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(shí)現(xiàn)客車時(shí)速200公里；

—9800公里客運(yùn)專線建設(shè)任務(wù)，其中時(shí)速在300公里以上的達(dá)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(shè)，初步預(yù)測到2010年，將要建設(shè)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(shù)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(jì)算機(jī)、現(xiàn)代通信和控制技術(shù)在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用，是鐵路信息技術(shù)的標(biāo)志。它是保證行車安全、提高運(yùn)輸效率、改善勞動(dòng)條件和運(yùn)營管理水平的重要設(shè)備。是鐵路實(shí)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(guān)鍵技術(shù)之一。它的發(fā)展水平已成為鐵路現(xiàn)代化的重要標(biāo)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(dǎo)列車前進(jìn)；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(jī)；1851年英國鐵路用電報(bào)機(jī)實(shí)行閉塞；1856年，J.薩克斯貝發(fā)明機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)；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(yùn)輸對鐵路信號的新需求（1）行車指揮集中化、自動(dòng)化、智能化（2）列車運(yùn)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(kuò)展性信號的作用與任務(wù)

統(tǒng)一調(diào)度指揮行車指揮進(jìn)路控制作用保證列車安全任務(wù)速度控制提高效率、質(zhì)量編組與解體列車運(yùn)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(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對列車間隔和速度的自動(dòng)控制，提高運(yùn)輸效率，保證行車安全。保證行車安全，提高運(yùn)行效率的安全控制系統(tǒng)?；竟δ埽洪g隔控制、速度防護(hù)、安全防護(hù)。列車運(yùn)行控制列車運(yùn)行控制閉塞技術(shù)發(fā)展半自動(dòng)閉塞：在某一時(shí)刻線路上某一區(qū)段只能有一列列車?？刂茀^(qū)間列車運(yùn)行間隔，防止列車沖突技術(shù)；（電話，路簽，路牌，半自動(dòng)，自動(dòng)，準(zhǔn)移動(dòng)，移動(dòng)）自動(dòng)閉塞準(zhǔn)移動(dòng)閉塞移動(dòng)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(diǎn)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(dòng)特性等保證行車安全提高運(yùn)行效率控制中心列控中心聯(lián)鎖系統(tǒng)軌道電路應(yīng)答器編程VCC1DTVCC1I/OVCC1DTVCC1I/O應(yīng)答器無線閉塞控制中心VCC1DTVCC1I/OVCC1I/O機(jī)車信號天線車速點(diǎn)式信息無線制動(dòng)輸出VCC1DTVCC1DTVCC1I/O列車運(yùn)行控制系統(tǒng)

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

車載設(shè)備

為實(shí)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(biāo)準(zhǔn)體系，技術(shù)平臺開放；基于GSM-R無線傳輸方式的ETCS2系統(tǒng)，技術(shù)先進(jìn)，并已投入商業(yè)運(yùn)營；歐洲正在建設(shè)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(yīng)用級別1ETCS一級：地面信號＋查詢應(yīng)答器＋軌道電路。采用固定追蹤間隔形式；司機(jī)依靠地面信號行車，地面信號機(jī)前設(shè)備產(chǎn)生速度監(jiān)控；依靠軌道電路或計(jì)軸設(shè)備檢查列車占用和完整性；利用查詢應(yīng)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(diǎn)式ATP。應(yīng)用級別2ETCS二級：軌道電路＋查詢應(yīng)答器＋GSM-R與一級相比，司機(jī)完全依靠車載信號設(shè)備行車（可取消地面信號機(jī)）；通過GSM-R連續(xù)傳送列車運(yùn)行控制命令，車－地間可雙向通信；在點(diǎn)式設(shè)備的配合下，車載設(shè)備對列車運(yùn)行速度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控；依靠軌道電路或計(jì)軸設(shè)備檢查列車占用和完整性；建有無線移動(dòng)閉塞中心。該系統(tǒng)是基于移動(dòng)通信的連續(xù)式ATP。應(yīng)用級別3ETCS三級：查詢應(yīng)答器＋GSM-R與二級相比是靠車載設(shè)備來檢查列車完整性，不需要軌道電路；點(diǎn)式設(shè)備、GSM-R是系統(tǒng)的主要設(shè)備。取消地面信號機(jī)和軌道電路后，室外線路上的信號設(shè)備減少到最低程度；列車追蹤間隔依靠點(diǎn)式設(shè)備和無線移動(dòng)閉塞中心實(shí)現(xiàn)，具有明顯的移動(dòng)自動(dòng)閉塞特征。CTCS列控系統(tǒng)

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

。CTCS0級：為既有線的現(xiàn)狀，由通用機(jī)車信號和運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成。CTCS1級：由主體機(jī)車信號+加強(qiáng)型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成。CTCS4級：基于無線傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，面向高速新線或特殊線路，可實(shí)現(xiàn)虛擬閉塞或移動(dòng)閉塞。由RBC和車載驗(yàn)證系統(tǒng)共同完成列車定位和列車完整性檢查。C2運(yùn)行示意CTCS2級:基于軌道傳輸信息的列車運(yùn)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(shè)計(jì)，地面可不設(shè)通過信號機(jī)。CTCS2級系統(tǒng)C3運(yùn)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(yùn)行控制系統(tǒng)。CTCS3級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ATO技術(shù)發(fā)展EurobaliseEurobaliseOPGBaliseantennaRadarMMILEUATPLEUssATO技術(shù)發(fā)展*BasicATOEurobaliseEurobaliseBaliseantennaRadarATO*ATPATPOPGLEUMMIsATO技術(shù)發(fā)展

ContinuousCommunicationwithMovingBlockEurobaliseEurobaliseRadio,

Loopor

PowerlineATPLEUOPGBaliseantennaRadarATOATPCOMMMMICOMMs

ATO技術(shù)發(fā)展

ContinuousCommunicationwithMovingBlockEurobaliseEurobaliseATPCOMMLEUOPGBaliseantennaRadarHighperformanceradioMMICOMMATO*ATP車站自動(dòng)控制為了列車在站內(nèi)安全運(yùn)行，避免列車沖突，就必須使信號機(jī)、進(jìn)路和道岔三者之間有著一定相互制約關(guān)系，這種關(guān)系稱為聯(lián)鎖。1856年，J.薩克斯貝發(fā)明機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)開始，這種聯(lián)鎖技術(shù)經(jīng)歷了機(jī)械槽口技術(shù)、電氣銜鐵技術(shù)、安全型繼電器技術(shù)時(shí)代，當(dāng)前計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖正在逐漸取代繼電器聯(lián)鎖。遠(yuǎn)程控制維修機(jī)輸入/輸出接口室外設(shè)備人機(jī)交互層聯(lián)鎖控制層I/O接口層聯(lián)鎖機(jī)上位機(jī)輸入/輸出接口．．．．．．．．．信號機(jī)轉(zhuǎn)轍機(jī)軌道電路信號機(jī)轉(zhuǎn)轍機(jī)軌道電路區(qū)域聯(lián)鎖技術(shù)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖：區(qū)域聯(lián)鎖或中心計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)、設(shè)備集中、結(jié)構(gòu)合并、

功能模塊、信息共享調(diào)度集中鐵路運(yùn)輸效率的提高不僅需要良好的車站、列車控制設(shè)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(yùn)行計(jì)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(yùn)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(jì)劃編制進(jìn)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(jì)劃PRC分機(jī)聯(lián)鎖車次追蹤中心車站集中型分散自律型計(jì)劃生成列車及調(diào)車進(jìn)路命令生成聯(lián)鎖調(diào)車計(jì)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(dòng)化發(fā)展（行車指揮、安全監(jiān)控、運(yùn)營管理、維修管理、旅客服務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析等）集中化、自動(dòng)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(gè)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(yùn)輸管理系統(tǒng)COSMOS（ComputerizedSafetyMaintenanceandOperationSystemofShinkansen），在其管轄區(qū)域內(nèi)對新干線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)營控制和管理，此系統(tǒng)主要由運(yùn)輸計(jì)劃、運(yùn)行管理、站內(nèi)作業(yè)管理、維修作業(yè)管理、車輛管理、設(shè)備管理、信息集中監(jiān)視、電力系統(tǒng)控制等8個(gè)子系統(tǒng)組成，共有500臺左右的計(jì)算機(jī)，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(gè)中心

鐵路信號系統(tǒng)發(fā)展歷程相關(guān)技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)智能控制技術(shù)。安全性與可靠性技術(shù)鐵路信號的發(fā)展趨勢與特征

當(dāng)前鐵路信號技術(shù)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(luò)化、智能化、綜合化發(fā)展的重大變革時(shí)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(kuò)展到提高運(yùn)輸效率，改善管理和改進(jìn)服務(wù)及業(yè)務(wù)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(shè)備監(jiān)測的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。信號的作用從指示司機(jī)安全行車，控制現(xiàn)場行車設(shè)備發(fā)展到實(shí)現(xiàn)車、機(jī)、工、電、輛各部門間高效協(xié)作，實(shí)現(xiàn)行車各種信息的采集、傳輸、處理、再生和管理，提高各個(gè)層次的輔助決策手段等綜合化功能方面。鐵路信號運(yùn)行模式變化鐵路信號從以車站聯(lián)鎖為中心向以列車運(yùn)行控制系統(tǒng)為中心轉(zhuǎn)化；列車運(yùn)行調(diào)度指揮從調(diào)度員—車站值班員—司機(jī)三級管理向由調(diào)度員直接控制移動(dòng)體（列車）轉(zhuǎn)化；區(qū)間閉塞由固定閉塞方式向準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式轉(zhuǎn)化；信號顯示制式由速差式向速度式（目標(biāo)距離）轉(zhuǎn)化。信號設(shè)備數(shù)字化、智能化以計(jì)算機(jī)為核心的信號設(shè)備使得數(shù)字化與智能化成為可能，信號顯示由無準(zhǔn)確速度含義的顏色信號向允許速度、目標(biāo)距離數(shù)字化轉(zhuǎn)化；列車運(yùn)行由以人為主確認(rèn)信號和操作向?qū)崿F(xiàn)車載設(shè)備的智能化轉(zhuǎn)化；日本鐵路還實(shí)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(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化

鐵路信號系統(tǒng)的總體體系結(jié)構(gòu)正在向一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)發(fā)展。最低層是現(xiàn)場設(shè)備層，涉及軌道電路、信號機(jī)、道岔裝置等；第二層是安全控制設(shè)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(jī)車調(diào)度、車輛調(diào)度、設(shè)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(dāng)代鐵路的發(fā)展，鐵路通信信號技術(shù)發(fā)生了重大變化，車站、區(qū)間和列車控制的一體化，沖破了功能單一、控制分散