1、第八章 國外高速鐵路信號技術第一節 日本高速鐵路信號技術 新干線自運營至今己30多年，其間無任何人員傷亡事故，這是鐵道運輸史上的奇跡。正是新干線的信號安全系統保證了這個奇跡的實現。新干線的信號設備體系包括許多裝置。其主要的設備有：列車速度自動控制系統(ATC)；調度集中(CTC)；信號裝置；聯鎖設備；轉轍設備；其他。新干線的信號安全設備構成概況見圖681。 在新干線30余年的歷史中，有些設備隨著新干線的建設而不斷發展，如ATC設備、CFC設備、運行管理系統(COMTRAC)等，有些設備如軌道電路、轉轍設備、聯鎖設備等無多大改變。因此，下面重點介紹ATC、CTC、COMTRAC等系統。 北陸新干

2、線是日本最近建成的新干線。在信號系統方面有些新的特點，但詳細資料尚未發表，故將已收集到的資料對比作一介紹。一、 ATC(列車自動控制)系統1新干線ATC系統概述 (1)目的 為保證高速安全地行駛，列車必須與前方行駛的列車保持一定的距離以避免追尾事故。為此，基本方法是把線路以電氣的方式分割成一定距離的區段，每個區段內只允許一列列車進入。既有線路是在各區段的始端設置地面信號機，司機對發出的信號予以確認，并進行必要的操作，以相應的速度進入該區段。 由于新干線以270kmh高速行駛，制動距離很長，遠遠超出了地面信號機的目視距離。另外，在需要緊急制動時如果稍有猶豫就可能造成很大的影響。因此像既有線那樣，

3、靠司機確認地而信號以后再進行制動的系統就存在許多問題。不僅在接近先行列車時，而且在車站的停車和彎道，道岔等必須減速時，也會遇到相同的問題。 為了解決這些問題，保證列車安全行駛，新干線廢棄了地面信號機而采用直接將信號顯示于駕駛臺的車載信號方式，此信號也不用顏色表示，而是直接顯示速度的數字。 (2)功能 新干線列車控制系統是采用由ATC(AutomaticTrain Control：列車自動控制)裝置對列車進行速度控制的方式。如果列車的速度比信號顯示的速度快時，將會自動進行制動，當列車的速度降至信號要求的速度時，制動就會自動緩解。這是該系統的基本功能。系統優先考慮設備控制，對于發車，加速、時間調整

4、及車站停車，即從30kmh到停車地點的停車操作均是由司機來進行操縱。在接近先行列車時的ATC動作及車站停車時的ATC動作如圖682和圖683所示。 在山陽新干線，ATC裝置通過軌道電路將信號送到列車，列車接收到信號以后，將其顯示于駕駛臺，270、230、170、120、70、30、0(在500系列車運行時，追加300)等表示各種速度，0為停車信號。270、230、170、30、0作為基本的速度等級使用。由于列車經常是122270kmh的速度行車的，所以與先行列車之間的距離最少也要空出3個ATC閉塞分區：120、70用于彎道、岔道、施工現場等處的速度控制。隨著列車列數的增加，有縮短行車時間間隔的

5、必要，因此把原來30kmh為信號的站內軌道電路分割成兩部分，采用了以70kmh為信號進入站臺中部的方法。 (3)構成 ATC裝置如圖684、圖685所示，由地面和車上裝置構成，通過其相互結合來發揮系統功能。 (4)ATC信號收發裝置 ATC信號收發裝置的基本功能如下所述： 檢測每段軌道電路內有無列車： 了解有關其他軌道電路的信號； 了解前方線路的線路條件、道岔的開通方向、聯鎖裝置的動作狀態； 將這些結果及各軌道回路所要的信號發送出去。 作為發揮該功能的手段使用了AF(Audio Frequency：音頻)軌道電路。 AF軌道電路的長度為ATC閉塞分區的1/21/3。之所以如此，是因為如果將25

6、3km長的ATC進路區間作為一個軌道電路，由于信號在電路的途中衰減使信號接收電子降低，會導致信號不能正確地傳送到車上。 ATC信號電流按照30270的各個信號，分配主信號1036Hz及副信號1232Hz調制頻率，將主信號和副信號組合在一起分別調制到載波上，以載頻的信號電流傳送出去。 載波如表681所示，在上行線和下行線分別配以不同的載頻頻率，以免相互干擾。在同一條線上使用2種不同的載波，相鄰的軌道電路也使用不同的載波，以防止軌道的絕緣損壞事故。 (5)超高速設備 在山陽新干線為了適應300kmh的運行速度，用超高速試驗車(500系)進行350kmh的行駛試驗。ATC裝置上也增加了300、330

7、、350的信號顯示。但是這個增加的信號由脈沖轉發器對500系列進行識別，只在500系列行駛時向地面ATC裝置發出允許超高速行車的信息，只對500系列運行前方一定的區間發送300、330、350的信號。 另外，有關列車的進路控制，根據得到的超高速許可信息，比運營列車提前作出前進線路構成的準備，見圖686。 2新干線ATC系統特點 (1)采用電源同步單邊帶載頻傳送方式 新干線的牽引電流高達1000A以上，它含有許多諧波分量(如1000Hz左右的電流可達20A)；考慮到軌道電路的不平衡(5)和車上接收的不平衡(5)，地面和車上的干擾電流分別可達07A和14A，采用一般方式的軌道電路難以滿足SN的要求

8、。電源同步足指所用載頻不是固定不變的，是隨著電源頻率變化而變化。例如，若采用電網50Hz的20次階波為載頻，當電源有土02Hz的變化時，載頻則在9961004Hz范圍內變化，與電源頻率的變化保持同步。這種調制方式對以接觸網高次諧波分量為主要成分的干擾源具有較強的抵抗能力。分析表明，采用電源同步單邊帶載頻傳送方式，其最大干擾量的允許值可達信號電平的20-30倍(實際設計中按15倍考慮)，即電源同步單邊帶載頻傳送方式具有很強的抗干擾能力。 采用該方式的另一優點是展寬了信號可使用頻率。不采用電源同步SSB方式時，若載頻設為50Hz的20次諧波(1000Hz)，按電源土1考慮，則無高次諧波影響的頻帶為

9、101010395Hz。考慮到信號頻率和干擾頻率之間保持一定間隔(如l0Hz)，則信號可使用頻率范圍只有l0Hz。而采用電源同步SSB方式時，信號頻率范圍可達30Hz，較上述增加了2倍，從而能穩定地傳送6個以上的信號。 (2)確保安全的多種ATC停車信號 新干線ATC的停車信號有其獨特的一面，按其顯示條件分為Ol、O2、O3(在東北，上越新干線增設了O2E)信號。當然車內信號的顯示則是相同的。 O1停車信號與設于地面的P點控制相結合使用。當列車接收到30信號，并通過控制停車用的P點后，ATC車上信號由30變為停車信號Ol。這樣，有利于提高行車效率。 O2信號是一種無電流的停車信號。當列車進入到

10、有車區間或軌道電路處落下狀態時，后續列車收不到信號而停車，從而確保行車安全。但以無電流方式作為停車信號存在著嚴重的缺點，即當列車在無電流區段若收到某速度段的干擾信號時，極易產生錯誤動作，因而以后采用有電流的O2信號，為區分起見，有電流的O2信號以O2E表示。O2E信號通過軌道電路傳送，通常是在以下情況發送O2E信號： 操作列車防護開關時； 混線檢測設備動作； O3信號發生故障時。 O3信號是為防止列車冒進或越出到下一站而設置。它沒置在進站進路終端或出站進路始端或盡頭線終端。O3信號最初采用單頻信號，后發現在采用諧振式接收感應器時，當失諧的不平衡電流增大，車上有可能收到類似O3信號的信息。為此，

11、東北、上越新干線采用非諧振式接收感應器，O3信號采用調制方式，以提高抗干擾性能。 3新干線ATC設備的發展 新干線ATC設備已有30余年歷史，它經歷著不斷改型、更新的各個發展階段。縱觀其發展過程，可以明顯看出：ATC設備是隨著電子技術日新月異的發展而發展，它也隨著新于線的動車更換新型對ATC設備提出相應的更新要求而發展。 新干線ATC設備的發展大致可歸納為3個階段： 第一階段：ATC設備的代表類型為ATClA和ATC一1B型。東海道新干線采用的是ATClA型，該設備是匯集了當時信號技術的精華，采用了當時的最新電子器件(鍺晶體管等)。山陽新干線(岡山段)則使用了ATC一1B型。它是根據250km

12、h列車運行速度和列車夜間運行的要求而研制的，使用了當時最新的硅元器件。現場統汁表明，采用硅元器件的故障率較使用鍺晶體管減少了一個數量級。ATClA和ATC一1B型均為電源同步SSB單載頻方式。 第二階段：ATC沒備的代表類型為ATClD型。這是在建設東北、上越新干線時，根據全國(日本)新干線鐵道網整備計劃，為實現50Hz電氣化牽引的要求而研制的新型ATC設備。它要求設備能獲得眾多的滿足故障安全要求的信息，并要求有更高的可靠性和安全性，及設備與既有新干線ATC設備有兼容性。經過詳細比較分析，并結合ATC一1A和ATC一1B型的運用經驗，決定采用“電源同步單邊帶(SSB)載頻雙頻組合方式”即ATC

13、一1D型。1973年12月，日本鐵路將ATC一1D型地而設備作為全國新干線鐵道ATC系統地面設備的標準。以后，以1974年新大阪、品川事件為契機，進行了眾多的調研，對標準進行了修訂，并于1976年6月15日公布實施。 ATC一1D型設備采用了TTL電路和IC等20世紀70年代的電子技術。實際的故障設計表明，ATC一1D型元器件的故障率較ATC一1B型又下降了1個數量級。這充分表明，隨著電子技術的發展，ATC系統的可靠性得到了進一步的提高。ATC一1D型地面設備構成框圖見圖687。 第三階段：是以ATC一1C型、ATC一1W型為代表，它仍以采用微電子(ME)技術為主要特點。 ATC一1G型設備主

14、要是用于1985年新開發的100系全新型新干線列車配套而研制的。由于新型機車頭部形狀的變化(變細長)，又要保證原有的定員，因而司機室變得更小，這就要求車載ATC設備實現小型化和輕量化。采用微電子技術就能充分滿足此要求。ATC一1G型設備裝載于100系列車，行駛于東海道、山陽新干線。 ATC一1W型地面設備使用于山陽新干線。它是在山陽新干線的ATC一1B型和全國新干線網ATC一1型的基礎上，又考慮到將來能滿足350kmh列車高速運行要求，并與現有設備兼用而開發的。它是采用電源同步SSB、雙頻組合方式來實現多顯示的設備。由于采用了微處理器進行處理，實現了節能、高性能的目標。 此階段的特點是在既有新

15、干線(山陽新干線)設備更新時；采用了微電子技術(微機等)，而所用的CPU的功能也隨著電子技術的飛速發展而不斷提高，由8位發展到16位、32位。 以下就有代表性的ATC地面和車載設備類型(ATCID、ATC一1G、ATC一1W型)作一介紹。 4新干線ATC設備主要類型介紹 (1)ATC一1D型地而設備 ATC-1D型地面設備始用于東北、上越新干線，今后將作為全國新干線鐵路網的定型設備。表682則是ATCIA、ATC一1B、ATC一1D這3類設備的比較。 (2)ATC一1W型地面設備 現將山陽新下線采用的ATC-IW型地面設備的特點敘述如下： 采用16位的微機 作為本設備處理中樞的微機采用了16位

16、的CPU，從而能確保設備的小型化和高性能。采用了在安全性能方面有良好業績的總線同步串聯二重系方式。 集中處理結合連線 將繼電電路構成的結合連線的邏輯，放在一個ROM內。根據輸入的顯示圖表，該ROM的邏輯能自動完成。這樣要改變顯示時，只要更換ROM就很方便地能實現。 此外，由于能將機械室內的所有結合連線進行集中處理，一旦將來更換微機聯鎖時，有可能用1根電纜的串聯接口方式來實現。 采用1個處理器處理8個軌道電路 采用1個微處理卡，以分時處理的方式來處理8個軌道電路的發送和接收信號，從而在實現了設備小型化的同時提高了可靠性，并降低了成本。 模擬信號采用數字處理 信號選頻濾波器、電平判別、定時等方面采

17、用數字(軟件)處理，徹底解決了過去那種因環境變化、長年使用而使特性發生變化的現象，從而實現了性能十分穩定的目標。 發送放大器采用脈沖寬度調制 發送器的功率放大器是采用損失小的脈沖寬度調制的開關放大電路，具有體積小、失真小、省電、特性不會發生變化的優點。 具有接收電子自動補償功能 由于軌道電路漏泄電阻變化而引起接收電平的變化。該設備具有對接收電平進行自動補償的功能，能對20dB范圍內的電平波動進行自動追蹤補償。 具有完備的監視功能 由于該設備具有很強的自我診斷功能，它能將故障信息分解得很細，因而容易發現故障部位。此外，將設備的動作狀態、故障詳細信息等數據向監視器傳送，從而能實現集中監視。它與第項

18、一起能實現簡便維修的目的。 (3)ATCID型車載設備 ATCID型車載設備與地面設備一樣，始用于東北，上越新干線。ATC一1D型車載設備能夠接收雙頻信息，是以模擬量方式進行處理的接收設備。其系統的組成見圖688所示。 ATC一1D型接收器采用了雙頻組合方式，從接收器的輸入至信號繼電器均采用完全的3套冗余方式(接收感應器仍是單套)。各部分的作用如下： 接收感應器功能是接收軌道電路中的ATC信號電流，輸送給接收器； 輸入電路是將收到的ATC信號，導頻電源、電源地點檢測條件等分配到各單元； 解凋電路是將來自接觸網的導頻電源作為解調載頻，對ATC信號實施同步解調，從而獲取調制頻率； 選頻放大電路是對

19、各種調制頻率進行選頻后驅動相應信號顯示的主繼電器。 (4)ATC一1G型車載設備 ATC一1G型設備是為適應新開發的100系動車組而研究，開發的；它要求設備小型化和輕量化，為此決定采用微屯子技術來實施，并將車載接收器和控制器成為一體。這是新干線ATC設備最早采用微電子技術的設備。ATC一1G型車載設備的方框圖見圖689。 ATC一1C型車載設備使用數字元件來處理模擬信號，即“信號數字處理”技術得到了應用。其特點是： 提高了系統構成效率 將ATC信號選頻電路和測速電路與容許信號比較的校核電路合成一體，提高了電路效率和系統可靠度。 控制設備接口方面 A采用了根據信號顯示輸出相應頻率作為接口方式，使

20、設備間接線容易： B接收電路的輸出側不采用多數表決，而機車信號側和監控器側，則可根據需要采用多數表決。 多數表決邏輯 以往是由車上接收電路采用多數表決輸給控制設備，現在則是在控制設備輸入端形成多數表決。 實現了設備小型化和輕量化 由于信號選頻、載頻發生電路、繼電邏輯低位優先電路均用微機實現數字處理，因而使設備實現了小型化和輕量化。 實現了高可靠性和高安全性 由于采用了下述方法，確保了微機的高安全性和高可靠性。 A2組CPU同步工作，每個運算周期將2組數據進行比較； B數據比較電路具有故障安全結構： C輸出電路采用從1組CPU的輸出，再輸入到2組CPU的輸入端進行校核。 ATC一1C型設備已于1

21、984年9月實行了標準化，表683為ATC一1G型與ATC一1D型的通用性比較。 5新干線ATC設備的發展動向 新干線的ATC設備自1964年東海道新干線采用以來，相繼在山陽，東北、上越新干線采用，30余年間無重大事故，表明了現有ATC系統具有極高的安全性。其間，如同前面所介紹的那樣，由單頻發展為雙頻，增加了信息量，采用了各時期的先進電子技術成果。但是，ATC系統的基本思想則30年來基本沒有變化。現有ATC系統存在著以下問題： 由于采用多級制動控制，各速度段內存在制動空走時間，并要考慮富裕距離，難以縮短列車運行間隔時間：而且地面向列車傳輸的信息量最大只有36個，信息量少。 地面閉塞分區長度由列

22、車制動性能決定，制動性能不同的列車在同一線路行駛時，閉塞分區長度只能以制動性能最差的列車為依據，這對制動性能優良的列車而言，難以發揮其最佳效率。 在提高速度時，需要分配新的速度信號，這樣就需對地面設備、車載設備進行必要的改造，增加了成本。 現有制動采用最大常用制動，影響乘客的乘車舒適度。 此外，現有的雙頻ATC設備已使用了10余年，若干年后面臨設備的更換。因此，日本鐵道綜合技術研究所、JR東日本旅客運輸公司都在從事新一代ATC設備的研究開發工作。 對新一代的ATC設備提出了以下的要求：要能夠適應高速度、高密度的運行；在進一步提速和提高密度時，地面設備不需要作變動；能夠適應加減速性能各異的列車在

23、同一線路區段很好地運行：提高維修性以及系統要有良好的過渡性：ATC系統要能夠方便地引入運行導向系統等。 目前，采用軌道電路作為傳送信息和檢測列車位置的數字ATC系統和采用漏泄同軸電纜LCX、以無線方式來傳送列車位置和控制信息的LCX-ATC系統正在研究開發中并取得成果。現就該二類方式介紹如下： (1)用軌道電路傳送信息的數字ATC系統 采用軌道電路作為傳送媒體進行數字信息傳送的“數字ATC”系統，日本鐵道綜合技術研究所和JR東日本旅客運輸公司都在進行研究和開發。鐵道綜合技術研究所研究開發的數字ATC系統已于1995年在JR九州進行了包括制動在內的綜合試驗。JR東日本旅客運輸公司的智能化ATC設

24、備已安裝在上越新干線燕三條一新瀉的下行線，車載設備已安裝在STAR21高速試驗車上，并于1994年進行了實用化的一級制動試驗，試驗結果表明從地面向車上發送列車控制所必須的數字信息非常成功，利用車上裝置進行一段式制動的控制功能發揮也令人滿意。列車停止在預定的停車位置，達到了第一階段的停車精度，能夠適應急速變化的顯示，達到了實用水準。 數字式ATC的特點是： 采用1段式制動控制 所謂1段式制動控制，是從開始制動控制起直到停止前制動一直不緩解，這樣空走時間和富裕的距離只存在1次，可以縮短被浪費的運轉時間。而且由于可以根據車輛的制動性能進行控制，就可以提高制動性能好的車輛的運轉效率(見圖6810)。

25、使用軌道傳送數字信號 向軌道發送數字信號，現在的ATC從地面向車上發送的最大信息傳送量只有36個，而數字ATC已有飛躍性的增加(210以上)。 列車控制所必需的信息區分 1段式制動所必需的信息可以區分為“固定信息”和“可變信息”。“固定信息”為線路的坡度、曲線、車站等信息和車輛的信息，“可變信息”為到必須停止地點的距離、列車運行的位置、有臨時限制的地點等信息。 從地面向車上發送信號的內容僅限于“可變信息”，“固定信息”預先已在車上設置好。將依存于車輛的信息作為“固定信息”安裝于車上，因此地面裝置便不依賴于車輛。 數字ATC的結構如下： 數字ATC裝置也分為地面裝置和車載裝置兩部分。地面裝置進行

26、列車檢測，并將信息傳輸給列車；車載裝置根據該數據確定能保證列車安全運行的速度。 地面裝置 與現行ATC相同，列車檢測也使用軌道電路。以下述信息形式，向列車傳輸與前方列車的距離(傳輸距離信號)；a目前運行區間的軌道電路固有的軌道電路號；b前方可以運行的開通區間數(距離信號)；c車站的出發或到達股道；d臨時限制速度；e其他。 以時間分隔數據方式傳輸信息。具體方法是使用5003000Hz的頻率，以60300bits的速度，反復傳輸40-60bit的數據。為確保數據的安全性，信息數據之后附加有檢查用CRC數據。地面裝置往車載裝置進行數字傳輸的代碼格式為：特征位，軌道電路號，出發到達股道，開通區間數，臨

27、時限制速度等，CRC碼。 車載裝置 車載裝置根據來自地面的信息量和各開通區間的長度，求取與前方列車的距離，再根據該計算距離和車載裝置擁有的曲線限制、坡度校正、道岔限制等線路數據，以及制動性能、最高允許速度等車輛的性能，計算列車可以運行的速度。將計算速度與實際速度加以比較，若實際列車速度大于計算速度便進行制動，反之則采取緩解制動措施。 當列車接近前方列車時，車載裝置即刻便生成制動曲線。ATC制動系統根據制動曲線調整制動強度來進行控制(單級制動控制)。 生成制動曲線時可以預先了解實施制動之點(制動預告)。 可以通過軌道電路號和線路數據了解以軌道電路為單位的列車位置：軌道電路內的列車位置則由車軸轉數

28、檢測器進行檢測。因為可以在軌道電路分界點進行位置修正，所以不會累積空轉滑行產生的誤差(見圖6811)。 線路數據 如上所述，車載裝置必須存儲線路數據，而線路數據是可能變更的，因此數據保護變得十分重要。雖然可以考慮采取IC卡片化或ROM化措施，但數據變更時絕不能輕而易舉地同時變更列車的全部數據。因為是維系列車安全運行的數據，錯誤數據將導致列車事故。 在車輛段出發股道和車站到發線之類列車停車地點，數字ATC使用高頻軌道電路，向車載裝置高速傳輸整個區間的線路數據(6812)。 傳輸的線路數據有：各軌道電路的起點里程和長度；各軌道電路號的聯結順序；曲線的起點里程、長度和半徑；坡道的起點里程、長度和大小

29、；道岔的起點里程、號數、分岔方向：車站和到達出發股道的使用道岔；其他速度限制的起點里程、長度；等等。 數字ATC的特征和應用效果： 能可靠地檢測列車。列車檢測和ATC傳輸使用高安全軌道電路，即使車載裝置發生故障，地面裝置仍能進行列車檢測。由于由地面裝置傳輸軌道電路號，所以車載裝置在電源接通的同時可具體了解列車所在的軌道電路； 可以檢測軌道斷裂。因使用與目前相同的軌道電路，故還能同時進行軌道斷裂檢測。 方便地提高行車速度。數字ATC的地面裝置僅傳輸與前方列車的距離，而由車載裝置根據列車的停車距離和線路數據計算最佳運行速度，所以進一步實現高速化目標時，只需變更列車數據即可，不必變更地面裝置。 縮短

30、列車間隔時間。不采用目前所用的多級制動控制，而采用單級制動控制方式。因此，即使在現有軌道電路的條件下，也能將列車間隔時間縮短至接近移動閉塞方式的水平。 若進行“光”號列車在新干線小田原車站超越“回聲”號列車，在三島車站所需時間差的計算(現行ATC8min22s，數字ATC 6min22s)，數字ATC可以將列車間隔時間比現行方式縮短2min。而即使采用移動閉塞方式(5min59s)，也只能再縮短約20s而己。 減少軌道電路數。為縮短列車間隔時間，需要具體檢測列車位置的，僅車站的站臺和進入線路而已。以72kinh(20ms)速度運行的列車，2min走行24km，所以區間和車站到發線路即使以較長軌

31、道電路進行檢測，也不影響列車間隔時間。區間軌道電路長2km時，只要車站進入線路滿足200500m，便可實現大致相當于移動閉塞方式的2min列車間隔時間的運轉。在6km長的區間，采用6軌道電路，即平均長lkm的軌道電路，就能實現2min列車間隔時間的運轉(見圖6813)。即使對地而信號機方式進行改進，也無需重新變更軌道電路。 適用于運行不同列車的區間。由于采用地面裝置傳輸“距離”信息，由車載裝置計算制動曲線的方式，因此也能方便地適用于目前那些運行不同制動性能列車的區間。能適應不同列車的數字ATC，來自地面裝置的信號相同，僅車載裝置各異而已。 節省下程費。由于數字ATC方式可以增加單個軌道電路的長

32、度，所以能減少其數量。若數量減半，則設備費用隨之降低一半。 另外，區間的ATC信息僅需確認前一個軌道電路信息，所以實現ATC化時，并非一定實施設備的集中化不可，只需在軌道電路器材箱中置入ATC接收、發送器，取代原有的設備即可。而且，在施丁階段也能用ATC接收、發送器控制信號機。 雖然裝置采用單機系統，與數字ATC化無直接關系，但經過各種努力，大約可以將工程費降至傳統ATC的一半以下。 (2)采用無線控制列車系統(CARAT) 日本鐵道綜合技術研究所從1988年左右著手進行“新一代行車控制系統”的研究，它是針對隨著列車高速、高密度運行以采用既經濟又便利的系統為目的而進行研究的。其間經歷了基本構思

33、及課題研究(基本控制結構和確保安全性的基礎研究)、現有列車實地收集基礎數據并進行分析、基本系統初步設計和詳細設計、室內模擬試驗等階段，1995年己進入實際列車的長期運用試驗階段。1994年11月下旬到12月初，在STAR21試驗列車上進行了運行制動試驗。 試驗系統的部分功能，例如采用LCX無線的間隔控制性能，幾乎已達到實際應用的水準。 1999年，隨著東北新干線上開發和試驗新型的ATAC無線列車控制系統，原有的CARAT系統完成了其歷史使命。 二、聯鎖及其他設備簡述 1新干線的聯鎖設備 新干線車站的聯鎖，是從繼電聯鎖向計算機聯鎖發展。既有線的車站信號設備大部分是繼電聯鎖。 自東海道新干線至上越

34、新干線，其聯鎖設備均為繼電聯鎖。即使要進行更換，仍用繼電聯鎖設備。 北陸新干線全線采用計算機聯鎖，這是新干線首次使用計算機聯鎖設備。既有線的計算機聯鎖設備從20世紀80年代開始開發，陸續開發出1-4型，北陸新干線采用的是新開發研制的K5型計算機聯鎖設備，采用雙重系熱備形式，電子終端可自由選擇一重系或二重系。 日本的聯鎖設備具有以下特點： (1)聯鎖系統本身不再是孤立的車站信號聯鎖設備，而是綜合行車指揮控制系統的1個重要組成部分。 (2)大多采用硬件冗余比較表決方式實現系統的故障安全保證。 (3)具有進路自動排列和進路儲存功能。 (4)向全電子聯鎖系統發展。由固態器件取代繼電器驅動信號和轉轍機設

35、備等。 (5)改善操作人員的工作環境，提高工作效率，大量采用多媒體計算機技術。 (6)設立集中的維護管理中心，保證高速鐵路不問斷運轉。 2，軌道電路 新干線所用軌道電路有6種類型，它們是：有絕緣AF軌道電路、環線式控制列車停車的軌道電路、供電分相控制軌道電路、分頻軌道電路、分倍頻軌道電路、檢測列車用軌道電路。各種軌道電路的適用場所及其使用頻率見表684所示。 以下就有絕緣AF軌道電路作一介紹。 有絕緣AF軌道電路主要是在ATC的運行區間檢查有無列車和傳送ATC信號2個作用。 軌道電路是由絕緣的左右2根鋼軌和扼流變壓器構成的閉合電路。在軌道電路發送端發送信號電流，在受電端由接收器接收，根據接收器

36、是否收到信號電流來判斷有無列車。 在車上，由機車感應器與鋼軌內信號電流的電磁感應，實現由車上檢出地面傳送的信息。在信號電流內包含了在該軌道電路行駛列車的速度信息，通過車上接收器的接收、譯碼，就能實現自動控制列車速度。 與聯鎖設備一樣，30多年來新干線的軌道電路采用了同樣類型的AF軌道電路。在新修建的北陸新干線則采用1臺軌道電路接受發送器，上、下行線路兼用。設備采用了CPU、總線同步、雙套組成的結構方式。 3新干線的轉轍設備 新干線采用的電動轉轍機與既有線相比，主要有以下的區別： (1)轉換功率大(額定最大轉換力達784kN)： (2)動作桿與鎖閉塊成直角交叉，其動作方向也是成直角。 新干線所用

37、電動轉轍機基本上是TS型(或TS-H型，H是指有加熱裝置，用于東北、上越、北陸新干線)。為了提高過載時的瞬時轉換力，并考慮到離合器的維修問題，在TS型的基礎上采用了非接觸型的電磁離合器TS-M型(或TS-MH型)。 三、北陸新干線信號系統簡介 北陸新干線的信號系統與已有的新干線信號設備相比具有以下特點： (1)車站聯鎖設備首次采用計算機聯鎖設備； (2)計算機聯鎖與ATC設備采用LAN進行聯結； (3)運行管理系統與計算機聯鎖以串行傳送聯結； (4)計算機聯鎖采用電子終端設備： · (5)1臺ATC接受發送器上、下行線路通用； (6)ATC設備能夠運用于5060Hz接觸網區間； (7

38、)ATC監視器的監視和表示功能大幅度提高。 北陸新干線信號系統的設備概要、車站機械室信號設備的配置情況分別見圖6814和圖6815。第二節 西班牙高速鐵路信號技術 一、信號系統 馬德里一塞維利亞高速鐵路設計列車最高運行速度為300kmh，采用電力牽引。在高速線上考慮有客、貨列車混合運行。整條鐵路為雙線、電氣化，而又有交流25kV、50Hz和直流3kV兩種不同供電制式，其間還有分支線。由于站間距離較長，約每隔25km設一渡線，以便列車反向運行。因此，高速鐵路裝備以德國LZB列車自動控制系統為基礎的綜合現代化信號系統及與之相匹配的通信設備。 馬德里一塞維利亞高速鐵路信號系統裝備有阿爾卡特公司的先進

39、列車控制中心ATCC，以滿足高速鐵路運輸的需要。ATCC系統將鐵路信息中的調度集中、聯鎖和列控等所有領域的管理集中在調度中心，并將控制列車和進路的所有功能綜合于一個系統中。ATCC系統控制中心結構框圖見圖6816。 控制中心主要由ESTW計算機聯鎖中心和LZB列控中心組成，計算機聯鎖中心通過單元控制模塊對車站、鄰站和區間信號、道岔、軌道電路等進行控制。在計算機聯鎖的人機接口界面(輸入輸出層)通過遙控系統與調度中心接口，而與LZB列控中心的接口是由聯鎖邏輯模塊直接與其通信完成的。 1LZB列車自動控制系統 LZB列車自動控制系統將聯鎖系統與機車信號聯系在一起。這一功能以各個地面列車自動控制中心和

40、機車微機之間不斷交換數據為基礎，采用沿線鋪設的一條電纜，即軌道電纜作為傳輸手段。 馬德里一塞維利亞高速線上運行的所有列車，都裝設了LZB80型連續式列車運行自動控制裝置，全線已取消了固定地面信號。AVE型列車的司機按LZB車內信號裝置的顯示駕駛列車運行，而S252型機車均已安裝了自動運行和制動控制裝置(AFB)。只有在車站和渡線站才設有簡單的色燈信號機，它們只對調車和施工作業有效。 高速鐵路LZB列車自動控制系統的室內設備集中在每一個列車自動控制中心(CAT)內，這些控制中心的信號發送地點及其控制范圍與計算機聯鎖中心相一致。每一個列車自動控制中45(CAT)都有一套完整的系統組成，包括由3臺電

41、子計算機組成的故障安全系統、相應的數據輸入輸出設備和信號傳輸及控制設備。CAT從計算機聯鎖中接受虛擬信號點的信號，道岔位置信息及其他數據，并根據這些數據計算出向列車發出的命令報文。 車載LZB列車自動控制裝置通過鐵氧體天線接收來自列車自動控制中心的命令報文，并且不斷地向該控制中心隨時傳送列車所在位置、運行速度及其他運行情況的最新信息。閉塞分區用地面停車標標出，在道岔區段前方設有調車信號機， 高速鐵路全線劃分為若干個控制區段，稱之為CAT列車自動控制區段。這些控制區段由一個區間或多今區間組成。控制區段的始、終站設立有大型信號標志，如在車站入口處、支線和反向運行的線路分歧處等。在其前方700m處，

42、設有大型信號預告標志。 列車行車間隔受列車自動控制分區的距離限制。列車容許的運行速度，是根據LZB列車自動控制分區是否空閑來確定，由駕駛室內的列車運行自動控制裝置給出信號顯示。前方第一個列車自動控制分區未被占用時，車載自動控制設備的信號開放，即可發車或正常運行。 馬德里一塞維利亞高速鐵路運營實踐證明，在高速鐵路上采用機車自動信號，取消地面信號完全必要而且是可行的。西班牙高速鐵路區間線路用LZB閉塞標志劃分為大約3km的閉塞分區(而在保留的地面色燈信號機之間的閉塞分區需25km)，由LZB控制列車運行時，區間列車運行間隔時分小于5min。 當LZB連續式列車運行自動控制裝置發生故障時，列車可按保

43、留的地面信號機的顯示，以大閉塞間隔連續運行。實踐證明，出現這樣的故障情況極少，只需采用矮型信號機及預告牌即可保證列車的安全運行。 車站和渡線站的信號及通信設備，必須要有絕對可靠的電力供應保證。除了正常供電外，還裝設有備用的電源設備(見圖6817)。 在正常情況下，電源設備是通過桿上變壓器從接觸網得到供電的。當接觸網的電源出現故障時，會自動地轉換至輔助電源。如果車站沒有本地電網，采用應急發電機組作為輔助電源。 2計算機聯鎖系統 (1)計算機聯鎖中心 車站和渡線站，彼此相隔25km，以沙格拉站和帕爾拉站為例，其站場布置分別見圖681亂圖6819和圖6820，從這些圖中可見新線取消了所有地面主體信號

44、機，只有車站和反向運行渡線站才設調車信號機，以停車標作為列車自動控制分區的分界點。 計算機聯鎖中心主要由ESTW計算機聯鎖中心和LZB列控中心組成。計算機聯鎖中心可進行分散控制，通過單元控制模塊對車站、鄰站和區間信號、道岔、軌道電路等進行控制，在計算機聯鎖的輸ok輸出單元，即人機接口界面與遙控聯鎖接口，而與LZB列控中心接口是由聯鎖邏輯模塊直接通信完成。現場設備設在車站的信號樓內，或與軌道電路相聯結的信號設備室內，并通過串行接口與相應的計算機聯鎖中心ESTW聯結(見圖6821)。除了對室外裝置進行控制和檢查，對軌道電路、道岔、信號和調車進行顯示外，還與LZB列車控制中心和馬德里一阿托恰行車調度

45、指揮中心用串行接口相聯結。全線所有的計算機聯鎖中心，都與馬德里一阿托恰行車調度指揮中心聯結。此外，每一個計算機聯鎖中心都設有一個本地控制終端。 計算機聯鎖中心的本地控制終端裝有彩色監視器，它除了顯示管轄范圍內的整個軌道平面圖外，還顯示列車運行狀況、安全狀況及列車車次號。行車調度指揮中心可連續不斷地接收到各計算機聯鎖中心所傳送的列車運行信息和圖像。行車調度員還備有一個數字化儀圖板式操縱盤，能隨時輸入數據，故障時也可用鍵盤輸入數據，由顯示器顯示，再用打印機記錄應當處理的信息，如事故或故障。 安全級是聯鎖設備的心臟，擔負聯鎖的核心功能，如選擇進路、鎖閉、檢查和解鎖，以及對指令的單獨操縱。計算機聯鎖安

46、全模塊將根據聯鎖表和接收到的室外設備狀態，檢杏輸入輸出的聯鎖關系。動作聯鎖設備的指令傳送至聯鎖級后，聯鎖級要根據傳送室外設備當前狀態的各種數據，經過檢驗和完善后，再問輸入輸出級發出數據動作室外設備。進路的異常情況，如斷軌、阻塞等及由此而釀成的故障，也儲存在安全模塊內。 安全模塊同時也通過并行接口模塊，處理列車運行自動控制中心所需要的數據。并行模塊把計算機聯鎖當前的數據傳輸入列車運行自動控制設備的階段性數據庫，并根據列車運行自動控制設備的需要進行數據處理。在信號方面，列車運行自動控制設備與室外信號機可能發生的故障無關。 除了驗證聯鎖單元、道岔和信號機狀態外，安全模塊還驗證聯鎖級傳送來的軌道區段空

47、閑或被占用信息的可靠性，并以此來對進路進行鎖閉或解鎖。 聯鎖級有多個現場設備控制模塊。模塊可集中或分散安裝在車站不同地點，既可以設在計算機聯鎖中心，也可以不設在計算機聯鎖中心。每個聯鎖模塊通過串行接口聯結4個現場設備控制模塊。現場設備控制模塊把聯鎖模塊傳送來的數據，處理為每個控制對象的專用數據：并通過動態專用線路控制外部設備的電源，檢查線路電源、道岔、信號機等室外設備：同時把有關當前狀態的數據反饋到聯鎖級。 室外設備由道岔轉換設備、軌道區段空閑檢查裝置和調車信號機組成。 這條線路采用多種型號的道岔，大部分為可動心軌，分別3#、5#和11#道岔，由電動液壓轉轍機驅動。調車信號機采用矮柱信號機，有

48、紅，白兩種顏色。控制和表示信號足以計算機方式來實現的，這樣能夠把鐵路線路上需要的可動部件減少到最低限度。 整個系統的安全是通過對軟件功能的廣泛測試驗證而獲得的。所有重要的聯鎖模塊都是以SELMIS模塊為基礎，安全有足夠保證，因為在軟件相互作比較的同時，還多次進行處理。帶校驗碼的報文，保證在很短的時間內即可反映出各個處理通道的問題。之所以能充分使用這種模塊，是因為使用了三路計算機通道對所屬的單元進行有效控制。 (2)無絕緣音頻軌道電路FTG系統 計算機聯鎖最重要的任務之一，是檢測軌道區段的占用情況。無絕緣音頻軌道電路FTG系統能夠準確、可靠地報告軌道和道岔區段被列車占用或空閑的狀況。 傳輸系統有

49、一個穩定的音頻發生器，設置在信號樓內。其調制頻率通過電纜送入傳輸模塊和有關的室外設備。 傳輸模塊及其聯結線組成一個并聯的諧振電路(調諧回路)。信號電流通過作為導體的鋼軌送入與軌道電路另一端相連的連接器。信號通過傳輸模塊(接收端)送至信號樓內的FTG接收設備，以便進行信息處理、 當車輛駛入軌道區段，車軸短路使軌道電壓下降，FTG接收器接收不到信號，表明該軌道區段已被占用。 二、行車調度指揮系統 1組織機構 馬德里一塞維利亞高速鐵路上的列車運行，是由位于馬德里一阿托恰的行車凋度指揮中心集中統一實現管理。 該調度指揮中心擁有用于監視列車運行和控制進路的技術設備，還有對車站側線和渡線站，以及對沿線變電

50、所和接觸網等工作設備進行監視所需的設備。同時，調度指揮中心聯結并控制全線所有的通信系統，包括電話設備、列車一地面通信設備、對車站進行監視的電視設備和通信用的磁帶錄音設備等。 整個鐵路的行車指揮工作集中在調度室進行監督和控制。全線的簡明情況清晰地反映在視頻投影大屏幕上，明確顯示出各聯鎖裝置所控制的線路(放大了的顯示圖形)。調度室內共設置了6個工作站，見圖6822。除調度室外，調度指揮中心還設有信號和通信技術設備室、電源室、數據室和維護室，以及運營管理辦公室、調度人員休息室和其他活動室。 原來為行車調度員設置了3個調度臺，但由于實際工作量不大，減為2個調度臺。為便于集中管理和分清職責，每一個調度臺分別管轄相應的調度區段。另設助理行車調度員調度臺負責收集旅客信息、監視車站和各種技術裝備的工作狀況。 另外的3個調度臺，供牽引供電調度、機