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姜 毅，国家铁路局装备技术中心

邸奥杰，国家铁路局装备技术中心

董玉圻，国家铁路局装备技术中心

陈明阳，英国伦敦大学学院

摘要：针对当前铁路无线电监测体系建设尚不完善，监测基础设施还不完备，监测技术能力仍有欠缺等问题，深入分析铁路无线电监测特点和所面临的挑战，提出铁路无线电监测体系建设整体思路：遵循“移动式监测为主，固定式监测为辅，便携式监测补充”的建设原则；构建多层级联动的监测系统，逐步形成覆盖全国铁路主要线路的监测站（网）；坚持因情施策，根据不同监测任务选用合适的监测方式。在此基础上，给出体系建设的具体建议，为铁路无线电监测站（网）规划建设提供参考。

关键词：铁路移动通信系统；铁路无线电监测体系；铁路无线电监测站；铁路无线电监测网；铁路无线电监测设备；铁路无线电监测方法

铁路移动通信系统主要用于承载铁路列车运行控制、重载列车机车同步操控和铁路行车指挥调度等关键通信业务，在我国铁路高速发展过程中发挥了关键的支撑作用。铁路移动通信系统的正常运行依赖于周边良好的电磁环境，随着我国无线电通信技术的快速发展，铁路沿线、站场周边各类无线通信设备数量急速增长，电磁环境日益复杂，干扰问题日趋严重，给铁路无线电通信带来巨大安全挑战。近年来，承载高速铁路CTCS-3级列控系统车地通信的GSM-R系统因受到无线电干扰造成通信中断，进而导致CTCS-3级列控系统降级，并引发列车降速甚至停车的事件呈多发、频发态势，特别是运行速度为350km/h的繁忙线路，如果因无线电干扰导致列车降速运行，将对铁路运输效率和行车秩序产生不利影响。铁路无线电监测是发现和排查无线电干扰，维护铁路无线电波秩序，保障铁路运行效率和运输安全，支撑铁路无线电管理的关键技术手段。当前铁路无线电监测技术应用刚刚起步，技术体系有待完善，监测设备研发和监测站（网）建设等还不完备，短期内对重点线路的监测能力还十分欠缺，急需对铁路无线电监测体系、技术装备等关键问题进行系统性研究，确定工作目标和发展方向。

1 研究现状

针对铁路无线电监测的相关理论和实用性研究主要集中在GSM-R系统上。其中，国家和地方无线电管理机构较早开展了监测系统相关研究工作。2012年，国家无线电管理机构发布《GSM-R电磁环境保护技术方案（试行）》，提出了由固定监测小站和数据处理中心组成的GSM-R专用监测系统框架及相关技术要求。在此基础上，湖南省无线电管理机构联合广州铁路集团有限公司，结合湖南省无线电管理实际和武广高铁无线电监测需求，制定了武广高铁GSM-R频率监测系统建设相关方案和标准，建设了武广高铁湖南段GSM-R频率网格化实时监测系统。2017年起，山东省无线电管理机构也在京沪高铁山东段建设了GSM-R频率保护专用监测网，2条高铁线路的无线电监测均以固定监测为重点，监测覆盖范围有限。

铁路行业方面，相关实用性研究主要集中在利用便携式监测设备对铁路GSM-R频率干扰进行分析和排查上。一些研究者开展了利用固定监测站对GSM-R频率干扰进行实时监测的研究和试验，近几年也出现了利用车载移动监测站开展监测的尝试，但主要还是针对某一重点场所或线路区段，缺乏整体统一的监测体系规划。文献［12］虽然提出建设铁路无线电干扰监测和台站数据管理系统的初步构想，但未能给出规划建设重点和关键技术要求。对照《工业信息化部关于加强无线电监测工作的指导意见》（工信部无〔2019〕57号）和《铁路无线电管理办法》（工业和信息化部 交通运输部令 第56号）相关要求，当前铁路系统无线电监测站（网）建设以及体系建设还处于探索阶段，急需明确铁路无线电监测站（网）建设原则、整体架构，以及满足铁路需求的监测方式和相关设备的功能要求。

2 铁路无线电监测特点

2.1 监测场景

近年来，我国铁路建设快速推进，截至2022年底，全国铁路营业里程达到15.5万km，其中高速铁路达4.2万km，已基本形成布局合理、覆盖广泛、层次分明、安全高效的“八纵八横”路网布局。铁路无线电监测应以铁路线路为主，应用场景可分为铁路客站、铁路枢纽、编组站、正线线路等。同时，从铁路线路周边环境来看，铁路无线电波传播场景复杂多样，既包括城市、平原、山区、水域等一般地形，还包括大量的水面桥梁、高架、路堑、隧道等特殊地形，且不同地形相互交融，监测环境、地形条件复杂多变。研究表明：由于铁路所覆盖的复杂自然和人造地形，与公众移动网相比，铁路无线电波具有特殊的传播特性究。

2.2 监测重点区域

铁路列车运行轨迹的线性特性决定了铁路无线电网络覆盖的带状分布特点。如图1所示，相较于公众移动网用户设备的离散空间分布，铁路移动通信系统车载无线设备的接收天线均统一集中安装于列车顶部，高度相对固定，距轨面4～4.5 m。因此，铁路无线电监测应更关注沿轨道方向距轨面一定高度的固定空域。对于铁路线路无线电日常监测，传统的固定监测站方式一方面很难完全覆盖铁路线路，另一方面也难以找到合适的监测点位以准确评估轨面上方固定空域的电磁环境态势，为此提出利用装载于铁路列车上的无线电监测设备来开展移动监测。

3 铁路无线电监测面临的挑战

3.1 铁路沿线无线电电磁环境日益复杂多变

近年来，我国公众移动通信网络实现了从2G、3G到4G、5G的飞跃式发展，无线电频谱空间呈现出多种制式并存、电磁能量剧增、低频资源逐渐饱和的整体发展趋势。以GSM-R为例，如图2所示，其周边部署有公众移动网络的GSM系统、CDMA系统，以及正在重耕应用的LTE系统，电磁环境日益复杂多变，这些系统均可能对GSM-R系统产生干扰。

国家铁路局利用综合检测列车对GSM-R网络电磁环境开展了动态检测，至2021年底，累计覆盖线路里程12万km，发现各类干扰387次，平均每百公里发现干扰0.3次。其中，受干扰最严重的线路上，277 km共发现干扰21次，平均发现干扰7.6次/百公里。在所有发现的干扰中，外网频率占用53次，约占13.7%；大信号阻塞干扰291次，约占75.2%。这2种干扰占所有发现干扰的近90%。进一步分析发现，电信运营商对铁路GSM-R网络干扰较为突出。外网频率占用多为公网电信运营商占用部分GSM-R专用频点，大信号阻塞干扰也多来自沿线电信运营商GSM基站、CDMA基站或LTE基站。由于列车运行速度快，车体穿透损耗高，各电信运营商为保证公众网络通信质量，往往采取在铁路沿线增加基站密度，提高覆盖强度等措施，这也是导致GSM-R大信号阻塞干扰的主要原因。近年来，随着LTE网络的重耕部署，由LTE基站导致的干扰将越来越多。相关研究也表明，LTE系统可能对GSM-R系统的列车运行控制类数据业务产生负面影响，导致传输干扰时间变长、传输无差错时间变短。

3.2 铁路无线电监测基础设施建设尚不完备

当前，铁路部门部署的固定监测站尚属初级阶段，铁路无线电监测主要采用便携式监测设备和利用综合检测列车进行检测。综合检测列车搭载了GSM-R无线电电磁环境监测系统，可对全国范围内GSM-R线路开展周期性电磁环境检测。然而，综合检测列车是专门为铁路工务、电务、供电等基础设施检测而设计的高铁列车，造价高昂，目前国家铁路配属了十余列检测列车，难以实现铁路全路网无线电电磁环境的短周期态势感知，且随着我国铁路线路里程的快速增加，其检测能力有待于进一步提高。另外，地方无线电管理机构也在不断加大对铁路无线电监测基础设施投入。湖南省无线电管理机构在武广高铁（湖南段）沿线建设了80座GSM-R固定监测站，山东省无线电管理机构在京沪高铁山东段沿线建设固定站6座，覆盖范围有限，如在各省、自治区推广应用，则投资巨大。可见，当前铁路无线电监测基础设施建设尚不完备，全网实施短周期的监测能力还十分欠缺。

4 铁路无线电监测体系建设思路

4.1 建设原则

由于铁路无线电监测场景是以铁路线路为主，且监测有效区域为轨道上方线状固定空域，若采用固定监测站方式，虽可实现长时段连续监测，但相对于全国铁路网来说，投资大，可实施性不强。因此对于大型站场、铁路枢纽以及干扰多发地段，采用固定监测技术可实现有效的监测覆盖。相较于全国15万km的铁路线路，从经济性和适用性考虑，铁路无线电监测设施可采取“移动式监测为主、固定式监测为辅、便携式监测补充”的建设原则，同时结合国家和地方无线电管理机构监测网站建设，可以有效提升铁路无线电监测能力，达到保护铁路专用无线电频率的目的。铁路部门有必要加大综合检测列车检测能力建设，提高移动监测覆盖度，进一步探索在运营动车组或机车上配备车载无线电监测传感器，拓展移动监测能力。

4.2 铁路无线电监测系统

为有效组织和管理全国铁路无线电监测工作，有效感知和掌握全国铁路无线电电磁环境，应在铁路主要线路构建多层级联动的铁路无线电监测系统，形成覆盖全国铁路各线的监测体系。如图3所示，铁路无线电监测系统可由国家级和地区级2级数据处理中心，以及车载式、固定式和便携式等无线电监测设备构成。

4.2.1 数据处理中心

铁路无线电监测系统采用二级管理模式，每一级均由数据库服务器、应用服务器、用户终端、维护终端等硬件设施和相关软件系统构成，并使用专用通信网络连接。其中，国家级数据处理中心应具备全国范围的监测任务管理、监测数据汇总分析等功能；地区级数据处理中心应具备本地区监测任务管理、监测设备管理、监测数据汇总分析等功能。各类监测设施、网络关键设备，以及网络安全专用产品等应满足国家网络安全相关规定和标准的要求，并采取必要技术措施防范设备“后门”、软件漏洞以及网络侵入和攻击。

4.2.2 铁路无线电监测设备

铁路无线电监测设备包括车载式、固定式、便携式监测设备等，主要开展铁路无线电日常监测、专项监测、干扰排查等工作。

1）车载式监测设备是指设置在综合检测列车、电务试验车、动车组（含机车）、汽车等运载工具上，在移动状态下实施监测的无线电监测设备。根据不同的用途和功能，车载式监测设备可分为3类：①列车装载式移动监测站，指安装在综合检测列车、电务试验车上的全功能无线监测设备；②列车装载式监测传感器，指安装在运营动车组（含机车）上功能简化的监测传感器设备；③汽车装载式移动监测站，指安装在符合无线电管理特种车辆规定的汽车上的车载移动监测站。

按照“移动式监测为主”的原则，综合检测列车、电务试验车，动车组（含机车）上设置的第1类和第2类车载式监测设备是开展铁路无线电日常监测的主要手段，并按不同列车类型配置与之相适应的车载式监测设备。汽车装载式移动监测站主要与便携式监测设备相配合完成铁路沿线的干扰排查工作。

2）固定式监测设备是指设置在固定处所可开展长时间连续监测的无线电监测设备。考虑铁路无线电监测场景需求，以及固定监测设备特点，固定监测设备可设置在大型车站、编组场、铁路枢纽等无线电频率使用较为密集的区域，实现对覆盖区域内铁路无线信号的日常监测，也可设置在铁路无线电干扰频发区段，实现对频发干扰的阶段性监测和排查。

根据不同的用途和功能，固定监测设备也可分为3类：①标准型固定监测站，长期固定架设、功能全面，主要用于铁路枢纽、车站、编组场、边境铁路口岸等处所的长期监测；②可搬移式固定监测站，可临时架设于重点区段，开展相对较长时段监测，主要用于对铁路干扰频发区段的阶段性监测和排查；③固定监测传感器。小型化、简约化、低成本的固定监测设备，功能限于监测数据采集，需在数据处理中心对其采集数据进行分析。

3）便携式监测设备作为固定、移动监测站的必要补充，主要用于干扰排查以及在监测系统覆盖范围外、移动监测设备无法进入的区域进行无线电信号测量和测向等。

4.3 监测方式

如图4所示，从铁路无线电监测和保护需求出发，铁路无线电监测任务可分为日常监测、干扰排查和专项监测。铁路无线电监测应坚持因情施策，根据不同监测任务，选用合适的监测方式。

4.3.1 日常监测

日常监测是指利用固定监测站和移动监测站，收集分析频谱、信令、通信质量等特征数据，发现疑似干扰区段的日常保护性监测工作。日常监测包括铁路线路监测和大型场站（含铁路枢纽）监测。铁路线路监测是铁路无线电监测最主要的任务，通过安装在动车组（含机车）上的车载式移动监测设备，在列车实际运行过程中对无线电电磁环境进行移动监测。大型场站（含铁路枢纽）监测应采用固定监测的方式，通过在铁路大型车站、编组场、铁路枢纽等重点区域设置固定监测设备，实施对铁路无线电信号的监测。

4.3.2 干扰排查

干扰排查是指根据日常监测结果，对疑似干扰进行特征测试、类型判定、定位查找、确定干扰源的过程。干扰排查包括常规排查和干扰频发区段排查。常规排查主要采用安装在汽车上的车载式移动监测设备和便携式监测设备；干扰频发区段排查主要在铁路线路干扰频发区段，在一段时间内临时部署可搬移式固定监测设备。

4.3.3 专项监测

专项监测是指为了特殊保障目的，在特定时段特定区域内开展的专门性无线电保护性监测和干扰排查。一般可采用移动监测、固定监测设备和便携式监测设备相结合的方式开展。铁路无线电监测任务中包括边境铁路口岸无线电监测和协助重大活动保障监测。

1）边境铁路口岸无线电监测。当前，我国已与朝鲜、俄罗斯、蒙古、哈萨克斯坦、越南、老挝等6个周边国家的铁路实现了互联互通。为保障边境铁路运输安全，有效维护我国铁路无线电权益，可采取固定监测设备和便携式监测设备相结合的方式，开展边境铁路口岸无线电专项监测。主要工作内容是通过监测境外无线电频率对我国铁路无线电信号的干扰情况，建立边境铁路口岸台站和频率数据库，为铁路无线电台（站）的国际台站申报和频率协调提供依据。

2）协助重大活动保障监测。在与铁路相关的重大活动中，按照国家无线电管理机构的统一安排和部署，配合开展铁路关键处所的无线电监测，协助重大活动保障。

如表1所示，不同的监测设备设施可单独或组合开展不同的监测任务。明确监测任务后，可根据实际需求和可用设备设施资源，灵活选用与之相适应的监测设备设施。

注：“■”为可适用项目。

5 结束语

铁路无线电监测对保护铁路移动通信系统专用频率至关重要，2021年发布实施的《铁路无线电管理办法》（工业和信息化部 交通运输部令 第56号），对规划建设和使用铁路无线电监测站（网）提出了具体要求。本文在深入分析铁路无线电监测特点和所面临挑战的基础上，从全局角度出发，提出了铁路无线电监测体系设计思路，以期为制定铁路无线电监测系统相关标准和规划建设铁路无线电监测站（网）提供有益的参考。

来源：《铁道通信信号》编辑部