淺談鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展方向

李銘

(1.中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043)

1 中國鐵路信號系統(tǒng)的分類及技術演進

1.1 鐵路區(qū)間自動閉塞系統(tǒng)

鐵路區(qū)間自動閉塞系統(tǒng)是確保鐵路運輸效率、區(qū)間通過能力的重要設備。

通號集團公司引進和吸收UM71制式的成功經(jīng)驗，自行研制了WG－21A無絕緣軌道電路及ZPW－2000無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)，分別于2001年3月和2002年5月通過了鐵道部組織的技術簽定，其技術水平屬國內(nèi)領先地位。

1.2 鐵路車站聯(lián)鎖系統(tǒng)

鐵路車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯技術均是基于6502電氣集中基礎上發(fā)展研制的，室外道岔、信號機控制電路依然采用成熟的繼電控制電路，工作方式均采用雙機熱備或三取二冗錯方式。

隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，現(xiàn)有的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)愈來愈不能滿足高速運營的需求，因此要充分利用計算機的綜合優(yōu)勢，實現(xiàn)在6502基礎上安全可靠功能的新突破，繼續(xù)完善計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能。進一步研制適應客運專線和高速鐵路的聯(lián)鎖技術條件，開發(fā)相應的計算機聯(lián)鎖。同時，借鑒德、法、日等國發(fā)展區(qū)域計算機聯(lián)鎖的經(jīng)驗，結合我國的國情和路情，積極研發(fā)區(qū)域計算機聯(lián)鎖。

1.3 調(diào)度監(jiān)督和調(diào)度集中系統(tǒng)

調(diào)度集中設備應保證調(diào)度員能隨時控制所轄區(qū)段內(nèi)的車站接、發(fā)車進路，并可根據(jù)需要，局部或全部下放或收回對車站的控制權。調(diào)度集中和調(diào)度監(jiān)督設備應能實時地向調(diào)度員和其他有關人員提供所轄區(qū)段內(nèi)車站及區(qū)間信號設備狀態(tài)、列車運行情況的表示信息。調(diào)度集中和調(diào)度監(jiān)督設備故障時，不應導致車站聯(lián)鎖設備和區(qū)間閉塞設備的錯誤動作。

調(diào)度集中（CTC）系統(tǒng)除具有調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)的功能外，還具備了以下功能：集中遙控排列進路、試排進路或取消進路；站控、局控、遙控的授收權；儲存進路的排列和觸發(fā)；根據(jù)階段計劃自動排路；遙控命令 。

1.4 駝峰控制系統(tǒng)

駝峰控制系統(tǒng)的主要功能是控制駝峰信號設備，提高編組站對貨物列車解體、編組的作業(yè)能力。

編組站調(diào)車駝峰按技術裝備不同大致可劃分為：非機械化駝峰、機械化駝峰、半自動化駝峰及自動化駝峰（在機械化駝峰的基礎上，進一步實現(xiàn)駝峰調(diào)車作業(yè)的自動化，包括駝峰溜放進路及速度控制自動化，可以實現(xiàn)溜放進路的自動選排，溜放鉤車的自動追蹤，對解體車列的推送速度及鉤車溜放速度的自動調(diào)整。因而提高了鉤車在編組線上的連掛率，減少或消滅鉤車溜入異線等，從而提高了駝峰的改編能力，進一步提高了整個編組站的作業(yè)效率）。機械化、半自動化駝峰、自動化駝峰調(diào)車場，應采用道岔自動集中；簡易、非機械化駝峰調(diào)車場，根據(jù)需要亦可采用道岔自動集中。

全路49個大型編組站，目前已有32個實現(xiàn)了駝峰自動化，占總數(shù)的65.3%，基本上實現(xiàn)了路網(wǎng)性編組站和區(qū)域性編組站的駝峰自動化和半自動化。

中國通號1987年研制成功的駝峰溜放程序控制系統(tǒng)是全路第一個采用微機實現(xiàn)駝峰溜放進路程序自動控制的系統(tǒng)，后陸續(xù)研制成功了TW、FTK、TYWK型三種類型的駝峰自動化控制系統(tǒng)，在全路駝峰自動化系統(tǒng)占有率已達70%以上，駝峰調(diào)速自動控制已處于世界領先水平。目前編組站實現(xiàn)駝峰自動化控制后，如何實現(xiàn)貨車到、解、集、編、發(fā)整個作業(yè)的自動化控制成為編組站自動化的發(fā)展方向，因此如何將現(xiàn)有成熟的到達、出發(fā)、編尾微機聯(lián)鎖及自動化駝峰技術集成在一起，實現(xiàn)信息資源共享是今后駝峰控制系統(tǒng)的主要研發(fā)方向。

1.5 列控系統(tǒng)的發(fā)展

列控系統(tǒng)是隨著技術發(fā)展而提高的，從初級階段的機車信號與自動停車裝置，發(fā)展到列車速度監(jiān)督系統(tǒng)與列車自動操縱系統(tǒng)。從技術發(fā)展的趨勢看，列控系統(tǒng)是向著數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展的，其主要作用是保證列車行車安全、提高運輸效率。

2 鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展方向

2.1 故障-安全技術的發(fā)展

進一步提高故障-安全技術是發(fā)展高可靠性和高安全性鐵路信號系統(tǒng)的基礎。高可靠性、高安全性的故障-安全核心設備出現(xiàn)了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同結構形式，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算機。故障-安全技術的提高為高可靠和高安全的鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展打下堅實的基礎。

2.2 實時操作系統(tǒng)開發(fā)平臺

實時操作系統(tǒng)（RTOS）開發(fā)平臺是目前流行的嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺。其最為關鍵的部分是實時多任務內(nèi)核。在鐵路運行控制等安全性要求很高的系統(tǒng)中引入RTOS，可以有效的解決系統(tǒng)的安全性和嵌入式軟件開發(fā)標準化的難題?；赗TOS開發(fā)出的程序，具有較高的可移植性，可實現(xiàn)90%以上設備獨立，從而有利于系統(tǒng)故障-安全的實現(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，嵌入式軟件的函數(shù)化、產(chǎn)品化能夠促進行業(yè)交流以及社會分工專業(yè)化，減少重復勞動，提高知識創(chuàng)新的效率。

2.3 數(shù)字信號處理新技術的應用

隨著鐵路運輸提速、重載的發(fā)展，基于分立元件和模擬信號處理技術的傳統(tǒng)信號設備已不能滿足鐵路運輸安全性和實時性的要求，數(shù)字信號處理技術（DSP）為鐵路信號信息處理提供了很好的解決方法。

數(shù)字信號處理中，傳統(tǒng)的時域分析法和頻域分析法各有所長，在現(xiàn)有的信號系統(tǒng)設備中，均有所應用。如何在現(xiàn)有的基礎上進一步提高信號系統(tǒng)的安全性，需要我們不斷地研究和推廣應用新的數(shù)字信號處理技術。

2.4 計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展

鐵路信號系統(tǒng)網(wǎng)絡化是鐵路運輸綜合調(diào)度指揮的基礎，在網(wǎng)絡化的基礎上實現(xiàn)信息化和智能化。

現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)不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)。系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)的各種情況，靈活配置系統(tǒng)資源，保證信號系統(tǒng)的安全高效。

2.5 通信技術與控制技術相結合，實現(xiàn)通信信號一體化

隨著計算機技術、通信技術和控制技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的以軌道電路作為信息傳輸媒體的列車運行控制系統(tǒng)面臨著挑戰(zhàn)?；谕ㄐ诺牡牧熊囘\行控制系統(tǒng)（CBTC）在地鐵項目中已經(jīng)得到了比較廣泛的應用，在大鐵上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的列車控制系統(tǒng)也將成為必然。CBTC系統(tǒng)具有以下特點：列車與地面之間有各種類型的無線雙向通信?？煞譃檫B續(xù)式和點式的。其中又可分為短距離傳輸（指1m以內(nèi)）和較長距離傳輸?shù)囊苿油ㄐ?。它們?nèi)匀槐Ａ糸]塞分區(qū)，其中最簡易方式CBTC仍采用固定的閉塞分區(qū)，但是閉塞分區(qū)的分隔點不是用軌道電路的機械絕緣節(jié)或電氣絕緣節(jié)（如無絕緣軌道電路），而是用應答器或計軸器，或其他能傳送無線信號的裝置構成分隔點，這種簡易形式仍然保留固定長度的閉塞分區(qū)。在CBTC中進一步發(fā)展的閉塞分區(qū)不是固定的,而是移動的。日本新干線在1995年成功開發(fā)和投入運行的COSMOS系統(tǒng)，則是通信信號一體化的又一個成功案例。該系統(tǒng)以通信信號一體化技術，實現(xiàn)中心到車站各子系統(tǒng)的信息共享，并使系統(tǒng)達到很高的自動化水平。另外成功地應用了安全光纖局域網(wǎng)，使之成為聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車運行控制系統(tǒng)的安全傳輸通道，達到通信技術與信號安全技術的深度結合，實現(xiàn)了通信信號一體化

結語

鐵道部《鐵路主要技術政策》明確指出：鐵路信號與通信的技術發(fā)展方向是數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化、綜合化。鐵路通信信號技術的發(fā)展必然是和計算機技術、信息技術、網(wǎng)絡通信技術緊密相關，相互交融，GPS衛(wèi)星定位技術、GIS電子地圖技術等也必將引入現(xiàn)代鐵路通信信號?？傊?，鐵路信號系統(tǒng)將向低成本、高效率、高安全、高可靠及信息化、智能化、網(wǎng)絡化和綜合自動化的方向發(fā)展。

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