“智慧網優”技術，首次把鐵路聯調聯試從線下搬到線上，完成新建京雄高鐵通信GSM-R測試僅用了5天。“之前測試一條新線的通信信號，需要加裝各種設備的軌道車，全線來回測試3個月。”中國鐵建電氣化局京雄城際四電項目總工程師張望説。
雄安新區首個最大基礎設施——京雄城際北京段聯調聯試結束，于9月5日進入試運營階段。這條國鐵集團按最高標準建設的智慧高鐵，創新了多項新技術，GSM-R通號工程首用的“智慧網優”則是其中之一。
京雄城際鐵路于2018年2月28日開工，線路全長92.4公里，設計時速350公里，北起京九鐵路李營站，全線設黃村、大興機場、固安東、霸州北、雄安5座車站。北京段為北京李營站至大興國際機場站，通車運營後，旅客搭乘高鐵從北京西站出發到大興國際機場僅需20多分鐘。
通信網路跟不上高鐵智慧化腳步
行動通訊系統是高鐵安全運營的重要保障。“保證一個穩定的通信網路是規劃的基礎和基本要求。”國鐵集團信號專家説，信號覆蓋弱或中斷，都將導致鐵路運營通信不暢。
記者了解到，鐵路現在採用的信號是GSM-R網路，是專門為滿足鐵路應用而開發的數字無線通信信號系統，由交換機、基站、機車綜合通信設備和手機等設備組成，可以提供無線列控資訊傳輸、應急通信和組呼通信等業務，滿足鐵路生産中的通信需求。“目前，由於鐵路網路規劃較為籠統，導致在聯調聯試階段需要進行大規模的網路優化，選擇出一個最佳線路設計，工作量巨大。”張望説，現有的網路優化，要依靠低速車反覆測試，再加上人工調試，效率低、時間長、開銷大、難推廣。
高速鐵路向智慧化發展，亟須研究高精度智慧網路優化技術。
地理資訊、定位、信號射線組成BIM模型
京雄高鐵始發站靠近北京西站，為特大型鐵路樞紐，線路走向與京滬、京九鐵路存在交叉並線區段，無線網路規劃複雜，頻率資源極其緊張。“一旦信號串線，將給高鐵運營造成極大的安全隱患。”中國鐵建電氣化局京雄城際四電項目經理西窮説，信號調試至關重要。
依託京雄高鐵，通信信號工程展開了高精度智慧網路優化技術。項目聯合國鐵集團、北京交通大學、華為公司和中國鐵建等高校企業，組成京雄智慧網優團隊，首次基於BIM+GIS的GSM-R射線跟蹤技術，將京雄高鐵沿線的地理資訊與無線電波信號，以數據形式建立BIM模型，形成京雄智慧網優課題——“基於大智雲的鐵路行動通訊高精度智慧網路優化技術研究”（以下簡稱智慧網路優化研究）。
“這個課題就是利用地理資訊系統（GIS）和建築資訊技術（BIM），建立準確的鐵路場景三維模型。輸入高性能平臺進行射線跟蹤倣真，將無形的電波傳播等效為形象的射線，實現無線信號和傳播場景的可視化疊加與三維呈現。”張望説。
測試全放在軟體中進行倣真
張望介紹説，在智慧網路優化研究課題中，北京交通大學完成了基於高性能計算平臺和雲計算架構，研發了兼具“準確性、高效性”的高性能射線跟蹤倣真演算法，實現高精度的鐵路場景無線覆蓋預測。
“課題首次在鐵路通信領域進行信號倣真，即根據射線跟蹤倣真的無線覆蓋大數據，利用人工智慧演算法對天線高度、天線下傾角與水準方位角、發射功率等無線空口參數進行自動優化。”專家認為，這個信號倣真達到了“準確高效、一鍵完成”。
“利用基於BIM＋GIS的GSM-R射線跟蹤技術，京雄智慧網優團隊結合地形和基站特性，對設計進行充分優化，給出合理安裝角度和發射功率，通過實測數據，驗證了智慧網優預測模型的良好準確性，為聯調聯試工作打下了堅實基礎。”西窮説。
“聯調聯試開始後，面對著調試範圍廣、地點多、週期短、隧道內無信號等諸多困難，京雄智慧網優團隊僅僅利用5天時間，就先後通過GSM-R全基站、奇數站、偶數站三個場景下所有指標，完成了京雄城際項目GSM-R聯調工作。”張望透露，智慧網路優化研究已開始申報北京市科技進步獎。
