機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中的應用研究

高志強

摘要：本文首先對機車信號車載系統(tǒng)的概述進行簡要分析，再就機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中發(fā)展現(xiàn)狀展開探討，最后就機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中的設計與實現(xiàn)進行研究，以期為鐵路事業(yè)的健康、穩(wěn)定、高效發(fā)展獻出微薄之力。

關鍵詞：機車信號；車載系統(tǒng)；鐵路行車；應用研究

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路運營的能力與速度不斷的得到了提升，傳統(tǒng)的鐵路調(diào)度是以人工作業(yè)為主，已不能滿足高速發(fā)展的鐵路運輸事業(yè)的需要，對鐵路運行中機車信號車載系統(tǒng)的研究成為了當前鐵路未來發(fā)展和提升的主要方向。機車信號車載系統(tǒng)的研究是為了確保鐵路運輸行車過程中的安全性和高效性，機車信號通過接受相關信息指令控制鐵路運行的線路、速度等，使鐵路行車系統(tǒng)逐步向自動化和智能化趨向發(fā)展。

1機車信號車載系統(tǒng)的概述

1.1機車信號車載系統(tǒng)的傳輸

在鐵路行車中機車信號車載系統(tǒng)的傳輸方式主要有軌道電路傳輸、電纜傳輸、點式設備傳輸和無線傳輸四種類型。其中軌道電路傳輸和電纜傳輸是依靠電路和電纜的傳統(tǒng)傳輸方式，其中電纜則是采用雙向信息傳輸?shù)哪Ｊ健｜c式設備傳輸主要包含了點式應答器和點式環(huán)線兩種，是現(xiàn)階段廣泛應用于鐵路行車中的一種鐵路控制系統(tǒng)的信息傳輸方式。無線傳輸則是基于無線信息技術發(fā)展而來的GSM-R無線系統(tǒng)車地雙向傳輸，具有較高的發(fā)展前景。

1.2機車信號的各種制式

1.2.1交流計數(shù)信號

交流計數(shù)信號最早引入我國是從上世界50年代開始，這是一種具有周期性的信號，具有載頻和0、1碼型時間持續(xù)的特點，在一個周期內(nèi)0、1碼會出現(xiàn)交替現(xiàn)象，而信號的接收則是根據(jù)這種時間與空間順序的交替性形成的。在交流技術信號的載頻中，電氣化區(qū)段采用25Hz，非電氣化區(qū)段則采用50Hz。同時還存在各種各樣的碼型，例如，U碼、UU碼等，由于碼型分布的差異性與誤差性，交流計數(shù)信號已經(jīng)不能滿足當前鐵路運輸?shù)男枨螅呀?jīng)逐漸被鐵路行車中的新信號制式所代替。

1.2.2移頻信號

移頻信號又是鍵控移頻信號，實際上屬于相位連續(xù)信號，在移頻自動閉塞的信息中存在4信息、8信息和18信息三種，相比與最后一種信息，前兩種信息的技術相對落后，可靠性與安全性較差，搜集的信息量有限，反應時間較長，抗干擾能力不高，已逐漸被18信息所替代。18信息是在原移頻信息的基礎上進行了數(shù)字信號以及其他相關技術的處理，從而提高了低頻信息的采集量，彌補了相關技術缺陷，實現(xiàn)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

1.2.3UM71信號和TVM430信號

UM71信號是一種相位連續(xù)鍵控移頻信號，其頻譜能量在載頻中形成較為明顯的單峰閾值，集中在中心頻率附近，正是由于這種信號的頻載頻率較高使得其電氣化干擾的抗性也具有較大的優(yōu)勢，但是其缺點就在于傳輸?shù)膿p耗也相對較大。TVM430信號是數(shù)字編碼信號，屬于數(shù)字調(diào)頻信號的一種，是通過對20多個幅度各一的信號進行疊加而生成，這些信息為具有不同的信息指代，例如，路網(wǎng)碼、速度碼、閉塞分區(qū)長度碼、坡度碼、糾錯碼和占用碼等信息位的指代意義。

2機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中發(fā)展現(xiàn)狀

在鐵路運輸業(yè)中，傳統(tǒng)的通信發(fā)生大多采用的是自動閉塞方式，是通過交流技術電碼、極性頻率脈沖和移頻三種方式實現(xiàn)的。不管是何種方式，都存在信息搜集較少、可靠性較低、抗干擾較弱的特點，無法對全面提速的鐵路運輸業(yè)進行適配。隨著研究的深入，對自動閉塞的研究進入了一個新的階段，即是將國外引進的UM71和TVM300進行優(yōu)化再開發(fā)，從而達到適配我國鐵路客運與貨運復雜的局面，使得4信息、8信息和18信息移頻自動閉塞隨之誕生，直到DSP技術的不斷推廣。DSP技術是當前廣泛認知的數(shù)字信號處理技術，利用先進的計算機科學進行信息的處理與利用，將信號以數(shù)字的形式進行采集、轉(zhuǎn)化、增加、壓縮、傳輸、識別等步驟，實現(xiàn)信號的高效傳輸。在日趨發(fā)展的當今環(huán)境中對機車信號車載系統(tǒng)的研究則更多的趨向高速、封裝更小、價格更低、功能更全、硬件更簡化、軟件更多樣等表現(xiàn)特點，而這些要求為機車信號車載系統(tǒng)在鐵路運行中的研究提供了更全面的要求。

3機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中的設計與實現(xiàn)

3.1機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中的模擬設計

對機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中的模擬設計需要從數(shù)據(jù)處理核心預計處理器控制核心的角度進行相關設備的選擇，并針對整個信息的傳送、接受、解讀、執(zhí)行的過程進行有效的控制。對模擬系統(tǒng)進行功能性劃分可分為信息傳送與信息接收兩個部分，而其中所涉及到的有信號發(fā)送、放大、鋼軌傳輸、接收、解碼五種設備，其中還需要對信號的采樣電路、控制電路、上燈控制電路、通信控制電路進行模擬設計，以此作為模擬系統(tǒng)設計的硬件設計基礎。對機車信號車載系統(tǒng)的軟件設計則需要參考硬件設計的基礎和需要達到的功能要求展開設計研究。在車載系統(tǒng)中的信號接收部分，需要對時域和頻域進行分析，從機車信號制式的層面進行載頻信息的檢測與確認，再通過不同的制式實現(xiàn)解調(diào)，一般采用抗干擾能力較強、穩(wěn)定性較高、信息載頻量較大的頻譜識別方案。

3.2機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中功能指標

對鐵路行車中的機車信號車載系統(tǒng)設計的功能指標研究需要對一定功能進行實現(xiàn)，例如，在系統(tǒng)傳輸中需要利用一定的放大設備對電壓信號進行放大，同時將Iv電壓轉(zhuǎn)換成IA電流信號；對系統(tǒng)進行中心頻率和調(diào)制頻率的相關檢測，針對交流技術信號的各種碼型、特殊信號的碼字信息、信號電頻幅值、上燈執(zhí)行系統(tǒng)等進行檢測；在系統(tǒng)許可下接收信號的偏移中調(diào)制頻率的判定偏移一般為±0.19Hz；機車信號軌道信號電壓需進行靈敏度的閾值設定，一般移頻信號或交流計數(shù)信號電壓靈敏度指標在10.0±1.39mV；針對機車信號車載系統(tǒng)接收信號做出反應的時間需要進行一定程度的調(diào)整，不能太快也不能太慢，太快可能導致其可靠性下降，太慢則無法達到鐵路運行的要求，一般情況下在移頻區(qū)段應在2-4s，在交流技術區(qū)段信息轉(zhuǎn)換應在≤6.9s，信息轉(zhuǎn)換過渡≤8.9s。

3.3機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中系統(tǒng)測試

機車信號車載系統(tǒng)在鐵路行車中的模擬設計完成后需要對其進行模擬系統(tǒng)的測試，主要是針對鐵路模擬軌道信號與實際信號的相關陛展開的系統(tǒng)測試，檢測模擬系統(tǒng)中的制式的識別和信號傳輸?shù)恼_性，針對解調(diào)的結(jié)果的滿意性進行完整度檢測。模擬需要對標準鐵路的軌道信息進行精確的解調(diào)，以此保證鐵路信息的正確性和準確性。從主要參數(shù)的解調(diào)來看，例如，對0、1碼型解碼允許誤差在3-5ms之間，屬于較小區(qū)間誤差，同時還需要對現(xiàn)場信號進行測試，通過識別不同制式的信號進行現(xiàn)場信號的檢測，其主要參數(shù)結(jié)果的準確性能確保上燈操作的準確。

4建議與小結(jié)

在對機車信息車載系統(tǒng)的相關研究中，還需要建立較為完善的故障應急機制模塊，從可靠性的角度實現(xiàn)鐵路運輸?shù)母咝c穩(wěn)定，對鐵路行車中故障對象設定一個安全預測輸出值，實現(xiàn)故障安全系統(tǒng)的構(gòu)建，將人為因素、環(huán)境因素等多重因素進行納入并展開因素間影響的組合，增加故障安全系統(tǒng)的有效性，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供重要的保障機制。隨著電子信息通信技術的高速發(fā)展，鐵路行車中的數(shù)據(jù)搜集、處理控制等步驟已經(jīng)融為一體，機車信號車載系統(tǒng)正在發(fā)生著巨大的變革，預示著現(xiàn)代化鐵路事業(yè)正在與時俱進的穩(wěn)定發(fā)展。endprint