關(guān)于鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展探討

摘 要：我國鐵路信號(hào)技術(shù)發(fā)展歷史悠久，隨著其技術(shù)的進(jìn)步，鐵路行業(yè)領(lǐng)域也迅速發(fā)展，極大程度上提高了列車運(yùn)行的安全性和高效率性。本文簡要解讀鐵路信號(hào)技術(shù)在我國的發(fā)展歷史與前景，并對當(dāng)前我國在城軌交通信號(hào)方面的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)技術(shù)；發(fā)展歷史；城軌交通信號(hào)；數(shù)字信號(hào)；前景

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.025

鐵路信號(hào)被稱為“列車之眼”，這是因?yàn)樗ㄟ^特定方式為鐵路機(jī)組人員實(shí)時(shí)傳遞了有關(guān)列車運(yùn)行方面的列車狀態(tài)和路況狀態(tài)，為整個(gè)車組設(shè)備建立了一套完善且全面的信息系統(tǒng)，這大大提高了列車運(yùn)行過程的安全性和有效性。而隨著人類高科技技術(shù)的不斷更迭，鐵路信號(hào)技術(shù)也擁有了它今非昔比的巨大進(jìn)步，值得深入研究探索。

1 鐵路信號(hào)技術(shù)在我國的發(fā)展歷史及前景探索

鐵路信號(hào)技術(shù)在我國發(fā)展迅速，它在相當(dāng)程度上也決定了我國鐵路現(xiàn)代化發(fā)展轉(zhuǎn)化的重要前進(jìn)步伐，越來越成為鐵路機(jī)組設(shè)備不可或缺的重要組成部分。在早期，我國鐵路信號(hào)技術(shù)主要圍繞聯(lián)鎖系統(tǒng)展開技術(shù)研究及運(yùn)用，秉承閉塞、列控系統(tǒng)技術(shù)理念，并經(jīng)歷了包括機(jī)械聯(lián)鎖、電機(jī)聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖4個(gè)重要時(shí)期。這其中電氣聯(lián)鎖時(shí)期還衍生了繼電聯(lián)鎖和電鎖器聯(lián)鎖兩種設(shè)備，雖然技術(shù)類型豐富但依然還存在技術(shù)缺陷，例如在設(shè)備中嚴(yán)重缺乏人機(jī)對話交流環(huán)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)有效操作，且其聯(lián)鎖功能也不夠完善，這導(dǎo)致許多操作無法有效實(shí)現(xiàn)。再一點(diǎn)就是它的造價(jià)極高，且占用了大量的人力物力，而所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)卻相對較低，無法滿足行業(yè)發(fā)展需求。而后，為了迎合時(shí)代發(fā)展，實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)出現(xiàn)，它能夠通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來滿足鐵路車站之間的有效溝通聯(lián)系，當(dāng)前計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)都通過控制微機(jī)作為技術(shù)內(nèi)核，它是一種可靠性較高且功能性相當(dāng)豐富的電子設(shè)備，能夠?yàn)殍F路網(wǎng)絡(luò)提供全電子化、全信息化技術(shù)支持，對我國鐵路信號(hào)閉塞系統(tǒng)的進(jìn)化完善也有推力作用。

就圍繞我國鐵路信號(hào)的閉塞系統(tǒng)建立過程來看，它就經(jīng)歷了電話閉塞、路簽閉塞、半自動(dòng)閉塞和自動(dòng)閉塞4個(gè)重要階段。目前還出現(xiàn)了固定、準(zhǔn)移動(dòng)和移動(dòng)閉塞3個(gè)新階段。從最早的電話閉塞說起，它就通過各個(gè)車站之間工作人員的電話溝通來實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)傳遞。隨后路簽閉塞系統(tǒng)出現(xiàn)，它將路簽作為主要依據(jù)來明確列車在單個(gè)車站區(qū)間內(nèi)的行駛過程，依然還屬于人工操作為主的階段。再后來所出現(xiàn)的半自動(dòng)閉塞和自動(dòng)閉塞則趨向于智能自動(dòng)化，它不再過分依賴人力，而是通過計(jì)算機(jī)來規(guī)劃發(fā)車車站和所有經(jīng)傳車站的鐵路信號(hào)聯(lián)通，并為列車生成行駛路線，當(dāng)列車在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行過程中每到一個(gè)車站，車站生成閉塞就會(huì)自動(dòng)解除。這兩階段的閉塞技術(shù)目前正隨著列車的提速和列車類型的不斷豐富而發(fā)生改變。

在未來，我國鐵路提速、重載是必然發(fā)展趨勢，而鐵路信號(hào)也必須隨之發(fā)展，滿足鐵路行業(yè)技術(shù)要求，從傳統(tǒng)的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變，所以鐵路信號(hào)技術(shù)體系中需要進(jìn)一步大量引入計(jì)算機(jī)技術(shù)。通過數(shù)字信號(hào)處理來劃分鐵路信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析。這兩種技術(shù)都不易受到外界因素干擾，特別是頻域分析技術(shù)在運(yùn)算精度上表現(xiàn)更好，能夠?yàn)楫?dāng)前高鐵路軌信號(hào)提供高質(zhì)量的信號(hào)內(nèi)容與傳輸速度。另一方面，鐵路信號(hào)機(jī)的功能也在不斷完善，它的可用性與故障自檢能力越來越強(qiáng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與微處理機(jī)的相互結(jié)合，廣泛運(yùn)用到了各種聯(lián)鎖設(shè)備配合工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步優(yōu)化了閉塞技術(shù)，保證固定閉塞逐漸朝準(zhǔn)移動(dòng)和移動(dòng)閉塞方向發(fā)展進(jìn)步。特別是當(dāng)前許多車站都采用了移動(dòng)閉塞技術(shù)，它有效擺脫了閉塞區(qū)間的信號(hào)傳輸限制，配合衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳輸控制，提高了高鐵路軌運(yùn)輸?shù)乃俣群蛯?shí)效性。

20001年初，我國借鑒歐盟立法的ETCS（European Train Control System）強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)范，建設(shè)了符合我國鐵路行業(yè)發(fā)展技術(shù)形勢的CTCS（Chinese Train Control System）系統(tǒng)，它的主要功能目標(biāo)就是保證鐵路信號(hào)在各個(gè)車站之間互通互用，確保高速列車能夠在鐵路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)跨線通信，擁有安全高效、低成本等特色。且該系統(tǒng)全程采用了車載自動(dòng)閉塞和全程移動(dòng)閉塞技術(shù)，配合線路優(yōu)勢來提高通信安全可靠性。在系統(tǒng)中，雙向連續(xù)無線通信技術(shù)被采用，它以列車車載信號(hào)作為主要信號(hào)，配合微信定位與導(dǎo)航系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對列車位置的實(shí)時(shí)有效監(jiān)控，為列車運(yùn)行提供了極為有效的速度控制與超速保護(hù)功能，對列車整體的安全性與時(shí)效性提高作用顯著[1]。

2 城軌鐵路交通信號(hào)技術(shù)的研究與展望

在CTCS中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，CBTC（Communication Based Train Control）城軌交通信號(hào)系統(tǒng)不得不提，它采用無線通信實(shí)現(xiàn)車地雙向、持續(xù)且大容量的通信過程，并滿足列車軌道電路運(yùn)行控制，它是CTCS大體系中的一個(gè)具體實(shí)例，但在技術(shù)上具有先進(jìn)性，已經(jīng)完全滿足了當(dāng)前CTCS鐵路信號(hào)數(shù)字信息化建設(shè)的所有要求。

（1）城軌交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)的構(gòu)成。CBTC城軌交通信號(hào)系統(tǒng)是基于通信傳輸技術(shù)基礎(chǔ)之上所建立的全新數(shù)字化列車控制系統(tǒng)，它俗稱移動(dòng)閉塞技術(shù)。它的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)成包括了控制中心計(jì)算機(jī)設(shè)備、列車定位測速設(shè)備、車載計(jì)算機(jī)設(shè)備、DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）通信傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等等。整個(gè)控制中心負(fù)責(zé)為運(yùn)行狀態(tài)中的列車下達(dá)命令、授權(quán)處理列車的移動(dòng)發(fā)放、限速、扣車與跳停等等行為。目前我國大部分車站都會(huì)采用基于無線定位技術(shù)的CBTC系統(tǒng)，它其中還包含了車載無線設(shè)備以提高對列車的測速精度。這其中包括了加速度計(jì)、多普勒雷達(dá)等等先進(jìn)設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)中還兼容地面有線網(wǎng)絡(luò)傳輸與車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)傳輸兩大設(shè)備，它們滿足了列車在運(yùn)行過程中的一切有關(guān)鐵路信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)要求。

從技術(shù)角度講，CBTC系統(tǒng)基本舍棄了傳統(tǒng)軌道電路技術(shù)內(nèi)容，而是通過數(shù)字化技術(shù)來重新對列車進(jìn)行定位，它能夠提供車載測速電機(jī)技術(shù)、電子地圖技術(shù)以及實(shí)時(shí)記錄列車運(yùn)行狀態(tài)技術(shù)和無線通信傳輸技術(shù)，可以在每0.5s間隔內(nèi)就完成一些列車位置定位，并將列車位置具體信息回饋到后臺(tái)控制中心，控制中心將信息處理后再次反饋給運(yùn)行列車，幫助列車控制最大運(yùn)行速度及停車距離，實(shí)現(xiàn)對列車狀態(tài)的連續(xù)追蹤運(yùn)行，最大限度提高列車的運(yùn)行效率與安全性[2]。

（2）對我國城軌交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)的未來發(fā)展展望。我國目前在鐵路信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方面所采用的是CTCS-3、-4級(jí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們均參照歐洲鐵路聯(lián)盟的ETCS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來制定，采用車載測速電機(jī)來對列車進(jìn)行定位，并對列車在固定地點(diǎn)的信標(biāo)內(nèi)容進(jìn)行重復(fù)確定，以校正列車在行車過程中所積累的誤差問題。在未來，鐵路客運(yùn)專線信號(hào)技術(shù)系統(tǒng)必須基于地面無軌道電路來設(shè)計(jì)配置無信號(hào)內(nèi)容，指揮列車在道岔區(qū)正常運(yùn)行，同時(shí)在降級(jí)過程中指示列車司機(jī)。該技術(shù)在調(diào)整優(yōu)化列車之間的直接追蹤技術(shù)方面表現(xiàn)不俗，可大幅度提高列車的運(yùn)營效率。

另一方面，ATO（Automatic Train Operation）列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)也應(yīng)該成為未來我國鐵路行業(yè)發(fā)展主流，它運(yùn)用到了諸如定點(diǎn)停車等關(guān)鍵鐵路信號(hào)技術(shù)，可有效提高列車到站準(zhǔn)點(diǎn)率，也最大限度杜絕了錯(cuò)誤駕駛所帶來的人為安全隱患，所以，ATO自動(dòng)駕駛應(yīng)該成為未來鐵路客運(yùn)專線發(fā)展的最高目標(biāo)。就目前來看，ATO系統(tǒng)與CTCS-4系列標(biāo)準(zhǔn)有望實(shí)現(xiàn)技術(shù)結(jié)合和應(yīng)用，將列車追蹤運(yùn)行間隔調(diào)整到2min

以內(nèi)，保證鐵路客運(yùn)專線能夠?qū)崿F(xiàn)像公交車一樣的固定點(diǎn)連續(xù)發(fā)車模式。如果該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)，我國鐵路運(yùn)輸每年在客運(yùn)高峰期間運(yùn)輸難

的問題將會(huì)被良好解決[3]。

3 總結(jié)

當(dāng)前我國鐵路信號(hào)技術(shù)一方面參考借鑒國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一方面也迎合我國鐵路行業(yè)領(lǐng)域的CTCS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來研發(fā)符合我國實(shí)際需要的鐵路信號(hào)技術(shù)運(yùn)作內(nèi)容，將傳統(tǒng)的聯(lián)鎖閉塞控制逐漸轉(zhuǎn)化為固定閉塞、移動(dòng)閉塞，提高列車運(yùn)行調(diào)度水平的同時(shí)，更持續(xù)推動(dòng)了我國鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：趙妮（1981-），女，陜西臨潼人，研究方向：鐵道信號(hào)。