高铁信号系统中新技术的应用与发展

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摘 要：当前，我国铁路建设曰新月异，铁路为实现高速、高密度和重载运输的需要，都进行了大量的技术改进，铁路信号自动控制技术是自动化学科的一个特色鲜明的方向，经历了一百多年的发展，形成了现代铁路信号技术，自动控制技术在铁路运输生产过程中的广泛应用，大幅度提高了现代化通信信号设备的装备水平，新型技术系统不断涌现。铁路信号的技术发展与更新已经成为实现列车有效控制、提高铁路区间通过能力、提高编组能力的重要手段。
关键词：铁路信号；ATS；通信信号一体化
1 高速铁路信号系统的组成及功能
世界各国采用的高速铁路信号控制系统都称为列车自动控制系统ATCS，该系统包括行车指挥自动化子系统、列车自动防护（ATP）子系统和列车自动驾驶（ATO）子系统。
1.1 行车指挥自动化（ATS）系统
根据运行图计划及列车控制信息，通过控制中心计算机实行输入列车运行程序，实时控制、调整列车运行状态，指挥列车运行。
1.2 列车自动防护（ATP）系统
列车自动防护系统：保证列车按照安全运行速度，防止列车超速运行，并能防护列车迎面冲突和追尾冲突的系统，系统具有故障一安全技术的特点，主要功能是检测列车当前运行速度和位置信息，保证列车安全运行和一定的制动距离。
1.3 列车自动驾驶（ATO）系统
该系统通过数字轨道电路或应答器等轨旁设备将调度中心或车站的控制命令传输给车载系统，车载系统接收到控制信息后，经过运算、比较，结合列车自身的控制、制动条件，给出安全、合理的运行速度，确保列车的最小追踪间隔，提高列车的运行效率。
1.4 ATP系统、ATS系统、ATO系统相互之间的控制关系
ATP为整个ATC系统的安全核心，是列车运行时必不可少的安全保障。ATS为ATC系统的上层管理部分，是ATC的指挥中枢。ATO是采用ATCS的最优体现。ATO需在已装备ATP子系统的条件下才能使用，并不断接受ATP的监视，ATO通过ATP从ATS处得到列车运行命令；ATO获得信息后，到站后，经ATP检查开门条件满足后，ATO给出开门信息，同时，列车ATO通过列车位置识别系统（PTI）天线，将列车信息传送给地面通信器，然后传送到ATS，ATS根据此列车信息确定列车的新任务后再次通过轨道电路传送给ATO，在区间运行时，每进入新的轨道区段，ATO便接收新的地面信息，以便进行速度调整，在运行过程符合条件时，可以灵活地进入ATO模式。
2 通信信号一体化
随着当代铁路的发展，铁路通信信号技术发生了重大变化，车站、区间和列车控制的一体化，铁路通信信号技术的相互融合，以及行车调度指挥自动化等技术，冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。
从铁路信号系统纵向发展看，德国已经形成从LZB、FZB发展到ERTMS的发展趋势。LZB利用轨道电缆环线传输列车运行控制系统行车指令和速度指令机车信号，取消地面闭塞信号机，保留闭塞分区，列车按固定闭塞方式（即FAS）运行。FZB是基于无线的列车运行控制系统，是新一代移动自动闭塞系统（即MAS），其目的是实现低成本、高性能的列车运行控制系统，并已加入ETCS。ERTMS/ETCS（欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统）是欧盟支持的统一的行车控制系统，采用GSM-R作为传输系统，其成功应用将进一步推动铁路通信信号的技术进步，加快实现铁路通信信号一体化的进程。随着计算机应用技术和信息化技术的快速发展，数据通信网络技术的提高，目前，以铁路局、铁道部为行车运营指挥中心的行车自动化体系已经建立，为高速铁路的运行提供了良好的行车自动化指挥平台。
3 铁路信号系统中数字信号处理新技术的应用
计算机网络技术的发展 随着计算机网络技术的飞速发展，实施企业网络化管理已成为企业实现管理现代化的客观要求和必然趋势。微机化列车自动控制设备。车载计算机同样要采用三取二的结构来保证系统的安全性和可靠性。数字信号处理技术的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。与模拟信号处理技术相比较，数字信号处理技术具有更高的可靠性和实时性。数字信号处理的频域分析和时域分析的两种传统分析方法有着各自的优缺点。
RTOS最关键的部分是实时多任务内核，它的基本功能包括任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理、旗语管理等，这些管理功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的。
列车收到运行信息后，由车载计算机算出列车位置和驾驶信息，经过处理后由列车控制设备执行速度控制，进行必要的启动、制动控制。列车速度信息、位置信息等回传给轨旁设备，进而输送至控制中心及车站分机，报告列车位置、列车车次，列车长度及实际行车速度等，信息的传递是通过应答器和无线通道实现的。控制中心计算机通过自动控制系统能收到所管范围内每列车的行车特性、线路地形等与列车有关的信息，在行车自动化过程中，可以使得两列车按最小时分或安全间隔运行。地面处理机向前面和后面两个轨道电路衔接点的两端发送信号，地面处理机首先计算机从衔接点到后面轨道电路上后续列车，机车上的处理机通过安装在机车前部的天线接收由钢轨传来的数据流。
4 铁路信号系统发展应用方向
中国铁路进入大发展时期，2007年4月18日铁路实施了第6次大提速，对铁路信号来说是一个重要的里程碑，它标志着中国铁路有了自己的列车运行控制系统，铁路信号重要装备水平开始进入了世界先进行列。近年来，铁路信号领域中无论在信号制式、系统、技术、设备、设计和研究中，都发生了很多重要的理念变化，这些理念的变化相互关联、相互影响。随着列车运行控制系统和列车运行调度系统的推广运用，中国铁路信号制式和系统经历着一些重大变化：铁路信号从以车站联锁为中心向以列车运行控制系统为中心转化；列车运行调度指挥从调度员一车站值班员一司机三级管理向由调度员直接控制移动体（列车）转化；列车运行由以人为主确认信号和操作向实现车载设备的智能化转化；区问闭塞由固定闭塞方式向准移动闭塞方式转化；信号显示制式由速差式向速度式（目标距离）转化。
另外我们还应该注意到信号系统的规范化和标准化也随着全球经济一体化的发展而发展，铁路信号系统市场也出现了全球一体化，主要体现在技术规范和安全规范的全球化，“统一规范、统一标准”是铁路信号系统的发展方向。
5 结束语
我国高速铁路信号系统要跟随高速铁路的建设速度，与之同步发展，适应现代化高速铁路建设的需要，当然人们对高铁的要求也必然使得高铁信号系统还将承担着更艰巨的重任，因此我们还应该从信号控制技术的需要入手，在功能、控制手段方面不断改进，开辟出中国高速铁路信号控制技术的崭新局面。
参考文献
[1]崔瑞通.铁路信号设备机械结构（设计）的现状及发展的研究[J].铁路通信信号工程技术，2004，3.
[2]程君.铁路信号设备巡检管理信息系统的设计与实现[D].北京：北京交通大学，2007.
[3]吴福平.浅谈铁路信号测试系统[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010，3.
[4]王晓辉.数字化轨道电路通信系统的研究与设计[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2004.