我國鐵路信號系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、我國鐵路信系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展鐵路是國民經(jīng)濟的大動脈，對國家的發(fā)展起著重要作用。由于鐵路運輸?shù)某杀镜?、效率高、安全、并且?jié)約能源，目前世界各國都在加快研究鐵路運輸技術，現(xiàn)代鐵路正向高速、重載、高密度方向發(fā)展。鐵路信號系統(tǒng)不僅是列車安全運行的保障，也是提高鐵路效率的重要設備，是現(xiàn)代化鐵路系統(tǒng)中不可缺少的部分。我國鐵路信號系統(tǒng)現(xiàn)狀由于歷史的原因，我國鐵路在誕生初期由不同的外國資本所控制，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，因而信號不統(tǒng)一，設備簡陋，制式混亂，器材規(guī)格各異。建國以后，經(jīng)過50多年的建設，我國鐵路信號系統(tǒng)已基本達到體系完整、產(chǎn)品配套、信號統(tǒng)一的成熟階段，實現(xiàn)了由機械信號向以繼電技術為主、逐步向電子信號系統(tǒng)過渡的

2、轉變。但隨著我國經(jīng)濟的快速增長，當前的鐵路信號系統(tǒng)表現(xiàn)出如下不足之處。1自動化程度尚須進一步提高。繼電技術雖然成熟，但設備體積較大，難以實現(xiàn)智能控制和聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)測。隨著微電子技術的發(fā)展，在工業(yè)控制領域中，繼電控制技術已逐漸淘汰，取而代之的是PLC、微機控制等智能控制技術。與工業(yè)控制領域相比，我國鐵路信號系統(tǒng)還大量采用繼電控制設備，雖然也逐漸采用了一些計算機智能控制設備，但發(fā)展步伐較慢，難以形成大規(guī)模的綜合控制體系，在提高整體效率及優(yōu)化資源配置方面的效果不夠明顯。2安全性不夠高。受到自動化程度的限制，行車調度指揮工作過多依賴人力，列車的控制也主要依賴司機對地面信號的觀察與判斷。隨著列車速度的提高

3、以及密度的增加，行車調度指揮工作越來越繁忙，調度員在長時間的工作中容易出現(xiàn)疏忽，不僅會降低工作效率，也會直接影響到列車的安全運行。而當列車速度超過160km/h后，僅僅依靠司機的視力已經(jīng)無法保證列車安全運行。3管理分散。鐵路系統(tǒng)是一個整體，不同時間、不同地區(qū)的情況差異很大?，F(xiàn)有的鐵路信號系統(tǒng)中通信手段落后，信息傳遞速度慢，無法從整體上合理配置資源，盡管已經(jīng)安裝了微機監(jiān)測系統(tǒng)但還沒有真正地發(fā)揮作用。4管理水平落后。我國的鐵路系統(tǒng)過去一直是由政府部門來管理，現(xiàn)行的管理機制使得鐵路系統(tǒng)人員臃腫，辦事效率低營銷手段落后，資源得不到合理利用。在當前市場經(jīng)濟條件下，鐵路系統(tǒng)作為物流環(huán)節(jié)中的重要組成部分，應

4、當由企業(yè)而不是政府機關來管理，引進現(xiàn)代化企業(yè)的管理機制，以提高效率，增加效益?，F(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)鐵路信號設備最初是作為鐵路行車的一種安全設施發(fā)展起來的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路網(wǎng)越來越復雜，列車的速度與密度都在不斷增加，對鐵路信號設備的要求也越來越高。面對微電子、控制、信息技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化鐵路信號系統(tǒng)已不僅僅是保障鐵路安全運行的部分。而是整個鐵路系統(tǒng)安全、高效運行的控制系統(tǒng)。下而分別介紹幾種有代表性的列車運行控制系統(tǒng)。2.1ATCS北美的ATCS(AdvancedTrainControlSystem)是70年代末期，由加拿大鐵路公司最早提出的，之后又有美國鐵路公司參與研究，1984年由美國鐵路

5、聯(lián)合會和加拿大鐵路聯(lián)合會共同宣布建立。ATCS是一個開放的、模塊化的系統(tǒng)，允許用戶根據(jù)需要選擇不同廠家的產(chǎn)品。ATCS可以分成4個層次，用戶根據(jù)自己的需要來選擇系統(tǒng)。級別10：簡單的計算機輔助調度系統(tǒng)，調度員與列車通過無線系統(tǒng)聯(lián)系，主要進行語音通訊。級別20：在調度中心與列車間增加了數(shù)據(jù)通信，調度中心能夠獲得更多列車上的數(shù)據(jù)，并且可以直接向列車發(fā)送各種指令。級別30：增加了列車定位設備，控制中心根據(jù)每輛列車的位置與速度信息統(tǒng)一的指揮，形成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。級別40：在級別30的基礎上增加了統(tǒng)一的級交通控制系統(tǒng)，形成了由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡連接的復雜計算機控制系統(tǒng)，可以提高整個鐵路系統(tǒng)的效率?？梢钥闯觯珹

6、TCS實質上是采用先進計算機與數(shù)字通信技術的閉環(huán)分散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的最大特點是根據(jù)鐵路中各列車的速度、位置信息精確地調度列車，保障列車安全運行，達到增加列車密度、提高列車速度的目的。ATCS主要由5個功能模塊構成：調度系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、沿線設備、機車車載設備和線路維修車載設備。準確測量列車的位置與速度是ATCS得以實現(xiàn)的前提條件。根據(jù)線路上應答器給出的位置與列車上速度表顯示的速度計算出列車的位置，這是測量列車位置的主要方法。全球定位系統(tǒng)GPS的定位精度更高，但GPS屬于美國軍事系統(tǒng)，因而ATCS僅采用它作為輔助的定位手段。2.2ETCS歐洲國家多，國土面積小，各國內部的鐵路網(wǎng)很密集，而且使用的

7、信號系統(tǒng)標準不統(tǒng)一，給列車的跨國運行帶來了大困難。歐盟為了實現(xiàn)歐洲各國鐵路互通運營，提出了ETCS(EuropeanTrainControlSystem)。該系統(tǒng)的最大特點是提出了ETCS總線，可以與各國鐵路系統(tǒng)兼容。與ATCS相似，ETCS也是模塊化系統(tǒng)，本身由一系列開放的協(xié)議、技術規(guī)范構成，使不同的設備制造廠商都可以參與競爭，為用戶提供更大的選擇余地，有助于減少改造設備所需的投資。ETCS主要由3部分組成。1EUROCAB，即車載設備。與ATCS的車載設備相同，也包括通信單元、車載計算機、控制與顯示單元、傳感器、詢問器等設備。與ATCS不同的是，ETCS的車載設備都通過ETCS總線連接，從

8、而使機車與歐盟內部不同國家的鐵路系統(tǒng)兼容。EUROBALISE,地面設備與列車之間傳輸數(shù)據(jù)的標準，也是地面設備與ETCS總線的接口標準。目前EUROBALISE有半連續(xù)系統(tǒng)EUROLOOP和點式系統(tǒng)EUROTRANSPONDER2種。EURORADIO，與歐洲干線列車自動防護(ATP)、自動控制系統(tǒng)(ATC)進行數(shù)據(jù)交換的接口，目前采用900MHz的GSMR無線傳輸標準。ETCS的實施分為3個階段：帶速度控制的列車自動防護(ATP)系統(tǒng)，是原來線路上信號設備的補充；利用線路上的設備來確定列車的位置，實現(xiàn)列車自動控制(ATC)，該階段還保留原有的信號設備，是新、舊設備的過渡階段；利用車載設備來確

9、定列車的速度與位置，實現(xiàn)列車自動控制(ATC)。這時地面信號就可以完全由車載設備取代。ATACS日本于1995年開始研究ATACS(AdvancedTrainAdministrationandCommunicationSystem)：ATACS包括3部分：地面控制器與無線通信基站、車載設備、鐵路交通管理系統(tǒng)。鐵路線被分成若干個控制區(qū)間，每個區(qū)間內有1個地面控制器和1個無線通信基站。地面控制器的功能包括列車跟蹤、列車間隔控制、水平交叉控制和維護工作控制等。無線通信基站與車載移動通信單元交換數(shù)據(jù)：地面控制器可以獲得列車的數(shù)據(jù)，井根據(jù)這些數(shù)據(jù)來控制列車運行。每個地面控制器都與鐵路交通管理系統(tǒng)相連接，

10、將列車情況及時傳遞到控制中心，由調度人員統(tǒng)一指揮列車運行。無線數(shù)字通信是ATACS實現(xiàn)的基礎。在鐵路沿線，每隔3km修建一座無線通信基站。為了防止相鄰基站之間的干擾，目前使用了4個通信頻率。基站每秒與控制區(qū)間內的所有列車通信一次，數(shù)據(jù)傳輸速率為7.2kbs。列車定位方法是，在道床內安裝感應線圈，結合速度表來定位。由于列車高速運行時，車輪同時處于滾動與滑動2種狀態(tài)，因而在需要提高定位精度時，要同時使用轉速表與非接觸式多普勒速度表。現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)特征從上面的分析可以看出，現(xiàn)代鐵路通信信號系統(tǒng)具有如下特征。1網(wǎng)絡化?，F(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)不僅僅是各種信號設備的簡單組合，而是功能完善、層次分明的控制系統(tǒng)。

11、系統(tǒng)內部各功能單元之間獨立工作，同時又互相聯(lián)系，交換信息，構成復雜的網(wǎng)絡化結構，使指揮者能夠全面了解轄區(qū)內的各種情況，靈活配置系統(tǒng)資源，保證鐵路系統(tǒng)的安全、高效運行。2信息化。全面、準確獲得線路上的信息是高速列車安全運行的保證。因而現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)采用了許多先進的通信技術，如光纖通信、無線通信、衛(wèi)星通信與定位技術等。3智能化。智能化包括系統(tǒng)的智能化與控制設備的智能化。系統(tǒng)智能化是指上層管理部門根據(jù)鐵路系統(tǒng)的實際情況，借助先進的計算機技術來合理規(guī)劃列車的運行，使整個鐵路系統(tǒng)達到最優(yōu)化；控制設備的智能化則是指采用智能化的執(zhí)行機構，來準確、快速地獲得指揮者所需的信息，并根據(jù)指令來指揮、控制列車的運行

12、。我國鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展改革開放以來，我國的鐵路信號建設取得了巨大的發(fā)展。具有代表性的鐵道部調度指揮管理信息系統(tǒng)(DMIS),以現(xiàn)代信息技術為基礎，綜合運用通信、信號、計算機網(wǎng)絡、多媒體技術，建立了三級四層(即鐵道部、鐵路局、鐵路分局三級加上基層信息采集層)的現(xiàn)代化運輸調度指揮系統(tǒng)。已有400多個車站安裝計算機聯(lián)鎖設備。大型編組站都實現(xiàn)了自動化。目前正在修建的青藏鐵路山，考慮到高原自然條件惡劣、人煙稀少的特殊情況，將采用安全可靠的自動化控制設備。但與發(fā)達國家相比，我國鐵路運輸技術整體水平還有差距，考慮到我國人口眾多，人均占有資源量少，而鐵路有著運輸能力強、能耗低等優(yōu)勢。為此提出以下建議供參考。1制定統(tǒng)一、長遠的發(fā)展規(guī)劃。鐵路建設的投資較大，改造或新建線路時，都應當考慮到今后的發(fā)展以及整體的發(fā)展。同外先進鐵路系統(tǒng)發(fā)展到最高層次時，都形成了閉環(huán)計算機控制系統(tǒng)，值得借鑒。2在建設新線時，起點要高。雖然現(xiàn)有鐵路信號設備與調度手段都安全可靠，但都無法達到高速列車的要求。所以在建設新線路時，應當提高建設標準，盡量采用新技術，一方面為國內鐵路信號生產(chǎn)企業(yè)