高速鐵路實現(xiàn)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(xiàn)機車信號主體化列車運行控制系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、綜合調(diào)度中心系統(tǒng)的解決方案。

實現(xiàn)機車信號主體化是高速鐵路信號系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。高速鐵路信號系統(tǒng)充分體現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的發(fā)展方向，主要由三大部分構(gòu)成，即列車運行控制系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、綜合調(diào)度中心系統(tǒng)。為實現(xiàn)機車信號主體化，列車運行控制系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、綜合調(diào)度中心系統(tǒng)采取如下解決方案:

1列車運行控制系統(tǒng)

根據(jù)我國的具體情況，列車運行控制系統(tǒng)應能滿足不同速度列車混合運輸?shù)倪\行方式，并且區(qū)間不設地面通過信號機。采用自律分布式、模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。系統(tǒng)分地面和車載設備兩大部分，地面設備產(chǎn)生列車控制所需基礎數(shù)據(jù)，傳送給列車經(jīng)車載設備處理，產(chǎn)生列車速度控制曲線，監(jiān)督或控制列車安全運行。列車制動模式采用連續(xù)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(jù)其性能好壞自動調(diào)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(shù)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(jīng)信息轉(zhuǎn)換和處理后產(chǎn)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(qū)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(tǒng)的車載設備，車載設備采用先進的數(shù)字信號處理技術，兼容既有線信號系統(tǒng)，在分界點列車自動識別轉(zhuǎn)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(tǒng)車載設備的動車組能上高速線運行。每個車站設一個區(qū)段控制中心，通過高速鐵路數(shù)據(jù)通信廣域網(wǎng)絡實現(xiàn)各區(qū)段控制中心之間以及與綜合調(diào)度中心之間的高速、大容量的信息交換。

根據(jù)目前能夠滿足機車信號主體化的列控系統(tǒng)技術解決案和我國現(xiàn)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(jù)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(xiàn)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(xiàn)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(qū)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(xù)速度控制模式，是根據(jù)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(qū)速度等級，采用一次制動方式，連續(xù)速度控制模式一般以前方列車占用的閉塞分區(qū)入口為目標點。其運行間隔可達2.5。

連續(xù)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(qū)長度對列車運行間隔時分的影響，充分發(fā)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(xù)速度控制模式。

1.2地與車信息傳輸

為實現(xiàn)對列車速度的連續(xù)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(jù)對這些數(shù)據(jù)的處理，在車上產(chǎn)生相應的制動曲線，監(jiān)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(fā)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(fā)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(xiàn)連續(xù)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(tǒng)中采用，與既有線的移頻自動閉塞能以實現(xiàn)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(tǒng)的控制原則

高速鐵路列車運行控制系統(tǒng)的控制方式有兩種:一種是“人機共用、機控優(yōu)先”，以日本為代表;另一種是“人機共用、人控優(yōu)先”，以歐洲為代表。人控優(yōu)先的系統(tǒng)對列車自身制動系統(tǒng)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(fā)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(jù)地面?zhèn)鱽淼闹噶顚α熊囘M行監(jiān)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(jù)傳來的各種數(shù)據(jù)，計算生成列車速度控制曲線，對列車進行監(jiān)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(tǒng)的發(fā)展趨勢。

根據(jù)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(xiàn)傳輸系統(tǒng)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(tǒng)的實施方案

列控系統(tǒng)的總體方案。主要原則是:采用連續(xù)速度控制模式;地對車信息傳輸按順序優(yōu)先采用數(shù)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(yōu)先”的控制方式，車載設備智能化車載設備根據(jù)傳來的各種數(shù)據(jù)，計算生成列車速度控制曲線，對列車進行監(jiān)控。

(l)系統(tǒng)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(tǒng)，歐洲鐵盟把它作為發(fā)展方向，它是實現(xiàn)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(tǒng)冗余，無線故障時降為一級，甚至每個軌道區(qū)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(tǒng)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(shù)字編碼軌道電路的列控系統(tǒng)，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(shù)字編碼軌道電路的研制已取得可喜的成績。考慮到選擇數(shù)字編碼軌道電路的余量大一些，可以加點式設備實現(xiàn)連續(xù)速度控制模式，這種模式可以說是ETCS二級系統(tǒng)的派生，技術上是成熟的，歐洲各大公司是可以提供系統(tǒng)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(tǒng)。①基本方案:基于數(shù)字編碼軌道電路和點式設備的列控系統(tǒng)，實現(xiàn)連續(xù)速度控制模式。數(shù)字編碼軌道電路和點式設備實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)升級為無線列控時，數(shù)字編碼軌道電路實現(xiàn)列車占用檢查及完整性檢查，同時作為無線列控系統(tǒng)降級、冗余系統(tǒng)，對工程投資不會造成浪費:②系統(tǒng)冗余:無車載信號時，降級為自動站間閉塞:③基本結(jié)構(gòu):每站設列控中心和計算機聯(lián)鎖設備(或兩者一體化)，列控中心和控制中心之間以廣域網(wǎng)連接;列控中心和計算機聯(lián)鎖設備與軌旁設備之間用以太網(wǎng)連接;軌旁設備有數(shù)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(tǒng)。①基本方案:基于無線通信的列控系統(tǒng)，實現(xiàn)連續(xù)速度控制模式。GSM一R實現(xiàn)地車雙向信息傳輸，數(shù)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(tǒng)冗余:無線通信故障時，靠數(shù)字軌道電路發(fā)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(jié)構(gòu):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(lián)鎖設備，相互之間以專用光纖連接;無線基站、計算機聯(lián)鎖設備和控制中心之間以廣域網(wǎng)連接:計算機聯(lián)鎖設備與軌旁設備之間用以太網(wǎng)連接;軌旁設備有數(shù)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(fā)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(yōu)先級高于自動切換。當區(qū)間道岔銜接既有線時，銜接道岔歸高速線控制，在聯(lián)絡線設交接線段劃分聯(lián)鎖范圍，以信號機分割，交接線段的優(yōu)先使用權歸高速線。高速列車進入普速區(qū)時，高速調(diào)度中心對高速列車進行實時監(jiān)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(qū)。車站聯(lián)鎖統(tǒng)一設置，高速區(qū)由高速調(diào)度中心統(tǒng)一控制，涉及兩

控制區(qū)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(diào)度中心可放權，由車站進行控制。

2車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)

車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是行車指揮控制自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分，并實現(xiàn)與調(diào)度中心控制系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、集中檢測系統(tǒng)、旅客向?qū)到y(tǒng)等的有機結(jié)合。高速站、中間站和越行站的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用三取二或二乘二取二方式的冗余結(jié)構(gòu)，能進行全面的系統(tǒng)自診斷。計算機聯(lián)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(tǒng)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(nèi)采用與區(qū)間一樣的無絕緣軌道電路側(cè)線采用有絕緣軌道電路，發(fā)送列控制信息與軌道占用采取一體化方式。

3綜合調(diào)度中心系統(tǒng)

調(diào)度控制系統(tǒng)采用集中管理分散控制模式，通常調(diào)度中心向各站下達列車運行計劃(運行圖)，車站聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)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(diào)度員通過修改運行計劃或下達進路控制命令的方式調(diào)整運行圖，必要時也可由車站值班員控制進路。當調(diào)度中心系統(tǒng)發(fā)生故障時，各車站仍可按原計劃控制列車，提高了系統(tǒng)的可靠性。

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