鐵路信號系統(tǒng)

鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展與展望

1.干線鐵路—13000公里提速干線實現(xiàn)客車時速200公里；

—9800公里客運專線建設任務，其中時速在300公里以上的達5457公里；

—京滬高速鐵路已經(jīng)開工。2.城市軌道交通北京、上海、廣州、成都、西安、武漢、天津等城市有多條地鐵、輕軌相繼開工建設，初步預測到2010年，將要建設1500公里，需要投資5400多億元。

中國軌道交通發(fā)展鐵路信號概況

鐵路信號技術已經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展，形成了今天的現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)。它是計算機、現(xiàn)代通信和控制技術在鐵路運輸生產(chǎn)過程中的具體應用，是鐵路信息技術的標志。它是保證行車安全、提高運輸效率、改善勞動條件和運營管理水平的重要設備。是鐵路實現(xiàn)集中統(tǒng)一指揮的重要手段。是鐵路列車提速與發(fā)展高速鐵路的關鍵技術之一。它的發(fā)展水平已成為鐵路現(xiàn)代化的重要標志之一。

鐵路信號發(fā)展簡介1825年英國人持信號旗騎馬前行,引導列車前進；1832年,美國球形固定信號裝置；1841年英國鐵路出現(xiàn)了臂板信號機；1851年英國鐵路用電報機實行閉塞；1856年，J.薩克斯貝發(fā)明機械聯(lián)鎖機；1872年美國人W.魯賓遜發(fā)明了閉路式軌道電路；1923年，美國鐵路研制了車內(nèi)信號；1927年，美國鐵路采用了調(diào)度集中控制裝置。

現(xiàn)代鐵路運輸對鐵路信號的新需求（1）行車指揮集中化、自動化、智能化（2）列車運行的靈活性（3）更高的安全性、可靠性（4）信號產(chǎn)品的兼容性和擴展性信號的作用與任務

統(tǒng)一調(diào)度指揮行車指揮進路控制作用保證列車安全任務速度控制提高效率、質(zhì)量編組與解體列車運行速度越來越高，完全靠人工瞭望、人工駕駛列車已經(jīng)不能保證行車安全了，因此，需要研究列車運行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對列車間隔和速度的自動控制，提高運輸效率，保證行車安全。保證行車安全，提高運行效率的安全控制系統(tǒng)?；竟δ埽洪g隔控制、速度防護、安全防護。列車運行控制列車運行控制閉塞技術發(fā)展半自動閉塞：在某一時刻線路上某一區(qū)段只能有一列列車?？刂茀^(qū)間列車運行間隔，防止列車沖突技術；（電話，路簽，路牌，半自動，自動，準移動，移動）自動閉塞準移動閉塞移動閉塞控制模式2001701303090200170130900100VL出口檢查入口檢查速度—距離控制模式階梯控制模式速度—距離控制模式特點考慮坡道、彎道、限速等線路參數(shù)考慮列車載重、車長及制動特性等保證行車安全提高運行效率控制中心列控中心聯(lián)鎖系統(tǒng)軌道電路應答器編程VCC1DTVCC1I/OVCC1DTVCC1I/O應答器無線閉塞控制中心VCC1DTVCC1I/OVCC1I/O機車信號天線車速點式信息無線制動輸出VCC1DTVCC1DTVCC1I/O列車運行控制系統(tǒng)

列車測速脈沖速度傳感器多普勒雷達不受列車空轉(zhuǎn)打滑影響列車定位可用的定位技術軌道電路及計軸器輪軸傳感器應答器衛(wèi)星定位(GPS)環(huán)線(交叉)定位多普勒雷達地—車信息傳輸技術

車載設備

為實現(xiàn)歐洲鐵路互聯(lián)互通，歐盟組織確定了適用于高速鐵路列控的標準體系，技術平臺開放；基于GSM-R無線傳輸方式的ETCS2系統(tǒng)，技術先進，并已投入商業(yè)運營；歐洲正在建設和規(guī)劃的高速鐵路均采用ETCS列控系統(tǒng)，是未來高速列車控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

歐洲ETCS系統(tǒng)應用級別1ETCS一級：地面信號＋查詢應答器＋軌道電路。采用固定追蹤間隔形式；司機依靠地面信號行車，地面信號機前設備產(chǎn)生速度監(jiān)控；依靠軌道電路或計軸設備檢查列車占用和完整性；利用查詢應答器覆蓋各國現(xiàn)有信號系統(tǒng)，并用于列車定位和傳送控制命令。該系統(tǒng)是典型的點式ATP。應用級別2ETCS二級：軌道電路＋查詢應答器＋GSM-R與一級相比，司機完全依靠車載信號設備行車（可取消地面信號機）；通過GSM-R連續(xù)傳送列車運行控制命令，車－地間可雙向通信；在點式設備的配合下，車載設備對列車運行速度進行連續(xù)監(jiān)控；依靠軌道電路或計軸設備檢查列車占用和完整性；建有無線移動閉塞中心。該系統(tǒng)是基于移動通信的連續(xù)式ATP。應用級別3ETCS三級：查詢應答器＋GSM-R與二級相比是靠車載設備來檢查列車完整性，不需要軌道電路；點式設備、GSM-R是系統(tǒng)的主要設備。取消地面信號機和軌道電路后，室外線路上的信號設備減少到最低程度；列車追蹤間隔依靠點式設備和無線移動閉塞中心實現(xiàn)，具有明顯的移動自動閉塞特征。CTCS列控系統(tǒng)

CTCS是為了保證列車安全運行，并以分級形式滿足不同線路運輸需求的列控技術規(guī)范

。CTCS0級：為既有線的現(xiàn)狀，由通用機車信號和運行監(jiān)控記錄裝置構成。CTCS1級：由主體機車信號+加強型運行監(jiān)控記錄裝置組成。CTCS4級：基于無線傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)，面向高速新線或特殊線路，可實現(xiàn)虛擬閉塞或移動閉塞。由RBC和車載驗證系統(tǒng)共同完成列車定位和列車完整性檢查。C2運行示意CTCS2級:基于軌道傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)，面向提速干線和高速新線，采用車-地一體化設計，地面可不設通過信號機。CTCS2級系統(tǒng)C3運行示意CTCS3級：基于無線傳輸信息并采用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運行控制系統(tǒng)。CTCS3級系統(tǒng)結構ATO技術發(fā)展EurobaliseEurobaliseOPGBaliseantennaRadarMMILEUATPLEUssATO技術發(fā)展*BasicATOEurobaliseEurobaliseBaliseantennaRadarATO*ATPATPOPGLEUMMIsATO技術發(fā)展

ContinuousCommunicationwithMovingBlockEurobaliseEurobaliseRadio,

Loopor

PowerlineATPLEUOPGBaliseantennaRadarATOATPCOMMMMICOMMs

ATO技術發(fā)展

ContinuousCommunicationwithMovingBlockEurobaliseEurobaliseATPCOMMLEUOPGBaliseantennaRadarHighperformanceradioMMICOMMATO*ATP車站自動控制為了列車在站內(nèi)安全運行，避免列車沖突，就必須使信號機、進路和道岔三者之間有著一定相互制約關系，這種關系稱為聯(lián)鎖。1856年，J.薩克斯貝發(fā)明機械聯(lián)鎖機開始，這種聯(lián)鎖技術經(jīng)歷了機械槽口技術、電氣銜鐵技術、安全型繼電器技術時代，當前計算機聯(lián)鎖正在逐漸取代繼電器聯(lián)鎖。遠程控制維修機輸入/輸出接口室外設備人機交互層聯(lián)鎖控制層I/O接口層聯(lián)鎖機上位機輸入/輸出接口．．．．．．．．．信號機轉(zhuǎn)轍機軌道電路信號機轉(zhuǎn)轍機軌道電路區(qū)域聯(lián)鎖技術計算機聯(lián)鎖：區(qū)域聯(lián)鎖或中心計算機聯(lián)鎖聯(lián)鎖與區(qū)間一體化

聯(lián)鎖與CTC一體化高安全性和可靠性一體化：系統(tǒng)設計、設備集中、結構合并、

功能模塊、信息共享調(diào)度集中鐵路運輸效率的提高不僅需要良好的車站、列車控制設備，還需要良好的調(diào)度指揮與管理，在缺乏信息化的調(diào)度指揮系統(tǒng)以前，調(diào)度員是依靠一臺電話、一張圖、一支筆的傳統(tǒng)手工方式來編制運行計劃并組織行車的，這種方式下，調(diào)度人員調(diào)度效率低，限制了運輸效率的提高，影響了鐵路能力的發(fā)揮。傳統(tǒng)調(diào)度集中→分布式調(diào)度集中→綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)行車指揮與聯(lián)鎖模塊調(diào)整計劃編制進路操作命令生成(PRC)聯(lián)鎖控制電路被控對象(信號、道岔等)車次追蹤行車指揮系統(tǒng)的幾種模式調(diào)整計劃PRC分機聯(lián)鎖車次追蹤中心車站集中型分散自律型計劃生成列車及調(diào)車進路命令生成聯(lián)鎖調(diào)車計劃輸入中心車站行車指揮與聯(lián)鎖的發(fā)展趨勢行車指揮：由單一功能向綜合自動化發(fā)展（行車指揮、安全監(jiān)控、運營管理、維修管理、旅客服務、統(tǒng)計分析等）集中化、自動化、智能化日本的COSMOS美國杰克遜威爾中心法國、西班牙高鐵德國的7個中心比較成功的系統(tǒng)東日本鐵路公司開發(fā)了一種新的綜合運輸管理系統(tǒng)COSMOS（ComputerizedSafetyMaintenanceandOperationSystemofShinkansen），在其管轄區(qū)域內(nèi)對新干線網(wǎng)絡進行運營控制和管理，此系統(tǒng)主要由運輸計劃、運行管理、站內(nèi)作業(yè)管理、維修作業(yè)管理、車輛管理、設備管理、信息集中監(jiān)視、電力系統(tǒng)控制等8個子系統(tǒng)組成，共有500臺左右的計算機，是廣域的自主分散系統(tǒng)。美國杰克遜威爾中心法國、西班牙高鐵德國的7個中心

鐵路信號系統(tǒng)發(fā)展歷程相關技術現(xiàn)代通信技術，計算機控制網(wǎng)絡技術自動控制技術智能控制技術。安全性與可靠性技術鐵路信號的發(fā)展趨勢與特征

當前鐵路信號技術正在經(jīng)歷由傳統(tǒng)的繼電邏輯、模擬電路、分散孤立的控制模式向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化、綜合化發(fā)展的重大變革時期。功能與作用綜合化信號系統(tǒng)功能由單純保障行車安全，擴展到提高運輸效率，改善管理和改進服務及業(yè)務綜合管理方向發(fā)展，從而充分發(fā)揮信號系統(tǒng)的整體綜合效能，使其成為行車控制、調(diào)度指揮、信息管理和設備監(jiān)測的綜合自動化系統(tǒng)。信號的作用從指示司機安全行車，控制現(xiàn)場行車設備發(fā)展到實現(xiàn)車、機、工、電、輛各部門間高效協(xié)作，實現(xiàn)行車各種信息的采集、傳輸、處理、再生和管理，提高各個層次的輔助決策手段等綜合化功能方面。鐵路信號運行模式變化鐵路信號從以車站聯(lián)鎖為中心向以列車運行控制系統(tǒng)為中心轉(zhuǎn)化；列車運行調(diào)度指揮從調(diào)度員—車站值班員—司機三級管理向由調(diào)度員直接控制移動體（列車）轉(zhuǎn)化；區(qū)間閉塞由固定閉塞方式向準移動閉塞方式轉(zhuǎn)化；信號顯示制式由速差式向速度式（目標距離）轉(zhuǎn)化。信號設備數(shù)字化、智能化以計算機為核心的信號設備使得數(shù)字化與智能化成為可能，信號顯示由無準確速度含義的顏色信號向允許速度、目標距離數(shù)字化轉(zhuǎn)化；列車運行由以人為主確認信號和操作向?qū)崿F(xiàn)車載設備的智能化轉(zhuǎn)化；日本鐵路還實現(xiàn)了基于模糊控制的智能化列車控制系統(tǒng)。數(shù)字化改善了信息的傳輸質(zhì)量。增加了信息的含量。系統(tǒng)結構網(wǎng)絡化

鐵路信號系統(tǒng)的總體體系結構正在向一個網(wǎng)絡化結構發(fā)展。最低層是現(xiàn)場設備層，涉及軌道電路、信號機、道岔裝置等；第二層是安全控制設備層，包括車站聯(lián)鎖、列控裝置、道口安全控制等；第三層是局調(diào)度中心層，包括調(diào)度集中、電力調(diào)度、機車調(diào)度、車輛調(diào)度、設備維修中心；第四層是鐵道部調(diào)度中心層，主要解決宏觀的決策指揮。通信信號一體化隨著當代鐵路的發(fā)展，鐵路通信信號技術發(fā)生了重大變化，車站、區(qū)間和列車控制的一體化，沖破了功能單一、控制分散