鐵路信號通信技術論文(2)
鐵路信號通信技術論文
鐵路信號通信技術論文篇二
現代鐵路信號融入通信技術探析
摘 要 本文分別從故障-安全技術、數字信號技術的發展、通信信號一體化、安全性可靠性等方面對通信技術融入信號發展進行概括，對未來信號通信技術的融合趨勢進行客觀展望。
關鍵詞 信息融合 通信技術 信號技術發展
鐵路信號的發展水平是鐵路現代化的一個重要標志。近年來，在運輸市場激烈競爭的條件下，尤其發達國家鐵路為實現提速、高速和重載運輸，積極引進采用先進的新技術，大幅度提高了現代化通信信號設備的裝備水平，新型技術系統不斷出現。
一、故障-安全技術的發展
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。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”等不同電子結構形式，其同步方式有軟同步和硬同步。
二、數字信號處理的新技術應用和計算機網絡技術的發展
隨著鐵路運輸提速、重載的發展，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(DSP)的出現為鐵路信號信息處理提供了很好的解決方法。
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。
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、智能化，從而實現集中、智能管理。
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)。
三、通信技術與控制技術相結合
隨著計算機技術、通信技術和控制技術的飛躍發展，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)。
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：
1.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置構成分隔點，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。
2.在CBTC中進一步發展的閉塞分區不是固定的，而是移動的，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。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天地。
四、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。
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。
五、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(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)”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，包括容量和響應時間;可靠性和可維護性;安全，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;可用性;輕便性。
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。
鐵路為實現高速、高密度和重載運輸的需要，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。
鐵路信號在元部件制造方面正向著小型化、固態化和高可靠性發展;在設計方面向著故障自動檢測、自動診斷、高可用度、與計算機或微處理機相結合的方面發展;在安裝施工方面正向著模塊化和工廠施工化的方向發展;在使用方面正向著無維修或少維修、高度自動化或智能化的方向發展。
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