我国铁路信号系统的现状与发展

我国铁路信系统的现状与发展铁路是国民经济的大动脉，对国家的发展起着重要作用。由于铁路运输的成本低、效率高、安全、并且节约能源，目前世界各国都在加快研究铁路运输技术，现代铁路正向高速、重载、高密度方向发展。铁路信号系统不仅是列车安全运行的保障，也是提高铁路效率的重要设备，是现代化铁路系统中不可缺少的部分。1我国铁路信号系统现状由于历史的原因，我国铁路在诞生初期由不同的外国资本所控制，缺乏统一规划，因而信号不统一，设备简陋，制式混乱，器材规格各异。建国以后，经过50多年的建设，我国铁路信号系统已基本达到体系完整、产品配套、信号统一的成熟阶段，实现了由机械信号向以继电技术为主、逐步向电子信号系统过渡的转变。但随着我国经济的快速增长，当前的铁路信号系统表现出如下不足之处。1．自动化程度尚须进一步提高。继电技术虽然成熟，但设备体积较大，难以实现智能控制和联网集中监测。随着微电子技术的发展，在工业控制领域中，继电控制技术已逐渐淘汰，取而代之的是PLC、微机控制等智能控制技术。与工业控制领域相比，我国铁路信号系统还大量采用继电控制设备，虽然也逐渐采用了一些计算机智能控制设备，但发展步伐较慢，难以形成大规模的综合控制体系，在提高整体效率及优化资源配置方面的效果不够明显。2．安全性不够高。受到自动化程度的限制，行车调度指挥工作过多依赖人力，列车的控制也主要依赖司机对地面信号的观察与判断。随着列车速度的提高以及密度的增加，行车调度指挥工作越来越繁忙，调度员在长时间的工作中容易出现疏忽，不仅会降低工作效率，也会直接影响到列车的安全运行。而当列车速度超过160km／h后，仅仅依靠司机的视力已经无法保证列车安全运行。3．管理分散。铁路系统是一个整体，不同时间、不同地区的情况差异很大。现有的铁路信号系统中通信手段落后，信息传递速度慢，无法从整体上合理配置资源，尽管已经安装了微机监测系统．但还没有真正地发挥作用。4．管理水平落后。我国的铁路系统过去一直是由政府部门来管理，现行的管理机制使得铁路系统人员臃肿，办事效率低．营销手段落后，资源得不到合理利用。在当前市场经济条件下，铁路系统作为物流环节中的重要组成部分，应当由企业而不是政府机关来管理，引进现代化企业的管理机制，以提高效率，增加效益。2现代铁路信号系统铁路信号设备最初是作为铁路行车的一种安全设施发展起来的。随着经济的发展，铁路网越来越复杂，列车的速度与密度都在不断增加，对铁路信号设备的要求也越来越高。面对微电子、控制、信息技术的飞速发展，现代化铁路信号系统已不仅仅是保障铁路安全运行的部分。而是整个铁路系统安全、高效运行的控制系统。下而分别介绍几种有代表性的列车运行控制系统。2.1ATCS北美的ATCS（AdvancedTrainControlSystem）是70年代末期，由加拿大铁路公司最早提出的，之后又有美国铁路公司参与研究，1984年由美国铁路联合会和加拿大铁路联合会共同宣布建立。ATCS是一个开放的、模块化的系统，允许用户根据需要选择不同厂家的产品。ATCS可以分成4个层次，用户根据自己的需要来选择系统。级别10：简单的计算机辅助调度系统，调度员与列车通过无线系统联系，主要进行语音通讯。级别20：在调度中心与列车间增加了数据通信，调度中心能够获得更多列车上的数据，并且可以直接向列车发送各种指令。级别30：增加了列车定位设备，控制中心根据每辆列车的位置与速度信息统一的指挥，形成了闭环控制系统。级别40：在级别30的基础上增加了统一的级交通控制系统，形成了由数据通信网络连接的复杂计算机控制系统，可以提高整个铁路系统的效率。可以看出，ATCS实质上是采用先进计算机与数字通信技术的闭环分散控制系统。该系统的最大特点是根据铁路中各列车的速度、位置信息精确地调度列车，保障列车安全运行，达到增加列车密度、提高列车速度的目的。ATCS主要由5个功能模块构成：调度系统、通信系统、沿线设备、机车车载设备和线路维修车载设备。准确测量列车的位置与速度是ATCS得以实现的前提条件。根据线路上应答器给出的位置与列车上速度表显示的速度计算出列车的位置，这是测量列车位置的主要方法。全球定位系统GPS的定位精度更高，但GPS属于美国军事系统，因而ATCS仅采用它作为辅助的定位手段。2.2ETCS欧洲国家多，国土面积小，各国内部的铁路网很密集，而且使用的信号系统标准不统一，给列车的跨国运行带来了大困难。欧盟为了实现欧洲各国铁路互通运营，提出了ETCS(EuropeanTrainControlSystem)。该系统的最大特点是提出了ETCS总线，可以与各国铁路系统兼容。与ATCS相似，ETCS也是模块化系统，本身由一系列开放的协议、技术规范构成，使不同的设备制造厂商都可以参与竞争，为用户提供更大的选择余地，有助于减少改造设备所需的投资。ETCS主要由3部分组成。1．EUROCAB，即车载设备。与ATCS的车载设备相同，也包括通信单元、车载计算机、控制与显示单元、传感器、询问器等设备。与ATCS不同的是，ETCS的车载设备都通过ETCS总线连接，从而使机车与欧盟内部不同国家的铁路系统兼容。2．EUROBALISE，地面设备与列车之间传输数据的标准，也是地面设备与ETCS总线的接口标准。目前EUROBALISE有半连续系统EUROLOOP和点式系统EUROTRANSPONDER2种。3.EURORADIO，与欧洲干线列车自动防护(ATP)、自动控制系统(ATC)进行数据交换的接口，目前采用900MHz的GSM—R无线传输标准。ETCS的实施分为3个阶段：①带速度控制的列车自动防护(ATP)系统，是原来线路上信号设备的补充；②利用线路上的设备来确定列车的位置，实现列车自动控制(ATC)，该阶段还保留原有的信号设备，是新、旧设备的过渡阶段；③利用车载设备来确定列车的速度与位置，实现列车自动控制(ATC)。这时地面信号就可以完全由车载设备取代。2.3ATACS日本于1995年开始研究ATACS(AdvancedTrainAdministrationandCommunicationSystem)：ATACS包括3部分：地面控制器与无线通信基站、车载设备、铁路交通管理系统。铁路线被分成若干个控制区间，每个区间内有1个地面控制器和1个无线通信基站。地面控制器的功能包括列车跟踪、列车间隔控制、水平交叉控制和维护工作控制等。无线通信基站与车载移动通信单元交换数据：地面控制器可以获得列车的数据，井根据这些数据来控制列车运行。每个地面控制器都与铁路交通管理系统相连接，将列车情况及时传递到控制中心，由调度人员统一指挥列车运行。无线数字通信是ATACS实现的基础。在铁路沿线，每隔3km修建一座无线通信基站。为了防止相邻基站之间的干扰，目前使用了4个通信频率。基站每秒与控制区间内的所有列车通信一次，数据传输速率为7.2kb／s。列车定位方法是，在道床内安装感应线圈，结合速度表来定位。由于列车高速运行时，车轮同时处于滚动与滑动2种状态，因而在需要提高定位精度时，要同时使用转速表与非接触式多普勒速度表。2.4现代铁路信号系统特征从上面的分析可以看出，现代铁路通信信号系统具有如下特征。1．网络化。现代铁路信号系统不仅仅是各种信号设备的简单组合，而是功能完善、层次分明的控制系统。系统内部各功能单元之间独立工作，同时又互相联系，交换信息，构成复杂的网络化结构，使指挥者能够全面了解辖区内的各种情况，灵活配置系统资源，保证铁路系统的安全、高效运行。2．信息化。全面、准确获得线路上的信息是高速列车安全运行的保证。因而现代铁路信号系统采用了许多先进的通信技术，如光纤通信、无线通信、卫星通信与定位技术等。3．智能化。智能化包括系统的智能化与控制设备的智能化。系统智能化是指上层管理部门根据铁路系统的实际情况，借助先进的计算机技术来合理规划列车的运行，使整个铁路系统达到最优化；控制设备的智能化则是指采用智能化的执行机构，来准确、快速地获得指挥者所需的信息，并根据指令来指挥、控制列车的运行。3我国铁路信号系统的发展改革开放以来，我国的铁路信号建设取得了巨大的发展。具有代表性的铁道部调度指挥管理信息系统(DMIS)，以现代信息技术为基础，综合运用通信、信号、计算机网络、多媒体技术，建立了三级四层(即铁道部、铁路局、铁路分局三级加上基层信息采集层)的现代化运输调度指挥系统。已有400多个车站安装计算机联锁设备。大型编组站都实现了自动化。目前正在修建的青藏铁路山，考虑到高原自然条件恶劣、人烟稀少的特殊情况，将采用安全可靠的自动化控制设备。但与发达国家相比，我国铁路运输技术整体水平还有差距，考虑到我国人口众多，人均占有资源量少，而铁路有着运输能力强、能耗低等优势。为此提出以下建议供参考。1．制定统一、长远的发展规划。铁路建设的投资较大，改造或新建线路时，都应当考虑到今后的发展以及整体的发展。同外先进铁路系统发展到最高层次时，都形成了闭环计算机控制系统，值得借鉴。2．在建设新线时，起点要高。虽然现有铁路信号设备与调度手段都安全可靠，但都无法达到高速列车的要求。所以在建设新线路时，应当提高建设标准，尽量采用新技术，一方面为国内铁路信号生产企业提供发展的机会与动力，为以后面临的竞争做准备。另一方面也为建设高速铁路积累经验。3.加快铁路无线数字通信技术的研究。现代化的铁路信号系统都离不开无线数字通信网络。民用移动通信经过多年发展之后，竞争日趋激烈，发展速度逐渐放慢，而国内铁路无线数字通信的发展水平还比较低，有很大的发展空间。4.制定开放的协议，允许更多的设备供应商参与竞争。这是国外先进铁路系统的共同点之一。是吸引投资、促进技术进步的重要手段。