1、鐵路信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展與展望鐵路信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展與展望1. 干線(xiàn)鐵路 13000公里提速干線(xiàn)實(shí)現(xiàn)客車(chē)時(shí)速200公里； 9800公里客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)任務(wù)，其中時(shí)速在300公里以上的達(dá)5457公里； 京滬高速鐵路已經(jīng)開(kāi)工。2. 城市軌道交通 北京、上海、廣州、成都、西安、武漢、天津等城市有多條地鐵、輕軌相繼開(kāi)工建設(shè)，初步預(yù)測(cè)到年，將要建設(shè)公里，需要投資多億元。 中國(guó)軌道交通發(fā)展中國(guó)軌道交通發(fā)展鐵路信號(hào)概況 l鐵路信號(hào)技術(shù)已經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展，形成了今天的現(xiàn)代鐵路信號(hào)系統(tǒng)。l它是計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代通信和控制技術(shù)在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程中的具體應(yīng)用，是鐵路信息技術(shù)的標(biāo)志。l它是保證行車(chē)安全、提高運(yùn)輸效率、改善勞動(dòng)條件和運(yùn)

2、營(yíng)管理水平的重要設(shè)備。l是鐵路實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一指揮的重要手段。l是鐵路列車(chē)提速與發(fā)展高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。l它的發(fā)展水平已成為鐵路現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。 鐵路信號(hào)鐵路信號(hào) 發(fā)展簡(jiǎn)介發(fā)展簡(jiǎn)介l1825年英國(guó)人持信號(hào)旗騎馬前行,引導(dǎo)列車(chē)前進(jìn)；l1832年,美國(guó)球形固定信號(hào)裝置；l1841年英國(guó)鐵路出現(xiàn)了臂板信號(hào)機(jī)；l1851年英國(guó)鐵路用電報(bào)機(jī)實(shí)行閉塞；l1856年，J.薩克斯貝發(fā)明機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)；l1872年美國(guó)人W.魯賓遜發(fā)明了閉路式軌道電路；l1923年，美國(guó)鐵路研制了車(chē)內(nèi)信號(hào)；l1927年，美國(guó)鐵路采用了調(diào)度集中控制裝置。 現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸對(duì)鐵路信號(hào)的新需求（1）行車(chē)指揮集中化、自動(dòng)化、智能化（2）列

3、車(chē)運(yùn)行的靈活性（3）更高的安全性、可靠性（4）信號(hào)產(chǎn)品的兼容性和擴(kuò)展性信號(hào)的作用與任務(wù)信號(hào)的作用與任務(wù) 統(tǒng)一調(diào)度指揮 行車(chē)指揮 進(jìn)路控制作用 保證列車(chē)安全 任務(wù) 速度控制 提高效率、質(zhì)量 編組與解體l列車(chē)運(yùn)行速度越來(lái)越高，完全靠人工瞭望、人工駕駛列車(chē)已經(jīng)不能保證行車(chē)安全了，因此，需要研究列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)間隔和速度的自動(dòng)控制，提高運(yùn)輸效率，保證行車(chē)安全。l保證行車(chē)安全，提高運(yùn)行效率的安全控制系統(tǒng)。l基本功能： 間隔控制、 速度防護(hù)、 安全防護(hù)。列車(chē)運(yùn)行控制列車(chē)運(yùn)行控制列車(chē)運(yùn)行控制列車(chē)運(yùn)行控制地面人工信號(hào)地面自動(dòng)信號(hào)機(jī)車(chē)信號(hào)自動(dòng)停車(chē)ATC速度速度自動(dòng)防護(hù)自動(dòng)防護(hù)ATC閉塞技術(shù)發(fā)展閉塞技

4、術(shù)發(fā)展l半自動(dòng)：在某一時(shí)刻線(xiàn)路上某一區(qū)段只能有一列列車(chē)?？刂茀^(qū)間列車(chē)運(yùn)行間隔，防止列車(chē)沖突技術(shù)；（電話(huà)，路簽，路牌，半自動(dòng)，自動(dòng)，準(zhǔn)移動(dòng)，移動(dòng)）自動(dòng)閉塞自動(dòng)閉塞準(zhǔn)移動(dòng)閉塞準(zhǔn)移動(dòng)閉塞移動(dòng)閉塞移動(dòng)閉塞控制模式控制模式2001701303090200170130900100VL出口檢查入口檢查速度速度距離控制模式距離控制模式階梯控制模式階梯控制模式速度速度距離控制模式特點(diǎn)距離控制模式特點(diǎn)考慮坡道、彎道、限速等線(xiàn)路參數(shù)考慮坡道、彎道、限速等線(xiàn)路參數(shù)考慮列車(chē)載重、車(chē)長(zhǎng)及制動(dòng)特性等考慮列車(chē)載重、車(chē)長(zhǎng)及制動(dòng)特性等保證行車(chē)安全保證行車(chē)安全提高運(yùn)行效率提高運(yùn)行效率控制中心控制中心 列控中心聯(lián)鎖系統(tǒng)軌道電路應(yīng)答器

5、編程VCC1 DTVCC1 I/OVCC1 DTVCC1 I/O應(yīng)答器無(wú)線(xiàn)閉塞控制中心VCC1 DTVCC1 I/OVCC1 I/O機(jī)車(chē)信號(hào) 天線(xiàn)車(chē)速點(diǎn)式信息無(wú)線(xiàn)制動(dòng)輸出VCC1 DTVCC1 DTVCC1 I/O列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng) 列車(chē)測(cè)速列車(chē)測(cè)速 脈沖速度傳感器脈沖速度傳感器多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)不受列車(chē)空轉(zhuǎn)打滑影響不受列車(chē)空轉(zhuǎn)打滑影響列車(chē)定位列車(chē)定位GPS天線(xiàn)天線(xiàn)司機(jī)GSM-R天線(xiàn)天線(xiàn)GPS衛(wèi)星GPS接收機(jī)接收機(jī)車(chē)載計(jì)算機(jī)車(chē)載計(jì)算機(jī)各種傳感器各種傳感器（如查詢(xún)應(yīng)如查詢(xún)應(yīng)答器答器、慣性慣性傳感器等傳感器等）通信控制通信控制接口接口人機(jī)接口人機(jī)接口GPS衛(wèi)星可用的定位技術(shù)軌道電路

6、及計(jì)軸器輪軸傳感器應(yīng)答器衛(wèi)星定位 (GPS)環(huán)線(xiàn) (交叉) 定位多普勒雷達(dá)融合算法輪軸傳感器或雷達(dá)陀螺方向距離列車(chē)定位系統(tǒng)信標(biāo)地地車(chē)信息傳輸技術(shù)車(chē)信息傳輸技術(shù)車(chē)載設(shè)備車(chē)載設(shè)備l A:距離信息B:速度信息C:駕駛信息E:報(bào)警信息調(diào)車(chē)引導(dǎo)F5F6F7F8D:八燈信息E3E4E5E1C:駕駛信息1308B:速度信息100100D:八燈信息D:八燈信息2004.10.12004.10.108:1908:19數(shù)據(jù)輸入列車(chē)參數(shù)調(diào)車(chē)目視行車(chē)引導(dǎo)F5D:八燈信息D50 m500 m1000 m1500 m2000 m4000 m8000 m+2+35+6+0 m250 m500 m750 m1000 m200

7、0 m4000 m6000 mCTCS-2完全監(jiān)控模式級(jí)間切換預(yù)告 2004.10.1 08:07級(jí)間切換預(yù)告 2004.10.1 08:07接近限制速度 2004.10.1 08:18接近限制速度 2004.10.1 08:18控制模式改變 2004.10.1 08:15控制模式改變 2004.10.1 08:15接收定位信息 2004.10.1 08:17接收定位信息 2004.10.1 08:17接收定位信息 2004.10.1 08:13接收定位信息 2004.10.1 08:13限制速度實(shí)際速度ATP動(dòng)作預(yù)警時(shí)間（S）目標(biāo)距離文本信息線(xiàn)路坡度ATP開(kāi)始動(dòng)作的地點(diǎn)特殊位置車(chē)站運(yùn)行等級(jí)控

8、制模式文本信息滾動(dòng)按鈕L2軌道電路信息q為實(shí)現(xiàn)歐洲鐵路互聯(lián)互通，歐盟組織確定了適用于高速鐵路列控的標(biāo)準(zhǔn)體系，技術(shù)平臺(tái)開(kāi)放；基于GSM-R無(wú)線(xiàn)傳輸方式的ETCS2系統(tǒng)，技術(shù)先進(jìn)，并已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)；歐洲正在建設(shè)和規(guī)劃的高速鐵路均采用ETCS列控系統(tǒng)，是未來(lái)高速列車(chē)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。 歐洲ETCS系統(tǒng)應(yīng)用級(jí)別1ETCS一級(jí)：地面信號(hào)查詢(xún)應(yīng)答器軌道電路。一級(jí)：地面信號(hào)查詢(xún)應(yīng)答器軌道電路。 采用固定追蹤間隔形式；司機(jī)依靠地面信號(hào)行車(chē)，地面信號(hào)機(jī)前設(shè)備產(chǎn)生速度監(jiān)采用固定追蹤間隔形式；司機(jī)依靠地面信號(hào)行車(chē)，地面信號(hào)機(jī)前設(shè)備產(chǎn)生速度監(jiān)控；依靠軌道電路或計(jì)軸設(shè)備檢查列車(chē)占用和完整性；利用查詢(xún)應(yīng)答器覆蓋各國(guó)現(xiàn)控

9、；依靠軌道電路或計(jì)軸設(shè)備檢查列車(chē)占用和完整性；利用查詢(xún)應(yīng)答器覆蓋各國(guó)現(xiàn)有信號(hào)系統(tǒng)，并用于列車(chē)定位和傳送控制命令。該系統(tǒng)是典型的點(diǎn)式有信號(hào)系統(tǒng)，并用于列車(chē)定位和傳送控制命令。該系統(tǒng)是典型的點(diǎn)式ATP。應(yīng)用級(jí)別2ETCS二級(jí)：軌道電路查詢(xún)應(yīng)答器二級(jí)：軌道電路查詢(xún)應(yīng)答器GSM-R 與一級(jí)相比，司機(jī)完全依靠車(chē)載信號(hào)設(shè)備行車(chē)（可取消地面信號(hào)機(jī)）；通過(guò)與一級(jí)相比，司機(jī)完全依靠車(chē)載信號(hào)設(shè)備行車(chē)（可取消地面信號(hào)機(jī)）；通過(guò)GSM-R連連續(xù)傳送列車(chē)運(yùn)行控制命令，車(chē)地間可雙向通信；在點(diǎn)式設(shè)備的配合下，車(chē)載設(shè)備對(duì)續(xù)傳送列車(chē)運(yùn)行控制命令，車(chē)地間可雙向通信；在點(diǎn)式設(shè)備的配合下，車(chē)載設(shè)備對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控；依靠軌道

10、電路或計(jì)軸設(shè)備檢查列車(chē)占用和完整性；建有列車(chē)運(yùn)行速度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控；依靠軌道電路或計(jì)軸設(shè)備檢查列車(chē)占用和完整性；建有無(wú)線(xiàn)移動(dòng)閉塞中心。該系統(tǒng)是基于移動(dòng)通信的連續(xù)式無(wú)線(xiàn)移動(dòng)閉塞中心。該系統(tǒng)是基于移動(dòng)通信的連續(xù)式ATP。應(yīng)用級(jí)別3ETCS三級(jí)：查詢(xún)應(yīng)答器三級(jí)：查詢(xún)應(yīng)答器GSM-R 與二級(jí)相比是靠車(chē)載設(shè)備來(lái)檢查列車(chē)完整性，不需要軌道電路；點(diǎn)式設(shè)備、與二級(jí)相比是靠車(chē)載設(shè)備來(lái)檢查列車(chē)完整性，不需要軌道電路；點(diǎn)式設(shè)備、GSM-R是系是系統(tǒng)的主要設(shè)備。取消地面信號(hào)機(jī)和軌道電路后，室外線(xiàn)路上的信號(hào)設(shè)備減少到最低程度；統(tǒng)的主要設(shè)備。取消地面信號(hào)機(jī)和軌道電路后，室外線(xiàn)路上的信號(hào)設(shè)備減少到最低程度；列車(chē)追蹤間隔依靠點(diǎn)

11、式設(shè)備和無(wú)線(xiàn)移動(dòng)閉塞中心實(shí)現(xiàn)，具有明顯的移動(dòng)自動(dòng)閉塞特征。列車(chē)追蹤間隔依靠點(diǎn)式設(shè)備和無(wú)線(xiàn)移動(dòng)閉塞中心實(shí)現(xiàn)，具有明顯的移動(dòng)自動(dòng)閉塞特征。CTCS列控系統(tǒng)lCTCS是為了保證列車(chē)安全運(yùn)行，并以分級(jí)形式是為了保證列車(chē)安全運(yùn)行，并以分級(jí)形式滿(mǎn)足不同線(xiàn)路運(yùn)輸需求的列控技術(shù)規(guī)范滿(mǎn)足不同線(xiàn)路運(yùn)輸需求的列控技術(shù)規(guī)范 。lCTCS 0級(jí)：為既有線(xiàn)的現(xiàn)狀，由通用機(jī)車(chē)信號(hào)級(jí)：為既有線(xiàn)的現(xiàn)狀，由通用機(jī)車(chē)信號(hào)和運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成。和運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成。 l CTCS 1級(jí)：由主體機(jī)車(chē)信號(hào)級(jí)：由主體機(jī)車(chē)信號(hào)+加強(qiáng)型運(yùn)行監(jiān)控加強(qiáng)型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成。記錄裝置組成。lCTCS 4級(jí)：基于無(wú)線(xiàn)傳輸信息的列車(chē)運(yùn)行控制級(jí)：基

12、于無(wú)線(xiàn)傳輸信息的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，面向高速新線(xiàn)或特殊線(xiàn)路，可實(shí)現(xiàn)虛擬閉系統(tǒng)，面向高速新線(xiàn)或特殊線(xiàn)路，可實(shí)現(xiàn)虛擬閉塞或移動(dòng)閉塞。由塞或移動(dòng)閉塞。由RBC和車(chē)載驗(yàn)證系統(tǒng)共同完成和車(chē)載驗(yàn)證系統(tǒng)共同完成列車(chē)定位和列車(chē)完整性檢查。列車(chē)定位和列車(chē)完整性檢查。C2運(yùn)行示意運(yùn)行示意CTCS 2級(jí):基于軌道傳輸信息的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，面向提速干線(xiàn)和高速新線(xiàn)，采用車(chē)-地一體化設(shè)計(jì)，地面可不設(shè)通過(guò)信號(hào)機(jī)。CTCS2級(jí)系統(tǒng)級(jí)系統(tǒng)C3運(yùn)行示意運(yùn)行示意CTCS 3級(jí)：基于無(wú)線(xiàn)傳輸信息并采用軌道電路等方式檢查列車(chē)占用的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)。CTCS3級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ATO技術(shù)發(fā)展EurobaliseEurobaliseOP

13、GBalise antennaRadarMMILEUATPLEUssATO技術(shù)發(fā)展l*Basic ATOEurobaliseEurobaliseBalise antennaRadarATO*ATPATPOPGLEUMMIsATO技術(shù)發(fā)展Continuous Communicationwith Moving BlockEurobaliseEurobaliseRadio,Loop orPowerlineATPLEUOPGBalise antennaRadarATOATPCOMMMMICOMM車(chē)站自動(dòng)控制車(chē)站自動(dòng)控制l為了列車(chē)在站內(nèi)安全運(yùn)行，避免列車(chē)沖突，就必須使信號(hào)機(jī)、進(jìn)路和道岔三者之間有著一定相

14、互制約關(guān)系，這種關(guān)系稱(chēng)為聯(lián)鎖。l1856年，J.薩克斯貝發(fā)明機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)開(kāi)始，這種聯(lián)鎖技術(shù)經(jīng)歷了機(jī)械槽口技術(shù)、電氣銜鐵技術(shù)、安全型繼電器技術(shù)時(shí)代，當(dāng)前計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖正在逐漸取代繼電器聯(lián)鎖 。遠(yuǎn)程控制維修機(jī)輸入/輸出接口室外設(shè)備人機(jī)交互層聯(lián)鎖控制層I/O接口層聯(lián)鎖機(jī)上位機(jī)輸入/輸出接口信號(hào)機(jī) 轉(zhuǎn)轍機(jī) 軌道電路信號(hào)機(jī) 轉(zhuǎn)轍機(jī) 軌道電路區(qū)域聯(lián)鎖技術(shù)區(qū)域聯(lián)鎖技術(shù)控制顯示外系統(tǒng)接口維護(hù)監(jiān)測(cè)中央聯(lián)鎖本地 I/O軌道編碼遠(yuǎn)程 I/O光纖環(huán)網(wǎng)ET-NET遠(yuǎn)程 I/O現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸入輸出中心聯(lián)鎖操作表示R*R*R*ET-NETET-NETMM-NETCAN控制表示層聯(lián)鎖運(yùn)算層執(zhí)行控制層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層鄰站中央聯(lián)鎖MM-NET光

15、纖環(huán)網(wǎng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖：區(qū)域聯(lián)鎖或中心計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖 聯(lián)鎖與區(qū)間一體化 聯(lián)鎖與CTC一體化 高安全性和可靠性一體化： 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備集中、結(jié)構(gòu)合并、 功能模塊、信息共享調(diào)度集中調(diào)度集中l(wèi)鐵路運(yùn)輸效率的提高不僅需要良好的車(chē)站、列車(chē)控制設(shè)備，還需要良好的調(diào)度指揮與管理，l在缺乏信息化的調(diào)度指揮系統(tǒng)以前，調(diào)度員是依靠一臺(tái)電話(huà)、一張圖、一支筆的傳統(tǒng)手工方式來(lái)編制運(yùn)行計(jì)劃并組織行車(chē)的，這種方式下，調(diào)度人員調(diào)度效率低，限制了運(yùn)輸效率的提高，影響了鐵路能力的發(fā)揮。l傳統(tǒng)調(diào)度集中分布式調(diào)度集中綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)行車(chē)指揮與聯(lián)鎖模塊調(diào)整計(jì)劃編制進(jìn)路操作命令生成(PRC)聯(lián) 鎖控制電路被控對(duì)象(信號(hào)、道岔等)車(chē)次追蹤行車(chē)指揮系

16、統(tǒng)的幾種模式調(diào)整計(jì)劃PRC分 機(jī)聯(lián) 鎖車(chē)次追蹤中心車(chē)站集中型分散自律型計(jì)劃生成列車(chē)及調(diào)車(chē)進(jìn)路命令生成聯(lián) 鎖調(diào)車(chē)計(jì)劃輸入中心車(chē)站行車(chē)指揮與聯(lián)鎖的發(fā)展趨勢(shì)行車(chē)指揮：由單一功能向綜合自動(dòng)化發(fā)展（行車(chē) 指揮、安全監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)管理、維修管 理、旅客服務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析等）集中化、自動(dòng)化、智能化日本的COSMOS 美國(guó)杰克遜威爾中心法國(guó)、西班牙高鐵 德國(guó)的7個(gè)中心比較成功的系統(tǒng)比較成功的系統(tǒng)l東日本鐵路公司開(kāi)發(fā)了一種新的綜合運(yùn)輸管理系統(tǒng)COSMOS（Computerized Safety Maintenance and Operation System of Shinkansen），在其管轄區(qū)域內(nèi)對(duì)新干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行

17、運(yùn)營(yíng)控制和管理，此系統(tǒng)主要由運(yùn)輸計(jì)劃、運(yùn)行管理、站內(nèi)作業(yè)管理、維修作業(yè)管理、車(chē)輛管理、設(shè)備管理、信息集中監(jiān)視、電力系統(tǒng)控制等8個(gè)子系統(tǒng)組成，共有500臺(tái)左右的計(jì)算機(jī)，是廣域的自主分散系統(tǒng)。l美國(guó)杰克遜威爾中心l法國(guó)、西班牙高鐵 德國(guó)的7個(gè)中心 鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展歷程鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展歷程 相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù)l現(xiàn)代通信技術(shù)，現(xiàn)代通信技術(shù)，l計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制l網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)l自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)l智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)。l安全性與可靠性技術(shù)安全性與可靠性技術(shù)鐵路信號(hào)的發(fā)展趨勢(shì)與特征鐵路信號(hào)的發(fā)展趨勢(shì)與特征l當(dāng)前鐵路信號(hào)技術(shù)正在經(jīng)歷由傳統(tǒng)的繼電邏輯、模擬電路、分散孤立的控制模式向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)

18、化、智能化、綜合化發(fā)展的重大變革時(shí)期。功能與作用綜合化功能與作用綜合化 l信號(hào)系統(tǒng)功能由單純保障行車(chē)安全，擴(kuò)展到提高運(yùn)輸效率，改善管理和改進(jìn)服務(wù)及業(yè)務(wù)綜合管理方向發(fā)展，從而充分發(fā)揮信號(hào)系統(tǒng)的整體綜合效能，使其成為行車(chē)控制、調(diào)度指揮、信息管理和設(shè)備監(jiān)測(cè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。l信號(hào)的作用從指示司機(jī)安全行車(chē)，控制現(xiàn)場(chǎng)行車(chē)設(shè)備發(fā)展到實(shí)現(xiàn)車(chē)、機(jī)、工、電、輛各部門(mén)間高效協(xié)作，實(shí)現(xiàn)行車(chē)各種信息的采集、傳輸、處理、再生和管理，提高各個(gè)層次的輔助決策手段等綜合化功能方面。鐵路信號(hào)運(yùn)行模式變化鐵路信號(hào)運(yùn)行模式變化l鐵路信號(hào)從以車(chē)站聯(lián)鎖為中心向以列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)為中心轉(zhuǎn)化；l列車(chē)運(yùn)行調(diào)度指揮從調(diào)度員車(chē)站值班員司機(jī)三級(jí)管理向由調(diào)度員直接控制移動(dòng)體（列車(chē)）轉(zhuǎn)化 ；l區(qū)間閉塞由固定閉塞方式向準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式轉(zhuǎn)化 ；l信號(hào)顯示制式由速差式向速度式（目標(biāo)距離）轉(zhuǎn)化。 信號(hào)設(shè)備數(shù)字化、智能化l以計(jì)算機(jī)為核心的信號(hào)設(shè)備使得數(shù)字化與智能化成為可能，