浅谈铁路通信信号一体化技术

随着我国铁路建设的高速发展, 信号控制技术更多地向网络化、智能化方向发展, 通信技术不断地在信号系统中广泛应用, 使信号和通信两个专业结合得更加紧密。从传统的金属线、光通道到现在应用的独立光芯和无线数字通道等, 信号系统越来越依赖通信技术进行控制信息传输。基于这种情况, 传统方式的通信、信号按两个独立专业进行设计的模式逐渐显现出弊端, 有必要采用一种新的设计模式, 即将通信、信号作为一个整体系统进行统筹研究、设计, 这就是通信信号一体化技术。

从铁路信号系统纵向发展看, 德国已经形成从LZB、FZB发展到ERTMS的发展趋势。LZB利用轨道电缆环线传输列车运行控制系统行车指令和速度指令机车信号, 取消地面闭塞信号机, 保留闭塞分区, 列车按固定闭塞方式 (即FAS) 运行。FZB是基于无线的列车运行控制系统, 是新一代移动自动闭塞系统 (即MAS) , 其目的是实现低成本、高性能的列车运行控制系统, 并已加入E T C S。E R T M S/E T C S (欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统) 是欧盟支持的统一的行车控制系统, 采用GSM—R作为传输系统, 其成功应用将进一步推动铁路通信信号的技术进步, 加快实现铁路通信信号一体化的进程。从信号系统的横向发展来看, 日本新干线在1995年成功开发和投入运行的C O S M O S系统, 则是通信信号一体化的又一个成功案例。该系统包含运输计划、运行管理、维护工作管理、设备管理、集中信息管理、电力系统控制、车辆管理、站内工作管理等8个子系统, 以通信信号一体化技术, 实现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。

1 通信信号一体化的优势

相对于传统的轨道电路传送信号而言, 采用通信来实现信号传输有众多优势, 比较突出的优势如下。

(1) 传输可靠性高。轨道电路中的信号传输是开环的, 即发送者只管发送, 并不能确切知道接收者是否真正接收到信息, 而在CBTC系统中能做到双向通信, 并且还可以使用多种保证技术 (如各类冗余技术、反馈纠错技术等) 来提高可靠性, 从而使铁路信号通过无线网络安全和实时传输。

(2) 运输效率高。采用无线通信方式传送铁路信号能够实现移动自动闭塞, 移动自动闭塞分区长度可变, 而且闭塞分区随列车运行而移动, 闭塞分区已经不再应用地面信号, 而且也不需要地面信号, 它是通过无线车载设备系统接收与前方列车或车站距离等信息来实现列控的。无线车载设备系统接收信息具有较高的实时性和准确性。

(3) 传输信息量大。传统的轨道电路系统由于在铁轨上传输信号, 因此速度慢、数据量比较小。实际上因为列车速度和密度越来越高, 列控信号非常之多。无线通信网能提供大量的信息传输, 因此能满足列车控制对信号传输的要求。

(4) 降低工程投资和生存期成本。由于缩短列车编组, 高密度运行, 可以缩短站台长度和端站尾轨长度。信息传输不再依赖轨道电路, 设备主要集中在室内和机车上, 减少了投资, 由于减少或取消了轨道电路和地面色灯信号机等, 减少了故障面, 现场安装和维修量大幅度减少。无线机车信号在车站跨越了轨道电路, 摆脱了车站轨道电路电码化的制约, 系统结构更简洁。

(5) 具有通用性和灵活性。系统不需要新增任何设备, 自然支持双向运行, 有利于线路故障或特殊需要时的反向运行控制, 而且不因为列车的反方向运行, 而降低系统的性能和安全。CBTC系统内可以同时运行不同编组长度、不同性能的列车, 对列车与信号系统的接口要求大大降低, 有利于实现不同线路间不同类型列车的互联互通。由于系统采用的是通用组件, 所以将来互相独立的子系统升级或者换代时不会对列车控制产生影响。

2 通信信号一体化系统结构及关键技术

广义上的信号系统可以分成四层, 最低层是现场的道岔设备、轨道电路、信号机、机车信号、通信的传输装置等;第二层是安全控制设备, 包括车站联锁、列控装置、道口安全控制等;第三层是分局 (局) 调度中心, 包括调度集中、电力调度、机车调度、车辆调度、设备维修中心;第四层是局 (部) 调度中心, 宏观的决策系统。为了实现通信信号一体化, 系统将主要由四大部分构成:综合调度中心子系统、列控车载子系统、车站联锁列控子系统、信号设备。通信网络技术包括安全局域网技术、无线通信、定位技术、综合业务承载和接入技术。

通信信号一体化系统技术包括信息一体化、机房一体化、电力一体化、电源地线一体化、防护一体化、维护一体化。信息一体化是运输生产过程中诸多要素、行车信息流一体化, 所有管理信息、指挥信息、控制信息、监测信息、维护信息在系统中集成在一起, 实现信息共享;机房一体化从设备的布置原则上已经不再区分通信设备和信号设备;电力一体化则是根据用电设备不同的等级进行综合考虑;防护一体化是指在系统构建前, 就应整体考虑防雷、电磁兼容等方面的防护问题。

3 通信信号一体化发展目标及必要性

以计算机为基础的信号系统和网络技术的迅速发展, 信号系统与信号系统、信号系统与通信系统, 以及与信息化系统正在加速重新组合和融合, 数字化、网络化、智能化和综合化成为整个铁路通信信号系统发展的趋势。网络技术, 特别是信号专用光纤网和移动无线通信起了突出作用, 日本铁路信号专用光纤网络和欧洲铁路建设的ETCS系统是典型的代表。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。通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势。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, 总体技术水平应达到世界先进水平。

4 结语

随着铁路系统的快速发展, 通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势, 铁路信号技术发展所依托的新技术, 如网络技术, 与通信技术的技术标准是一致的, 属于技术发展前沿科学, 为通信信号一体化提供了理论和技术基础。可以说铁路通信与铁路信号是两个相关紧密的概念, 两者相互关联不可分割, 目前客运专线建设和高速铁路的研究, 也为通信信号一体化技术的发展提供了新的发展机遇。

摘要：以计算机为基础的信号系统和网络技术的迅速发展, 信号系统与信号系统、信号系统与通信系统, 以及与信息化系统正在加速重新组合和融合, 数字化、网络化、智能化和综合化成为整个铁路通信信号系统发展的趋势。本文从铁路通信信号一体化系统的发展、优势及技术等方面进行了分析。

关键词：铁道信号,一体化技术,发展