第一篇：鐵路信號系統影響因素

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鐵路信號系統影響因素

作者：魏毅

來源：《現代裝飾·理論》2011年第07期

摘 要 鐵路對我國的發展起著重要作用。由于鐵路運輸的安全、經濟、效率高、成本低等優勢，世界各國都在加快鐵路運輸的發展。鐵路信號系統不僅能夠保障列車安全運行，而且也能夠使鐵路效率得以提高。

關鍵詞 鐵路；信號系統；影響因素

2011年7月23日溫州的重大鐵路交通事故讓我們更清醒的認識到鐵路信號系統的重要性以及它的破壞性。我國鐵路在開始初期由不同的外國資本所控制，導致信號不同意。雖然在經過幾十年的發展，我國鐵路信號系統已經有了較快的發展。事實上，影響鐵路信號系統的因素有很多，正是由于這些因素的影響使鐵路信號系統會出現問題。本文主要就鐵路信號系統影響因素進行了分析。

1.鐵路信號系統構成1.1 行車調度指揮系統

隨著信息技術和電子技術的快速發展，在計算機技術、信息、通信、決策、控制技術的支持下，現代行車調度系統實現了列車遠程實時監視、控制、追蹤和管理的自動化處理。行車調度指揮自動化系統技術隨著列車調度指揮系統（TDCS）的改進以及新型分散自律調度集中系統研發成功而獲得了長足發展。TDCS的主要內容是列車運行計劃編制和調整及列車運行監視和管理，調度集中的核心是列車運行控制，TDCS和調度集中系統構成了行車調度指揮系統。TDCS由不同站段的分機和站段或路局總機銜接起來，形成路網調度的主要組成部分。

1.2 閉塞系統

區間或閉塞分區在同一時間內只能運行一個列車，這就是所謂的閉塞。鐵路信號閉塞系統就是由于閉塞相關的設備和技術組成。我國鐵路的基本閉塞設備主要包括自動閉塞、半自動閉塞、自動站間閉塞。同列車自動完成閉塞作用的一種閉塞就是自動閉塞；通過裝在兩個相鄰車站的閉塞機、專用軌道電路以及出站信號機所構成的一種閉塞就是半自動閉塞。正線是車站信號系統重要的組成部分，但是除此之外，還配有到發線、牽出線等其他線路，因此，有配線的分界點就是各種車站的另一種稱呼。而無配線的分界點，為非自動閉塞區段在兩個車站間設置的線路所，以及自動閉塞區段為在兩車站間劃分成若干個閉塞分區而設置的色燈信號機。其中線路所和色燈信號機就是無配線分界點，閉塞分區就是指在自動閉塞區段上通過色燈信號機之間的段落。

1.3 車站聯鎖系統

1）信號機。信號機是鐵路視覺信號的重要組成部分，用以指導鐵路行車，與線路的閉塞系統密切相關。信號機的設置位置在進站和出站。進站信號機要設置距離最外方進站道岔尖軌尖端大于50m小于400m處。其作用主要是為了防護車站，指示列車的運行條件，保證接車進路的正確和安全可靠，凡車站的列車入口處必須裝設進站信號機。出站信號機設置在警沖標外方3.5~4m處，防止側面沖突。其作用是為了防護區間，作為列車占用區間的憑證，指示列車能否進入區間。發車線端必須設置出站信號機。2）站內聯鎖。車站聯鎖是進路、道岔和信號機之間相互具有制約關系。聯鎖主要包括道岔、進路間的聯鎖；道岔與信號機之間的聯鎖，進路和進路間的聯鎖；進路與信號機之間的聯鎖；信號機與信號機間的聯鎖。

2.鐵路信號系統影響因素

2.1 設備系統

近年來，鐵路方面已經開始重視信號產品的研發、生產、使用、維護的可靠性管理。由于在設備規范上標準較少、過于簡單、可靠性指標不夠全面、可靠性模型的選擇比較少等因素，使設備系統的可靠性受到影響。可靠性是一門系統工程，與產品全壽命周期的各個階段密切相連，從產品的研發、設計、生產、使用、維護、報廢等一系列環節都始終與可靠性相連。建立第三方可靠性評估機構，再制定相應的標準，對單位的可靠性設計方案進行審核。“7?23”動車事故的發生揭示了信號設備在設計上存在嚴重缺陷，再遭雷擊發生故障后，導致本應顯示為紅燈的區間信號機錯誤顯示為綠燈。總的來說，我國鐵路信號系統中可靠性應用還不夠成熟，還需繼續深入研究。

2.2 電氣化條件對信號系統的影響

作為弱電系統，信號設備在電氣化鐵路中處于從屬被動的地位。電氣化鐵路屬于強電系統，它具有額定電壓高、牽引電流可達到數百安培甚至上千安培、電力機車為非線性負載，在整流換相和運行過程中會產生大量諧波成分等特點。這些特點構成了電氣化鐵路對信號設備干擾的基本原因。從干擾的種類來說，可分為傳導、感應、輻射三種形式。不同的信號設備對不同類電氣化干擾的反應不同，因此，具體的信號設備所采取的措施各不相同。

2.3 電纜電源對信號系統的影響

信號電源是鐵路行車信號指示燈的供電電源，屬于一級負荷。信號電源一般由自動閉塞電力線路和貫通電力線路兩路電源供電。兩路電源互為冗余，故障時相互切換，以提高供電可靠性。信號電源、電纜等受到自然環境、運行管理方式等因素的極大影響。

2.4 外部因素對信號系統的影響

每一個系統都有其固有的結構和組織形式，各組成部分不僅受設備本身技術水平和實現方式的影響，同時也受外部環境的影響。鐵路信號設備的信號采集除來自列車和軌道系統外，車站和區段調度所還通過強風、雨、雪檢測器及立交處防落物檢測器采集的信號發出限速或停車

指令；人的因素是鐵路信號系統的主導因素，不論在列車正常運營的管理、信號的采集分析和判斷以及指導鐵路運輸作業方面，還是在非正常運營條件下對設備的維護保養，特別是局部區段發生故障后的信號處理和指揮，這些都直接影響著列車的運輸等。

3.結語

隨著我國對鐵路上的投資逐漸擴大，鐵路的相關技術也得到了較快的發展，尤其是有個別的技術已經獨領風騷。鐵路信號系統是一個龐大的工程，影響鐵路信號系統的因素很多，既包括內部設備和技術水平，而且還包括外部條件，由此可見，鐵路信號系統必須選擇最優組合方案，才能在經濟上和技術上取得雙贏。

參考文獻：

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第二篇：鐵路信號系統拆解

CTCS-3級列控系統是基于GSM-R無線通信實現車一地信息雙向傳輸、無線閉塞中心（RBC）生成行車許可的列控系統，系統采用先進的技術手段對高速運行下的列車進行運行速度、運行間隔等實時監控和超速防護，以目標距離連續速度控制模式、設備制動優先的方式監控列車安全運行，并可滿足列車跨線運營的要求。

CTCS-3級列控系統主要有以下特點：

1、CTCS-3級列控系統是符合中國國情路情的、具有自主知識產權的、達到世界一流水平的先進列控運行控制系統；

2、CTCS-3級列控系統是按照中國鐵路一張網原則規劃的列控系統技術平臺，能夠滿足最高運營速度380km/h，列車正向運行最小追蹤間隔時間3分鐘的要求，能夠與200-250km/h新建鐵路和既有提速線路的互聯互通；

3、CTCS-3級列控系統成功采用目標距離連續速度控制模式、設備制動優先、GSM-R無線網絡傳輸、信號安全數據網等先進技術，標志我國鐵路列車運行安全控制技術達到世界先進水平；

4、CTCS-3級列控系統基于CTCS-2級列控系統構建，大量采用成熟技術，整合適配大量既有系統設備，系統技術先進成熟、經濟實用、安全可靠；

5、CTCS-3級列控系統實現了我國列車運行控制的系統設計技術、生產制造技術、系統集成技術、工程應用技術、仿真測試技術、維護管理技術再創新和整體升級；

6、CTCS-3級列控系統采用國際先進的系統設計實現手段，構建完善的系統標準系統、以運營場景作為導入、按照歐洲安全設計流程實現、采用

系統評估作為系統確認手段，為我國鐵路列車控制系統的可持續發展構建了完善的技術平臺；

7、CTCS-3級列控系統的創新實現，形成了鐵道部CTCS技術管理人才隊伍平臺、以實驗室為中心形成測試分析和理論研究平臺、供應商和運用單位結合的運用管理平臺、企業系統產品的設計、開發、制造、施工、測試等生產和施工人才隊伍平臺；

8、CTCS-3級列控系統的技術攻關，構建了鐵道部統一組織領導下，以項目為依托、以核心企業為主體，聯合國外技術支持方、國內高校、科研單位和設計院，產、學、研一體的技術創新體系。

中國通號是中國軌道交通領域信息和自動控制產業基地之一，是國內系統集成及配套能力最強的專業化企業集團，產品主要分為信號、通信、基礎、線纜四大類。

信號系統產品主要包括：移頻自動閉塞、車站電碼化、地面查詢應答器、主體化機車信號、列控中心及車載設備，列車調度指揮系統設備（TDCS），分散自律調度集中系統設備（CTC），微機監測設備，列車超速防護設備（ATP），列車自動監督設備（ATS），計算機聯鎖設備，微機計軸設備，道口防護設備，編組站綜合集成自動化設備（CIPS），駝峰溜放控制設備，信號產品測試設備等。

通信系統產品主要包括：無線列調系統設備、無線車次號校核系統設備、無線接入設備，GSM-R終端設備，綜合視頻監控系統設備，鐵路電務管理信息化系統設備，鐵路應急救援指揮系統設備，列車服務信息系統設備，客運信息服務系統設備，會議電話及會議電視系統設備，數字式電話集中機，列車廣播機，光纜線路自動監測設備，光電數字引入柜，客票售檢系統設備（AFC）等。

信號基礎設備主要包括：25Hz信號電源屏、區間信號電源屏、駝峰信號電源屏、繼電聯鎖信號電源屏、計算機聯鎖信號電源屏、三相交流轉轍機電源屏，電動/電液轉轍機、密貼檢查器、駝峰車輛減速器、道岔外鎖閉、道岔安裝裝置，RD1型道岔融雪設備，繼電器、變壓器，單元控制臺，色燈信號機，防雷單元、防雷保安器，標準機柜機箱等。

線纜產品主要包括：數字信號電纜、通信電纜、光纜、光電綜合纜、控制電纜、電力電纜等。

機車車輛電控設備、制動電阻裝置、機車儀表。

電力工程高頻開關直流組合電源柜、電動操作機構、真空斷路器、隔離開關、電力鐵塔等。

中國通號擁有的信號系統技術主要有自動閉塞系統、計算機聯鎖系統、列車調度指揮系統（TDCS）、調度集中系統（CTC）、國產化列車自動防護ATP系統、車站列控中心和應答器系統、駝峰自動控制系統、道岔轉換安全保障系統等。

自動閉塞系統主要有ZPW-2000A無絕緣移頻自動閉塞、WG－21A無絕緣軌道電路及25HZ相敏軌道電路、ZPW-2000（UM）系列閉環電碼化。

車站計算機聯鎖系統主要有DS6-11型雙機熱備系統、DS6－20型三取二冗錯系統、DS6-K5B型二乘二取二計算機聯鎖系統、區域計算機聯鎖系統、DS6-50型聯鎖和列控一體化集中控制的計算機聯鎖系統。

調度集中系統主要有FZt-CTC型、FZk-CTC型分散自律調度集中系統。車站列控中心和應答器系統作為CTCS2級列控系統地面主要組成部分，適用于裝備計算機聯鎖或6502電氣集中、CTC或TDCS車站。

國產化列車自動防護ATP系統：包括區域控制中心、車載設備、數字軌道電路三個子系統。

駝峰自動控制系統主要有TW-2型駝峰自動化系統、FTK-3型駝峰自動控制系統、TYWK型駝峰信號計算機一體化控制系統及編組站綜合集成自動化系統（CIPS）。

中國通號擁有的通信系統技術主要有無線通信、視頻監控、專用通信、智能交通、專用信息管理等。

無線通信系統技術主要有列車無線調度系統、DMIS無線車次號、800M列尾裝置和列車安全預警綜合系統、DMIS調度命令無線傳送系統等。

視頻監控系統技術主要有鐵路線路視頻監控系統及高速鐵路綜合視頻監控系統。

專用通信系統技術主要有IP智能通信系統、鐵路資源監控系統及應急救援指揮系統。

智能交通系統技術主要有自動售檢票系統（AFC）、列車移動補票系統、鐵路GSM-R SIM卡管理系統。

專用信息管理系統主要有鐵路電務管理信息系統、鐵路資金結算信息系統、地鐵集中告警系統、OA系統、鐵路財務會計管理信息系統及項目管理系統等。

第三篇：歐洲鐵路信號系統概況

歐洲鐵路信號系統概況

歐洲是世界上鐵路最發達的地區之—。歐洲國家多，國土面積小，各國內部的鐵路網很密集。近幾年來，歐洲鐵路公司和信號公司在對各自的既有信號系統進行升級或者技術改造的同時，在歐盟(EU)委員會和國際鐵路聯盟(UIC)的推動下，歐洲7大鐵路信號公司，如法國的Alstom(阿爾斯通)公司、瑞典的Adtranz公司、德國的Siemens(西門子)公司、法國的Alcatel(阿爾卡特)公司、意大利的Ansaldo(安薩爾多)公司(含法國CSEE公司)、英國WestingHouse(西屋)公司，以及Invensys公司，聯合起來為信號系統的互聯和兼容問題制定信號標準，并制造了相關的產品：

在較大范圍內開發并應用新型計算機輔助鐵路運輸管理系統；

在進路控制方面，隨著區域計算機聯鎖技術逐步取代陳舊技術，自動化系統得到廣泛應用；

在列車防護和控制系統方面，研制了基于通信的列車控制系統(CBTC)；

為了歐洲鐵路信號系統的互聯和兼容問題，制定了統一的、開放性信號系統標準，從而實現歐洲各國鐵路互通運營。

本章根據搜集到的有關歐洲鐵路信號系統的論文、報道和技術資料，對它們進行了歸納整理，從列車運行控制系統、歐洲統一先進的列車運行控制系統(即ETCS)、聯鎖系統、行車指揮系統、高速鐵路，以及磁懸浮鐵路等方面介紹歐洲鐵路信號系統的現狀和發展，有關法國、英國和德國的鐵路信號系統的詳細情況在另外章節專門介紹。

第一節 列車運行控制系統一、種類繁多的列控系統

歐洲有7大鐵路信號公司（Alstom、Adtranz、Siemens、Invensys、Alcatel、Ansaldo、WestingHouse，它們都是UNIFE的成員），它們研制生產的列車運行控制系統（ATP/ATC）有十余種，如德國的LZB系列和FZB系列、法國的TVM系列等。這些運行控制系統有的適用于中速鐵路，有的適用于高速鐵路。在歐洲鐵路網上，各個國家的鐵路部門使用各自不同的信號制式管理列車的運營。

二、基于通信的列車運行控制系統

近年來，幾乎所有歐洲國家鐵路都在建立列車運行管理和保證行車安全系統方面尋求新的經濟有效的技術方案，其中包括地區性線路。德國鐵路和Adtranz公司共同研究制定了無線通信管理列車運行（FFB）地區性線路運營規劃，在建立的列車運行管理系統中，幾乎全部通過無線通信系統來實現通信服務聯系，完全不用地面信號和監督線路空閑的線路設備，保證在任何線路上的列車運行安全。基于通信的列車控制系統（CBTC）按歐洲統一的安全標準設計，系統符合歐洲PrEN50129和PrEN50128標準設計的一體化安全要求（SIL4，安全完善度等級4）。

三、列車控制系統向標準化、統一化發展

目前，歐洲由于種類繁多的鐵路信號帛式互不兼容，影響了歐洲鐵路跨國運輸的效率。在歐盟（EU）和國際鐵路聯盟UIC的支持下，歐洲鐵路制定了統一的列車運行管理系統ERTMS（歐洲鐵路運輸管理系統），包括歐洲列車運行控制系統ETCS（歐洲列車控制系統）、列車與地面的雙向無線通信系統GSM-R和歐洲運輸管理系統ETMS。

第二節

歐洲列車控制系統（ETCS）

一、ETCS的產生背景

在歐洲鐵路網上，各個國家的鐵路部門使用各自不同的信號制式管理列車的運營，列車運行控制系統（ATP/ATC）多達十余種，如LZB系列/FZB系列、TVM系列等，這些信號和控制系統互不兼容。因此，跨國境運營的列車要么穿過邊境抵達另一個國家后停下來更換機車，要么根據運行線路的不同裝備多種不同的控制系統（最多的有6種），當列車穿過邊境抵達另一個國家后，切換相應的運行控制系統。

因信號制式和控制方式的不同，列車無法在歐洲境內穿越國境時實現互通運營；當列車裝備多種控制系統后，由于每種控制系統價格昂貴，使得列車運營及維護費用上升，同時所遇到的繁多的信號技術使得穿越邊界的操作非常低效。

基于上述原因，這就產生了研制通用信號系統和新型列車控制系統的要求。這種通用信號系統應能滿足：

跨國境運營的列車不受限制地穿越邊界，提高列車運行效率；

信號和列車控制系統界面標準化，盡可能減少不同國家的特殊要求；

通過鼓勵對設備的開放市場來產生商業吸引力，從而降低設備的成本。

歐洲鐵路運輸管理系統ERTMS是歐洲鐵路和歐洲信號工業在歐洲委員會的財政支持和國際鐵路聯盟UIC的支持下，經過大約10年的工作得到的結果。其目的是為了改善信號制式互不兼容的狀況，在全歐洲范圍內創立一個既可以兼容現有信號體制，又可以在各國統一推廣使用的鐵路信號標準，保證各國的列車在歐洲鐵路網內的互通運營，提高運輸效率。

二、ETCS的組成

前已述及，歐洲鐵路運輸管理系統ERTMS包括三個組成部分：

歐洲列車控制系統ETCS（European Train Control System）；無線通信系統（GSM-R）；歐洲運輸管理系統ETMS（European Traffic Management System）。

其中，ETCS涉及列車控制和信號方面，它包含了所有的信號技術，也就是歐洲信號一體化技術。ERTMS的信號技術表示為ERTMS/ETCS。

GSM-R是基于成熟的公共無線通信網絡GSM的技術，為鐵路專用的通信網絡。GSM-R可以覆蓋地面設備和車載設備，為它們提供連續的、雙向的信息（包括數據和語音）傳輸通道。無線電技術（GSM-R是基于歐洲EIRENE和MORANE的結果。ERTMS的無線通信技術表示為ERTMS/GSM-R。

ERTMS中的ETCS是一個先進的列車自動防護（ATP）系統和機車信號（Cab Singnalling）技術規范，安裝符合ERTMS/ETCS技術規范的列車運行控制系統，不僅能提高列車的安全性，而且使列車能夠在歐洲境內穿越國境時實現互通運營。

歐洲采用ERTMS/ETCS的目的，不僅能保證系統的可互操作性，而且還要增強系統的性能，增加系統實現的靈活性，并降低系統的成本。

三、ETCS等級

歐洲列車控制系統ETCS考慮到長期發展的需要，制定了5個應用等級；ERTMS/ETCS等級0、ERTMS/ETCS等級STM、ERTMS/ETCS等級

1、ERTMS/ETCS等級

2、ERTMS/ETCS等級3。高等級向下兼容，使得歐洲各國鐵路部門可以根據各自的實際需要安裝使用不同等級的信號和控制系統。

在5個應用等級中，ERTMS/ETCS等級2和ERTMS/ETCS等級3采用移動通信網絡GSM-R技術來實現地面與列車之間雙向的信息傳輸（包括語音和數據），因此這兩個等級屬于CBTC的范疇。

（1）ERTMS/ETCS等級0

在ERTMS/ETCS等級0中，裝備了ERTMS/ETCS的列車可以在沒有裝備ERTMS/ETCS地面設備或者無本國信號系統的線路上運行，或者在試運行中的ERTMS/ETCS線路上運行。

（2）ERTMS/ETCS等級STM

在ERTMS/ETCS等級STM中，裝備了ERTMS/ETCS的列車，在裝備了本國信號系統的線路上運行。

為了能夠識別本國地面信號，車載設備還需另增加STM（Specific Transmission Module，專用傳輸模塊）接口設備。STM把接收到的本國信號譯成標準的ETCS報文格式，然后傳送給ETCS。

（3）ERTMS/ETCS等級1

在ERTMS/ETCS等級1中，裝備了ERTMS/ETCS的列車，在裝備有點式傳輸設備歐洲應答器Eurobalise的線路上運行，地面向列車傳輸的信息完全依靠Eurobalise，軌道電路只完成軌道區段的空閑/占用檢查和列車的完整性檢查。

為了增加信息傳輸的覆蓋范圍，線路上可以安裝歐洲環線Euroloop或者無線注入單元。

因此ERTMS/ETCS等級1分成帶注入信息和不帶注入信息兩種類型。

（4）ERTMS/ETCS等級2

在ERTMS/ETCS等級2中，裝備了ERTMS/ETCS的列車，在由無線閉塞中心控制的、并且裝備了Eurobalise（歐洲查詢應答器）和Euroradio（歐洲無線通信）的線路上運行。

車地之間的雙向信息通信由GSM-R提供傳輸通道，由Eurobalise提供列車定位信息，地面設備完成列車完整性檢查。

（5）ERTMS/ETCS等級3

在ERTMS/ETCS等級3中，裝備了ERTMS/ETCS的列車，在由無線閉塞中心控制的、并且裝備了Eurobalise和Euroradio的線路上運行。

車地之間的雙向信息通信由GSM-R提供傳輸通道，列車定位和列車完整性檢查由車載設備實現。

Eurobalise只提供ETCS等級轉換命令。

四、ETCS的特點

1、ETCS的結構特點

ETCS在結構上具有以下特點：

模塊化結構。模塊化結構便于系統的維護和管理。

接口標準化。在歐洲聯盟EU和國際鐵路聯盟UIC的支持下，歐洲所有信號公司共同組建了UNISIG工作組，共同制定了統一的ERTMS標準，即ERTMS技術規范。該規范對設備的功能、設備間連接的接口、數據通信協議與格式等制定了統一的標準、不同的應用等級。針對歐洲各國鐵路信號制式的差異和運輸需要的不同，定義了5個應用等級。5個等級的系統按模塊方式構成，為ERTMS/ETCS的用戶提供了極大的靈活性。低等級系統升級方便，不同等級可以互通運營。

顯示界面一致性。不但不同廠家設備的顯示界面一致，而且在不同的應用等級中，顯示界面的布局相同，只是顯示內容有所差別。

設備的操作方法相同。不同廠家設備的操作方式相同，只要熟悉一個廠家的設備，就會使用其他廠家的設備。

設備的維護方法相同。

設備研制與生產依據相同的安全設計規范和生命周期規范。

2、ETCS的技術特點

ETCS在技術上具有以下特點：

系統的開放性：是指對相關標準的一致性、公開性，強調對標準的共識與遵從。一個開放系統，是指它可以與世界上任何地方遵守相同標準的其他設備或系統連接。通信協議公開，不同廠家的設備之間可實現信息交換。ETCS技術規范是得到歐洲聯盟和國際鐵路聯盟承認的標準，而且該標準是公開的。所有ETCS的設備供應商都可以按照標準設備生產ETCS設備。

互可操作性與互用性：互可操作性是指實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通；而互用性則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可實現相互替換。由于所有的ETCS的設備供應商均按照統一的ETCS技術規范來設備生產，所以不同廠家的ETCS設備可以任意組合、任意互換使用。

兼容性：ERTMS/ETCS的5個應用等級的機車盡管其設備的車載設備不同，但機車可以在不同等級的線路互通運營。

可升級：ERTMS/ETCS的低等級系統在原有設備的基礎上，增加一些新的設備（模塊）就能方便地升級到更高的等級，原有的列車運行控制車載設備在高等級的系統中繼續使用。

第三節

聯鎖系統

近十多年來，歐洲聯鎖設備經歷了從繼電器聯鎖技術到電子計算機聯鎖技術、再到區域計算機聯鎖技術的歷程，取得了令人矚目的發展。計算機聯鎖系統主要用以下方式實現故障—安全：

硬件冗余表決：

軟件冗余表決（具有相異性的不同版本軟件比較）；

動態信息及接口技術。

一、硬件冗余表決技術

目前歐洲聯鎖系統普遍采用以下三種硬件冗余結構：

結構核查方法。如阿爾卡特公司聯鎖裝置，采用兩臺計算機分別按兩種不同設計的程序工作，一臺計算機按輸入指令檢查運行和安全情況，另一臺計算機核查結果，采用不同的程序檢查后確認不會產生危險情況，最后發出指令。

二取二結構/二乘二取二結構。如西門子公司SIMIS計算機聯鎖系統和意大利安薩爾多公司的計算機聯鎖系統（ACC）、英國的SSI和SGI、阿爾卡特公司的SELMIS等均采用了三取二結構的硬件表決技術。有三臺相同的計算機，采用相同的程序，同時驗算指令，如有兩臺的結果相同，才發出指令。

二、軟件冗余技術

軟件冗余技術也就是采用具有相異性的不同版本軟件比較。軟件冗余有內部比較與外部比較兩種方式。內部比較即其中一處理通過通信獲得，而另一處理用程序狀態數據與其本身狀態比較，檢查結果正常與否。而外部比較則是第三者（軟件或硬件）獲得兩處理進程的狀態、邏輯數據，進行合理性表決判斷。

意大利安薩爾多公司的計算機聯鎖系統（ACC）采用具有相異性的不同版本軟件比較。

三、動態信息及接口技術

動態技術是針對計算機特征為滿足安全性而使用的一種技術。用動態碼表示計算機、程序、任務的正常運行，沒有死機、停機的發生。動態碼又稱為“心跳”信息，形象地表示當前計算在“活著”狀態。動態碼用于關鍵處理、輸出上，一旦動態碼停止，整個系統關鍵處理及輸出就被強行切斷，使系統處理處于安全態。這種方式類似于其于安全繼電器的邏輯電路。計算機聯鎖系統采用動態繼電器就是基于這種思想。

四、采用區域聯鎖方式

隨著計算機技術和傳輸技術的發展，歐洲的區域聯鎖逐步發展起來，并且有廣闊的應用，取得了顯著經濟效益。區域聯鎖系統可用于控制道岔、信號及車站的其他設備。

瑞典ABB公司研制生產的計算機區域聯鎖系統可用于控制道岔、信號及車站的其他設備，已在瑞典、挪威、波蘭、德國等國的百余個車站使用。這是一個分布式系統，聯鎖中的邏輯檢查及行車安全控制等任務在中央機實施，直接控制現場設備。系統保證列車安全運行的措施是：由不同工作人員編制的兩套軟件并行運算，并比較執行結果；中央計算機與現場執行端設備之間的信息傳輸采用安全數傳規程；對所控設備實現全面監控，對工作進程中的每一個階段進行校驗。

西門子公司向荷蘭鐵路交付了世界上最大的計算機區域聯鎖系統。它幾乎包括了所有的地面設備，取代了20km長區段的7個繼電聯鎖信號樓。從5個調度員終端控制與監測列車運行。目前區域聯鎖信號樓作用區每晝夜大約開行1600列列車，進行500次調車。西門子公司在12年中安裝了80多套區域聯鎖系統，這些設備已經在德國、法國、奧地利、瑞典及瑞士等國投入運營。

五、計算機聯鎖的發展方向

從歐洲信號公司生產的聯鎖系統可以看出，計算機聯鎖的進一步發展方向是：

編制程序采用SIMATIC編程技術，使設備復雜程度低、規格小、靈活性大，且價錢便宜，確保進程安全。

研制區域運輸的控制設備，尋求區域運輸系統新技術方案。

有必要根據鐵路對電子聯鎖（計算機聯鎖）的要求、設備的復雜程度、規模以及聯鎖結構，對電子聯鎖設備進行分級，并確定分級方法。

向區域化聯鎖發展，強調了集中控制和智能化。

第四節 高速鐵路

一、歐洲高速鐵路網的發展

歐洲高速鐵路網未來的發展是以對歐洲居民流動量進一步增長的預測為基礎的。這種預測卻有賴于經濟發展的速度。各國結成歐洲共同體和開放東部邊界，為歐洲城間運輸中居民流動量的增長提供了可能。

1999年，歐盟成員國高速鐵路完成旅客周轉量527億人·公里，約占總的鐵路旅客周轉量（2920人·公里）的20%。到2000年6月，歐洲高速鐵路總長達到3000km。隨著一些國家在建和計劃修建高速新線，預計到2010年，歐洲高速鐵路網運營里程將達到6000km，2020年更進一步增加到10000km，同時還將在1500～2000km范圍內的高速線上，組織開行夜間高速旅客列車和高速貨物列車，運量肯定會有新的增長。

目前，法國國家鐵路公司SNCF、西班牙國家鐵路公司Renfe和歐洲之星Eurostar是歐洲高速鐵路的佼佼者。SNCF通過擴大運量，成為歐洲最廉價的鐵路；Renfe的高速鐵路使其獲得了最大的收益；Eurostar也占據了倫敦—巴黎、倫敦—布魯塞爾運輸市場的60%和40%。

二、歐洲高速列車可互操作性的技術條件

為了使橫貫歐洲的高速鐵路系統具有互操作性，歐洲制定了96/48/EC準則，并形成了各子系統的技術條件（TSI），子系統包括：線路基礎設施、供電、機車車輛、列車控制和安全、可靠性和運轉準備、人員的健康保護，環境保護和技術相容性。

三、高速鐵路道岔的監測系統

由于高速鐵路的發展和列車密度的不斷增加，采用以往的道岔養護方法，安排維修天窗和施工人員安全等方面的問題日益突出。為此，奧地利Voest-Alpine鐵路系統公司研制了一種監測系統，即VA-Roadmaster2000道岔診斷系統。該系統可由監測中心連續監測道岔狀態，通過傳感器采集與運營有關的數據，并隨時向有關工務和電務部門提供信息，以便及時進行維修。該系統為模塊式結構，可對道岔傳動機構、道岔轉轍器、心軌和道岔融雪器等進行監測。

四、高速鐵路的列車運行控制技術

高速鐵路列車運行的控制技術與普通鐵路不同。

德國聯邦鐵路高速列車采用LZB列車自動控制系統，該系統通過對額定速度與實際速度的比較，自動調節列車速度，監督列車的運行。地面不設傳統的信號機，司機只按司機室內顯示信號行車，即所謂“司機室顯示優先于地面信號和列車時刻表”的方法。

法國高速鐵路采用TGV系列列車運行控制系統。

西班牙馬德里-巴塞羅娜高速線采用ERTMS/ETCS2級的設備，實現全自動化運營。

五、高速干線上的列車無線通信

由于高速鐵路車地間傳輸信息速率要求高，所以德國和法國高速鐵路都采用列車無線通信系統實現高速列車的車地之間的信息傳輸。

德國結合機車信號作為主體信號的具體條件，大多采用了ZBF-70系統，型號為AEG-70系統，型號為AEG-Telefunken。這種列車無線設備的工作頻率為450～470MHz，可以保證調度員、司機和車站間的雙向通信。從1986年在部分地區開始使用ZBF90系統，1989年后又陸續采用AEG Olympia型號，后兩種設備的技術性能都優于前者，便于與歐洲各國連網。

在法國TGV-A高速鐵路線上采用的是瑞士的Autophon型無線通信，其頻率為450ＭＨz，它有三個分系統。

隨著歐洲鐵路信號標準化進程的推進，歐洲高速鐵路上的無線通信技術將統一采用GSM-R標準。

六、歐洲未來高速鐵路網的行車指揮技術

建立行車指揮系統是保證未來歐洲高速鐵路網達到最佳效率和效益的關鍵。為了保證歐洲共同體未來高速鐵路與各國鐵路的既有信號系統繼續保留并與之兼容，歐洲高速鐵路網系統采用統一的標準體系，該標準體系分成五個層次：ERTMS/ETCS0級、ERTMS/ETCS STM級、ERTMS/ETCS1級、ERTMS/ETCS2級、ERTMS/ETCS3級。

歐洲高速鐵路網系統結構可采用模塊式或綜合式。

七、高速線路的區域計算機聯鎖系統

歐洲高速鐵路采用了新型的區域計算機聯鎖系統。如德國鐵路新的高速線路上采用了EIS型區域計算機聯鎖系統。該系統的開發是一些車站區域計算機聯鎖試驗系統進一步發展的結果，也是曼海姆—斯圖加特高速線路上區域計算機聯鎖試運用裝置進一步發展的結果。有兩個新一代區域聯鎖總信號樓安裝在漢諾威—符次堡高速線路的車站上使用，每個EIS系統都能保證長約50km的線路區段內地面設備的可靠控制。

八、歐洲高速鐵路的發展計劃

實現歐洲高速鐵路網是國際鐵路合作的一個關鍵性項目。為此，國際鐵路聯盟（UIC）成立了專門的高速鐵路工作小組，共有36個成員國，覆蓋了整個歐洲。同時，建成歐洲高速鐵路網也是歐盟（EU）的目標。因此，國際鐵路聯盟和歐盟合作，計劃在全歐洲（除原蘇聯外）建成35000km的高速鐵路網，其中20000km為新線。

目前高速鐵路工作小組正在具體規劃中歐和東歐的高速鐵路網，該路網還將向東延伸到俄羅斯和烏克蘭。

第五節

行車指揮系統一、行車指揮系統的用途

行車密度和速度的提高，各種列車速度的差異以及線路通過能力的提高對行車調度提出了越來越高的要求，調度決策必須迅速轉化為運營措施。上述情況要求把行車調度員和車站值班員的工作集中到一個多功能的工作站來完成，即把監視和控制集中到一處完成，以達到更高程度的自動化。自動識別和解決運行沖突是構成這種自動化系統的基礎。

行車控制中心是把行車操作控制和調度合并于一個系統，達到數據信息集中、技術設備集中和人員集中的目的。行車值班員和調度員均在各自的工作站上操作。因此，依靠行車指揮系統能提高工作效率，提高調度、運輸質量和節省人員。

鐵路行車指揮技術為使用最現代化的計算機技術提供了可能性，使鐵路系統更安全、靈活、準確和經濟。鐵路行車指揮系統的發展趨勢是集中化。

鐵路行車指揮系統中的重要工作之一就是編制列車運行圖。隨著計算機技術的發展，列車運行圖的編制已經采用計算機來完成。

二、使用電子計算機編制列車運行圖

使用電子計算機編制列車運行圖的主要目的是減輕勞動強度、提高運輸效率。

如德國聯邦鐵路1989年開始使用上述系統。1992-1994運行圖中已有35%采用上述系統編制，目前德國鐵路已經全部用電子計算機編制運行圖。

三、列車運行圖的編制原理

在相當長一段時間，人們試圖把公路運輸中眾所周知的，反映運輸繁忙程度的交通強度λ（車輛數/單位時間）和交通密度κ（車輛數/單位距離）的基本圖移植到鐵路運輸上來，但迄今為止取得的結果表明，不論在平衡曲線圖方面，還是“鐵路基本圖”方面，效果均很不理想。

列車以間隔制運行的鐵路區段，列車密度與行車密度之間存在一種線性關系。歐洲已經尋找到了新的科學評價方法，并建立了相應的操作理論模型。

德國研究采用了一體化均衡式列車運行圖（ITF）。為了使鐵路網主要樞紐站各個方向的長途旅客列車以及與市郊列車和城市公共汽車合理銜接，以縮短旅行時間、方便旅客換乘和繼續旅行，這種運行圖最早于1993年夏季在慕尼黑等一些地區采用，取得了較好效果。以后，于1994年在萊茵蘭法爾茨地區采用。現已經擴大到德國所有地區。為了在全國采用一體化均衡式列車運行圖，要求以最佳的協調條件予以保證，需要一定的投資用于購置新型機車車輛（特別是適宜于曲線上運行的擺式車體車輛）、改造基礎設施和實現地區化。

綜合定時循環運行圖與城市快速鐵路。綜合定時循環運行圖起初是適用于多中心的居民點布局結構的。這種運行圖也可稱為“地區城市快速鐵路”的運行圖。它是按其自身規律性發揮作用的。若一個地方存在兩種以上的交通系統，就會產生換乘問題。因此，各交通系統必須共同參與編制最佳的運行圖，以使乘客以最短的時間換乘。

四、行車指揮系統的技術特點

運行圖沖突自動預報軟件在行車調度自動化系統中的應用。該軟件可自動在顯示屏上以運行圖或表格形式預測顯示列車運行位置，運行圖沖突情況，能否保證旅客換乘和列車晚點等。

行車調度控制與實時信息系統。在給定一段線路上的鐵路運能表現為預定時間內通過的最多列車數。運能與下列因素有關：閉塞分區的數量列車的最高速度、列車的最大加速度、列車運行模式的可調整性、調度集中、計算機輔助調度管理系統的應用程度。通過提供更多、更好的信息、減少對線路和機車車輛的投資，可以提高鐵路系統的運能，更好地滿足顧客的需求。運輸現場集中信息最多的地方是調度控制中心，未來的調度控制系統可能有兩種形式：

（1）列車仍然由車上司機駕駛，列車控制系統通過先進的信號和智能設備決定運行條件；

（2）通過采用一種多功能自動駕駛裝置，由調度控制系統駕駛列車。

由奧地利開發的ELEKTRA安全和控制系統的基本結構，可用于電子聯鎖和行車指揮系統。它采用了經過精心挑選和組配的硬件和軟件，如16位0802系列過程控制計算機、VOTRICS容錯通信系統、CHILL程序語言、RMT系列實時操作系統等。

用ZLS900型車站進路自動控制系統實現車站行車指揮自動化。ZL器S900型是以微機構成的改進型車站進路自動控制系統，它包括列車自動選路數據管理器ZLＭ900如列車自動選路系統兩大功能。ZLS900系統連接在車站操縱工作站系統的標準局域網上，通過局域網與車次表示系統和集中聯鎖操縱工作站進行通信，構成調度集中和車站聯鎖之間的中間環節，代替行車值班員的人工操作，自動控制列車進路和信號。設定系統時，把ZLS900系統裝在高效工作站上，把列車自動選路和管理數據讀入設定。

調度中心采用的BOS行車指揮系統。奧地利聯邦鐵路繁忙干線新建的調度中心是綜合調度所，其主要構成部分是BOS行車指揮系統，用于自動控制和調度40～60km線路區段上的列車運行。BOS、RZU機輔調度系統，其他各種外圍設備以及與沿線車站聯鎖設備之間的連接均統一采用X.25接口。BOS系統已在韋爾斯站投入運用。

第六節

磁懸浮鐵路

高速鐵路以及磁浮系統都是每個國家在當地經濟、社會和政治各項制約下，針對特定的運輸要求而發展起來的。作為鐵路先進技術的儲備和發展需要，德國是最先進行磁懸浮鐵路研究的國家之一。

德國1971年開始研究磁懸浮技術，1980-1987年建成埃姆斯蘭特磁浮鐵路試驗基地。1988-1993年試驗速度分別達到413km/h和450km/h。歐洲磁懸浮列車采用電磁懸浮技術，同步長定子線性電動機驅動。利用傳感器調節浮力，速度400km/h時，懸浮間隙為10mm。德國研制的Transrapid磁浮高速鐵路是一種速度介于飛機和汽車/鐵路之間的革新的自動化交通系統。這種新的軌道交通系統是用磁力作動力，在特殊的軌道上運行的。

一、磁浮列車的運行控制系統

磁浮鐵路列車采用無線控制系統，磁浮列車Transrapid的運行是通過行車指揮中心自動控制的，只有排除故障時，人才介入。移動設備和地面行車調度固定設備之間的數據傳輸是通過無線電進行的，無線傳輸系統采用38GHz通信系統，雙向不間斷傳輸數據。

二、磁浮列車的安全技術規范

為了預防出現互不兼容的制式，統一德國磁浮高速鐵路的安全技術規程，1993年開始安全技術規程的制定工作，1996年完成了磁浮高速鐵路規程（RWMSB）的編制工作。RWMSB是有關磁浮鐵路安全技術要求和驗證方面的匯編。該規程滿足了磁浮系統的特殊要求，是其他規程不能代替的。該規程集中了有關各方在磁浮鐵路開發全過程中取得的知識和經驗，代表了德國磁浮高速鐵路安全技術的當前水平。內容包括：

應用范圍和意義；

安全技術要求；

與MbBO（磁浮鐵路修建和運營規則）安全技術要求的關系；

為滿足安全技術要求進行的驗證。

第七節

分析與建議

一、信號系統標準化

隨著歐洲一體化的發展，歐洲鐵路信號系統制定了統一標準，如信號設備技術標準ERTMS/ETCS、安全標準PrEN50129和PrEN50128標準等腰三角形。

目前，歐洲鐵路信號系統制定并采用統一標準，正受到世界上很多國家的關注，美國、日本、澳大利亞和印度等國家正在積極關注ETCS規范。

二、現代鐵路信號系統特征

現代鐵路通信信號系統具有如下特征：

網絡化。現代鐵路信號系統不僅僅是各種信號設備的簡單組合，而是功能完善、層次分明的控制系統。系統內部各功能單元之間獨立工作，同時又互相聯系，交換信息，構成復雜的網絡化結構，使指揮者能夠全面了解轄區內的各種情況，靈活配置系統資源，保證鐵路系統的安全、高效運行。

信息化。全面、準確獲得線路上的信息是高速列車安全運行的保證。因而現代鐵路信號系統采用了許多先進的通信技術，如光纖通信、無線通信、衛星通信與定位技術等。

智能化。智能化包括系統的智能化與控制設備的智能化。系統智能化是指上層管理部門根據鐵路系統的實際情況，控制設備的智能化則是指采用智能化的執行機構，來準確、快速地獲得指揮者所需的信息，并根據指令來指揮、控制列車的運行。

標準化。制定并采用統一的標準，實現設備的互操作性。

安全設計與評估。采用標準的設計規范，提高信號設備的安全性，同時按照系統生命周期規范設計，降低設備的成本。

三、歐洲鐵路信號系統的發展趨勢

歐洲鐵路信號系統的發展趨勢是：

大力發展基于GSM-R的列車控制系統（ETCS），研究與ETCS相適應的移動閉塞技術；

對聯鎖技術進行標準化和簡化；

在ETCS基礎上，開展把進路設置從地面轉移到機車上的可行性研究；

向列車增添更多的智能功能，從而精簡大量的地面設備。

第四篇：鐵路信號系統新技術的發展趨勢

鐵路信號系統新技術的發展趨勢

近20多年來，在運輸市場激烈競爭的壓力下，各國鐵路，特別是發達國家鐵路為實現提速、高速和重載運輸，積極引進采用新技術，大幅度提高了現代化通信信號設備的裝備水平，新型技術系統不斷涌現。

一、故障-安全技術的發展隨著計算機技術、微電子技術和新材料的發展，故障—安全技術得到了飛速發展。高可靠性、高安全性的故障—安全核心設備出現了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同結構形式，其同步方式有軟同步和硬同步。西門子公司、阿爾斯通公司、日本京山公司、日本日信公司等推出了不同類型的采用硬件同步方式的安全型計算機。

故障—安全技術的提高為高可靠和高安全的鐵路信號系統的發展打下堅實的基礎。

二、高水平的實時操作系統開發平臺

實時操作系統（RTOS,Real Time Operation System）是當今流行的嵌入式系統的軟件開發平臺。RTOS最關鍵的部分是實時多任務內核，它的基本功能包括任務管理、定時器管理、存儲器管理、資源管理、事件管理、系統管理、消息管理、隊列管理、旗語管理等，這些管理功 能是通過內核服務函數形式交給用戶調用的，也就是RTOS的應用程序接口（API,A lication Programming Interface）。在鐵路、航空航天以及核反應堆等安全性要求很高的系統中引入RTOS，可以有效地解決系統的安全性和嵌入式軟件開發標準化的難題。隨著嵌入式系統中軟件應用程序越來越大，對開發人員、應用程序接口、程序檔案的組織管理成為一個大的課題。在這種情況下，如何保證系統的容錯性和故障—安全性成為一個亟待解決的難題。基于RTOS開發出的程序，具有較高的可移植性，可實現90%以上設備獨立，從而有利于系統故障—安全的實現。

另外一些成熟的通用程序可以作為專家庫函數產品推向社會，嵌入式軟件的函數化、產品化能夠促進行業交流以及社會分工專業化，減少重復勞動，提高知識創新的效率。

在鐵路這樣惡劣工作環境下的計算機系統，對系統安全性、可靠性、可用性的要求更高，必須使用安全計算機，以保證系統能安全、可靠、不間斷地工作。而安全計算機系統的軟件核心就是RTOS。目前，英國的西屋公司（Westinghouse）已經在列車運行控制系統中采用了RTOS，瑞典也有很多鐵路通信和控制系統采用OSE實時操作系統。

采用實時操作系統可以滿足如下性能或特性：

提高系統的安全性。實時操作系統可以成為整個軟件系統的中間件，即實時操作系統通過驅動程序與底層硬件相結合，而上層應用程序通過API和庫函數與實時

操 作系統相結合。實時操作系統完成系統多任務的調度和中斷的執行，這樣系統的安全模塊和非安全模塊將會得到有效的隔離，RTOS可以很好地解決硬件冗余模塊 的同步問題。

滿足系統實時性的要求。列車運行控制系統要求的是硬實時響應，實時性要求非常高，如果在系統中選用實用操作系統開發該系統的軟件，會對該系統的實時性指標的提高有很大幫助。

縮短了新產品的開發周期。由于RTOS提供了系統中的多任務調度、管理等功能，在此基礎上用戶只需開發與應用對象相關的應用程序，所以縮短了新產品的開發周期，降低了設備的成本。RTOS還具有開發手段可靠、檢測手段完善等特點。

充分發揮實時操作系統可移植性、可維護性強等優勢。

采用RTOS后，一旦系統需要升級，只需改動力量程序，而不像以前系統需要重新進行設計，體現出RTOS再開發周期短，升級能力強的優點。

三、數字信號處理新技術的應用隨著鐵路運輸提速、重載的發展，基于分立元器件和模擬信號處理技術的傳統鐵路信號設備越來越滿足不了鐵路運輸安全性和實時性的要求。

因此，全面引進計算機技術，利用計算機的高速分析計算功能，來提高信號設備的技術水平已非常緊迫。數字信號處理技術（D ,Digital Signal Proce ing）的出現為鐵路信號信息處理提供了很好的解決方法。

與模擬信號處理技術相比較，數字信號處理技術具有更高的可靠性和實時性。數字信號處理的頻域分析和時域分析的兩種傳統分析方法有著各自的優缺點。頻域分析 的優點是運算精度高和抗干擾性能好，而缺點是在強干擾中提取信號時容易造成解碼倍頻現象，例如將移頻的低頻11Hz誤解成22Hz；時域分析的優點是定型 準確，而缺點是定量精確地剔除帶內干擾難度大。

隨著數字信號處理技術的新發展，在鐵路信號處理中引入了新的實用技術，如ZFFT（ZOOM-FFT）、小波信號處理技術、現代譜分析技術等。

目前，我國的軌道電路的信號發送、接收以及機車信號的接收普通采用了數字信號處理技術，日本的數字ATC和法國UM2000數字編碼軌道電路也都采用了數字信號處理技術。

四、計算機網絡技術的發展隨著計算機網絡技術的飛速發展，實施企業網絡化管理已成為企業實現管理現代化的客觀要求和必然趨勢。

鐵路信號系統網絡化是鐵路運輸綜合調度指揮的基礎。在網絡化的基礎上實現信息化，從而實現集中、智能管理。

網絡化。現代鐵路信號系統不是各種信號設備的簡單組合，而是功能完善、層次分明的控制系統。系統內部各功能單元之間獨立工作，同時又互相聯系，交換信息，構成復雜的網絡化結構，使指揮者能夠全面了解轄區內的各種情況，靈活配臵系統資源，保證鐵路系統的安全、高效運行。

信息化。以信息化帶動鐵路產業現代化，是鐵路發展的必然趨勢。全面、準確獲得線路上的信息是高速列車安全運行的保證。因而現代鐵路信號系統采用了許多先進的通信技術，如光纖通信、無線通信、衛星通信與定位技術等。

智能化。智能化包括系統的智能化與控制設備的智能化。

系統智能化是指上層管理部門根據鐵路系統的實際情況，借助先進的計算機技術來合理規劃列車的運行，使整個鐵路系統達到最優化；控制設備的智能化則是指采用智能化的執行機構，來準確、快速地獲得指揮者所需的信息，并根據指令來指揮、控制列車的運行。

近年來，我國鐵路行業已成功地推廣應用了原TMIS和DMIS（現稱TDCS）等系統，在利用信息技術方面取得了長足的進步。具有代表性的列車調度指揮系統TDCS，以現代信息技術為基礎，綜合運用通信、信號、計算機網絡、多媒體技術，建立了新型現代化運輸調度指揮系統（鐵道部、鐵路局、基層信息采集網）。

五、通信技術與控制技術相結合隨著計算機技術（Computer）、通信技術（Communication）和控制技術（Control）的飛躍發展，向傳統的以軌道電路作為信息傳 輸媒體的列車運行控制系統提出了新的挑戰。綜合利用3C（Computer、Communication、Control）技術代替軌道電路技術，構成新 型列車控制系統已成必然。用3C技術代替軌道電路的核心是通信技術的應用，目前計算機和控制技術已經滲透到列控系統中，稱為“基于通信的列車運行控制系統 ”（CBTC，Communication Based Train Control）。

如上所述，世界發達國家陸續試驗的CBTC系統有ATCS、ARES、ASTREE、CARAT、FZB等。所有上述各類系統，均具有兩個基本特點：列車與地面之間有各種類型的無線雙向通信。可分為連續式和點式的。其中又可分為短距離傳輸（指1m以內）和較長距離傳輸（遠至幾公里至幾十公里）的移動 通信。它們仍然保留閉塞分區，其中最簡易方式CBTC仍采用固定的閉塞分區，但是閉塞分區的分隔點不是用軌道電路的機械絕緣節或電氣絕緣節（如無絕緣軌道電 路），而是用應答器或計軸器，或其他能傳送無線信號的裝臵構成分隔點，這種簡易形式仍然保留固定長度的閉塞分區（FAS，Fixed Aotoblock System），簡稱為 CBTC—MAS。

在CBTC中進一步發展的閉塞分區不是固定的,而是移動的(MAS,Moving

Autoblock System),簡稱CBTC-MAS。被歐洲聯盟采用的ERTMS/ETCS的2級和3級是當前CBTC的代表。

ERTMS/ETCS經過多個試驗項目的測試和認證后，進行了商業項目的建設，德國鐵路計劃到2021年在所有的高速鐵路裝備ETCS2級設備。表1-2給出了其他歐洲國家鐵路正在建設或已投入商業運營的ERTMS/ETCS商業項目。通信技術與控制技術的結合重新規劃了鐵路信號系統的結構與組成，為列車運行控制的未來發展開辟了新開地。

六、通信信號

一體化隨著當代鐵路的發展，鐵路通信信號技術發生了重大變化，車站、區間和列車控制的一體化，鐵路通信信號技術的相互融合，以及行車調度指揮自動化等技術，沖破了功能單

一、控制分散、通信信號相對獨立的傳統技術理念，推動了鐵路通信信號技術向數字化、智能化、網絡化和一體化的方向發展。

從鐵路信號系統縱向發展看，德國已經形成從LZB、FZB發展到ERTMS的發展趨勢。LZB利用軌道電纜環線傳輸列車運行控制系統行車指令和速度指令機 車信號，取消地面閉塞信號機，保留閉塞分區，列車按固定閉塞方式（即FAS）運行。FZB是基于無線的列車運行控制系統，是新一代移動自動閉塞系統（即 MAS），其目的是實現低成本、高性能的列車運行控制系統，并已加入ETCS。ERTMS/ETCS（歐洲鐵路運輸管理系統/歐洲列車控制系統）是歐盟支 持的統一的行車控制系統，采用GSM—R作為傳輸系統，其成功應用將進一步推動鐵路通信信號的技術進步，加快實現鐵路通信信號一體化的進程。

從信號系統的橫向發展來看，日本新干線在1995年成功開發和投入運行的COSMOS系統，則是通信信號一體化的又一個成功案例。該系統包含運輸計劃、運 行管理、維護工作管理、設備管理、集中信息管理、電力系統控制、車輛管理、站內工作管理等8個子系統，以通信信號一體化技術，實現中心到車站各子系統的信 息共享，并使系統達到很高的自動化水平。

另外成功地應用了安全光纖局域網，使之成為聯鎖系統、列車運行控制系統的安全傳輸通道，達到通信技術與信號安全技術的深度結合，實現了通信信號一體化。

通信信號一體化是現代鐵路信號的重要發展趨勢，鐵路信號技術發展所依托的新技術，如網絡技術，與通信技術的技術標準是一致的，屬于技術發展前沿科學，為通信信號一體化提供了理論和技術基礎。在借鑒世界各國經驗的基礎上，結合中國國情、路情，我國已制定了中國統一的CTCS技術標準（暫行）。

七、安全性與可靠性分析

保證鐵路運輸的安全，要求鐵路信號系統具有高可靠性和高安全性。安全評估理論的建立與推廣為定量評估鐵路信號系統的可靠性和安全性提供了重要手段。

在故障—安全理論的發展上，20世紀90年代初，IEC（International

Electrician Committee，國際電工委員會）將故障—安全的概念進行了量化，制定了安全相關系統的設計和評估標準IEC61508。該標準提出了安全相關系統的 “安全完善度等級（SIL,Safety Integrity Level）”的概念，它是一個對系統安全的綜合評估指標。

IEC61508對安全系統提出了如下要求：

功能性（Functionality），包括容量和響應時間；

可靠性和可維護性（Reliability and Maintainability）；

安全（Safety），包括安全功能和它們相關的硬件/軟件安全完善度等級（SIL）；

效率性（Efficiency）；

可用性（Usability）；

輕便性（Portability）。

隨后歐洲和日本相應地以IEC61508標準為基礎，制定了相關的信號系統的設計評估標準以及安全認證體系。

歐洲電工標準委員會（CENELEC）基于IEC61508標準為基礎，附加列車安全控制系統的技術條件制定了一些安全相關系統開發和評估的參考標準。這些標準包括：

EN50126鐵路應用：可信性、可靠性、可用性、可維護性和安全性（RAMS）規范和說明；EN50129鐵路應用：

信號領域的安全相關電子系統；

EN50128鐵路應用：鐵路控制和防護系統的軟件；

EN50159-1鐵路應用：在封閉傳輸系統中的安全通信；

EN50159-2鐵路應用：在開放傳輸系統中的安全通信。

1996年3月，日本鐵道綜合技術研究所頒布了“列車安全控制系統的安全性技術指南”，該標準也是以IEC61508為基礎，并吸收了日本計算機控制的鐵道信號系統的經驗而制訂的。

八、信號系統的規范化和標準化

隨著全球經濟一體化的發展，鐵路信號系統市場也出現了全球一體化，主要體現在技術規范和安全規范的全球化，如ERTMS/ETCS。

“統一規范、統一標準”是鐵路信號系統的發展方向。信號系統的規范化和標準化的制定（如歐洲鐵路運輸管理系統ERTMS規范），體現了以下的優勢：

新產品開發費用低；

由于規范化和標準化的制定考慮了系統的連續性，所以新產品能與老系統兼容；

規范明確定義所有接口（機械、電器、邏輯）標準，系統實現了模塊結構，從而實現設備的互通互連；

公開規范和標準，開放市場，促進競爭，降低成本，從而獲取最佳產品和最佳價格

第五篇：鐵路信號系統防雷保護方案

鐵路系統防雷方案

一、概述

鐵路系統信號結構龐大，設備眾多，用以實現其強大的功能。例如：駝峰設備、道口設備、閉塞設備、聯鎖設備、控制臺、道岔轉轍設備、信號機、信號表示器、聯鎖系統等。所以鐵路系統的防雷保護重點為信號設備的防護。

鐵路信號系統包括：CTC（調度集中）和TDCS系統（列車調度指揮系統）（單獨組網，鐵路內部自成系統）。

紅外線軸溫探測系統配套故障跟蹤裝置，主要就是在現有紅外線軸溫探測系統中加裝車號智能跟蹤設備。

貨車滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統，是采用聲學技術和計算機技術，對運行列車的滾動軸承故障進行在線、早期診斷預報，確保行車安全。

貨車運行故障動態圖像檢測系統，主要采用高速攝像、計算機、圖像模式識別等技術，通過采集運行中的列車圖像、軸距、速度等相關數據送入計算機進行分析和處理，判斷出列車車種車型，并與標準庫中的標準樣圖進行擬合，篩選出需要的車輛轉向架、基礎制動裝置、車鉤緩沖裝置等車輛關鍵部位圖像，以一車一檔的方式在終端計算機中顯示。

車輛運行狀態地面安全監測系統，利用軌道檢測平臺，對貨車運行安全指標進行動態檢測，重點檢測貨車運行安全指標脫軌系數、輪重減載率，并檢測車輪踏面擦傷、剝離以及貨物超載、偏載等危及行車安全的情況。

客車運行安全監控系統，對列車運行中危及行車安全的主要設備（供電系統、空調系統、車下電源、車門、煙火報警、軸溫報警器、防滑器、制動系統、車體、轉向架動力學性能、輪對狀態等）通過GPRS通信設備實現遠程監控；并通過車上GPS裝置實時監控列車的運行位置及速度；車輛到站后通過無線局域網

（WLAN），自動下載數據，并通過地面專家系統進行數據統計、分析車輛各設備的性能，定位故障指導維修，消除安全隱患。

調度指揮管理信息系統；我國鐵路運輸調度指揮管理是以行車調度為核心，實行鐵道部、鐵路局、鐵路分局三級調度管理的體制。為適應現行的調度管理體

1制，并考慮到長遠發展，鐵道部調度指揮管理信息系統（DMIS）設計為四層網絡體系結構。

鐵路運輸管理信息系統(Transportation Management Information System)。鐵路運輸管理信息系統（TMIS）主要包括確報、貨票、運輸計劃、車輛、編組站、貨運站、區段站、分局調度、貨車實時追蹤、機車實時追蹤、集裝箱實時追蹤、日常運輸統計、現在車及車流推算、軍交運輸等子系統。

二、防雷保護措施

鐵路信號設備安裝防雷保護器必須符合被保護信號設備的特定要求。并與被保護信號設備的絕緣耐壓匹配。防雷保護器接入信號系統后，不允許改變原信號系統的性能，不允許影響被防護設備的工作；受雷電電磁脈沖干擾時，能保證信號設備不出現危機行車安全的后果。

HD系列信號設備用防雷保護器：

1、HD系列鐵路信號專用設備的防雷保護器用于軌道電路、駝峰、信號機、道岔、信號點燈、道岔表示、道岔啟動。

2、HD系列計算機通道防雷保護器用于駝峰測量設備、調度集中、調度監督、駝峰機車遙控設備。

3、對于計算機通道防雷保護器，室內數據傳輸線長度大于50-100m時，可在一端設備接口處設置防雷保護器；大于100m時，宜在兩端設備接口處設置防雷保護器。

4、室內采集、驅動信號傳輸線防雷保護器沖擊通流容量不小于1.5kA，限制電壓不大于60V，信號衰耗不大于0.5db。

5、室內視頻信號傳輸線防雷保護器沖擊通流容量不小于1.5kA，限制電壓不大于10V，信號衰耗不大于0.5db。

6、室內RS232、RS422、RJ45、G.703 /V.35等通信接口信號傳輸線防雷保護器沖擊通流容量不小于1.5kA，限制電壓不大于40V，信號衰耗不大于0.5db。

7、安裝于室外的電子設備在纜線終端入口處設置防雷保護器。

8、在鐵路信號系統信號傳輸線路兩端LPZ0區和LPZ1區的界面處信號機房設備及終端終設備端口處均加裝防雷保護器。通信傳輸線防雷保護器接地端子與保護地線間的連接線應采用截面積 1．5 mm2～4 mm2的銅芯導線。

9、鐵路信號系統設備電源防雷保護：

在6/12/24/48/90/170V電源接線端子處串聯安裝HD系列電源防雷保護器。在12/24/48V接線端子式（負載電流1.5A）線路設備端口處串聯安裝HD系列電源防雷保護器。在120/200V接線端子式信號（負載電流10A）線路設備端口處串聯安裝HD系列電源防雷保護器。

10、等電位及接地

為保證信號系統設備的整體防護效果，要求信號設備機房有良好的保護地線PE。采用共用接地系統的信號設備機房，其接地電阻值應符合要求。達不到要求時安裝柔性接地體以降低接地電阻值。將電氣和電子設備的金屬外殼、機柜、機架、信號設備工作地、防靜電接地、金屬屏蔽電纜外層、保護地及防備保安器接地端子等以最短的距離分別就近接到等電位接地排上。

單獨設置避雷針的信號設備機房建筑物，避雷針引下線在地網上的引接點和等電位接地排與地網之間的連線引接點，應相距10m～15m，條件不允許時也不應小于5m。該接地引入線長度不宜超過30 m．采用40 mmX4mm鍍鋅扁鋼或不小于95 mm2的多股銅線。接地引入線應作防腐、絕緣處理，并不允許接近地下金屬管線和水溝。裸露在地面上的部分，應有防止機械損傷的措施。