高速鐵路信號技術(shù)論文
高速鐵路信號是高速列車安全、高密度運(yùn)行的基本保障。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的高速鐵路信號技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
高速鐵路信號技術(shù)論文篇一
基于無線通信技術(shù)的高速鐵路信號系統(tǒng)應(yīng)用
摘 要
高速鐵路信號系統(tǒng)是高速列車安全、高密度運(yùn)行的基本保障。無線通信技術(shù)在鐵路信號系統(tǒng)的應(yīng)用，不但減少了高速鐵路的信號系統(tǒng)成本，還較好的確保了高速鐵路的安全。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高速鐵路不斷的向著智能信息化轉(zhuǎn)變，這就給無線通信技術(shù)領(lǐng)域提出了更加嚴(yán)格的要求，為了適應(yīng)高速鐵路的快速發(fā)展，各國都在潛心研究基于無線通信技術(shù)的新一代的鐵路信號系統(tǒng)。本文介紹了國外無線通信系統(tǒng)在高速鐵路信號系統(tǒng)中的發(fā)展情況，分析了運(yùn)用無線通信技術(shù)的高速鐵路信號系統(tǒng)的特點和問題，并探討了無線通信技術(shù)在高速鐵路信號系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】無線通信 高速鐵路 信號系統(tǒng)
在整個高速鐵路工程中，雖然信號系統(tǒng)的投資總額所占比率較小，但其起到的作用十分關(guān)鍵。由于軌道電路傳輸環(huán)境較差、傳輸信息的速率較低、設(shè)備更新維護(hù)費(fèi)用高，所以基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足高速鐵路的快速發(fā)展要求。在80年代，國外開始研究基于無線通信的鐵路信號系統(tǒng)TBS(Transmission Based Signalling)，希望通過無線通信技術(shù)的應(yīng)用來提高鐵路的管理職能、縮短列車間隔時間、節(jié)約能源、降低系統(tǒng)的成本。1995年在關(guān)于TBS的國際會議中，會議代表分析了無線通信技術(shù)在鐵路信號系統(tǒng)應(yīng)用的的可行性，并指出了無線通信技術(shù)可能給鐵路信號系統(tǒng)帶來的積極影響，表明了TBS將會成為未來鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展方向。
1 國外TBS的發(fā)展情況
1.1 北美TBS的發(fā)展情況
1983年，美國鐵道協(xié)會和加拿大鐵道協(xié)會共同最早提出了基于無線通信的先進(jìn)列車控制系統(tǒng)ATCS。ATCS主要是通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信手段和先進(jìn)的微處理器獲取列車的精確位置和速度等信息，并對列車進(jìn)行安全控制。ATCS的運(yùn)用不僅避免了很多地面信號設(shè)備的安裝，節(jié)省了系統(tǒng)成本，還消除信號盲區(qū)，增強(qiáng)了列車的安全系數(shù)。ATCS是由中央控制系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、車載設(shè)備、路旁設(shè)備和線路維護(hù)人員移動終端五個子控制系統(tǒng)構(gòu)成的。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能模塊的劃分為以后基于無線通信的鐵路信號系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，在ATCS之后北美又出現(xiàn)了很多基于無線通信的鐵路信號系統(tǒng)，其中ARES可以提供非?？煽康臋z查和平衡手段，在很大程度上降低了人為操作失誤造成的錯誤，使列車行駛更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系統(tǒng)也是比較著名的。
1.2 歐洲TBS的發(fā)展情況
1992年國際鐵盟下屬的歐洲鐵路研究機(jī)構(gòu)提出了一套歐洲的鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)，包括車票發(fā)售、各國鐵路互操作性等多個方面，ETCS就是其中非常重要的一部分。在歐共體委員會設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)化歐洲鐵路控制系統(tǒng)項目ETCS之前，歐洲各國鐵路標(biāo)準(zhǔn)和模式不盡相同，軌距、信號設(shè)備、供電設(shè)備也不一樣，因此各國只能使用自己的ATP、ATC系統(tǒng)。各國鐵路制式上的差異使得歐洲鐵路很難形成連續(xù)運(yùn)輸。在設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)化歐洲鐵路控制系統(tǒng)項目ETCS后，各國的鐵路開始逐漸按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，并逐漸取代各國不同的列車自動控制系統(tǒng)和防護(hù)系統(tǒng)。ETCS的目標(biāo)就是要實現(xiàn)歐洲鐵路的統(tǒng)一，提高各國鐵路的互操作性，使鐵路控制系統(tǒng)的功能和設(shè)備更加規(guī)范。
1.3 日本TBS的發(fā)展情況
在日本鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展歷程中，先后出現(xiàn)了ATS、現(xiàn)行ATC、數(shù)字式ATC、計算機(jī)和無線通信輔助信息控制系統(tǒng)等。其中現(xiàn)行ATC作為一種列車超速防護(hù)系統(tǒng)，以良好的自動制動功能保護(hù)了列車的安全。但在系統(tǒng)工作時，采用的最強(qiáng)的自動制動，影響了乘客的舒適程度。在1987年，日本開始基于無線通信的鐵路信號系統(tǒng)的研究，為CARAT的出現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。CARAT的使用能夠使列車連續(xù)測定自身位置和行駛速度，使地面系統(tǒng)能夠很好的了解列車運(yùn)行情況，保證列車的運(yùn)輸安全。
2 TBS的特點和問題
在速度比較高的高速鐵路上，距離比較近時，可以采用紅外、藍(lán)牙等無線通信技術(shù)實現(xiàn)對列車的控制;在距離比較遠(yuǎn)時，則可以通過全球定位控制系統(tǒng)、信標(biāo)、計軸裝置等來測定列車的速度和位置。車載計算機(jī)可以通過無線收發(fā)裝置將列車的速度、位置信息發(fā)送給調(diào)度控制計算機(jī)，通過調(diào)度控制計算機(jī)的處理，再將列車允許的最大速度等信息通過無線通信發(fā)回給列車計算機(jī)。列車司機(jī)可以根據(jù)車載計算機(jī)的提醒進(jìn)行相應(yīng)的操作，如果列車司機(jī)沒有及時作出反應(yīng)，信息控制系統(tǒng)還可以自行將車速降低到允許范圍以內(nèi)。
2.1 TBS的特點
(1)在TBS中，主控中心可以根據(jù)列車的運(yùn)行狀態(tài)和操作狀態(tài)通過車載計算機(jī)來調(diào)整列車的運(yùn)行，加大了高速鐵路信號系統(tǒng)的管理職能，保證了列車的安全，提高了鐵路線路的通行能力。
(2)在無線通信信號系統(tǒng)控制下，列車和地面的可靠信息量增大，列車運(yùn)行變得更加穩(wěn)定，且避免了不必要的加速和制動，節(jié)約了能源，也讓旅客乘車變得更加舒適。
(3)無線通信技術(shù)的運(yùn)用，省掉了大量的地面信號裝備，大大減少了設(shè)備的安裝、維護(hù)、修整費(fèi)用。
(4)無線通信信號系統(tǒng)的適應(yīng)能力極強(qiáng)，通過軟件上的調(diào)整就可以使列車的運(yùn)行速度提高，且能夠自動調(diào)整運(yùn)行圖，大大的提高了鐵路運(yùn)輸管理能力。
(5)無線通信信號系統(tǒng)還可以通過車地間的雙向信息通道實現(xiàn)列車的閉鎖控。
2.2 TBS的問題
(1)高鐵信號系統(tǒng)使用軌道電路只能使用較低的信息發(fā)送頻率，傳輸環(huán)境惡劣，很難讓電碼的傳送速率滿足高速鐵路的運(yùn)行速度要求。
(2)TBS通過環(huán)線設(shè)備和應(yīng)答器件接受數(shù)據(jù)信息，列車進(jìn)行操作可能會有時間上的延遲，可能會給列車的運(yùn)行造成不良的影響。
(3)軌道間的電纜電線作為車地之間的雙向信息通道，雖然傳輸信息量大，抗干擾能力強(qiáng)，但設(shè)備費(fèi)用較高，且防盜能力很差，一旦丟失，后果嚴(yán)重。
3 無線通信技術(shù)在高速鐵路信號系統(tǒng)中的應(yīng)用 3.1 微機(jī)聯(lián)鎖
無線通信技術(shù)在微機(jī)聯(lián)鎖方面運(yùn)用的可行性還需進(jìn)一步研究，但ATCS中提出，可以將檢測到的道岔、信號機(jī)閉鎖狀態(tài)發(fā)送給主控中心，并利用道旁接口單元來接收主控中心的控制命令，以實現(xiàn)控制一組道岔、信號機(jī)動作的目的。另外道旁接口單元可以利用無線信道聯(lián)系控制中心，通過電纜連接現(xiàn)場設(shè)備，從而檢測并控制一些輔助的子系統(tǒng)。目前看來，無線通信技術(shù)用于微機(jī)聯(lián)鎖的現(xiàn)場設(shè)備可能會增加一些投資，且大型站場道岔眾多，干擾較大，但還是具有較好的發(fā)展前景。
3.2 集中調(diào)度
在調(diào)度集中系統(tǒng)中，調(diào)度中心職要根據(jù)車站到發(fā)線占用情況和區(qū)段內(nèi)閉塞分區(qū)大概了解列車運(yùn)行的狀況，并根據(jù)得到的信息排列進(jìn)路。但利用TBS，控制系統(tǒng)就能夠準(zhǔn)確的了解列車運(yùn)行的位置、速度，并根據(jù)沿線的信號系統(tǒng)情況發(fā)送列車控制命令，保證列車在最短的實踐間隔內(nèi)高速、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。無線通信技術(shù)賦予列車與控制中心的雙線數(shù)據(jù)通信，給列車的運(yùn)行帶來了很大的方便，且實現(xiàn)了行車指揮自動化。
3.3 中繼器
在高速鐵路的實際運(yùn)行中，我不可能在所有的高速鐵路中都設(shè)這無線通信基站，這樣不但增加了設(shè)備投資，還使無線通信鐵路信號系統(tǒng)失去了存在的真正意義。有了中繼器，基站就可以通過中繼器接受和發(fā)送一些射頻信號，從而使基站不僅可以管理基站區(qū)域范圍內(nèi)的站區(qū)，還能夠?qū)⒐芾碇欣^器管理的一些車輛和線路。
3.4 提高平交道口的通過效率
為了提高平交道口的防護(hù)能力和和通過效率，防止由于無線設(shè)備故障造成不必要的損失，主控中心按照時間間隔不斷的查詢道口的運(yùn)行狀態(tài)，并將查詢信息及時反饋給接近道口的列車。另外主控中心通過接收的列車位置、速度信息，可以計算列車通過道口的時間，并根據(jù)實際情況設(shè)定列車的最大允許速度和列車運(yùn)行線路參考。這樣，列車通過平交道口就有了安全保障，而且還大大提高了道口的通過效率。
3.5 加強(qiáng)維修處防護(hù)
在高速鐵路某路段需要進(jìn)行維修時，維修部門可以通過移動終端將維修點輸入到系統(tǒng)中，通過主控中心的傳送，列車就可以很好的了解路段情況。在實際的運(yùn)行中，列車可以根據(jù)了解到的維修點信息對列車進(jìn)行操作，另外在列車接近維修點事，移動終端接受到地面系統(tǒng)的警報信號，以保證列車能夠及時在維修段之前停車。
4 總結(jié)
隨著高速鐵路的不斷發(fā)展，要確保列車的安全，先進(jìn)的信號系統(tǒng)成了高速鐵路運(yùn)行的重中之重。在高速鐵路信息系統(tǒng)中，無線通信的運(yùn)用仍處于初期階段，在具體的TBS規(guī)劃時應(yīng)充分考慮其與全路運(yùn)輸管理系統(tǒng)的接口，使無線通信技術(shù)更充分的運(yùn)用在高速鐵路的發(fā)展當(dāng)中。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介
孫屹楓(1982-)，男，天津市人。中國民用航空大學(xué)大學(xué)本科畢業(yè)。研究方向：鐵路信號。
作者單位
鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司電化電信處 天津市 300251
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