基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用

基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用摘要:目前随着高速铁路不断向智能信息化进行发展，那么铁路信号系统就会在无线通信技术领域提出比较严格的要求同时无线通信不仅能够减少高速铁路信号系统的成本，还可以确保高速铁路的安全。文中首先分析了利用无线通信技术在高速铁路信号系统中的特点以及问题所在，然后重点分析了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。关键词：无线通信、高速铁路、信号系统在整个高速铁路工程中，虽然信号系统的投资总额所占比率较小，但其起到的作用十分关键。由于轨道电路传输环境较差、传输信息的速率较低、设备更新维护费用高，所以基于轨道电路的列车控制系统己经不能满足高速铁路的快速发展要求。在80年代，国外开始研究基于无线通信的铁路信号系TBS(TransmissionBasedSignaling)，希望通过无线通信技术的应用来提高铁路的管理职能、缩短列车间隔时间、节约能源、降低系统的成本。1995年在关于TBs的国际会议中，会议代表分析了无线通信技术在铁路信号系统应用的可行性，并指出了无线通信技术可能给铁路信号系统带来的积极影响，表明了TBS将会成为未来铁路信号系统的发展方向。一、国外下TBS的发展情况1.北美TBS的发展情况1983年，美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息，并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装，节省了系统成本，还消除信号盲区，增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误，使列车行驶更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名的。2.欧洲TBS的发展情况3.日本TBS的发展情况二、TBS的特点和问题1.TBS的特点1)在TBS中，主控中心可以根据列车的运行状态和操作状态通过车载计算机来调整列车的运行，加大了高速铁路信号系统的管理职能，保证了列车的安全，提高了铁路线路的通行能力。2)（2）在无线通信信号系统控制下，列车和地面的可靠信息量增大，列车运行变得更加稳定，且避免了不必要的加速和制动，节约了能源，也让旅客乘车变得更加舒适。3)无线通信技术的运用，省掉了大量的地面信号装备，大大减少了设备的安装、维护、修整费用。4)无线通信信号系统的适应能力极强，通过软件上的调整就可以使列车的运行速度提高，且能够自动调整运行图，大大的提高了铁路运输管理能力。5)无线通信信号系统还可以通过车地间的双向信息通道实现列车的闭锁控。2.TBS的问题1)高铁信号系统使用轨道电路只能使用较低的信息发送频率，传输环境恶劣，很难让电码的传送速率满足高速铁路的运行速度要求。2)TBS通过环线设备和应答器件接受数据信息，列车进行操作可能会有时间上的延迟，可能会给列车的运行造成不良的影响。3)轨道间的电缆电线作为车地之间的双向信息通道，虽然传输信息量大，抗干扰能力强，但设备费用较高，且防盗能力很差，一旦丢失，后果严重。三、无线通信在高铁信号系统中的实际应用1)自动实现通话组之间的变动。由于经过工作站来实现通话组之间的变动，所以在移动台中的通话组变换可以自动完成目前，当高速铁路中的一些列车台属于列车运行的范围内时，会管理这个列车范围段，但是如果它处于正规的路线范围内时，就应该作为高速铁路列车的调度管理范围，所以高铁列车中的通话组列车台就能够实现变换。2)中继器。首先将无线基站设置在所有的高速铁路中，这样就能够增多成本，还有这样一点意义也不存在，所以最后可以运用中继器来实现基站能够管理一些路线及车站。其中基站不仅能够管理该基站区域里面的场强，而且能够经过中继器可以将一些射频的信号送到管理的站区，反之也可以实现。3)经过移动的终端把在维修处的一些系统中用到维修部与防护部，在重要的控制系统中把一些数据存储在高速铁路的列车上面。只有在高速铁路中的列车与这些点比较相近的时候，他们经过一些地面上的系统，将重要的一些报警信息传入移动的终端。4)在高速铁路中的列车定位中涉及到了无线通信技术，比如应答器、GPS以及雷达等实现定位的方法。5)自动实现高速铁路中列车次号的改变。要想完成通过通知高铁列车来改变车次号，该系统必须有车次号及其机号的情况，将这些情况传送到集群系统。之后该系统能够依据以前保存的车次号及其机号的情况，因此这些就可以自动完成车次号及车机号交换，这些使得客户的呼叫有了很大的好处。6)实现集中的调度。在系统的调度之中，仅仅依据一段区域中的闭塞分区以及高铁列车车站的使用状况，多数情况下要了解高铁列车的运作状况。但是在无线通信技的重要控制系统中能够比较准确的了解所有高速铁路列车的速度及其位置，根据线路的信号系统情况，能够与所有的高铁列车实现双向的数据通信，并且传送一些控制指令，从而能够控制着高速铁路的列车速度，且能够实时的来掌握高铁中的列车情形，也确保了高铁列车能够在最短的时间间隔内实现安全、稳定且快速地来运作。7)实现微机的联锁。通过一些接口单元来接收全部从重要的控制系统中发来的操作执令，首先约束着道岔以及一些在信号机中的行为，然后再把获得的道岔和信号机的情况传递给重要的控制系统。再经过无线的信道、装备与电缆之间的连接以及控制系统中的关系，这样就能够约束一些具有辅助作用的系统。其中无线通信技术能够用到微机的联锁中，首先在正在使用的装备处必须要安置无线的接收以及发送设备，而且这样就会加大资金投入，然后由于大型高速铁路列车车站内的信号机及道岔的数量比较繁多，而且还具有很多的障碍物和干扰物，因此这些对于无线控制方面十分不利。8)为了提高平交道口的防护能力和和通过效率，防止由于无线设备故障造成不必要的损失，主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息，可以计算列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样，列车通过平交道口就有了安全保障，而且还大大提高了道口的通过效率。四、总结随着高速铁路的不断发展，要确保列车的安全，先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的运用仍处于初期阶段，在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口，使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。