鐵路信號(hào)與鐵路提速發(fā)展回顧及啟示

劉伯鴻

（蘭州交通大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，副教授，甘肅 蘭州 730070）

鐵路信號(hào)的作用是保證鐵路列車運(yùn)行安全，提高鐵路運(yùn)輸效率，及時(shí)和準(zhǔn)確地提供鐵路列車運(yùn)行信息等。就鐵路信號(hào)的學(xué)科定位而言，鐵路信號(hào)是以電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等為手段，根據(jù)鐵路的特點(diǎn)而形成的一門應(yīng)用性極強(qiáng)的綜合性學(xué)科。同時(shí)，鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展也是隨著鐵路運(yùn)輸發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展的。鐵路信號(hào)的發(fā)展與鐵路運(yùn)輸模式有關(guān)，特別與鐵路提速休戚相關(guān)〔1-4〕。

1 鐵路信號(hào)的組成及其發(fā)展

1.1 鐵路信號(hào)的組成 鐵路信號(hào)包括信號(hào)顯示、信號(hào)設(shè)備和信號(hào)系統(tǒng)等，如圖1所示。

圖1 鐵路信號(hào)示意圖

1.2 鐵路信號(hào)的發(fā)展回顧 根據(jù)鐵路信號(hào)的發(fā)展，按時(shí)間可分為以下3個(gè)階段。

1.2.1 第1階段 第1階段以20世紀(jì)80年代至90年代（“六五”、“七五”期間）內(nèi)涵式發(fā)展為主的擴(kuò)大再生產(chǎn)方式階段。

“八五”期末鐵路通信信號(hào)裝備率，除電氣集中、無(wú)線機(jī)車電臺(tái)等裝備率有了大幅度的提高外，自動(dòng)閉塞占營(yíng)業(yè)線比重也提高不少。與此同時(shí)，電務(wù)技術(shù)裝備的發(fā)展，產(chǎn)生了顯著的宏觀效益。

1.2.2 第2階段 第2階段為20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初期間。為了實(shí)現(xiàn)鐵路從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變，加快了鐵路信息化進(jìn)程，而實(shí)現(xiàn)鐵路信息化必須首先實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)的現(xiàn)代化。

回顧改革開放以來(lái)信號(hào)專業(yè)的發(fā)展，鐵路在信號(hào)安全技術(shù)裝備方面有了很大的改善和提高。在普及車站電氣集中技術(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖逐步完善，以外鎖閉為代表的提速道岔控制技術(shù)的應(yīng)用取得成功；以運(yùn)輸調(diào)度指揮管理信息系統(tǒng)（DMIS）為代表的傳統(tǒng)鐵路信號(hào)3段式結(jié)構(gòu)（車站、區(qū)間、編組場(chǎng)）向網(wǎng)絡(luò)信號(hào)3層式結(jié)構(gòu)（調(diào)度指揮中心、域控制中心、遠(yuǎn)端控制模塊）轉(zhuǎn)軌；以頻率優(yōu)化為代表的軌道電路技術(shù)和微機(jī)計(jì)軸技術(shù)等鐵路信號(hào)傳感技術(shù)向多元、多手段發(fā)展。

這一時(shí)期鐵路信號(hào)、信息技術(shù)、通信技術(shù)發(fā)展很快。就鐵路信號(hào)而言，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、站內(nèi)電碼化、新型移頻自系統(tǒng)動(dòng)閉塞、機(jī)車信號(hào)車載裝置、調(diào)度集中、信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等方面，發(fā)展迅速。就信息技術(shù)而言，TIMS、DIMS工程建設(shè)相繼啟動(dòng)。

1.2.2.1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng) 在車站聯(lián)鎖領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是對(duì)于可靠性技術(shù)和容錯(cuò)技術(shù)的深入研究，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)正趨成熟并大力推廣使用。

1.2.2.2 站內(nèi)電碼化 20世紀(jì)80年代，開始實(shí)施“25 Hz交流技術(shù)電碼化”技術(shù)。1991年，“車站股道電碼化”通過(guò)部級(jí)鑒定。車站股道電碼化技術(shù)這一安全措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)正線、側(cè)線股道電碼化，使運(yùn)輸安全情況大大好轉(zhuǎn)，全路“兩冒”事故率連年大幅下降。

1.2.2.3 新型移頻自系統(tǒng)動(dòng)閉塞 為了適應(yīng)電氣化鐵路的需要，鐵道部采用引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新的政策。1989年，在京廣線鄭武段電氣化工程中引進(jìn)了法國(guó)的UM 71和TVM 300。并在UM 71國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程中，我國(guó)自行開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的WG-21 A和ZPW-2 000A、ZPW-2 000 R無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)。

1.2.2.4 機(jī)車信號(hào)車載裝置

自動(dòng)停車裝置、機(jī)車信號(hào)、列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置、列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)在不同階段的應(yīng)用推廣，使列車運(yùn)行安全效果逐步提高。

1.2.2.5 調(diào)度集中 20世紀(jì)90年代引進(jìn)美國(guó)的調(diào)度集中系統(tǒng)，并開始研制適合我國(guó)國(guó)情的調(diào)度集中系統(tǒng)。但由于我國(guó)鐵路客貨混運(yùn)，交放權(quán)頻度過(guò)多等原因，傳統(tǒng)調(diào)度集中發(fā)展緩慢。

1.2.2.6 信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，是經(jīng)過(guò)十幾年艱苦探索發(fā)展起來(lái)的。1997年鐵道部組織專家對(duì)信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了大規(guī)模的調(diào)查研究，并在此基礎(chǔ)上，制定了技術(shù)原則，組織了聯(lián)合攻關(guān)，研制開發(fā)了第一代TJWX信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1.2.3 第3階段 第3階段為21世紀(jì)初至今期間。21世紀(jì)初，以計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、新一代調(diào)度集中、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS、信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等為代表的鐵路信號(hào)新技術(shù)分進(jìn)入快速的發(fā)展時(shí)期。

1.2.3.1 以計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖 目前，國(guó)內(nèi)干線鐵路主要以二乘二取二計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖及三取二計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、雙機(jī)熱備型的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖為主。

1.2.3.2 分散自律調(diào)度集中 根據(jù)鐵道部大發(fā)展的總體思路，我國(guó)鐵路以TDCS為平臺(tái)，以調(diào)度集中（FZ-CTC）為核心，構(gòu)建現(xiàn)代化的調(diào)度指揮管理信息系統(tǒng)，以現(xiàn)代運(yùn)輸?shù)睦砟畲笸苿?dòng)鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)建設(shè)。

2003年，為了滿足我國(guó)鐵路運(yùn)輸發(fā)展的需要，提高鐵路運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化水平，鐵道部組織有關(guān)單位制定了《分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)條件（暫行）》。

2002年，新一代調(diào)度集中系統(tǒng)在青藏線西寧－哈爾蓋開通運(yùn)行。2007年結(jié)合我國(guó)鐵路第六次大面積提速，在膠濟(jì)、龍海、滬昆線等提速干線和其他干線推廣應(yīng)用。目前，分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)已經(jīng)作為客運(yùn)專線信號(hào)集成的主要子系統(tǒng)之一廣泛使用。

1.2.3.3 列車運(yùn)行控制系統(tǒng) 中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CTCS），是借鑒國(guó)內(nèi)外信號(hào)新技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主建立而成。CTCS分為CTCS－0、CTCS－1、CTCS－2、CTCS－3、CTCS－4五個(gè)等級(jí)。

在建立CTCS過(guò)程中，鐵道部領(lǐng)導(dǎo)高瞻遠(yuǎn)矚，在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，運(yùn)用現(xiàn)代知識(shí)工程，首先組織專家多次論證，建立CTCS技術(shù)路線，宣貫CTCS技術(shù)，然后實(shí)施CTCS技術(shù)，并逐步完善和修訂CTCS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3.4 信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為了更好的適應(yīng)列車提速、行車密度增加和列車運(yùn)行保障系統(tǒng)的要求，在微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電源屏監(jiān)測(cè)、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等基礎(chǔ)上，鐵路局已形成了微機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)和鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 鐵路提速發(fā)展回顧

安全生產(chǎn)是鐵路永恒的主題，深化體制改革是鐵路面對(duì)的重大課題，提速是鐵路面對(duì)的又一重大課題〔5-7〕。

2.1 鐵路提速 鐵路提速包括既有線大提速和高速鐵路建設(shè)。

1）鐵路提速工作起步于90年代初開始的廣深線準(zhǔn)高速鐵路建設(shè)。1994年12月，我國(guó)第1條速度為160 km/h的廣深準(zhǔn)高速鐵路建成，為鐵路普遍提速奠定了基礎(chǔ)在此之后，沈大，滬寧，京秦鄭武等繁忙干線提速實(shí)驗(yàn)相繼取得成功。從1997年開始，全路掀起了大規(guī)模的提速熱潮。經(jīng)過(guò)1997年、1998年、2000年、2001年、2004年、2006年和2008年7次提速（如表1所示），全路提速線路延展總里程超過(guò)1萬(wàn)km，初步形成了覆蓋全國(guó)主要地區(qū)的提速網(wǎng)絡(luò)在提速的帶動(dòng)下，中國(guó)鐵路的面貌發(fā)生了深刻的變化。

表1 我國(guó)鐵路近年提速一覽表

通過(guò)提速，提升了鐵路科技創(chuàng)新的水平；通過(guò)提速，促進(jìn)了鐵路整體工作水平的提高，并初步建成以北京、上海、廣州為中心，連接全國(guó)主要城市的快速客運(yùn)網(wǎng)；通過(guò)提速，鐵路在適應(yīng)市場(chǎng)需求方面取得了重大突破。鐵路部門以提速為支持，市場(chǎng)為導(dǎo)向，開發(fā)了快速列車“夕發(fā)朝至”列車、行包專列、“五定”班列等運(yùn)輸新產(chǎn)品，增強(qiáng)了鐵路運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)能力，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙豐收。鐵路這些年之所以取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，提速功不可沒。

鐵路提速推動(dòng)了信號(hào)技術(shù)的大發(fā)展，信號(hào)技術(shù)的發(fā)展堅(jiān)持了引進(jìn)、消化、吸收和自主創(chuàng)新相結(jié)合的原則，符合國(guó)際信號(hào)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，并具有我國(guó)特色。鐵路先后進(jìn)行的7次大規(guī)模提速，為鐵路信號(hào)帶來(lái)了良好的發(fā)展機(jī)遇。鐵路信號(hào)技術(shù)裝備不僅在數(shù)量上有了大幅度的增長(zhǎng)，而且在技術(shù)含量上也有了明顯的提升，一定程度上實(shí)現(xiàn)了鐵路信號(hào)技術(shù)設(shè)備的更新?lián)Q代。提速道岔分動(dòng)、多點(diǎn)牽引、外鎖閉轉(zhuǎn)換設(shè)備全面上道，大號(hào)碼道岔的運(yùn)用有了信號(hào)配套，車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖得到規(guī)模發(fā)展；新一代ZPW-2000系列無(wú)絕緣軌道電路大規(guī)模應(yīng)用，四顯示自動(dòng)閉塞迅速推廣；主體機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定，全路機(jī)車信號(hào)信息定義已經(jīng)逐步統(tǒng)一，主體機(jī)車信號(hào)車載設(shè)備研制成功；我國(guó)CTCS技術(shù)規(guī)范總則和CTCS-2、CTCS-3級(jí)技術(shù)條件已經(jīng)發(fā)布，自主研制和技術(shù)引進(jìn)工作正在實(shí)施；全路運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）工程在繼續(xù)全面實(shí)施，新一代智能型調(diào)度集中（FZ-CTC）技術(shù)條件已經(jīng)發(fā)布，多段線路已經(jīng)開通。

2）自2004年《鐵路中長(zhǎng)期規(guī)劃》和2008年《鐵路中長(zhǎng)期規(guī)劃（修訂）》發(fā)布以來(lái)，我國(guó)高速鐵路真正進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段，先后建了成京津城際鐵路、武廣客運(yùn)專線，鄭西客專等線路，CTCS-2、CTCS-3列控系統(tǒng)逐步得到實(shí)施。

2.2 提速的技術(shù)路線 鐵路線路可分為既有線路和新建線路，新建線路又可分為常規(guī)線路和高速鐵路。因而鐵路提速可概括為兩條主線，即鐵路大提速和高速鐵路建設(shè)兩條線索（如圖2所示）。既有線路、新建常規(guī)線路，在提高設(shè)備裝備率的同時(shí)，應(yīng)用新技術(shù)，保證列車運(yùn)行安全。

圖2 鐵路提速的技術(shù)路線

2.3 高速鐵路信號(hào)技術(shù)大廈 雖然我國(guó)高速鐵起點(diǎn)底，但起步高。鐵道部通過(guò)組織專家多次反復(fù)論證，根據(jù)鐵路科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，前瞻性規(guī)劃了高速鐵路的發(fā)展路徑，在有能力解決好高鐵固定設(shè)施、動(dòng)車組和電氣化牽引技術(shù)的前提下，借鑒國(guó)內(nèi)外信號(hào)新技術(shù)，尤其是借鑒歐洲列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（ETCS）的基礎(chǔ)上，架構(gòu)了中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）技術(shù)體系。

高速鐵路信號(hào)技術(shù)大廈（如圖3）作為CTCS的一部分，不是空中樓閣，是在既有信號(hào)技術(shù)的基礎(chǔ)上，立足于國(guó)情，構(gòu)建而成。當(dāng)然，高速鐵路運(yùn)行管理委托鐵路局管理，其運(yùn)營(yíng)體制、維修體制也與既有線路管理大不一樣。

圖3 高速鐵路信號(hào)技術(shù)大廈

3 啟示

通過(guò)對(duì)鐵路信號(hào)與鐵路提速發(fā)展回顧，對(duì)我們的啟示主要有以下3點(diǎn)。

3.1 鐵路信號(hào)現(xiàn)代化是實(shí)現(xiàn)鐵路信息化的基礎(chǔ)鐵路要實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變，必須加快鐵路信息化進(jìn)程，而實(shí)現(xiàn)鐵路信息化必須首先實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)的現(xiàn)代化。因此鐵路信號(hào)現(xiàn)代化是實(shí)現(xiàn)鐵路信息化的基礎(chǔ)，要通過(guò)加快電務(wù)信號(hào)技術(shù)發(fā)展以促進(jìn)鐵路信息化建設(shè)。

3.2 集信息與控制于一體是鐵路信號(hào)發(fā)展的必然從信號(hào)專業(yè)亦即信息控制專業(yè)的觀點(diǎn)看，我們首先要把行車運(yùn)輸組織的“信、聯(lián)、閉”過(guò)程既看成“物理流”過(guò)程，又看成“信息流”過(guò)程，而且是從對(duì)信息流的處理著手，完成對(duì)物理流的控制。集信息與控制于一體是現(xiàn)代鐵路信號(hào)發(fā)展的必然，因此，傳統(tǒng)信號(hào)學(xué)向現(xiàn)代信號(hào)學(xué)的轉(zhuǎn)軌，說(shuō)到底就是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，就是鐵路運(yùn)輸列車調(diào)度指揮信息與鐵路運(yùn)輸控制技術(shù)的結(jié)合。

3.3 提速模式促進(jìn)了運(yùn)輸模式向高層次的提升傳統(tǒng)鐵路的運(yùn)輸模式的特點(diǎn)是“大重量、高密度、低速度、客貨混跑”；既有線路的運(yùn)輸模式的特點(diǎn)是“快速度、高密度、大重量、客貨混跑”；而高速鐵路的運(yùn)輸模式的特點(diǎn)是“高速、重載、高密度”。

隨著鐵路中長(zhǎng)期規(guī)劃和東北、西北、西南鐵路網(wǎng)“一主兩輔”的實(shí)施，我國(guó)鐵路提速正日漸步入正規(guī)，對(duì)鐵路提速工程的認(rèn)識(shí)也不斷深入。

中國(guó)鐵路客貨列車共線運(yùn)行，各種列車的速度、密度、重量三者之間相互影響、相互制約的效應(yīng)十分明顯。多年的提速實(shí)踐，形成了以技術(shù)創(chuàng)新、運(yùn)輸組織創(chuàng)新、安全控制創(chuàng)新為主要手段，以“深度挖潛”為目的的“提速模式”，既實(shí)現(xiàn)了提速，又增加了客貨運(yùn)量，還提高了行車密度。也就是說(shuō)，這種“提速模式”促進(jìn)了我國(guó)鐵路“運(yùn)輸模式”向更高層次—“快速度、高密度、大重量”提升。同時(shí)，高速鐵路建設(shè)，正在極大的提升我國(guó)鐵路運(yùn)輸自動(dòng)化技術(shù)，從而有效緩解鐵路運(yùn)輸壓力。鐵路運(yùn)營(yíng)管理正在發(fā)生深刻變化，鐵路信號(hào)技術(shù)已由對(duì)信號(hào)設(shè)備的控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)移動(dòng)體的控制，高鐵“提速模式”和高鐵“運(yùn)輸模式”相互對(duì)應(yīng)，相互配合。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路信號(hào)技術(shù)與鐵路提速二者是緊密關(guān)聯(lián)、相互促進(jìn)的。但是，更重要的是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需求，國(guó)家戰(zhàn)略的需求。離開了這些，再好的想法和技術(shù)也無(wú)濟(jì)于事的。鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展與鐵路提速，首先是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需求。

〔1〕胡耀華.鐵路信號(hào)現(xiàn)狀及發(fā)展方向〔J〕.中國(guó)鐵路，2002（4）

〔2〕傅志寰.中國(guó)鐵路提速工程管理的探索與創(chuàng)新〔J〕.中國(guó)工程科學(xué)，2002（4）

〔3〕李萍.加強(qiáng)DIMS建設(shè)管理推進(jìn)鐵路調(diào)度指揮現(xiàn)代化〔J〕.鐵道通信信號(hào)，2004（12）

〔4〕傅世善.大提速推動(dòng)鐵路信號(hào)技術(shù)發(fā)展〔J〕.中國(guó)鐵路，2006（9）

〔5〕劉剛.我國(guó)鐵路改革的路徑選擇及其啟示〔J〕.理論學(xué)習(xí)與探索，2009（2）

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