高速铁路信号技术论文
基于无线通信技术的高速铁路信号系统的应用
摘要
高速铁路信号系统是高速列车安全、高密度运行的基本保障。无线通信技术在铁路信号系统中的应用不仅降低了高速铁路信号系统的成本，而且保证了高速铁路的安全。随着科技的进步，高速铁路不断向智能化信息化方向发展，这对无线通信技术领域提出了更严格的要求。为了适应高速铁路的快速发展，各国都在致力于研究基于无线通信技术的新一代铁路信号系统。摘要:介绍了国外无线通信系统在高速铁路信号系统中的发展，分析了高速铁路信号系统采用无线通信技术的特点和存在的问题，探讨了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。
关键词无线通信；高速铁路信号系统
在整个高速铁路项目中，信号系统虽然在总投资中所占比例很小，但其作用是非常关键的。由于轨道电路传输环境恶劣，信息传输速率低，设备维护成本高，基于轨道电路的列车控制系统已经不能满足高速铁路的快速发展要求。20世纪80年代，国外开始研究基于无线通信技术的铁路信号系统TBS (Transmission Based Signaling ),希望通过无线通信技术的应用，改善铁路管理功能，缩短列车间隔，节约能源，降低系统成本。在1995 TBS国际会议中，与会代表分析了无线通信技术在铁路信号系统中应用的可行性，指出了无线通信技术可能给铁路信号系统带来的积极影响，预示着TBS将成为未来铁路信号系统的发展方向。
1国外TBS的发展
1.1 TBS在北美的发展
1983年，美国铁路协会和加拿大铁路协会联合提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的准确位置和速度信息，并对列车进行安全控制。ATCS的应用不仅避免了许多地面信号设备的安装，节省了系统成本，而且消除了信号盲区，提高了列车的安全系数。ATCS由五个子控制系统组成:中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路侧设备和线路维护人员移动终端。其系统结构设计和功能模块划分为未来基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，继ATCS之后，北美出现了许多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，大大减少了人为操作失误带来的误差，使列车运行更加安全。此外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也很有名。
1.2欧洲TBS的发展
1992年，国际铁路联盟下属的欧洲铁路研究所提出了一套欧洲铁路运输管理体系，包括售票、各国铁路互联互通等等，其中ETCS是非常重要的一部分。在欧盟委员会建立标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS之前，欧洲各国的铁路标准和模式各不相同，轨距、信号设备和供电设备也各不相同，所以每个国家只能使用自己的ATP和ATC系统。各国铁路系统的差异使得欧洲铁路难以形成连续运输。标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS成立后，各国铁路开始按照统一的标准进行标准化，逐步取代各国不同的列车自动控制系统和保护系统。ETCS的目标是实现欧洲铁路的统一，提高各国铁路的互通性，使铁路控制系统的功能和设备更加标准化。
1.3 TBS在日本的发展
在日本铁路信号系统的发展中，先后出现了ATS、现行ATC、数字ATC、计算机和无线通信辅助信息控制系统。其中，目前的ATC作为列车超速保护系统，以良好的自动制动功能保护列车的安全。但系统工作时采用最强的自动制动，影响了乘客的舒适性。1987年，日本开始研究基于无线通信的铁路信号系统，为CARAT的出现奠定了坚实的基础。CARAT的使用使列车能够连续测量自身的位置和运行速度，使地面系统能够很好地了解列车的运行情况，保证列车的运输安全。
2 TBS的特点和问题
在速度相对较高的高速铁路上，当距离较近时，可以使用红外、蓝牙等无线通信技术对列车进行控制。当距离较远时，可以通过全球定位控制系统、信标、计轴装置等来确定列车的速度和位置。车载计算机可以通过无线收发器将列车的速度和位置信息发送给调度控制计算机，再由调度控制计算机处理后通过无线通信将列车的最高允许速度等信息发回给列车计算机。列车司机可以根据车载电脑的提醒进行相应的操作。如果列车司机未能及时响应，信息控制系统还可以自行将速度降至允许范围。
2.1 TBS的特征
(1)在TBS中，主控中心可以根据列车的运行状态和作业状态，通过车载计算机调整列车运行，增加了高速铁路信号系统的管理功能，保证了列车的安全，提高了铁路线的通过能力。
(2)在无线通信信号系统的控制下，增加了列车和地面的可靠信息，列车运行更加平稳，避免了不必要的加速和制动，节约了能源，乘客更加舒适。
(3)无线通信技术的应用节省了大量的地面信号设备，大大降低了设备安装、维护和维修的成本。
(4)无线通信信号系统适应性强，可通过软件调整提高列车速度，自动调整列车运行图，大大提高了铁路运输管理能力。
(5)无线通信信号系统还可以通过列车与地面之间的双向信息通道实现列车锁定控制。
2.2 TBS问题
(1)高速铁路信号系统使用的轨道电路只能使用较低的信息传输频率，传输环境恶劣，难以使编码传输速率满足高速铁路的要求。
(2)TBS通过环路设备和应答设备接收数据信息，列车运行可能会出现时间延迟，对列车运行造成不利影响。
(3)作为车辆与地面之间的双向信息通道，轨道之间的电缆、电线信息量大，抗干扰能力强，但设备成本高，防盗能力差。一旦丢失，后果很严重。
3无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用3.1微机联锁
在微机联锁中使用无线通信技术的可行性还需要进一步研究，但ATCS提出可以将检测到的道岔和信号的锁定状态发送到主控中心，利用轨旁接口单元接收主控中心的控制命令，从而控制一组道岔和信号的动作。此外，轨旁接口单元可以通过无线信道与控制中心联系，并通过电缆连接现场设备，以检测和控制一些辅助子系统。目前看来，无线通信技术在微机联锁现场设备中的应用可能会增加一些投资，大型站场道岔多，干扰大，但仍有很好的发展前景。
3.2集中调度
在集中调度系统中，调度中心要根据车站到发线和区间闭塞分区的占用情况了解列车运行情况，并根据获得的信息安排进路。而使用TBS，控制系统可以准确知道列车的位置和速度，根据沿线信号系统发送列车控制命令，保证列车在最短的实用区间内高速、安全、稳定运行。无线通信技术赋予了列车与控制中心的双线数据通信，给列车运行带来了极大的便利，实现了行车指挥的自动化。
3.3中继器
在高速铁路的实际运营中，我是不可能在所有的高速铁路都设置这种无线通信基站的，这样不仅增加了设备投资，也使无线通信铁路信号系统失去了真正的意义。有了直放站，基站可以通过直放站接收和发送一些射频信号，这样基站不仅可以管理基站区域内的站区，还可以管理直放站管理的一些车辆和线路。
3.4提高道口的通行效率。
为了提高平交道口的防护能力和通过效率，防止无线设备故障造成不必要的损失，主控中心按时间间隔连续查询平交道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近平交道口的列车。另外，主控中心可以通过接收到的列车位置和速度信息计算出列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最高允许速度和列车运行路线的参考。这样既保证了列车通过平交道口的安全性，又大大提高了道口的效率。
3.5加强对维修办公室的保护
当某段高铁需要维修时，维修部门可以通过移动终端将维修点输入系统，列车通过主控中心的传输可以很好的了解该段的情况。在实际运行中，列车可以根据学习到的维修点信息进行运行。此外，当列车接近维修点时，移动终端接收地面系统的报警信号，确保列车能够及时停在维修路段之前。
4摘要
随着高速铁路的不断发展，为保证列车的安全，先进的信号系统已成为高速铁路运营的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的应用还处于起步阶段。在具体的TBS规划中，应充分考虑其与铁路运输管理系统的接口，使无线通信技术在高速铁路的发展中得到充分利用。
参考
[1]闵耀兴。中国铁路列车安全控制系统的现状[J].哈尔滨铁路科技传播，1997(04)。
[2]姚。中国铁路信号系统的现状与发展[J].铁路通信信号，2003(04)。
步兵。基于通信的列车控制系统可靠性分析方法[J].交通运输工程学报，2001(01)。
、陈、、。高速铁路列车控制系统主动安全控制的分析与思考[J].铁路计算机应用，2012(08)。
作者简介
孙一峰(1982-)，男，天津人。中国民航大学本科毕业。研究方向:铁路信号。
作者单位
铁道第三勘察设计院集团有限公司天津300251。
点击下一页了解详情> & gt& gt高速铁路信号技术论文