高速鐵路實現機車信號主體化解決方案范文

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論文關鍵詞:高速鐵路機車信號主體化解決方案

論文摘要:本文介紹了高速鐵路實現機車信號主體化列車運行控制系統、車站聯鎖系統、綜合調度中心系統的解決方案。

實現機車信號主體化是高速鐵路信號系統發展的必然趨勢。高速鐵路信號系統充分體現了數字化、網絡化、智能化的發展方向，主要由三大部分構成，即列車運行控制系統、車站聯鎖系統、綜合調度中心系統。為實現機車信號主體化，列車運行控制系統、車站聯鎖系統、綜合調度中心系統采取如下解決方案:

1列車運行控制系統

根據我國的具體情況，列車運行控制系統應能滿足不同速度列車混合運輸的運行方式，并且區間不設地面通過信號機。采用自律分布式、模塊化的系統結構形式。系統分地面和車載設備兩大部分，地面設備產生列車控制所需基礎數據，傳送給列車經車載設備處理，產生列車速度控制曲線，監督或控制列車安全運行。列車制動模式采用連續速控制曲線模式，列車控制方式以人工駕駛為主，也可由設備實行輔助自動控制，列車根據其性能好壞自動調整追蹤間隔，線路通過能力有較大提高。

地對車信息傳輸有三種方式可供選擇，即:無絕緣數字編碼軌道電路、軌道電路加點式應答器、無線通信。對不同的信息傳輸方式車載設備采用不同的接收裝置來接收，經信息轉換和處理后產生列車速度控制曲線。利用無線通信和應答器進行車對地的信息傳輸。利用軌道電路進行列車占用閉塞分區的檢查，用軌道電路和車載測距設備進行列車精確定位。

高速線上運行的均為動車組，皆安裝高速列控系統的車載設備，車載設備采用先進的數字信號處理技術，兼容既有線信號系統，在分界點列車自動識別轉換模式，使高速列車能下既有線運行，既有線上運行的安裝有高速列控系統車載設備的動車組能上高速線運行。每個車站設一個區段控制中心，通過高速鐵路數據通信廣域網絡實現各區段控制中心之間以及與綜合調度中心之間的高速、大容量的信息交換。

根據目前能夠滿足機車信號主體化的列控系統技術解決案和我國現階段的情況，對列控制式進行比選如下:車載設備接收列控信息的方式不論基于軌道電路、點式設備還是基于無線的方式獲取，其列控方式主要有三種:①分級速度控制;②分級速度模式曲線控制;③一次模式曲線控制。

1.1不同列控模式能力的比較

列車在不同地段的追蹤間隔時間匯總下表2。

根據表l和表2，在列控方式為分級速度模式曲線控制時，其列車追蹤間隔時間能實現4rnln:列控方式為一次制動模式曲線控制時，其列車追蹤間隔時間基本能實現3mill。多級制動模式按速度等級分段制動，其列車追蹤間隔主要與閉塞分區的劃分和列車速度、列車制動性能有關，其線路通過能力變化范圍較大，TVM300的運行間隔時分一般為4一5，而TVM430可達到3。目標距離連續速度控制模式，是根據目標距離、目標速度及列車本身的制動性能確定列車制動曲線的方式，它不設定每個閉塞分區速度等級，采用一次制動方式，連續速度控制模式一般以前方列車占用的閉塞分區入口為目標點。其運行間隔可達2.5。

連續速度控制模式能滿足要求，且比較成熟;和分段速度列控方式相比，該方式能減少閉塞分區長度對列車運行間隔時分的影響，充分發揮列車制動性能，更適合于不同速度列車混運，所以推薦采用目標距離連續速度控制模式。

1.2地與車信息傳輸

為實現對列車速度的連續控制，確保高速列車行車安全，控車所需的信息分別由地面設備和機車設備提供給車載列控設備，車載列控設備根據對這些數據的處理，在車上產生相應的制動曲線，監督或控制列車高速、安全運行。地對

車信息傳輸有以下方式可供選擇，即:無線通信，軌道電路、點式傳輸設備，和軌道電纜等。無線通信GSM一R近年來在歐洲發展迅速，它具有傳輸信息量大的特點，可滿足車地通信的需求，目前我國也己開始進行無線通信的探索，并將其確定為未來CTCS的發展方向。

多信息無絕緣軌道電路或編碼軌道電路加點式傳輸設備，可實現連續速度控制模式所需的信息傳輸需要，適合我國當前國情。軌道電纜方式在德國LZB系統中采用，與既有線的移頻自動閉塞能以實現兼容，在復雜的道岔群敷設軌道電纜會有技術上的難度，也會給維修帶來不便。

1.3列控系統的控制原則

高速鐵路列車運行控制系統的控制方式有兩種:一種是“人機共用、機控優先”，以日本為代表;另一種是“人機共用、人控優先”，以歐洲為代表。人控優先的系統對列車自身制動系統性能的要求相對較低，列車運行速度一般由司機控制，只有列車超過安全運行所允許的速度，設備才自動介入實施制動，它便于發揮司機的主觀能動性，減少超防設備對司機操作的干擾。

1.4車載設備智能化原則

列車速度控制曲線的生成有兩種方式:一種是以地面為主，列車速度控制曲線主要由地面控制中心計算后生成，運行中的列車根據地面傳來的指令對列車進行監控，以德國LZB為例:另一種是以車載為主，車載設備中央處理單元根據傳來的各種數據，計算生成列車速度控制曲線，對列車進行監控，以歐洲ETCS為例。后一種方式又稱為車載設備智能化，是目前列控制系統的發展趨勢。

根據我國的具體情況，高速鐵路要兼容既有鐵路的信號制式，特別是要滿足多種信息傳輸方式，實現傳輸系統故障時的降級需要，就必須采用車載設備智能化的方式。

1.5列控系統的實施方案

列控系統的總體方案。主要原則是:采用連續速度控制模式;地對車信息傳輸按順序優先采用數字編碼軌道電路、軌道電路加點式應答器和無線通信;采用“人機共用、人控優先”的控制方式，車載設備智能化車載設備根據傳來的各種數據，計算生成列車速度控制曲線，對列車進行監控。

(l)系統分析。①ETCS二級總體功能上符合上述要求;②基于無線通信的列控系統，歐洲鐵盟把它作為發展方向，它是實現互連互通的最有效方式。西班牙MADmD-LERIDA線的ETCS二級仍要軌道電路來檢查列車占用，因為考慮系統冗余，無線故障時降為一級，甚至每個軌道區段還裝備了有源應答器。所以軌旁設備并沒有減少。真正減少軌旁設備的是ETCS三級。基于無線通信為基礎的列控系統對中國而言，尚有以下工作要做:GSM一R的頻點正在審請，若用18(X)MHZ將會引起造價和驗證的問題;防非法侵入問題將進一步探討;③基于數字編碼軌道電路的列控系統，日本東北新干線的盛岡一八戶段己于2002年12月開通投入運用。中國有多家對數字編碼軌道電路的研制已取得可喜的成績。考慮到選擇數字編碼軌道電路的余量大一些，可以加點式設備實現連續速度控制模式，這種模式可以說是ETCS二級系統的派生，技術上是成熟的，歐洲各大公司是可以提供系統的。

(2)總體方案一:基于軌道電路、點式應答器和智能化車載設備的列控系統。①基本方案:基于數字編碼軌道電路和點式設備的列控系統，實現連續速度控制模式。數字編碼軌道電路和點式設備實現地對車信息傳輸，并進行列車占用檢查，無線通信或點式設備實現車對地信息傳輸，智能化車載信號設備能兼收各種信息傳輸。系統升級為無線列控時，數字編碼軌道電路實現列車占用檢查及完整性檢查，同時作為無線列控系統降級、冗余系統，對工程投資不會造成浪費:②系統冗余:無車載信號時，降級為自動站間閉塞:③基本結構:每站設列控中心和計算機聯鎖設備(或兩者一體化)，列控中心和控制中心之間以廣域網連接;列控中心和計算機聯鎖設備與軌旁設備之間用以太網連接;軌旁設備有數字軌道電路和點式設備;智能化車載信號設備;④可操作性:技術成熟，作為首推方案，并考慮復蓋其他方案。

(3)總體方案二:基于無線傳輸和智能化車載設備的列控系統。①基本方案:基于無線通信的列控系統，實現連續速度控制模式。GSM一R實現地車雙向信息傳輸，數字軌道電路進行列車占用檢查，智能化車載信號設備能兼收各種信息傳輸:②系統冗余:無線通信故障時，靠數字軌道電路發碼降級為分級速度控制;無車載信號時，降級為自動站間閉塞:③基本結構:每站設無線基站，基站之間以專用光纖連接;每站設計算機聯鎖設備，相互之間以專用光纖連接;無線基站、計算機聯鎖設備和控制中心之間以廣域網連接:計算機聯鎖設備與軌旁設備之間用以太網連接;軌旁設備有數字軌道電路和點式設備;智能化車載信號設備;④可操作性:急待解決頻點等問題，作為方案一的發展與升級方案，對方案一不會造成投資浪費。

1.6與既有線的連接

高速線與既有線的列控模式切換采用點式切換設備，由車載設備自動完成。同時，車載設備設置冗余人工切換手段，防止自動切換故障。人工切換的優先級高于自動切換。當區間道岔銜接既有線時，銜接道岔歸高速線控制，在聯絡線設交接線段劃分聯鎖范圍，以信號機分割，交接線段的優先使用權歸高速線。高速列車進入普速區時，高速調度中心對高速列車進行實時監視、車次跟蹤、自動報點、自動繪制運行圖。

如果高速與普速合用一個站場，同一道岔咽喉，股道分開，可劃分出高速區。車站聯鎖統一設置，高速區由高速調度中心統一控制，涉及兩

控制區的進路取得另一方同意后由進路始端方辦理進路，必要時高速調度中心可放權，由車站進行控制。

2車站計算機聯鎖系統

車站計算機聯鎖系統是行車指揮控制自動化系統的一個重要組成部分，并實現與調度中心控制系統、列控系統、通信系統、集中檢測系統、旅客向導系統等的有機結合。高速站、中間站和越行站的計算機聯鎖系統采用三取二或二乘二取二方式的冗余結構，能進行全面的系統自診斷。計算機聯鎖設備和列控中心設備可以二合一，也可分開設置。車站設進、出站信號機。列控系統因故停用，車站間采用自動站間閉塞方式。正常情況下以列控信號為主，進、出站信號機僅在列控失效時或供沒裝有列控設備的列車使用。站內采用與區間一樣的無絕緣軌道電路側線采用有絕緣軌道電路，發送列控制信息與軌道占用采取一體化方式。

3綜合調度中心系統

調度控制系統采用集中管理分散控制模式，通常調度中心向各站下達列車運行計劃(運行圖)，車站聯鎖系統根據運行計劃和列車運行信息(車次號等)自動實行進路程序控制，調度員通過修改運行計劃或下達進路控制命令的方式調整運行圖，必要時也可由車站值班員控制進路。當調度中心系統發生故障時，各車站仍可按原計劃控制列車，提高了系統的可靠性。

在綜合調度中心建立計算機局域網，構成運輸管理自動化系統，為高速鐵路運輸現代化管理提供必要的條件。運輸管理自動化系統又稱綜合信息系統，用于實現各相關子系統的統一接口，綜合處理，實現信息資源共亨。管理和協調的子系統有:行車指揮自動化系統、電務設備集中監測系統、牽引供電遠動系統、旅客服務系統、機車車輛管理系統、客運管理系統、工務設備管理系統、安全防護系統。新晨