信號(hào)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

胡偉

摘要：鐵路信號(hào)被稱為“火車之眼”。這是因?yàn)樗蕴囟ǖ姆绞綄?shí)時(shí)傳遞列車機(jī)組人員的列車狀態(tài)和道路狀況，并為整個(gè)列車編組建立了一套完整、全面的設(shè)備。信息系統(tǒng)，大大提高了列車運(yùn)行過(guò)程的安全性和有效性。隨著人類高科技技術(shù)的不斷變化，鐵路信號(hào)技術(shù)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，值得進(jìn)一步的研究和探索。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)技術(shù)；發(fā)展歷史；城軌交通信號(hào)；數(shù)字信號(hào)；前景

在我國(guó)，鐵路是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是大眾化的重要交通工具。截止2013年，我國(guó)已經(jīng)擁有僅于次美國(guó)的全球第二大的鐵路網(wǎng)，以及全球最大規(guī)模的高速路網(wǎng)。面對(duì)快速發(fā)展的現(xiàn)代鐵路事業(yè)，不斷提高鐵路通信信號(hào)技術(shù)，是確保鐵路運(yùn)輸安全、穩(wěn)定的有力保障。在十余年的發(fā)展中，我國(guó)鐵路通信信號(hào)技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展，尤其是在通信信號(hào)技術(shù)一體化方向，逐步的優(yōu)化與調(diào)整，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家接軌。

1鐵路通信信號(hào)技術(shù)

鐵路通信信號(hào)技術(shù)就是運(yùn)用通信方式對(duì)鐵路運(yùn)輸進(jìn)行相應(yīng)的信息傳遞及處理的技術(shù)。隨著鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路通信信號(hào)技術(shù)也隨之發(fā)生變化。鐵路運(yùn)輸具有特殊性，而作為鐵路運(yùn)輸核心的鐵路通信信號(hào)技術(shù)，控制著其運(yùn)輸生產(chǎn)的安全性與可靠性。

2鐵路信號(hào)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展歷史及前景探索

鐵路信號(hào)技術(shù)在我國(guó)發(fā)展迅速，它在相當(dāng)程度上也決定了我國(guó)鐵路現(xiàn)代化發(fā)展轉(zhuǎn)化的重要前進(jìn)步伐，越來(lái)越成為鐵路機(jī)組設(shè)備不可或缺的重要組成部分。在早期，我國(guó)鐵路信號(hào)技術(shù)主要圍繞聯(lián)鎖系統(tǒng)展開技術(shù)研究及運(yùn)用，秉承閉塞、列控系統(tǒng)技術(shù)理念，并經(jīng)歷了包括機(jī)械聯(lián)鎖、電機(jī)聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖4個(gè)重要時(shí)期。這其中電氣聯(lián)鎖時(shí)期還衍生了繼電聯(lián)鎖和電鎖器聯(lián)鎖兩種設(shè)備，雖然技術(shù)類型豐富但依然還存在技術(shù)缺陷，例如在設(shè)備中嚴(yán)重缺乏人機(jī)對(duì)話交流環(huán)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)有效操作，且其聯(lián)鎖功能也不夠完善，這導(dǎo)致許多操作無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)。再一點(diǎn)就是它的造價(jià)極高，且占用了大量的人力物力，而所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)卻相對(duì)較低，無(wú)法滿足行業(yè)發(fā)展需求。而后，為了迎合時(shí)代發(fā)展，實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)出現(xiàn)，它能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足鐵路車站之間的有效溝通聯(lián)系，當(dāng)前計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)都通過(guò)控制微機(jī)作為技術(shù)內(nèi)核，它是一種可靠性較高且功能性相當(dāng)豐富的電子設(shè)備，能夠?yàn)殍F路網(wǎng)絡(luò)提供全電子化、全信息化技術(shù)支持，對(duì)我國(guó)鐵路信號(hào)閉塞系統(tǒng)的進(jìn)化完善也有推力作用。就圍繞我國(guó)鐵路信號(hào)的閉塞系統(tǒng)建立過(guò)程來(lái)看，它就經(jīng)歷了電話閉塞、路簽閉塞、半自動(dòng)閉塞和自動(dòng)閉塞4個(gè)重要階段。目前還出現(xiàn)了固定、準(zhǔn)移動(dòng)和移動(dòng)閉塞3個(gè)新階段。從最早的電話閉塞說(shuō)起，它就通過(guò)各個(gè)車站之間工作人員的電話溝通來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)傳遞。隨后路簽閉塞系統(tǒng)出現(xiàn)，它將路簽作為主要依據(jù)來(lái)明確列車在單個(gè)車站區(qū)間內(nèi)的行駛過(guò)程，依然還屬于人工操作為主的階段。再后來(lái)所出現(xiàn)的半自動(dòng)閉塞和自動(dòng)閉塞則趨向于智能自動(dòng)化，它不再過(guò)分依賴人力，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)規(guī)劃發(fā)車車站和所有經(jīng)傳車站的鐵路信號(hào)聯(lián)通，并為列車生成行駛路線，當(dāng)列車在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行過(guò)程中每到一個(gè)車站，車站生成閉塞就會(huì)自動(dòng)解除。這兩階段的閉塞技術(shù)目前正隨著列車的提速和列車類型的不斷豐富而發(fā)生改變。在未來(lái)，我國(guó)鐵路提速、重載是必然發(fā)展趨勢(shì)，而鐵路信號(hào)也必須隨之發(fā)展，滿足鐵路行業(yè)技術(shù)要求，從傳統(tǒng)的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變，所以鐵路信號(hào)技術(shù)體系中需要進(jìn)一步大量引入計(jì)算機(jī)技術(shù)。通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理來(lái)劃分鐵路信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析。這兩種技術(shù)都不易受到外界因素干擾，特別是頻域分析技術(shù)在運(yùn)算精度上表現(xiàn)更好，能夠?yàn)楫?dāng)前高鐵路軌信號(hào)提供高質(zhì)量的信號(hào)內(nèi)容與傳輸速度。另一方面，鐵路信號(hào)機(jī)的功能也在不斷完善，它的可用性與故障自檢能力越來(lái)越強(qiáng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與微處理機(jī)的相互結(jié)合，廣泛運(yùn)用到了各種聯(lián)鎖設(shè)備配合工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步優(yōu)化了閉塞技術(shù)，保證固定閉塞逐漸朝準(zhǔn)移動(dòng)和移動(dòng)閉塞方向發(fā)展進(jìn)步。特別是當(dāng)前許多車站都采用了移動(dòng)閉塞技術(shù)，它有效擺脫了閉塞區(qū)間的信號(hào)傳輸限制，配合衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳輸控制，提高了高鐵路軌運(yùn)輸?shù)乃俣群蛯?shí)效性。20001年初，我國(guó)借鑒歐盟立法的ETCS強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)范，建設(shè)了符合我國(guó)鐵路行業(yè)發(fā)展技術(shù)形勢(shì)的CTCS系統(tǒng)，它的主要功能目標(biāo)就是保證鐵路信號(hào)在各個(gè)車站之間互通互用，確保高速列車能夠在鐵路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)跨線通信，擁有安全高效、低成本等特色。且該系統(tǒng)全程采用了車載自動(dòng)閉塞和全程移動(dòng)閉塞技術(shù)，配合線路優(yōu)勢(shì)來(lái)提高通信安全可靠性。在系統(tǒng)中，雙向連續(xù)無(wú)線通信技術(shù)被采用，它以列車車載信號(hào)作為主要信號(hào)，配合微信定位與導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車位置的實(shí)時(shí)有效監(jiān)控，為列車運(yùn)行提供了極為有效的速度控制與超速保護(hù)功能，對(duì)列車整體的安全性與時(shí)效性提高作用顯著。

3鐵路通信信號(hào)技術(shù)的新發(fā)展

3.1數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為鐵路通信信號(hào)技術(shù)的革新，創(chuàng)造了有力的外部條件。傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)設(shè)備，在很大程度上無(wú)法滿足現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸對(duì)安全的要求。所以，依托計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)高速分析計(jì)算功能，有助于提升鐵路通信信號(hào)設(shè)備的性能。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的出現(xiàn)并應(yīng)用，為鐵路信號(hào)信息處理技術(shù)的革新提供了支撐。相比與傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)越性比較突出。一方面，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的可靠性更強(qiáng)，提高了鐵路通信信號(hào)的可靠性；另一方面，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的實(shí)時(shí)性，這在很大程度上滿足了現(xiàn)代鐵路通信系統(tǒng)的發(fā)展需求。當(dāng)然，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在頻域與時(shí)域分析領(lǐng)域各有優(yōu)劣。頻域分析的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了高運(yùn)算精度與抗干擾能力。但是，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展與革新，諸如小波信號(hào)處理技術(shù)、ZFFT等技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的新發(fā)展。例如，在我國(guó)鐵路通信系統(tǒng)中，區(qū)間所采用的ZPW2000-A信號(hào)發(fā)送、接受等，均使用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。

3.2普通鐵路與高速鐵路通信兼容技術(shù)

高速鐵路的快速發(fā)展，是基于現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需求的必然選擇。2014年施行通車的滬昆高鐵，標(biāo)志著我國(guó)高速鐵路發(fā)展的新階段。但是，相比于普通鐵路，高速鐵路低信號(hào)的需求更多。一方面，高速鐵路為確保運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，其所需的信息數(shù)量明顯增。另一方面，高速鐵路的運(yùn)行，對(duì)信號(hào)質(zhì)量有了更高安全，高質(zhì)的信號(hào)是高速鐵路發(fā)展的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前，我國(guó)普通鐵路與高速鐵路共同運(yùn)用，這就強(qiáng)調(diào)兩者兼容技術(shù)發(fā)展的必要性，以確保高速鐵路與普通鐵路的有效運(yùn)行。

4結(jié)語(yǔ)

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)改革的深化，科技對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)將日漸增大，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域也將越來(lái)越廣泛，技術(shù)性能和功能性也會(huì)得到大幅度的提升。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)未來(lái)會(huì)向著高速度、大容量、低功耗的方向發(fā)展，數(shù)字處理技術(shù)的應(yīng)用將推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)和人們生活方式的變革。

參考文獻(xiàn)：

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[2]蔡馥韓.關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J].中國(guó)新通信，2017（19）.

（作者單位：成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司）