之间的关系，以一个初始事件为起点，依据事故的发展顺序，分阶段一步一步进行分析，每一事件可能的后续事件取完全对立的两种状态（如成功或失败、安全或危险、正常或故障等）。通过ETA，可以进行故障诊断、分析系统的薄弱环节、实现系统的优化设计等。因而ETA在风险评价中使用较为普遍。
3.基于层次分析法和灰色理论的安全评估
1）层次分析法
层次分析法是美国运筹学家萨蒂应用网络系统理论和多目标综合评价方法提出的一种层次权重决策分析方法。AHP将要评价的对象层次化，根据问题性质和目标将其分解为不同的组成元素，按照各因素间的相互关系和隶属关系将其分层组合形成一个多层次结构模型。即通过被评价对象的影响因素及各因素的重要程度来决定评价结果。它建立在一定的主观判断基础上。最终归结为最底层（指标、措施、方案等）相对于最高层（总目标）相对重要度的权值或相对优劣次序问题。主要分为建立层次结构模型、构造判断矩阵、计算权重、最大特征根法、一致性检验、层次总排序五个基本步骤。
2）灰色理论
灰色系统理论包括灰色预测法、灰色关联度分析等多种研究方法。而在本论文中，主要用到灰色系统中的“灰数”这一概念以及灰数的白化方法。灰数，指的是对于一个研究对象，只知其大致范围却不知道其确切取值的数。灰数的白化，就是将不明确的灰数进行清晰化和确切化。在此过程中要用到白化权函数。该函数是直角坐标中的一条三折线或S曲线，用来定量地描述某一评估对象隶属于某个灰类的程度。常用的白化权函数有左升右降的连续典型白化权函数、下限级白化权函数、上限级白化权函数和三角白化权函数。
3）灰色层次法的评估过程及在安全评估中的应用
灰色层次分析法就是将灰色理论应用于层次分析法中，用不同的灰色统计数来表示不同指标对各评价等级的隶属度。“隶属度”指的是一个指标属于某一个等级的程度。区别于清晰集合里面“非此即彼”的界定性质，模糊数学通过“隶属度”这一概念将其扩展为“亦此亦彼”的界定方式，用“属于程度”来替代“属于”和“不属于”，同时把定性评价转化为定量分析。例如假设我们认为人的身高x（cm）达到180则为高个子，并且给定如下的隶属度函数：
若有一个人身高为175cm，则f（x）=0.75，即这个人以0.75的隶属度属于高个子。
在安全评估的应用中，将灰色理论和层次分析法结合，根据灰色评价矩阵和权重向量计算各准则下指标的风险矩阵，再根据准则权重向量和各准则下指标的风险矩阵计算隶属度矩阵。将系统属于各安全等级的隶属度矩阵与灰类等级分值矩阵相乘，得到系统的风险。根据最大隶属度原则及灰类分值得出系统所处的风险等级。在理论分析的基础上，选取高速铁路信号系统中的计算机联锁系统，将系统分为目标层、准则层和指标层进行分析。在专家评价样本矩阵和两两判断矩阵的基础上，根据评价流程得出分析结果。
关键字 高职院校 数字博物馆 特色校园文化
校园文化是直接影响学生健康成长的“软环境”。优秀的校园文化，能够营造浓郁的人文氛围、提升师生的精神境界、形成优良的教风学风、激发创造力、增强凝聚力、促进学生健康发展。高职教育具有行业办学比例大、行业色彩鲜明，与市场联系紧密等特点。为了让学生在校提前了解行业文化，毕业后快速融入行业的文化氛围，实现学生角色到员工角色的平稳过渡，因此需要高职院校在校园文化建设中有效融入行业文化，构建出具有鲜明行业特征的特色校园文化。
而与行业相关的博物馆作为收藏、展示、传播的重要机构，在行业文化的传播中起到举足轻重的作用，但其却受到时间和空间的限制。为了能够打破这一限制，则可以考虑利用网络这一平台，建设虚拟的数字博物馆来满足企业文化传播的作用。
下面就以湖南铁路科技职业技术学院为例，介绍其在利用数字博物馆构建特色校园文化的做法。
湖南铁路科技职业技术学院自1956年创办以来，始终坚持以服务铁路交通运输业为己任，为铁路培养了4万余名专业技术人才和管理人才，先后获得部级重点职业学校，全国职业教育先进单位、火车头奖杯等多项殊荣。学院不仅享有湘、粤、琼三省铁路“黄埔军校”的美誉，还与广州、上海、南宁、南昌、昆明、武汉等南方六大铁路局，深圳地铁、长沙地铁、广州地铁、南宁地铁、昆明地铁等南方轨道交通公司建立了长期合作的人才供求关系。55年风雨洗礼，半世纪淘沙历练，形成了鲜明的行业特色，各方面都深深地烙上了“铁”字印记。
现今，为了彰显学院的铁路办学特色，同时营造一种体现铁路行业特色校园文化。学院利用世界大学城空间这一网络平台，建设了一个具有行业文化与校园文化的深度融合特色的“铁路时空”数字博物馆。它以铁路行业资源为主体，以网络为载体，以对接职业岗位需求提升学生职业能力和素质为根本目的，为打造行业、社会与学院交流平台、教师教育教学的资源平台、学生学习职业（行业）知识、精神和文化的平台做出了有益尝试。具体体现在以下几个方面：
1.“铁路时空”数字博物馆收集了丰富的铁路信息，为教师的教学和学生的学习提供帮助。
“铁路时空”作为一个数字博物馆，收集了涵盖铁路历史、铁路人物、铁路建筑、铁路服饰、铁路教育、铁路技术等多方面的信息，并通过图文、声音、视频、动画等多种有效的手段进行展示，使其成为了一个巨大的铁路信息的资源宝库。
2.“铁路时空”数字博物馆体现了铁路文化，彰显铁路人“火车头精神”，有力培训广大学生的职业素质
“铁路时空”数字博物馆中的铁路历史、铁路人物等内容详细介绍铁路发展以及铁路人敢为人先、勇于奉献的“火车头”精神。广大同学通过这些信息的了解，能够更深刻的理解我国铁路发展的不易，能够更深刻的感受到老一辈铁路人无私奉献、勇于创新的精神，在这种铁路文化的熏陶下，广大同学明白时代赋予自身的责任。增强了自身责任意识、安全意识、服务意识，激发大家努力学习科学文化知识的积极性，为将来走入行业，走向工作岗位，打下良好的基础。
3.“铁路时空”数字博物馆强大交互功能加强行业、社会、学院三方面的信息交流
“铁路时空”数字博物馆作为一种利用网络进行文化传播的平台来讲，不仅拥有丰富的信息资源，还具有很强大的交互功能，这是传统博物馆所不能比拟的。
“铁路时空”数字博物馆的用户含盖了学院广大师生、铁路员工及关心铁路发展和铁路教育的社会人士。为了更好方便这些人的交流，“铁路时空”数字博物馆在大学城空间平台原有的评论、留言等交换功能至上又开发了资源上传平台和学习交流论坛。这一方面能够获得更多的信息资源，让更多的人参与“铁路时空”数字博物馆的建设，特别是获得广大铁路员工的手中的珍贵资料。另一方面为了让大家能够针对某些问题或者某条信息，进行深入的讨论，吸引更多人的目光。通过这些方式将行业、社会、学院有效的联系起来，促进了三方的信息沟通和交流。
随着研究的深入，数字博物馆在构建高职院校特色校园文化中的更多应用将被不断的挖掘。数字博物馆将成为构建高职院校特色校园文化最有效手段之一。
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【关键词】 铁路信号 形式化 方法
一、引言
由于系统的失效会导致出现重大生命、财产的损失就是安全关键系统，铁路信号系统就是这样的一种系统，因为当前复杂的、规模大的软件系统，使得频繁的出现需求的变更，这样导致很困难实现模型化，针对这种情况，目前常用的方法就是形式化描述需求。本文对铁路信号域形式化方法进行了探讨。
二、铁路信号系统
2.1 铁路信号域知识
铁路信号是一个有名的论域，根据传统的方法可以将铁路信号进行划分，可将其划分为车站、编组站、区间、和调度集中，当前列车自动控制系统在城市轨道交通中应用，其就属于铁路信号的一个子域。而在最近的几年中，在其他的三大子系统中也不断的应用计算机技术。在铁路信号领域中因应用计算机技术出现的问题通过人工智能的理论和方法去解决，就是铁路信号域知识形式化表示的目标。
2.2 铁路计算机信号系统
铁路信号控制包含很多个子系统，在一个调度区段内，车站连锁和区间闭塞是与列车运行紧密相关的俩大部分。现代通信、计算机等技术是车站联锁系统的主要手段，来对进路进行控制，知识一个联锁系统，在这个系统内色灯信号机、轨道电路和动力转辙机是三大室外基础设备，执行行车的指挥命令是基础设备的作用，通过联锁软件来对行车安全进行保证，对于作业效率的提高也需要通过连锁软件来实现。对于区间内列车的行车安全需要通过区间闭塞系统来实现，对于区间通过能力的安全性的提高也需要区间闭塞系统的保证，随着列车的运行区间的通过信号进行自动转换，分区信号的显示受到同时相邻车站的进站信号变化的影响。系统控制层是车站联锁系统和区间闭塞系统的核心，系统控制层也是系统逻辑运算功能的实现者，其具备故障―安全性能是非常必要的。联锁机构和控制设备不仅接受人机界面层的信息，还接受监控层的信息，监控层的信息主要包括信号机状态、轨道电路状态、动力转辙机状态和列车运行状态的信息等。根据需求处理输入的操作信息、联锁机构、状态信息、控制设备等是系统控制层设备的功能，来实现内部信息的改变，进而相应的输出信息可以产生，也就是道岔控制命令和信号控制命令，然后再监控层的控制部件得到执行。
三、铁路信号计算机系统的形式化表示方法
3.1 知识的内涵表示
铁路信号域的基本知识是由下述几个部分组成的：区域信号布置平面图、区域性数据、铁路车站、基本规则库等。规则库和单云库是构成知识库的俩部分，而单元图形库和结构库是单元库的组成部分，与铁路现场相对应的拓扑结构和图形存放在单元库中，铁路信号域的规定、定理等知识的导出规则、基本原理等存放在规则库中，处理模块进行处理实现功能是根据知识库中的知识进行的。铁路信号计算机系统必须遵循基本规则，对经验知识进行整理，成为断言的形式，然后再由断言的形式变成规则。系统的基本规则的表达是通过一阶谓词逻辑来形式化出来的。
3.2 知识的关系表达
是否具有一系列的抽象化模型是铁路信号系统形式化表达的关键，这其中很重要的就是将脱继电器网络形式信号电路的约束摆脱掉，进行更一般的表达，而且要以数据库作为基础。高度的抽象来对系统进行模型化是数据库构建的实质，对信号系统中的变量进行转化，形成若干个基本的变量，比如道岔、信号机、区段等，这些作为底层层次，而转化的进路作为高层次，横截面就是界限，其长度就是所有区段的总长，而且将一定的数量的信号机、道岔、区段包含在内，信号机、道岔、区段与进路之间相互联系。
四、总结
当前，这个系统在数个车站完成了测试工作，其正确性和有效性得到了验证，而且在铁路区间知识域也适用于这种形式化的表示方法。本文对铁路信号系统中的俩部分进行了介绍，分别是铁路信号域知识和铁路计算机信号系统，并对铁路信号计算机系统的形式化表述方法进行了探究，重点探究了知识的内涵表示和知识的关系表达。我坚信，随着铁路信号域知识不断的扩充，也需要更新知识库，而且需要不断的对铁路信号域的形式化表示进行深入的研究，以便更好地在铁路信号系统中应用。
参 考 文 献
关键词：铁路交通；灾害预警系统；管理模式；
中图分类号：X731文献标识码： A
河南能源化工集团鹤煤公司铁路运输处成立于1993年，是典型的煤矿铁路专用铁路，是世界500强河南煤业化工（集团）公司下属经营单位。主要承担鹤壁煤业公司专用铁路管理和鹤壁同力、丰鹤发电有限责任公司及鹤煤热电等铁路专用线的运营、维修业务。所辖铁路北起鹤煤公司九矿，南接京广铁路鹤壁站，线路全长65.333公里，曲线最小半径250米，最大坡度26‰，是一条典型的曲线多、半径小、道口多、坡度大的矿区铁路。现有DF12内燃机车1台，DF4DD内燃机车2台，轨道车3辆，自备车辆106辆，其他铁路专用机械设备16台（件）。建立了独立的内部通信网，实现了统一的行车调度指挥系统。
企业生产的第一核心是安全，具有强效、可靠地安全保障手段才能推进企业健康、稳定的向前发展。而铁路的交通环境和机车运行状态及驾驶员行为等任一因素都会引起铁路运输中连锁反应，造成铁路交通运输灾害，对社会带来不可避免的经济损失。
铁路交通中灾害预警主要以铁路运输过程中的安全当作研究基础，并以铁路交通中的各种灾害作为研究目标，积极探索铁路交通中灾害发生的规律、成因，然后对铁路交通中灾害实施监测和识别等，保证铁路运输的安全。要想彻底解决铁路交通中灾害预警问题，一定要建立一个可操作、合理、科学地预警管理系统。
一、铁路交通预警的运行方式
铁路交通中灾害预警的管理系统相关工作内容包含预警分析及预控对策。其中预警分析时对所有铁路灾害的征兆完成监测和识别及评价等，然后及时进行报警的管理工作，而预控是依据预警分析得出的结果，对铁路中各种灾害征兆完成矫正、预防及控制的管理工作[1]。铁路交通中灾害预警管理方式如图1所示。
现阶段，铁路中灾害征兆的预警及预控通常会形成两种结果，一种是正确且有效的管理，保证铁路安全运输，另一种是实效和错误的管理工作，经常发生铁路交通事故与灾害[2]。在此种情况下，铁路交通预警系统能够直接将铁路各种灾害作为对象，选择危机管理模式，预警和预控工作取得成功的是消除铁路灾害征兆，使铁路运输保持一个安全的运行状态，预警和预防失败的结果为铁路灾害征兆不可控制，造成事故与灾害的发生，在一定程度上损失财产，甚至危及人们的生命安全。
二、公路交通灾害预警管理系统设计
（1）公路交通灾害监测系统
公路交通灾害监测系统通过采集数据库中的交通信息，如交通量信息、公路环境信息，公路交通状态信息等，利用GIS技术将其与电子地图结合，并显示出来，用于监测当前公路交通的状况。
（2）公路交通灾害预报系统
公路交通灾害预报系统是通过交通灾害预测模型，交通灾害案例模型对可能出现交通灾害的地点进行分析预测，并将预测结果向交通管理部门或负责人员发出预报，以便及时疏导该地点的交通，预防交通事故的发生。
（3）交通灾害信息系统
公路交通的参与者可通过交通灾害信息系统查询交通灾害的预报信息，并可通过信息查询子系统查询基础地理数据库、交通灾害历史数据库、交通检测数据库、交通法规数据库、安全生产数据库的相关内容，交通灾害信息系统除建立网络系统外，还包括基于移动终端的交通灾害预警系统、事故常发地域的交通诱导系统。
（4）交通灾害处理办公系统
交通灾害处理办公系统包含交通灾害处理业务系统和交通灾害处理网上办公系统两个子系统，交通灾害处理业务系统是在接到交通灾害监测和交通事故报警后，通过GIS查找该地点最近的交通单位及救援单位，并及时发出救援指令，获取灾害地点得到第一手资料，通过灾害处理模型和专家决策模型，对交通灾害进行认定，并对交通灾害进行和处理。网上办公子系统是通过构建交通管理部门间数据传输平台，完成交通灾害，交通事故救援等任务，系统还可通过GIS结合GPS引导交通管理人员到达交通灾害地点，并实施动态透明的交通灾害信息。
（5）交通灾害预警模型
交通灾害预警模型是公路交通灾害预警系统的核心部分，其通过计算机对交通灾害预警进行辅助决策，其通过交通灾害预测模型和交通灾害预警决策模型来实现对交通灾害的预警。
1）交通灾害预测模型是通过对公路交通环境的监测，如天气、地质等影响因素；实时交通量数据，应用相应的算法，找到可能发生交通灾害的地点，然后对该地点做进一步分析，当分析所得结果超过设定阈值，认定该地域为可能发生交通灾害地域，
2）交通灾害预警决策模型是通过对预测地域的交通特性，地质环境因素等通过对历史数据库的比对，由于交通灾害出现的情况很难完全相同，因此还需通过专家决策库的辅助决策，最终决策结论作为交通灾害预警的决策信息。
三、铁路交通灾害预警分析及控制对策
（一）铁路交通灾害预警系统的分析
铁路交通中灾害预警分析主要包含检测、识别、诊断及评价。监测主要是针对铁路的交通环境和机车运行状态及驾驶员行为等，经过对相关监测信息的传播和整理分类及存贮等，构建一个可以共享的信息档案，然后把监测信息录入到下一个阶段预警中[4]。识别是利用综合评价相关指标体系完成监测信息的分析，然后识别铁路运输过程中各种灾害征兆与事故诱因。最重要的是要依据监测获取的指标值，对铁路交通运输过程中某一个环节发生事故的苗头及可能出现的连锁反应，判断出铁路运输处在正常、警戒或是危险状态，同时在必要的时候要给出准确报警。诊断主要是对铁路交通处在警戒或是危机状态时，对任何灾害因素进行分析，然后明确指出危害性相对较大的致灾因素。另外，评价是对已经被确诊的铁路交通事故完成损失评价。首先，具体分析出铁路运输部门的经济损失及损失趋势，其次分析、评价对社会带来的经济损失。而评价结论是铁路运输预警系统预控的基础。
（二）铁路交通运输灾害预控的对策
通常情况下，铁路交通中灾害预控的措施包含组织准备和平时监控以及危机管理。首先是组织准备，其是预警管理工作的主要保障，能够为铁路交通处于危机情形下的相关管理提供组织训练及对策。主要包含制定和落实预警管理相关工作制度、标准级规章，为报警系统提供服务[5]。其次是日常监控，其主要对铁路交通中灾害完成实时监控的管理工作，包含的任务主要有两个，其中一个是日常对策，另一个是危机模拟。前者是防止或是避免铁路交通事故的发生，保证铁路交通运输的顺利运行。后者是在平时对策工作中及时发现一些难以控制的铁路交通灾害诱因，并对极有可能出现铁路交通事故进行假设与模拟，然后总结出相关解决措施，为铁路交通运输步入危险情形做好一切准备。最后是危机管理，其主要指平时监控不可改变的局面进而陷入到交通危机情形时，可以拟定危机计划，尤其是领导小组的急救员体系和社会救助方案等引进铁路交通运输管理过程中，如果铁路交通危机情形恢复到正常，那么危机管理就已经完成的任务。
四、结束语
创建铁路交通运输灾害预警系统，关系到各个部门和各个专业，而且是多门学科之间的交叉和融合，也是一个综合性较强的研究及开发领域。因此，一定要设计出一套相对完善、简单、实用的监测评价指标，确保指标的有效性和敏感性及可测性。将铁路交通运输灾害征兆转变成铁路交通危机，然后选择合理、科学对策且严格落实，一直到铁路交通恢复到正常运行，从而保证铁路交通运输的安全性。
参考文献：
[1]陈昆鹏.铁路智能交通运输系统（ITS-R）在铁路自然灾害预警系统的研究与应用[J].科协论坛（下半月），2011，（3）
[2]禹志阳等.中国西部铁路行车安全现状分析及对策研究[J].全国第二次安全科学技术学术交流大会会议论文.2012，6（11）129133
[3]陆钰彬.西南山区高速铁路路堑高陡边坡安全性评价体系研究及其应用[D].西南交通大学硕士学位论文.2011，（5）
[4]刘林.京沪高速铁路地震预警系统的方案及关键参数研究[D].中国安全科学学报.2010.12（4）：7579
关键词：铁路信号；微机监测网络系统；构建
信号微机监测系统是铁路上非常关键的设备，他能够维护车厢运行安全、对铁路信号设备的运行情况进行检测与监督，提高信号管理质量，信号微机监测网络系统的形成体现出铁路信号技术的进步、完善与发展。这一系统的优势体现为：通过微机系统来迅速处理信息，加强对信号设备的实时检测与监督，加强故障问题的判断、分析和处理，凭借微机系统信息高容量、高速处理能力来加强对数据的存储、记录、分析与总结，这一信号监测系统实现了同网络世界的链接，利用网络的先进功能来提高管理效率。
一、铁路信号微机监测网络系统简介
作为铁路系统运行过程中最关键的交通安全设施，能够有效支持信号设备的状态检修，利用这一网络系统能够有效确保信号设备的安全度，提高接合部管理水平，积极维护铁路系统运行现场的修理。铁路信号微机监测网络系统能够对铁路系统的整个运行过程进行跟踪、记录与管理，实现对安全问题的监测、对事故故障的事后分析，达到维护系统安全运行的良好效果。
以往的信号微机监测系统单纯局限于通过微机技术来对信息进行处理、监督与监测等等，从中判断、诊治故障问题，对相关信息自动加以储存、分析、总结与反馈等等。
随着信息技术的发展，铁路信号微机监测系统也实现了同网络世界的链接，朝着网络化方向发展，在已有的监测系统上利用广域网数据传输系统，把来自于火车站、电力等等同上层网络系统相链接，打造出一个健全完善的网络监测系统。
这个广域网数据传输体系发挥着数据传输的功能和作用，他能够支持信息在不同计算机系统之间的传播与输送，例如：路由器、集线器等等，达到对整个信号系统的统一监督和控制，无需过多的人员监控，有效节省了人力成本，能够更加高速、快捷地找到各项设备故障问题，从而确保了铁路交通系统的工作效率。
二、信号微机监测系统组网分析
因为铁路交通系统的特点就是路线长、站点多、站与站距离较远，因此，要想确保整个铁路交通系统的各个站点、线路有效联系起来，实现相互之间的信息传输与交流，达到整个铁路系统的网络链接就要引入计算机信息技术。
1、微机监测网络的结构模型
信号微机监测系统主要发挥着远程监测与控制功能，通常是对铁路线路上各个站点间、信息装置以及铁路交通线路间信息传播与传递情况的监控，能够对整个铁路系统中的故障、问题等进行及时捕捉、提前预测、发出警报等等，从而确保火车安全运行。
根据相关的法律法规中的规定，信号微机监测系统通常包括三个层面，具体如下图所示：
在这三个监测层中，电务段层发挥着同上级部门网络链接的作用，整个系统的结构呈现为树形。
2、广域网
广域网通常的覆盖范围较广，最短距离在几十千米，最长能够达到几千千米，线路通常选择公共交换的形式。因为铁路交通系统线路长、站点多，基于这样的特点，在电务段层通常选择广域网的网络模式，通过这一网络来实现不同站点、不同方位的数据链接与信息联系。
在空间结构上，广域网需要选择星形网络拓扑结构，同时选择环网的链接方式，从而确保网络运行的安全、稳定。通过这种方式即使网络通道发生了切断，也依然能够维持不同网点间正常通信，实际工作过程中，也能够有效确保通信效率，带来良好的通信效果。在环网链接模式下，需要在各个车站中配置一个路由器，并在网络中心处设置一个多口路由器，这样就实现了不同站点共享网络流量，达到了彼此间信息有效沟通、交流的功效。
3、信号微机监测网络系统的管理
这一网络系统能够发挥网络管理的作用，在各个端口，都能够凭借形状、符号、线路图等方式来呈现不同网络节点之间的链接情况，也能够呈现出监测程序的链接情况。
其中选择曲折、迂回的网络通道来构成回路，因为这样能够有效克服由于各别站点出现故障或其他意外问题时，整个网络系统被切断的风险。
在这一网络系统内部设置一个监控服务器，在路由器这一网络系统媒介的帮助下，服务器实现了同各个站机的链接，具体链接方式为：迂回通道串行，这样就能够打造一个良好的广域网，而且这个网络系统中的任何一个站机、信息处理器等都配置了一套属于自己的站码、IP地址、电报码等等，这些配置具体的作用如下表：
（1）站机
主要包括微机主机、电源、数据采集设备、广域网路由器、CAN网等等。整个系统承担着采集信息、归类数据、分析与处理信息等等，同时会把所搜集到的信息里有网络设备来输送至服务器。
（2）服务器
服务器是整个微机监测系统的核心，发挥着信息管理中心的职能和功效，负责监测信号数据，实现信息通讯。
具体的功能和作用体现为：对站机的信息和数据进行接收与储存，向站机输送命令，并负责执行相关操作，向终端机输送信息数据并供其查询等等。
（3）监测终端
监测终端主要由人工进行运行，负责对管理范围内车站相关数据信息的查询与管理，形成报表数据进行汇报并总结。具体的数据累计、模型以及图形等都能够被真实、清晰地打印出来，而且监测终端也可以将通讯网络结构拓扑图、实际的通信状况等信息明显地呈现出来，从而开展科学网络规划、分析与管理，为大众用户带来一个便捷、自由又易于观察和操作的交互环境。
4、TCP/IP
铁路信号微机监测网络系统采用TCP/IP协议，形成一种约束，其中对通信规律做出了详细规定，在这一协议的规定与约束下，铁路信号微机监测网络系统能够发挥良好的通信功能，确保通信安全、稳定，而且这一协议具有广泛的适用性，能够适应不同类型的网络通道和现实的物理通道，同时能够随着通道的优化来不断提高自身性能。■
总结：
铁路信号微机监测网络系统的构建与形成是铁路信号监测系统优化升级与发展的体现，必须加强对网络系统的优化管理，提高系统运行效率，发挥网络信息技术的优势功能，确保其有力支持铁路信号微机监测系统的运行与发展，维护期功能与作用的积极发挥。■
参考文献
[1]魏艳.罗永康. 基于C/S和B/S模式结合的铁路信号微机监测网络系统[期刊论文]-铁路通信信号工程技术2011，4（3）
[2]王伟峰.王强.嵌入式网关在铁路信号微机监测系统中的应用[期刊论文]-铁路通信信号工程技术2011，5（1）
[3]尹春雷.关于铁路信号微机监测未来发展的探索[期刊论文]-铁路通信信号工程技术2009，6（5）
