鐵路信號(hào)系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1、文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！ 鐵路信號(hào)系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用摘要鐵路為實(shí)現(xiàn)高速、高密度和重載運(yùn)輸?shù)男枰?，積極引進(jìn)采用新技術(shù)，大幅度提高了現(xiàn)代化通信信號(hào)設(shè)備的裝備水平，新型技術(shù)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。關(guān)鍵詞故障-安全技術(shù)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)、數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用、通信技術(shù)與控制技術(shù)的結(jié)合、通信信號(hào)一體化。Abstract: In order to realise the high speed railway,high density and heavy transport ,actively introduce new technology,greatly improve

2、 the level of equipment,modernization of communication signal equipment,new technology constantly.Key word: Fail safe technology,real-time operating system development platform,digital signal processing,the application of computer network technology,communication technology and control technology,co

3、mmunication and signal integration.近10多年來，運(yùn)輸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各國鐵路，特別是我國鐵路為實(shí)現(xiàn)高速、高密度和重載運(yùn)輸?shù)男枰?，積極引進(jìn)采用新技術(shù)，大幅度提高了現(xiàn)代化通信信號(hào)設(shè)備的裝備水平，新型技術(shù)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。 一、故障-安全技術(shù)的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和新材料的發(fā)展，故障安全技術(shù)得到了飛速發(fā)展。高可靠性、高安全性的故障安全核心設(shè)備出現(xiàn)了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同結(jié)構(gòu)形式，其同步方式有軟同步和硬同步。西門子公司、阿爾斯通公司、日本日信公司等推出了不同類型的采用硬件同步方式的安全型計(jì)算機(jī)。故障安全技術(shù)的提高為高可靠和高安全的鐵路信號(hào)系

4、統(tǒng)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 二、高水平的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS,Real Time Operation System）是當(dāng)今流行的嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺(tái)。RTOS最關(guān)鍵的部分是實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，它的基本功能包括任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲(chǔ)器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊(duì)列管理、旗語管理等，這些管理功能是通過內(nèi)核服務(wù)函數(shù)形式交給用戶調(diào)用的。在鐵路、航空航天以及核反應(yīng)堆等安全性要求很高的系統(tǒng)中引入RTOS，可以有效地解決系統(tǒng)的安全性和嵌入式軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的難題。隨著嵌入式系統(tǒng)中軟件應(yīng)用程序越來越大，對(duì)開發(fā)人員、應(yīng)用程序接口、程序檔案的組織管理成為一個(gè)大的課題。在這

5、種情況下，如何保證系統(tǒng)的容錯(cuò)性和故障安全性成為一個(gè)亟待解決的難題?；赗TOS開發(fā)出的程序，具有較高的可移植性，可實(shí)現(xiàn)90%以上設(shè)備獨(dú)立，從而有利于系統(tǒng)故障安全的實(shí)現(xiàn)。另外一些成熟的通用程序可以作為專家?guī)旌瘮?shù)產(chǎn)品推向社會(huì)，嵌入式軟件的函數(shù)化、產(chǎn)品化能夠促進(jìn)行業(yè)交流以及社會(huì)分工專業(yè)化，減少重復(fù)勞動(dòng)，提高知識(shí)創(chuàng)新的效率。 三、數(shù)字信號(hào)處理新技術(shù)的應(yīng)用隨著鐵路運(yùn)輸發(fā)展，基于分立元器件和模擬信號(hào)處理技術(shù)的傳統(tǒng)鐵路信號(hào)設(shè)備越來越滿足不了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩院蛯?shí)時(shí)性。因此，引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)的高速分析計(jì)算功能，來提高信號(hào)設(shè)備的技術(shù)水平已非常緊迫。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DSP,Digital Signal

6、Pr ocessing）的出現(xiàn)為鐵路信號(hào)信息處理提供了很好的解決方法。與模擬信號(hào)處理技術(shù)相比較，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)具有更高的可靠性和實(shí)時(shí)性。數(shù)字信號(hào)處理的頻域分析和時(shí)域分析的兩種傳統(tǒng)分析方法有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。頻域分析的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算精度高和抗干擾性能好，而缺點(diǎn)是在強(qiáng)干擾中提取信號(hào)時(shí)容易造成解碼倍頻現(xiàn)象，例如將移頻的低頻11Hz誤解成22Hz；時(shí)域分析的優(yōu)點(diǎn)是定型準(zhǔn)確，而缺點(diǎn)是定量精確地剔除帶內(nèi)干擾難度大。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的新發(fā)展，在鐵路信號(hào)處理中引入了新的實(shí)用技術(shù)，如ZFFT（ZOOM-FFT）、小波信號(hào)處理技術(shù)、現(xiàn)代譜分析技術(shù)等。目前，我國區(qū)間采用的ZPW2000-A信號(hào)發(fā)送、接收以及機(jī)車信號(hào)

7、的接收都采用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，日本的數(shù)字ATC和法國UM2000數(shù)字編碼軌道電路也都采用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。 四、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)施企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化管理已成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化的客觀要求和必然趨勢(shì)。 鐵路信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是鐵路運(yùn)輸綜合調(diào)度指揮的基礎(chǔ)。在網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息化，從而實(shí)現(xiàn)集中、智能管理。 （一）網(wǎng)絡(luò)化，現(xiàn)代鐵路信號(hào)系統(tǒng)不是各種信號(hào)設(shè)備的簡(jiǎn)單組合，而是功能完善、層次分明的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)部各功能單元之間獨(dú)立工作，同時(shí)又互相聯(lián)系，交換信息，構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，使指揮者能夠全面了解轄區(qū)內(nèi)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(yùn)行。 （二

8、）信息化，以信息化帶動(dòng)鐵路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，是鐵路發(fā)展的必然趨勢(shì)。全面、準(zhǔn)確獲得線路上的信息是高速列車安全運(yùn)行的保證。因而現(xiàn)代鐵路信號(hào)系統(tǒng)采用了許多先進(jìn)的通信技術(shù)，如光纖通信、無線通信、衛(wèi)星通信與定位技術(shù)等。 （三）智能化，智能化包括系統(tǒng)的智能化與控制設(shè)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(shí)際情況，借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來合理規(guī)劃列車的運(yùn)行，使整個(gè)鐵路系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化；控制設(shè)備的智能化則是指采用智能化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來準(zhǔn)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(yùn)行。近年來，我國鐵路行業(yè)已成功地推廣應(yīng)用了原TMIS和DMIS（現(xiàn)稱TDCS）等系統(tǒng)，在利用信息技術(shù)方面取得了長

9、足的進(jìn)步。具有代表性的列車調(diào)度指揮系統(tǒng)TDCS，以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用通信、信號(hào)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)，建立了新型現(xiàn)代化運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)（鐵道部、鐵路局、基層信息采集網(wǎng)）。 五、通信技術(shù)與控制技術(shù)相結(jié)合隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）和控制技術(shù)（Control）的飛躍發(fā)展，向傳統(tǒng)的以軌道電路作為信息傳輸媒體的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。綜合利用3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)代替軌道電路技術(shù)，構(gòu)成新型列車控制系統(tǒng)已成必然。用3C技術(shù)代替軌道電路的核心是通信技術(shù)的應(yīng)用，目前計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)已經(jīng)滲透到列

10、控系統(tǒng)中，稱為“基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”（CBTC，Communication Based Train Control）。其具有以下特點(diǎn)：列車與地面之間有各種類型的無線雙向通信。可分為連續(xù)式和點(diǎn)式的。其中又可分為短距離傳輸（指1m以內(nèi)）和較長距離傳輸（遠(yuǎn)至幾公里至幾十公里）的移動(dòng)通信。它們?nèi)匀槐Ａ糸]塞分區(qū)，其中最簡(jiǎn)易方式CBTC仍采用固定的閉塞分區(qū)，但是閉塞分區(qū)的分隔點(diǎn)不是用軌道電路的機(jī)械絕緣節(jié)或電氣絕緣節(jié)（如無絕緣軌道電路），而是用應(yīng)答器或計(jì)軸器，或其他能傳送無線信號(hào)的裝置構(gòu)成分隔點(diǎn)，這種簡(jiǎn)易形式仍然保留固定長度的閉塞分區(qū)（FAS，F(xiàn)ixed Autoblock System），簡(jiǎn)稱為C

11、BTCMAS。在CBTC中進(jìn)一步發(fā)展的閉塞分區(qū)不是固定的,而是移動(dòng)的(MAS,Moving Autoblock System),簡(jiǎn)稱CBTC-MAS。 六、通信信號(hào)一體化隨著當(dāng)代鐵路的發(fā)展，鐵路通信信號(hào)技術(shù)發(fā)生了重大變化，車站、區(qū)間和列車控制的一體化，鐵路通信信號(hào)技術(shù)的相互融合，以及行車調(diào)度指揮自動(dòng)化等技術(shù)，沖破了功能單一、控制分散、通信信號(hào)相對(duì)獨(dú)立的傳統(tǒng)技術(shù)理念，推動(dòng)了鐵路通信信號(hào)技術(shù)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和一體化的方向發(fā)展。從鐵路信號(hào)系統(tǒng)縱向發(fā)展看，德國已經(jīng)形成從LZB、FZB發(fā)展到ERTMS的發(fā)展趨勢(shì)。LZB利用軌道電纜環(huán)線傳輸列車運(yùn)行控制系統(tǒng)行車指令和速度指令機(jī)車信號(hào)，取消地面閉塞信

12、號(hào)機(jī)，保留閉塞分區(qū)，列車按固定閉塞方式（即FAS）運(yùn)行。FZB是基于無線的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，是新一代移動(dòng)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)（即MAS），其目的是實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，并已加入ETCS。ERTMS/ETCS（歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)/歐洲列車控制系統(tǒng)）是歐盟支持的統(tǒng)一的行車控制系統(tǒng)，采用GSMR作為傳輸系統(tǒng)，其成功應(yīng)用將進(jìn)一步推動(dòng)鐵路通信信號(hào)的技術(shù)進(jìn)步，加快實(shí)現(xiàn)鐵路通信信號(hào)一體化的進(jìn)程。從信號(hào)系統(tǒng)的橫向發(fā)展來看，日本新干線在1995年成功開發(fā)和投入運(yùn)行的COSMOS系統(tǒng)，則是通信信號(hào)一體化的又一個(gè)成功案例。該系統(tǒng)包含運(yùn)輸計(jì)劃、運(yùn)行管理、維護(hù)工作管理、設(shè)備管理、集中信息管理、電力系統(tǒng)控制、車

13、輛管理、站內(nèi)工作管理等8個(gè)子系統(tǒng)，以通信信號(hào)一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中心到車站各子系統(tǒng)的信息共享，并使系統(tǒng)達(dá)到很高的自動(dòng)化水平。另外成功地應(yīng)用了安全光纖局域網(wǎng)，使之成為聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的安全傳輸通道，達(dá)到通信技術(shù)與信號(hào)安全技術(shù)的深度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了通信信號(hào)一體化。 七、信號(hào)系統(tǒng)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，鐵路信號(hào)系統(tǒng)市場(chǎng)也出現(xiàn)了全球一體化，主要體現(xiàn)在技術(shù)規(guī)范和安全規(guī)范的全球化，如ERTMS/ETCS?！敖y(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”是鐵路信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向。信號(hào)系統(tǒng)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的制定（如歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)ERTMS規(guī)范），體現(xiàn)了以下的優(yōu)勢(shì)： （一）新產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用低；由于規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的制定考慮了系統(tǒng)的連續(xù)性，所以新產(chǎn)品能與老系統(tǒng)兼容； （二）規(guī)范明確定義所有接口（機(jī)械、