高鐵信號(hào)系統(tǒng)中新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

摘 要：當(dāng)前，我國(guó)鐵路建設(shè)曰新月異，鐵路為實(shí)現(xiàn)高速、高密度和重載運(yùn)輸?shù)男枰歼M(jìn)行了大量的技術(shù)改進(jìn)，鐵路信號(hào)自動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)化學(xué)科的一個(gè)特色鮮明的方向，經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展，形成了現(xiàn)代鐵路信號(hào)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，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)。鐵路信號(hào)的技術(shù)發(fā)展與更新已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)列車有效控制、提高鐵路區(qū)間通過能力、提高編組能力的重要手段。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)；ATS；通信信號(hào)一體化

1 高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的組成及功能

世界各國(guó)采用的高速鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)都稱為列車自動(dòng)控制系統(tǒng)ATCS，該系統(tǒng)包括行車指揮自動(dòng)化子系統(tǒng)、列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）子系統(tǒng)和列車自動(dòng)駕駛（ATO）子系統(tǒng)。

1.1 行車指揮自動(dòng)化（ATS）系統(tǒng)

根據(jù)運(yùn)行圖計(jì)劃及列車控制信息，通過控制中心計(jì)算機(jī)實(shí)行輸入列車運(yùn)行程序，實(shí)時(shí)控制、調(diào)整列車運(yùn)行狀態(tài)，指揮列車運(yùn)行。

1.2 列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）系統(tǒng)

列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)：保證列車按照安全運(yùn)行速度，防止列車超速運(yùn)行，并能防護(hù)列車迎面沖突和追尾沖突的系統(tǒng)，系統(tǒng)具有故障一安全技術(shù)的特點(diǎn)，主要功能是檢測(cè)列車當(dāng)前運(yùn)行速度和位置信息，保證列車安全運(yùn)行和一定的制動(dòng)距離。

1.3 列車自動(dòng)駕駛（ATO）系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過數(shù)字軌道電路或應(yīng)答器等軌旁設(shè)備將調(diào)度中心或車站的控制命令傳輸給車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)接收到控制信息后，經(jīng)過運(yùn)算、比較，結(jié)合列車自身的控制、制動(dòng)條件，給出安全、合理的運(yùn)行速度，確保列車的最小追蹤間隔，提高列車的運(yùn)行效率。

1.4 ATP系統(tǒng)、ATS系統(tǒng)、ATO系統(tǒng)相互之間的控制關(guān)系

ATP為整個(gè)ATC系統(tǒng)的安全核心，是列車運(yùn)行時(shí)必不可少的安全保障。ATS為ATC系統(tǒng)的上層管理部分，是ATC的指揮中樞。ATO是采用ATCS的最優(yōu)體現(xiàn)。ATO需在已裝備ATP子系統(tǒng)的條件下才能使用，并不斷接受ATP的監(jiān)視，ATO通過ATP從ATS處得到列車運(yùn)行命令；ATO獲得信息后，到站后，經(jīng)ATP檢查開門條件滿足后，ATO給出開門信息，同時(shí)，列車ATO通過列車位置識(shí)別系統(tǒng)（PTI）天線，將列車信息傳送給地面通信器，然后傳送到ATS，ATS根據(jù)此列車信息確定列車的新任務(wù)后再次通過軌道電路傳送給ATO，在區(qū)間運(yùn)行時(shí)，每進(jìn)入新的軌道區(qū)段，ATO便接收新的地面信息，以便進(jìn)行速度調(diào)整，在運(yùn)行過程符合條件時(shí)，可以靈活地進(jìn)入ATO模式。

2 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(guó)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GSM-R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。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提高，目前，以鐵路局、鐵道部為行車運(yùn)營(yíng)指揮中心的行車自動(dòng)化體系已經(jīng)建立，為高速鐵路的運(yùn)行提供了良好的行車自動(dòng)化指揮平臺(tái)。

3 鐵路信號(hào)系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)處理新技術(shù)的應(yīng)用

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)。微機(jī)化列車自動(dòng)控制設(shè)備。車載計(jì)算機(jī)同樣要采用三取二的結(jié)構(gòu)來保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)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)。

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(yǔ)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。

列車收到運(yùn)行信息后，由車載計(jì)算機(jī)算出列車位置和駕駛信息，經(jīng)過處理后由列車控制設(shè)備執(zhí)行速度控制，進(jìn)行必要的啟動(dòng)、制動(dòng)控制。列車速度信息、位置信息等回傳給軌旁設(shè)備，進(jìn)而輸送至控制中心及車站分機(jī)，報(bào)告列車位置、列車車次，列車長(zhǎng)度及實(shí)際行車速度等，信息的傳遞是通過應(yīng)答器和無線通道實(shí)現(xiàn)的。控制中心計(jì)算機(jī)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)能收到所管范圍內(nèi)每列車的行車特性、線路地形等與列車有關(guān)的信息，在行車自動(dòng)化過程中，可以使得兩列車按最小時(shí)分或安全間隔運(yùn)行。地面處理機(jī)向前面和后面兩個(gè)軌道電路銜接點(diǎn)的兩端發(fā)送信號(hào)，地面處理機(jī)首先計(jì)算機(jī)從銜接點(diǎn)到后面軌道電路上后續(xù)列車，機(jī)車上的處理機(jī)通過安裝在機(jī)車前部的天線接收由鋼軌傳來的數(shù)據(jù)流。

4 鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用方向

中國(guó)鐵路進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，2007年4月18日鐵路實(shí)施了第6次大提速，對(duì)鐵路信號(hào)來說是一個(gè)重要的里程碑，它標(biāo)志著中國(guó)鐵路有了自己的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，鐵路信號(hào)重要裝備水平開始進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。近年來，鐵路信號(hào)領(lǐng)域中無論在信號(hào)制式、系統(tǒng)、技術(shù)、設(shè)備、設(shè)計(jì)和研究中，都發(fā)生了很多重要的理念變化，這些理念的變化相互關(guān)聯(lián)、相互影響。隨著列車運(yùn)行控制系統(tǒng)和列車運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)的推廣運(yùn)用，中國(guó)鐵路信號(hào)制式和系統(tǒng)經(jīng)歷著一些重大變化：鐵路信號(hào)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)度員一車站值班員一司機(jī)三級(jí)管理向由調(diào)度員直接控制移動(dòng)體（列車）轉(zhuǎn)化；列車運(yùn)行由以人為主確認(rèn)信號(hào)和操作向?qū)崿F(xiàn)車載設(shè)備的智能化轉(zhuǎn)化；區(qū)問閉塞由固定閉塞方式向準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式轉(zhuǎn)化；信號(hào)顯示制式由速差式向速度式（目標(biāo)距離）轉(zhuǎn)化。

另外我們還應(yīng)該注意到信號(hào)系統(tǒng)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化也隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展而發(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，“統(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。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)要跟隨高速鐵路的建設(shè)速度，與之同步發(fā)展，適應(yīng)現(xiàn)代化高速鐵路建設(shè)的需要，當(dāng)然人們對(duì)高鐵的要求也必然使得高鐵信號(hào)系統(tǒng)還將承擔(dān)著更艱巨的重任，因此我們還應(yīng)該從信號(hào)控制技術(shù)的需要入手，在功能、控制手段方面不斷改進(jìn)，開辟出中國(guó)高速鐵路信號(hào)控制技術(shù)的嶄新局面。

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