關于我國鐵路信號監控系統的發展研究

摘要：鐵路信號系統是保證運輸安全的基礎設施，是實現鐵路統一指揮調度，保證列車運行安全，提高運輸效率和質量的關鍵，是鐵路信息化的重要技術領域。鐵路信號系統會隨著鐵路運輸的發展而發展，信號監控系統的未來發展將克服傳統信號監控系統的不足，指出了新型通信信號監控將替代傳統信號監控的必然。

關鍵詞：鐵路信號 安全 通信系統

鐵路運輸業是我國的基礎產業，是經濟發展的命脈。鐵路運輸業務的特點，決定了鐵路信息系統對系統安全的要求尤其突出。安全是鐵路運輸的永恒主題。近年來，隨著鐵路幾次大規模的提速，對鐵路信號系統設備的控制和系統運行方式的信息化、自動化和智能化要求越來越高。現代的鐵路信號系統是一個大區域內的控制網絡和信息網絡，而對應的監控系統只有快速、安全的對信息的交換才能滿足各種調度指揮和行車控制的要求。因此，為實現鐵路運輸的安全高效，建設現代化鐵路，要求對現有的監控系統進行改造。

1 傳統鐵路信號系統的缺陷

隨著社會的發展和進步，科技水平不斷提高，人們對鐵路運輸的也提出各更高的要求，運輸市場競爭日趨激烈，我國傳統鐵路使用的基于軌道電路的列車控制系統TBTC TBTC(Track Circuit Based Train Control)-在提高列車速度，保證行車安全，提高行車效率等方面存在很多不足，受到很大挑戰。而這種技術基本上都是只有地面軌道傳輸的信息，它們經機車上感應后可成為機車信號，構成車一地單向傳輸。TBTC軌道電路本身特性使得其存在很多問題無法克服，主要有：

第一，只能使用較低的頻率發送信息，如果傳輸頻率過高，由鋼軌效應導致信號的衰耗增大，因此，為保證有效的傳輸距離，軌道電路只能以較低的頻率發送信息。

第二，列車速度的提高需要對列車實施更為精確的控制，這就需要車上、地面間傳輸大量的信息，但為滿足列車控制對信息傳遞實時性的要求，軌道電路只能傳輸較少的信息量。

第三，軌道電路受環境影響大，如:阻抗變化、天氣變化、牽引回流的干擾。

第四，通過軌道電路只能判斷閉塞分區是否被占用，而無法判斷列車在閉塞部分的具體位置，這就會造成線路通過能力的降低。

第五，軌道電路需要大量電纜，其投資費用幾乎占整個自動閉塞系統的一半，維護費用也很大。

在傳統的鐵路信息系統中，由于列車運行速度比較低，通信系統與信號系統基本上是各自獨立的。而在現代鐵路信息系統中，這種分離狀態已不適應需要，由于TBTC系統存在這些問題，因此有人在這過程中提出一種新的設想，它能否用通信方法來實現。基于通信的列車控制系統CBTC(Communication Based Train Control)實際上就是用通信方式來實現鐵路信號的傳送。這正是實現了鐵路通信信號一體化。實現車地之間的鐵路信號傳輸有不同的實現方式，如采用全程移動無線通信方式和采用衛星通信等。

2 新型鐵路信號系統的優勢

相對傳統鐵路信號系統來說，基于CBTC發展的無線機車信號系統具有較多優點：

首先，提高了信號傳輸的可靠性。軌道電路中的信號傳輸是開環的，即發送者只管發送，并不能確切知道接收者是否真正接收到信息。另外軌道電路信號系統的傳輸媒質是鐵軌，很容易受到外界的影響，因此信號傳輸可靠性非常差，不能滿足高速列車控制需求。而在CBTC系統中能做到雙向通信，通過整個系統提供可靠的檢查與平衡手段，通過車、地間雙向信息傳輸，實現對列車的閉環控制，從而大大降低人為錯誤的影響，系統的可靠性更高。使鐵路信號通過通信網絡安全和實時地傳輸。

其次，提高了運輸效率。采用通信方式傳送鐵路信號能夠實現移動自動閉塞。移動自動閉塞分區長度可變，而且閉塞分區隨列車運行而移動。閉塞分區已經不再應用地面信號，而且也不需要地面信號。它是通過無線車載設備系統接收與前方列車或車站距離等信息來實現列控的，無線車載設備系統接收信息具有較高的實時性和準確性，即使在列車運行速度很高的情況下，也能實現較短的移動閉塞區段。因此，可以在保證運行安全的情況下，提高列車行車密度，大大地提高了列車運行的效率。

再次，減少沿線設備，設備主要集中于車站和機車上，減輕設備維護和管理的勞動強度，受環境影響小(如:可減少雷擊等現象的干擾和損傷)，在遭受自然災害戰爭破壞后易恢復運行。

另外，新型鐵路信號系統傳輸信息量大。傳統的軌道電路系統由于在鐵軌上傳輸信號，因此速度慢、數據量比較小。實際上，因為列車速度和密度越來越高，因此列控信號也非常之多。而通信網絡能提供大量的信息傳輸，因此能滿足列車控制對信號傳輸的要求。能夠適應不同類型、速度、制動性能的列車和不同密度、運量的線路。不存在系統改、擴建問題。無線機車信號除了提供機車信號信息外，還提供進路信息和列控信息。

3 新型鐵路信號系統替換傳統信號系統必然性

隨著我國鐵路的不斷提速、客運專線和重載鐵路的大規模建設與陸續投入運營，現代鐵路運輸系統已成為支撐具有高速度、高密度和大運量運輸、具有技術構成復雜、子系統眾多和功能高度綜合等顯著特征的復雜動態巨系統。在這種形式下，如何依靠先進的安全管理理念、信息技術及系統手段，及時掌握鐵路運輸系統運營狀態、準確把握不同尺度下運營安全程度的變化規律、高效實施應急和救援措施、確保鐵路運輸安全保障的主動性和有效性是建設適合我國國情的鐵路運營安全保障體系的重點工作。

鐵路信號系統借助無線傳輸網絡及全球衛星定位系統，建立信息傳輸平臺，將機車運行信息、故障信息及機車的參數信息通過遠程移動通信技術直接傳輸到地面的監控中心，監控中心也可以根據機車信息向運行中的列車下達調度命令、預警命令，從而實現數據的雙向傳輸。

鐵路信號監控系統可以解決長期以來監控中心無法實時獲得機車運行數據的問題，達到了對機車遠程實時監控的目的，進而也達到了在軌列車網絡化管理、系統決策、全局調度的目的。①監控中心根據列車實時返回的機車位置信息對途停、機破、車輛分離等發生重大故障的列車進行準確定位，為指揮緊急救援提供準確的依據；②監控中心可以對超速運行或失控的列車下達遙控指令迫使其減速或停車，防止發生危及機車人員安全的重大事故的發生；③利用車載系統的遠程通信接口，監控中心可以對機車直接下達調度命令，防止由于調度命令層層轉達造成誤解而導致不安全因素；④地面專家診斷系統通過遙測數據對機車實行故障預警，指導機車工作人員迅速排除機車故障，防止故障升級，快速恢復機車運行，提高對重大故障的應急反應速度；⑤監控中心根據列車返回的機車運行數據異常信息，參照異常時的機車位置信息，可以有針對性的指導線路檢修，排除其安全隱患。實現了通信信號一體化。從各個方面來說，這種技術代替傳統技術已經成為必然趨勢。

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