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論文關(guān)鍵詞:高速鐵路機(jī)車信號(hào)主體化解決方案

論文摘要:本文介紹了高速鐵路實(shí)現(xiàn)機(jī)車信號(hào)主體化列車運(yùn)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(shí)現(xiàn)機(jī)車信號(hào)主體化是高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)充分體現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展方向，主要由三大部分構(gòu)成，即列車運(yùn)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(shí)現(xiàn)機(jī)車信號(hào)主體化，列車運(yùn)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(yùn)行控制系統(tǒng)

根據(jù)我國(guó)的具體情況，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足不同速度列車混合運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行方式，并且區(qū)間不設(shè)地面通過(guò)信號(hào)機(jī)。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(shè)備兩大部分，地面設(shè)備產(chǎn)生列車控制所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，傳送給列車經(jīng)車載設(shè)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(yùn)行。列車制動(dòng)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(shè)備實(shí)行輔助自動(dòng)控制，列車根據(jù)其性能好壞自動(dòng)調(diào)整追蹤間隔，線路通過(guò)能力有較大提高。

地對(duì)車信息傳輸有三種方式可供選擇，即:無(wú)絕緣數(shù)字編碼軌道電路、軌道電路加點(diǎn)式應(yīng)答器、無(wú)線通信。對(duì)不同的信息傳輸方式車載設(shè)備采用不同的接收裝置來(lái)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(wú)線通信和應(yīng)答器進(jìn)行車對(duì)地的信息傳輸。利用軌道電路進(jìn)行列車占用閉塞分區(qū)的檢查，用軌道電路和車載測(cè)距設(shè)備進(jìn)行列車精確定位。

高速線上運(yùn)行的均為動(dòng)車組，皆安裝高速列控系統(tǒng)的車載設(shè)備，車載設(shè)備采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，兼容既有線信號(hào)系統(tǒng)，在分界點(diǎn)列車自動(dòng)識(shí)別轉(zhuǎn)換模式，使高速列車能下既有線運(yùn)行，既有線上運(yùn)行的安裝有高速列控系統(tǒng)車載設(shè)備的動(dòng)車組能上高速線運(yùn)行。每個(gè)車站設(shè)一個(gè)區(qū)段控制中心，通過(guò)高速鐵路數(shù)據(jù)通信廣域網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(jī)車信號(hào)主體化的列控系統(tǒng)技術(shù)解決案和我國(guó)現(xiàn)階段的情況，對(duì)列控制式進(jìn)行比選如下:車載設(shè)備接收列控信息的方式不論基于軌道電路、點(diǎn)式設(shè)備還是基于無(wú)線的方式獲取，其列控方式主要有三種:①分級(jí)速度控制;②分級(jí)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(shí)間匯總下表2。

根據(jù)表l和表2，在列控方式為分級(jí)速度模式曲線控制時(shí)，其列車追蹤間隔時(shí)間能實(shí)現(xiàn)4rnln:列控方式為一次制動(dòng)模式曲線控制時(shí)，其列車追蹤間隔時(shí)間基本能實(shí)現(xiàn)3mill。多級(jí)制動(dòng)模式按速度等級(jí)分段制動(dòng)，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(dòng)性能有關(guān)，其線路通過(guò)能力變化范圍較大，TVM300的運(yùn)行間隔時(shí)分一般為4一5，而TVM430可達(dá)到3。目標(biāo)距離連續(xù)速度控制模式，是根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的制動(dòng)性能確定列車制動(dòng)曲線的方式，它不設(shè)定每個(gè)閉塞分區(qū)速度等級(jí)，采用一次制動(dòng)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(biāo)點(diǎn)。其運(yùn)行間隔可達(dá)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(zhǎng)度對(duì)列車運(yùn)行間隔時(shí)分的影響，充分發(fā)揮列車制動(dòng)性能，更適合于不同速度列車混運(yùn)，所以推薦采用目標(biāo)距離連續(xù)速度控制模式。

1.2地與車信息傳輸

為實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shè)備和機(jī)車設(shè)備提供給車載列控設(shè)備，車載列控設(shè)備根據(jù)對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理，在車上產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)曲線，監(jiān)督或控制列車高速、安全運(yùn)行。地對(duì)

車信息傳輸有以下方式可供選擇，即:無(wú)線通信，軌道電路、點(diǎn)式傳輸設(shè)備，和軌道電纜等。無(wú)線通信GSM一R近年來(lái)在歐洲發(fā)展迅速，它具有傳輸信息量大的特點(diǎn)，可滿足車地通信的需求，目前我國(guó)也己開(kāi)始進(jìn)行無(wú)線通信的探索，并將其確定為未來(lái)CTCS的發(fā)展方向。

多信息無(wú)絕緣軌道電路或編碼軌道電路加點(diǎn)式傳輸設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)速度控制模式所需的信息傳輸需要，適合我國(guó)當(dāng)前國(guó)情。軌道電纜方式在德國(guó)LZB系統(tǒng)中采用，與既有線的移頻自動(dòng)閉塞能以實(shí)現(xiàn)兼容，在復(fù)雜的道岔群敷設(shè)軌道電纜會(huì)有技術(shù)上的難度，也會(huì)給維修帶來(lái)不便。

1.3列控系統(tǒng)的控制原則

高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的控制方式有兩種:一種是“人機(jī)共用、機(jī)控優(yōu)先”，以日本為代表;另一種是“人機(jī)共用、人控優(yōu)先”，以歐洲為代表。人控優(yōu)先的系統(tǒng)對(duì)列車自身制動(dòng)系統(tǒng)性能的要求相對(duì)較低，列車運(yùn)行速度一般由司機(jī)控制，只有列車超過(guò)安全運(yùn)行所允許的速度，設(shè)備才自動(dòng)介入實(shí)施制動(dòng)，它便于發(fā)揮司機(jī)的主觀能動(dòng)性，減少超防設(shè)備對(duì)司機(jī)操作的干擾。

1.4車載設(shè)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(jì)算后生成，運(yùn)行中的列車根據(jù)地面?zhèn)鱽?lái)的指令對(duì)列車進(jìn)行監(jiān)控，以德國(guó)LZB為例:另一種是以車載為主，車載設(shè)備中央處理單元根據(jù)傳來(lái)的各種數(shù)據(jù)，計(jì)算生成列車速度控制曲線，對(duì)列車進(jìn)行監(jiān)控，以歐洲ETCS為例。后一種方式又稱為車載設(shè)備智能化，是目前列控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

根據(jù)我國(guó)的具體情況，高速鐵路要兼容既有鐵路的信號(hào)制式，特別是要滿足多種信息傳輸方式，實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)故障時(shí)的降級(jí)需要，就必須采用車載設(shè)備智能化的方式。

1.5列控系統(tǒng)的實(shí)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(duì)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(diǎn)式應(yīng)答器和無(wú)線通信;采用“人機(jī)共用、人控優(yōu)先”的控制方式，車載設(shè)備智能化車載設(shè)備根據(jù)傳來(lái)的各種數(shù)據(jù)，計(jì)算生成列車速度控制曲線，對(duì)列車進(jìn)行監(jiān)控。

(l)系統(tǒng)分析。①ETCS二級(jí)總體功能上符合上述要求;②基于無(wú)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(shí)現(xiàn)互連互通的最有效方式。西班牙MADmD-LERIDA線的ETCS二級(jí)仍要軌道電路來(lái)檢查列車占用，因?yàn)榭紤]系統(tǒng)冗余，無(wú)線故障時(shí)降為一級(jí)，甚至每個(gè)軌道區(qū)段還裝備了有源應(yīng)答器。所以軌旁設(shè)備并沒(méi)有減少。真正減少軌旁設(shè)備的是ETCS三級(jí)。基于無(wú)線通信為基礎(chǔ)的列控系統(tǒng)對(duì)中國(guó)而言，尚有以下工作要做:GSM一R的頻點(diǎn)正在審請(qǐng)，若用18(X)MHZ將會(huì)引起造價(jià)和驗(yàn)證的問(wèn)題;防非法侵入問(wèn)題將進(jìn)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(kāi)通投入運(yùn)用。中國(guó)有多家對(duì)數(shù)字編碼軌道電路的研制已取得可喜的成績(jī)。考慮到選擇數(shù)字編碼軌道電路的余量大一些，可以加點(diǎn)式設(shè)備實(shí)現(xiàn)連續(xù)速度控制模式，這種模式可以說(shuō)是ETCS二級(jí)系統(tǒng)的派生，技術(shù)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(diǎn)式應(yīng)答器和智能化車載設(shè)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(diǎn)式設(shè)備的列控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)速度控制模式。數(shù)字編碼軌道電路和點(diǎn)式設(shè)備實(shí)現(xiàn)地對(duì)車信息傳輸，并進(jìn)行列車占用檢查，無(wú)線通信或點(diǎn)式設(shè)備實(shí)現(xiàn)車對(duì)地信息傳輸，智能化車載信號(hào)設(shè)備能兼收各種信息傳輸。系統(tǒng)升級(jí)為無(wú)線列控時(shí)，數(shù)字編碼軌道電路實(shí)現(xiàn)列車占用檢查及完整性檢查，同時(shí)作為無(wú)線列控系統(tǒng)降級(jí)、冗余系統(tǒng)，對(duì)工程投資不會(huì)造成浪費(fèi):②系統(tǒng)冗余:無(wú)車載信號(hào)時(shí)，降級(jí)為自動(dòng)站間閉塞:③基本結(jié)構(gòu):每站設(shè)列控中心和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)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(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備與軌旁設(shè)備之間用以太網(wǎng)連接;軌旁設(shè)備有數(shù)字軌道電路和點(diǎn)式設(shè)備;智能化車載信號(hào)設(shè)備;④可操作性:技術(shù)成熟，作為首推方案，并考慮復(fù)蓋其他方案。

(3)總體方案二:基于無(wú)線傳輸和智能化車載設(shè)備的列控系統(tǒng)。①基本方案:基于無(wú)線通信的列控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)速度控制模式。GSM一R實(shí)現(xiàn)地車雙向信息傳輸，數(shù)字軌道電路進(jìn)行列車占用檢查，智能化車載信號(hào)設(shè)備能兼收各種信息傳輸:②系統(tǒng)冗余:無(wú)線通信故障時(shí)，靠數(shù)字軌道電路發(fā)碼降級(jí)為分級(jí)速度控制;無(wú)車載信號(hào)時(shí)，降級(jí)為自動(dòng)站間閉塞:③基本結(jié)構(gòu):每站設(shè)無(wú)線基站，基站之間以專用光纖連接;每站設(shè)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，相互之間以專用光纖連接;無(wú)線基站、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備和控制中心之間以廣域網(wǎng)連接:計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備與軌旁設(shè)備之間用以太網(wǎng)連接;軌旁設(shè)備有數(shù)字軌道電路和點(diǎn)式設(shè)備;智能化車載信號(hào)設(shè)備;④可操作性:急待解決頻點(diǎn)等問(wèn)題，作為方案一的發(fā)展與升級(jí)方案，對(duì)方案一不會(huì)造成投資浪費(fèi)。

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(diǎn)式切換設(shè)備，由車載設(shè)備自動(dòng)完成。同時(shí)，車載設(shè)備設(shè)置冗余人工切換手段，防止自動(dòng)切換故障。人工切換的優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)切換。當(dāng)區(qū)間道岔銜接既有線時(shí)，銜接道岔歸高速線控制，在聯(lián)絡(luò)線設(shè)交接線段劃分聯(lián)鎖范圍，以信號(hào)機(jī)分割，交接線段的優(yōu)先使用權(quán)歸高速線。高速列車進(jìn)入普速區(qū)時(shí)，高速調(diào)度中心對(duì)高速列車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、車次跟蹤、自動(dòng)報(bào)點(diǎn)、自動(dòng)繪制運(yùn)行圖。

如果高速與普速合用一個(gè)站場(chǎng)，同一道岔咽喉，股道分開(kāi)，可劃分出高速區(qū)。車站聯(lián)鎖統(tǒng)一設(shè)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(jìn)路取得另一方同意后由進(jìn)路始端方辦理進(jìn)路，必要時(shí)高速調(diào)度中心可放權(quán)，由車站進(jìn)行控制。

2車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是行車指揮控制自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，并實(shí)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(cè)系統(tǒng)、旅客向?qū)到y(tǒng)等的有機(jī)結(jié)合。高速站、中間站和越行站的計(jì)算機(jī)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(jìn)行全面的系統(tǒng)自診斷。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備和列控中心設(shè)備可以二合一，也可分開(kāi)設(shè)置。車站設(shè)進(jìn)、出站信號(hào)機(jī)。列控系統(tǒng)因故停用，車站間采用自動(dòng)站間閉塞方式。正常情況下以列控信號(hào)為主，進(jìn)、出站信號(hào)機(jī)僅在列控失效時(shí)或供沒(méi)裝有列控設(shè)備的列車使用。站內(nèi)采用與區(qū)間一樣的無(wú)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(dá)列車運(yùn)行計(jì)劃(運(yùn)行圖)，車站聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃和列車運(yùn)行信息(車次號(hào)等)自動(dòng)實(shí)行進(jìn)路程序控制，調(diào)度員通過(guò)修改運(yùn)行計(jì)劃或下達(dá)進(jìn)路控制命令的方式調(diào)整運(yùn)行圖，必要時(shí)也可由車站值班員控制進(jìn)路。當(dāng)調(diào)度中心系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，各車站仍可按原計(jì)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(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，構(gòu)成運(yùn)輸管理自動(dòng)化系統(tǒng)，為高速鐵路運(yùn)輸現(xiàn)代化管理提供必要的條件。運(yùn)輸管理自動(dòng)化系統(tǒng)又稱綜合信息系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)各相關(guān)子系統(tǒng)的統(tǒng)一接口，綜合處理，實(shí)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(dòng)化系統(tǒng)、電務(wù)設(shè)備集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、旅客服務(wù)系統(tǒng)、機(jī)車車輛管理系統(tǒng)、客運(yùn)管理系統(tǒng)、工務(wù)設(shè)備管理系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)。新晨