铁路通信信号技术与应用

2022-09-26

在信息社会的今天,铁路信号技术已成为铁路信息技术的三大支柱(通信、信号、计算技术)之一。铁路信号的传统功能是安全和提效,当前又增添了提供基础信息服务的需求。新形势下,通过现代化铁路信号系统建设,来提高线路的通过能力,提高机车车辆和其它设施的利用率,具有成本低、见效快的特点,可更多地获得经济和社会效益。因此,现代化铁路信号系统建设已成为各国铁路发展的首选方案。

1 铁路信号的分类

铁路信号按人的感觉可分为视觉信号和听觉信号。视觉信号是以物体(包括灯)的形状、颜色、位置、数目等显示信号;听觉信号是利用号角、笛、响墩等发出的音响表示信号。按功能可分为行车信号和调车信号。行车信号用于指挥列车运行;调车信号用于指挥调车。按结构可分为臂板信号和色灯、灯列信号。按显示制式可分为选路制信号和速差制信号。选路制信号是用臂板位置或灯光的颜色特征来表示列车的站线进路;速差制信号是用臂板位置或灯光的颜色特征、数目来表示列车运行应采取的速度。

2 铁路信号新技术

2.1 数字信号处理技术

随着铁路运输发展,基于分立元器件和模拟信号处理技术的传统铁路信号设备越来越满足不了铁路运输的安全性和实时性。因此,引进计算机技术,利用计算机的高速分析计算功能,来提高信号设备的技术水平已非常紧迫。数字信号处理技术的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。与模拟信号处理技术相比较,数字信号处理技术具有更高的可靠性和实时性。数字信号处理的频域分析和时域分析的两种传统分析方法有着各自的优缺点。频域分析的优点是运算精度高和抗干扰性能好,缺点是在强干扰中提取信号时容易造成解码倍频现象。随着数字信号处理技术的新发展,在铁路信号处理中引入了新的实用技术,如ZFFT(ZOOM-FFT)、小波信号处理技术、现代谱分析技术等。目前,我国区间采用的ZPW2000-A信号发送、接收以及机车信号的接收都采用了数字信号处理技术,日本的数字ATC和法国UM2000数字编码轨道电路也都采用了数字信号处理技术。

2.2 通信信号一体化技术

通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势。铁路信号与通信技术的发展方向是数字化、网络化、智能化、综合化。铁路信号要适应运输改革和发展的需要,在大力提高系统安全性可靠性的基础上,融计算机网络技术、现代通信技术、现代控制技术为一体,不断扩大在铁路安全控制、扩能提效、调度指挥、运输服务等方面的应用。从信号系统的发展来看,许多国家都已经通过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,并使系统达到很高的自动化水平。另外成功地应用了安全光纤局域网,使之成为联锁系统、列车运行控制系统的安全传输通道,达到通信技术与信号安全技术的深度结合,实现了通信信号一体化。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,铁路通信信号技术的相互融合,以及行车调度指挥自动化等技术,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数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展,向业务综合管理方向发展,从通信信号一体化系统总体构成上充分发挥通信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。

2.3 通信信号网络化技术

铁路信号技术网络化是铁路运输综合调度指挥的基础。在网络化的基础上实现信息化,从而实现集中、智能管理。现代铁路信号技术不是各种信号设备的简单组合,而是功能完善、层次分明的控制系统。系统内部各功能单元之间独立工作,同时又互相联系,交换信息,构成复杂的网络化结构,使指挥者能够全面了解辖区内的各种情况,灵活配置系统资源,保证铁路系统的安全、高效运行。在我国,经过将近10年的建设和不断的完善,覆盖全路的运输管理信息系统(TMIS)和列车调度指挥系统(DMIS,现称TDCS)等系统就是铁路信号系统网络化的一个应用实例,它们把计算机网络和信号系统紧密地结合在一起,为铁道部、铁路局提供了基层信息采集网络,使列车调度指挥的水平和能力提升了一个层次。

2.4 通信信号传输技术

信息传输已经成为现代化铁路信号系统中一个必不可少的技术手段。原本仅仅依靠信号电缆单一的传输方式已经无法满足这些信息的传输需求,因而,现代化铁路信号系统采用了许多先进的信息传输技术,如光纤通信、无线通信、数字通信、移动通信、计算机网络通信、卫星通信等,并进一步推进了铁路通信信号一体化的进程。新型信息传输技术导入铁路信号系统带来了令人鼓舞的良好效果,它不但冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念,而且还重新规划了铁路信号系统的结构与组成,推动了铁路信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。

2.5 高速铁路与普通铁路通信兼容技术

高速铁路的崛起,引起了一场世界性的交通变革,并成为当代铁路的发展趋势。由于高速铁路对信息的数量与质量提出了更高的要求,原有普通铁路的信号系统不能满足其要求。同时很多国家高速铁路不能自成系统的发展,大多与既有线混杂,甚至高速铁路与普通铁路共同运营。因此,铁路信号系统适应高速列车与普通列车的需要,即高速铁路与普通铁路要互相兼容,列车自动控制系统已经成为迫切的需求。我国已经积极开发新型列车自动控制系统,这种系统是自成体系的独立设备,可以实现铁路运营管理现代化和行车控制自动化。

2.6 计算机连锁技术

计算机联锁功能的扩展包括强化辅助设计,适应CTCS、CTC和PRC的需求,增加智能化功能等。取消继电器、实现全电子化已提上日程,电子化已研制成功,通过了鉴定。设备一体化的需求可以广泛地理解为:各种信号设备实现模块化、标准化,建立软硬件统一平台;功能合理分配、信息共享,硬件配置统一,系统安全软件统一。完全国产化的安全计算机平台正在加紧研制。国际铁路信号的安全标准正在自觉执行,系统安全软件的国际安全认证工作也在实施中。