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1、铁路信号系统的发展与展望铁路信号系统的发展与展望11.干线铁路 13000公里提速干线实现客车时速200公里；9800公里客运专线建设任务，其中时速在300公里以上的达5457公里；京沪高速铁路已经开工。2.城市轨道交通 北京、上海、广州、成都、西安、武汉、天津等城市有多条地铁、轻轨相继开工建设，初步预测到20102010年，将要建设15001500公里，需要投资54005400多亿元。中国轨道交通发展中国轨道交通发展2铁路信号概况 l铁路信号技术已经历了一百多年的发展，形成了今天的现代铁路信号系统。l它是计算机、现代通信和控制技术在铁路运输生产过程中的具体应用，是铁路信息技术的标志。l它是保
2、证行车安全、提高运输效率、改善劳动条件和运营管理水平的重要设备。l是铁路实现集中统一指挥的重要手段。l是铁路列车提速与发展高速铁路的关键技术之一。l它的发展水平已成为铁路现代化的重要标志之一。3铁路信号铁路信号 发展简介发展简介l1825年英国人持信号旗骑马前行,引导列车前进；l1832年,美国球形固定信号装置；l1841年英国铁路出现了臂板信号机；l1851年英国铁路用电报机实行闭塞；l1856年，J.萨克斯贝发明机械联锁机；l1872年美国人W.鲁宾逊发明了闭路式轨道电路；l1923年，美国铁路研制了车内信号；l1927年，美国铁路采用了调度集中控制装置。4 5现代铁路运输对铁路信号的新需
3、求（1）行车指挥集中化、自动化、智能化（2）列车运行的灵活性（3）更高的安全性、可靠性（4）信号产品的兼容性和扩展性6信号的作用与任务信号的作用与任务 统一调度指挥 行车指挥 进路控制作用 保证列车安全 任务 速度控制 提高效率、质量 编组与解体7l列车运行速度越来越高，完全靠人工瞭望、人工驾驶列车已经不能保证行车安全了，因此，需要研究列车运行控制系统，实现对列车间隔和速度的自动控制，提高运输效率，保证行车安全。l保证行车安全，提高运行效率的安全控制系统。l基本功能：间隔控制、速度防护、安全防护。列车运行控制列车运行控制8列车运行控制列车运行控制9闭塞技术发展闭塞技术发展l半自动闭塞闭塞闭塞闭
4、塞：在某一时刻线路上某一区段只能有一列列车。控制区间列车运行间隔，防止列车冲突技术；（电话，路签，路牌，半自动，自动，准移动，移动）10自动闭塞自动闭塞11准移动闭塞准移动闭塞12移动闭塞移动闭塞13控制模式控制模式2001701303090200170130900100VL出口检查入口检查速度速度距离控制模式距离控制模式阶梯控制模式阶梯控制模式速度速度距离控制模式特点距离控制模式特点考虑坡道、弯道、限速等线路参数考虑坡道、弯道、限速等线路参数考虑列车载重、车长及制动特性等考虑列车载重、车长及制动特性等保证行车安全保证行车安全提高运行效率提高运行效率14控制中心控制中心 列控中心联锁系统轨道电
5、路应答器编程VCC1 DTVCC1 I/OVCC1 DTVCC1 I/O应答器无线闭塞控制中心VCC1 DTVCC1 I/OVCC1 I/O机车信号 天线车速点式信息无线制动输出VCC1 DTVCC1 DTVCC1 I/O列车运行控制系统列车运行控制系统 15列车测速列车测速脉冲速度传感器脉冲速度传感器多普勒雷达多普勒雷达不受列车空转打滑影响不受列车空转打滑影响16列车定位列车定位可用的定位技术轨道电路及计轴器轮轴传感器应答器卫星定位(GPS)环线(交叉)定位多普勒雷达17地地车信息传输技术车信息传输技术18车载设备车载设备l 19q为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标
6、准体系，技术平台开放；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统，技术先进，并已投入商业运营；欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统，是未来高速列车控制系统的发展方向。欧洲ETCS系统20应用级别1ETCS一级：地面信号查询应答器轨道电路。一级：地面信号查询应答器轨道电路。采用固定追踪间隔形式；司机依靠地面信号行车，地面信号机前设备产生速度监采用固定追踪间隔形式；司机依靠地面信号行车，地面信号机前设备产生速度监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；利用查询应答器覆盖各国现控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；利用查询应答器覆盖各国现有信号系统，并用于列车定位和传
7、送控制命令。该系统是典型的点式有信号系统，并用于列车定位和传送控制命令。该系统是典型的点式ATP。21应用级别2ETCS二级：轨道电路查询应答器二级：轨道电路查询应答器GSM-R 与一级相比，司机完全依靠车载信号设备行车（可取消地面信号机）；通过与一级相比，司机完全依靠车载信号设备行车（可取消地面信号机）；通过GSM-R连连续传送列车运行控制命令，车地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列续传送列车运行控制命令，车地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列车运行速度进行连续监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；建有无线车运行速度进行连续监控；依靠轨道电路或计轴设备检查
8、列车占用和完整性；建有无线移动闭塞中心。该系统是基于移动通信的连续式移动闭塞中心。该系统是基于移动通信的连续式ATP。22应用级别3ETCS三级：查询应答器三级：查询应答器GSM-R 与二级相比是靠车载设备来检查列车完整性，不需要轨道电路；点式设备、与二级相比是靠车载设备来检查列车完整性，不需要轨道电路；点式设备、GSM-R是系是系统的主要设备。取消地面信号机和轨道电路后，室外线路上的信号设备减少到最低程度；统的主要设备。取消地面信号机和轨道电路后，室外线路上的信号设备减少到最低程度；列车追踪间隔依靠点式设备和无线移动闭塞中心实现，具有明显的移动自动闭塞特征。列车追踪间隔依靠点式设备和无线移动
9、闭塞中心实现，具有明显的移动自动闭塞特征。23CTCS列控系统lCTCS是为了保证列车安全运行，并以分级形式是为了保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运输需求的列控技术规范满足不同线路运输需求的列控技术规范。lCTCS 0级：为既有线的现状，由通用机车信号级：为既有线的现状，由通用机车信号和运行监控记录装置构成。和运行监控记录装置构成。l CTCS 1级：由主体机车信号级：由主体机车信号+加强型运行监控记加强型运行监控记录装置组成。录装置组成。lCTCS 4级：基于无线传输信息的列车运行控制级：基于无线传输信息的列车运行控制系统，面向高速新线或特殊线路，可实现虚拟闭系统，面向高速新线或特
10、殊线路，可实现虚拟闭塞或移动闭塞。由塞或移动闭塞。由RBC和车载验证系统共同完成和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查。列车定位和列车完整性检查。24C2运行示意运行示意CTCS 2级:基于轨道传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，采用车-地一体化设计，地面可不设通过信号机。25CTCS2级系统级系统26C3运行示意运行示意CTCS 3级：基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。27CTCS3级系统结构级系统结构28ATO技术发展EurobaliseEurobaliseOPGBalise antennaRadarMMILEUATPLEUs29s
11、ATO技术发展l*Basic ATOEurobaliseEurobaliseBalise antennaRadarATO*ATPATPOPGLEUMMI30sATO技术发展Continuous Communicationwith Moving BlockEurobaliseEurobaliseRadio,Loop orPowerlineATPLEUOPGBalise antennaRadarATOATPCOMMMMICOMM31车站自动控制车站自动控制l为了列车在站内安全运行，避免列车冲突，就必须使信号机、进路和道岔三者之间有着一定相互制约关系，这种关系称为联锁。l1856年，J.萨克斯贝发明
12、机械联锁机开始，这种联锁技术经历了机械槽口技术、电气衔铁技术、安全型继电器技术时代，当前计算机联锁正在逐渐取代继电器联锁。32远程控制维修机输入/输出接口室外设备人机交互层联锁控制层I/O接口层联锁机上位机输入/输出接口信号机 转辙机 轨道电路信号机 转辙机 轨道电路33区域联锁技术区域联锁技术34计算机联锁：区域联锁或中心计算机联锁 联锁与区间一体化 联锁与CTC一体化 高安全性和可靠性一体化：系统设计、设备集中、结构合并、功能模块、信息共享35调度集中调度集中l铁路运输效率的提高不仅需要良好的车站、列车控制设备，还需要良好的调度指挥与管理，l在缺乏信息化的调度指挥系统以前，调度员是依靠一台
13、电话、一张图、一支笔的传统手工方式来编制运行计划并组织行车的，这种方式下，调度人员调度效率低，限制了运输效率的提高，影响了铁路能力的发挥。l传统调度集中分布式调度集中综合调度指挥系统36行车指挥与联锁模块调整计划编制进路操作命令生成(PRC)联 锁控制电路被控对象(信号、道岔等)车次追踪37行车指挥系统的几种模式调整计划PRC分 机联 锁车次追踪中心车站集中型分散自律型计划生成列车及调车进路命令生成联 锁调车计划输入中心车站38行车指挥与联锁的发展趋势行车指挥：由单一功能向综合自动化发展（行车 指挥、安全监控、运营管理、维修管 理、旅客服务、统计分析等）集中化、自动化、智能化日本的COSMOS
14、 美国杰克逊威尔中心法国、西班牙高铁 德国的7个中心39比较成功的系统比较成功的系统l东日本铁路公司开发了一种新的综合运输管理系统COSMOS（Computerized Safety Maintenance and Operation System of Shinkansen），在其管辖区域内对新干线网络进行运营控制和管理，此系统主要由运输计划、运行管理、站内作业管理、维修作业管理、车辆管理、设备管理、信息集中监视、电力系统控制等8个子系统组成，共有500台左右的计算机，是广域的自主分散系统。l美国杰克逊威尔中心l法国、西班牙高铁 德国的7个中心 40铁路信号系统发展历程铁路信号系统发展历程
15、41相关技术相关技术l现代通信技术，现代通信技术，l计算机控制计算机控制l网络技术网络技术l自动控制技术自动控制技术l智能控制技术。智能控制技术。l安全性与可靠性技术安全性与可靠性技术42铁路信号的发展趋势与特征铁路信号的发展趋势与特征l当前铁路信号技术正在经历由传统的继电逻辑、模拟电路、分散孤立的控制模式向数字化、网络化、智能化、综合化发展的重大变革时期。43功能与作用综合化功能与作用综合化 l信号系统功能由单纯保障行车安全，扩展到提高运输效率，改善管理和改进服务及业务综合管理方向发展，从而充分发挥信号系统的整体综合效能，使其成为行车控制、调度指挥、信息管理和设备监测的综合自动化系统。l信号
16、的作用从指示司机安全行车，控制现场行车设备发展到实现车、机、工、电、辆各部门间高效协作，实现行车各种信息的采集、传输、处理、再生和管理，提高各个层次的辅助决策手段等综合化功能方面。44铁路信号运行模式变化铁路信号运行模式变化l铁路信号从以车站联锁为中心向以列车运行控制系统为中心转化；l列车运行调度指挥从调度员车站值班员司机三级管理向由调度员直接控制移动体（列车）转化；l区间闭塞由固定闭塞方式向准移动闭塞方式转化；l信号显示制式由速差式向速度式（目标距离）转化。45信号设备数字化、智能化l以计算机为核心的信号设备使得数字化与智能化成为可能，l信号显示由无准确速度含义的颜色信号向允许速度、目标距离
17、数字化转化；l列车运行由以人为主确认信号和操作向实现车载设备的智能化转化；l日本铁路还实现了基于模糊控制的智能化列车控制系统。l数字化改善了信息的传输质量。增加了信息的含量。46系统结构网络化系统结构网络化l铁路信号系统的总体体系结构正在向一个网络化结构发展。l最低层是现场设备层，涉及轨道电路、信号机、道岔装置等；l第二层是安全控制设备层，包括车站联锁、列控装置、道口安全控制等；l第三层是局调度中心层，包括调度集中、电力调度、机车调度、车辆调度、设备维修中心；l第四层是铁道部调度中心层，主要解决宏观的决策指挥。47通信信号一体化l随着当代铁路的发展，铁路通信信号技术发生了重大变化，车站、区间和列车控制的一体化，冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信信号技术向一体化的方向发展。lERTMS/ETCS（欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统）采用GSMR作为传输系统，其成功应用加快了实现铁路通信信号一体化的进程。l日本新干线投入运行的COSMOS系统以通信信号一体化技术，实现了中心到车站各子系统的信息共享，使系统达到很高的自动化水平。实现了通信信号一体化。l通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势。48总结总结l利用现代电子信息技术来改造传统铁路信号技术正在进行之中；l以信息技术为基础的铁路信号将带动铁路运输的技术进步。4950