鐵路信號與鐵路提速發展回顧及啟示

劉伯鴻

（蘭州交通大學 自動化與電氣工程學院，副教授，甘肅 蘭州 730070）

鐵路信號的作用是保證鐵路列車運行安全，提高鐵路運輸效率，及時和準確地提供鐵路列車運行信息等。就鐵路信號的學科定位而言，鐵路信號是以電子技術、通信技術、計算機技術、控制技術等為手段，根據鐵路的特點而形成的一門應用性極強的綜合性學科。同時，鐵路信號技術的發展也是隨著鐵路運輸發展和科學技術的進步而發展的。鐵路信號的發展與鐵路運輸模式有關，特別與鐵路提速休戚相關〔1-4〕。

1 鐵路信號的組成及其發展

1.1 鐵路信號的組成 鐵路信號包括信號顯示、信號設備和信號系統等，如圖1所示。

圖1 鐵路信號示意圖

1.2 鐵路信號的發展回顧 根據鐵路信號的發展，按時間可分為以下3個階段。

1.2.1 第1階段 第1階段以20世紀80年代至90年代（“六五”、“七五”期間）內涵式發展為主的擴大再生產方式階段。

“八五”期末鐵路通信信號裝備率，除電氣集中、無線機車電臺等裝備率有了大幅度的提高外，自動閉塞占營業線比重也提高不少。與此同時，電務技術裝備的發展，產生了顯著的宏觀效益。

1.2.2 第2階段 第2階段為20世紀90年代至21世紀初期間。為了實現鐵路從傳統產業向現代產業的轉變，加快了鐵路信息化進程，而實現鐵路信息化必須首先實現鐵路信號的現代化。

回顧改革開放以來信號專業的發展，鐵路在信號安全技術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的基礎上，計算機聯鎖逐步完善，以外鎖閉為代表的提速道岔控制技術的應用取得成功；以運輸調度指揮管理信息系統（DMIS）為代表的傳統鐵路信號3段式結構（車站、區間、編組場）向網絡信號3層式結構（調度指揮中心、域控制中心、遠端控制模塊）轉軌；以頻率優化為代表的軌道電路技術和微機計軸技術等鐵路信號傳感技術向多元、多手段發展。

這一時期鐵路信號、信息技術、通信技術發展很快。就鐵路信號而言，計算機聯鎖系統、站內電碼化、新型移頻自系統動閉塞、機車信號車載裝置、調度集中、信號微機監測系統等方面，發展迅速。就信息技術而言，TIMS、DIMS工程建設相繼啟動。

1.2.2.1 計算機聯鎖系統 在車站聯鎖領域，隨著計算機技術的迅速發展，尤其是對于可靠性技術和容錯技術的深入研究，計算機聯鎖技術正趨成熟并大力推廣使用。

1.2.2.2 站內電碼化 20世紀80年代，開始實施“25 Hz交流技術電碼化”技術。1991年，“車站股道電碼化”通過部級鑒定。車站股道電碼化技術這一安全措施的實施，實現正線、側線股道電碼化，使運輸安全情況大大好轉，全路“兩冒”事故率連年大幅下降。

1.2.2.3 新型移頻自系統動閉塞 為了適應電氣化鐵路的需要，鐵道部采用引進、消化、吸收、再創新的政策。1989年，在京廣線鄭武段電氣化工程中引進了法國的UM 71和TVM 300。并在UM 71國產化的進程中，我國自行開發了具有自主知識產權的WG-21 A和ZPW-2 000A、ZPW-2 000 R無絕緣移頻自動閉塞系統。

1.2.2.4 機車信號車載裝置

自動停車裝置、機車信號、列車運行監控記錄裝置、列車自動防護系統在不同階段的應用推廣，使列車運行安全效果逐步提高。

1.2.2.5 調度集中 20世紀90年代引進美國的調度集中系統，并開始研制適合我國國情的調度集中系統。但由于我國鐵路客貨混運，交放權頻度過多等原因，傳統調度集中發展緩慢。

1.2.2.6 信號微機監測系統 信號微機監測系統是隨著計算機技術的發展而發展的，是經過十幾年艱苦探索發展起來的。1997年鐵道部組織專家對信號微機監測系統進行了大規模的調查研究，并在此基礎上，制定了技術原則，組織了聯合攻關，研制開發了第一代TJWX信號微機監測系統。

1.2.3 第3階段 第3階段為21世紀初至今期間。21世紀初，以計算機聯鎖、新一代調度集中、列車運行控制系統CTCS、信號微機監測網、編組站綜合自動化系統等為代表的鐵路信號新技術分進入快速的發展時期。

1.2.3.1 以計算機聯鎖 目前，國內干線鐵路主要以二乘二取二計算機聯鎖及三取二計算機聯鎖、雙機熱備型的計算機聯鎖為主。

1.2.3.2 分散自律調度集中 根據鐵道部大發展的總體思路，我國鐵路以TDCS為平臺，以調度集中（FZ-CTC）為核心，構建現代化的調度指揮管理信息系統，以現代運輸的理念大推動鐵路運輸調度指揮系統建設。

2003年，為了滿足我國鐵路運輸發展的需要，提高鐵路運輸調度自動化水平，鐵道部組織有關單位制定了《分散自律調度集中系統技術條件（暫行）》。

2002年，新一代調度集中系統在青藏線西寧－哈爾蓋開通運行。2007年結合我國鐵路第六次大面積提速，在膠濟、龍海、滬昆線等提速干線和其他干線推廣應用。目前，分散自律調度集中系統已經作為客運專線信號集成的主要子系統之一廣泛使用。

1.2.3.3 列車運行控制系統 中國列車運行控制系統（簡稱CTCS），是借鑒國內外信號新技術的基礎上，自主建立而成。CTCS分為CTCS－0、CTCS－1、CTCS－2、CTCS－3、CTCS－4五個等級。

在建立CTCS過程中，鐵道部領導高瞻遠矚，在科學發展觀的指導下，運用現代知識工程，首先組織專家多次論證，建立CTCS技術路線，宣貫CTCS技術，然后實施CTCS技術，并逐步完善和修訂CTCS技術標準。

1.2.3.4 信號微機監測網 隨著計算機技術、通信技術、網絡技術的發展，為了更好的適應列車提速、行車密度增加和列車運行保障系統的要求，在微機監測系統、電源屏監測、列車運行狀態監控等基礎上，鐵路局已形成了微機監測網和鐵路信號集中監測系統。

2 鐵路提速發展回顧

安全生產是鐵路永恒的主題，深化體制改革是鐵路面對的重大課題，提速是鐵路面對的又一重大課題〔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。

1）鐵路提速工作起步于90年代初開始的廣深線準高速鐵路建設。1994年12月，我國第1條速度為160 km/h的廣深準高速鐵路建成，為鐵路普遍提速奠定了基礎在此之后，沈大，滬寧，京秦鄭武等繁忙干線提速實驗相繼取得成功。從1997年開始，全路掀起了大規模的提速熱潮。經過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1萬km，初步形成了覆蓋全國主要地區的提速網絡在提速的帶動下，中國鐵路的面貌發生了深刻的變化。

表1 我國鐵路近年提速一覽表

通過提速，提升了鐵路科技創新的水平；通過提速，促進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，連接全國主要城市的快速客運網；通過提速，鐵路在適應市場需求方面取得了重大突破。鐵路部門以提速為支持，市場為導向，開發了快速列車“夕發朝至”列車、行包專列、“五定”班列等運輸新產品，增強了鐵路運輸的競爭能力，實現了經濟效益和社會效益雙豐收。鐵路這些年之所以取得了較好的經濟效益和社會效益，提速功不可沒。

鐵路提速推動了信號技術的大發展，信號技術的發展堅持了引進、消化、吸收和自主創新相結合的原則，符合國際信號技術發展的趨勢，并具有我國特色。鐵路先后進行的7次大規模提速，為鐵路信號帶來了良好的發展機遇。鐵路信號技術裝備不僅在數量上有了大幅度的增長，而且在技術含量上也有了明顯的提升，一定程度上實現了鐵路信號技術設備的更新換代。提速道岔分動、多點牽引、外鎖閉轉換設備全面上道，大號碼道岔的運用有了信號配套，車站計算機聯鎖得到規模發展；新一代ZPW-2000系列無絕緣軌道電路大規模應用，四顯示自動閉塞迅速推廣；主體機車信號系統的標準制定，全路機車信號信息定義已經逐步統一，主體機車信號車載設備研制成功；我國CTCS技術規范總則和CTCS-2、CTCS-3級技術條件已經發布，自主研制和技術引進工作正在實施；全路運輸調度指揮系統（TDCS）工程在繼續全面實施，新一代智能型調度集中（FZ-CTC）技術條件已經發布，多段線路已經開通。

2）自2004年《鐵路中長期規劃》和2008年《鐵路中長期規劃（修訂）》發布以來，我國高速鐵路真正進入實質性發展階段，先后建了成京津城際鐵路、武廣客運專線，鄭西客專等線路，CTCS-2、CTCS-3列控系統逐步得到實施。

2.2 提速的技術路線 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兩條線索（如圖2所示）。既有線路、新建常規線路，在提高設備裝備率的同時，應用新技術，保證列車運行安全。

圖2 鐵路提速的技術路線

2.3 高速鐵路信號技術大廈 雖然我國高速鐵起點底，但起步高。鐵道部通過組織專家多次反復論證，根據鐵路科學技術的發展，前瞻性規劃了高速鐵路的發展路徑，在有能力解決好高鐵固定設施、動車組和電氣化牽引技術的前提下，借鑒國內外信號新技術，尤其是借鑒歐洲列車運行控制系統（ETCS）的基礎上，架構了中國列車運行控制系統（CTCS）技術體系。

高速鐵路信號技術大廈（如圖3）作為CTCS的一部分，不是空中樓閣，是在既有信號技術的基礎上，立足于國情，構建而成。當然，高速鐵路運行管理委托鐵路局管理，其運營體制、維修體制也與既有線路管理大不一樣。

圖3 高速鐵路信號技術大廈

3 啟示

通過對鐵路信號與鐵路提速發展回顧，對我們的啟示主要有以下3點。

3.1 鐵路信號現代化是實現鐵路信息化的基礎鐵路要實現從傳統產業向現代產業的轉變，必須加快鐵路信息化進程，而實現鐵路信息化必須首先實現鐵路信號的現代化。因此鐵路信號現代化是實現鐵路信息化的基礎，要通過加快電務信號技術發展以促進鐵路信息化建設。

3.2 集信息與控制于一體是鐵路信號發展的必然從信號專業亦即信息控制專業的觀點看，我們首先要把行車運輸組織的“信、聯、閉”過程既看成“物理流”過程，又看成“信息流”過程，而且是從對信息流的處理著手，完成對物理流的控制。集信息與控制于一體是現代鐵路信號發展的必然，因此，傳統信號學向現代信號學的轉軌，說到底就是現代網絡信號，就是鐵路運輸列車調度指揮信息與鐵路運輸控制技術的結合。

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

隨著鐵路中長期規劃和東北、西北、西南鐵路網“一主兩輔”的實施，我國鐵路提速正日漸步入正規，對鐵路提速工程的認識也不斷深入。

中國鐵路客貨列車共線運行，各種列車的速度、密度、重量三者之間相互影響、相互制約的效應十分明顯。多年的提速實踐，形成了以技術創新、運輸組織創新、安全控制創新為主要手段，以“深度挖潛”為目的的“提速模式”，既實現了提速，又增加了客貨運量，還提高了行車密度。也就是說，這種“提速模式”促進了我國鐵路“運輸模式”向更高層次—“快速度、高密度、大重量”提升。同時，高速鐵路建設，正在極大的提升我國鐵路運輸自動化技術，從而有效緩解鐵路運輸壓力。鐵路運營管理正在發生深刻變化，鐵路信號技術已由對信號設備的控制轉變為對移動體的控制，高鐵“提速模式”和高鐵“運輸模式”相互對應，相互配合。

4 結束語

鐵路信號技術與鐵路提速二者是緊密關聯、相互促進的。但是，更重要的是市場經濟的需求，國家戰略的需求。離開了這些，再好的想法和技術也無濟于事的。鐵路信號技術的發展與鐵路提速，首先是經濟發展的迫切需求。

〔1〕胡耀華.鐵路信號現狀及發展方向〔J〕.中國鐵路，2002（4）

〔2〕傅志寰.中國鐵路提速工程管理的探索與創新〔J〕.中國工程科學，2002（4）

〔3〕李萍.加強DIMS建設管理推進鐵路調度指揮現代化〔J〕.鐵道通信信號，2004（12）

〔4〕傅世善.大提速推動鐵路信號技術發展〔J〕.中國鐵路，2006（9）

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

〔6〕國家發展和改革委員會綜合運輸研究所.中國交通運輸發展改革之路〔M〕.北京:鐵道出版社，2009

〔7〕左輔強.日本新干線高速鐵路發展歷程及其文化特征研究〔J〕.城市軌道交通研究，2012（11）