北京交通大学《铁路信号运营基础》第一章PPT课件.ppt

铁路信号运营基础 2012年9月 第一章铁路和铁路信号的作用 1 本章要点 知识要点 本章小结 铁路运输及发展 1 3 4 铁路信号作用 2 铁路信号的发展 北京交通大学 2 一 铁路运输及发展 一 铁路组成及作用 3 五种现代化运输方式 1 铁路运输 是陆地运输的主要方式1825年世界第一条铁路至今有170多年历史速度快 运量大 运费较低 适合长距离运输 短途运价高 货物易损 运输的常见方式 4 五种现代化运输方式 2 水路运输 人类最早采用的一种运输方式成本低能力大运量大运距长缺点 速度慢 连续性差 受自然条件影响大适宜 数量大 距离长 对时间要求不急的货物 5 五种现代化运输方式 3 公路运输 汽车运输 近100年来发展起来的一种现代化运输方式投资少速度高机动灵活 方便 快捷全世界高速公路全长20多万公里缺点 运量小适宜于 中短途客货运输 及远离路网的偏远地区 6 五种现代化运输方式 4 航空运输 20世纪迅速发展起来的一种运输方式速度高投资少建设周期短可跨越天然障碍成本高容积和载重量小受自然气候条件影响大适合运送距离长 贵重 紧急 鲜活品等货物 7 五种现代化运输方式 5 管道运输 运输液体货物的一种运输形式 伴随着石油工业而发展起来的 成本低 能耗小运量大投资小 占地少受外界影响小可连续运输目前 我国运输管道已有15800千米 分布在20个省区 我国生产的原油95 由管道运输 8 1 铁路运输特点及作用 1 优点运量大 成本低 速度快 安全可靠 全天候运输 2 作用国民经济大动脉全国沟通联系的纽带国民经济的先行产业 超前发展 9 3 定义以机车车辆等移动设备和铁路线路 桥梁 隧道 站场等固定设备为基础 以车站为运输生产基地来实现旅客和货物运输的庞大系统 行车组织系统 通信联络系统 行车指挥系统等组成 4 组成 车 机 工 电 辆 五大部门协同工作采用铁道部 铁路局 站段三级管理制度 高 大 半 1 铁路运输特点及作用 10 2 我国铁路电务部门的管理体制 包括 运营 科研 设计 工程 工业等部门运营 生产部门 部 局 段科研 铁科院通号所 通号公司设计院 局属科研单位 铁路高校设计 通号公司设计院 各勘测设计院工程 通号工程公司 电气化工程局 各工程局的电务工程公司工业 各相关信号厂 电缆厂 设备工厂 11 3 我国铁路部门的管理体制的变革 12 改革实施时间 2005年3月18日改革主要内容 撤消铁路分局 减少管理层次 由原来的铁道部 铁路局 铁路分局 站段四级管理体制 改为铁道部 铁路局 站段三级管理模式 此次改革要撤消10个铁路局下属的41个铁路分局 改革前实行四级管理 铁道部 铁路局 铁路分局 站段 41个铁路分局15个铁路局 公司 哈尔滨 沈阳 北京 呼和浩特 郑州 济南 上海 南昌 广铁 柳州 成都 昆明 兰州 乌鲁木齐 青藏铁路公司管理层次多 尤其是铁路局和铁路分局都是法人 以同一方式经营同一资产 职能交叉 管理重叠 相互掣肘 效率不高 对铁路发展形成了不利影响 特别是随着铁路技术装备水平的提高 运输生产力布局的调整 铁路局和铁路分局两级法人管理体制的弊端越来越突出 13 改革后铁路系统将实行铁路局直接管理站段的体制 即实行铁道部 铁路局 站段三级管理模式撤消所有分局18个铁路局 公司 哈尔滨 沈阳 北京 呼和浩特 郑州 济南 上海 南昌 广铁集团公司 柳州 成都 昆明 兰州 乌鲁木齐 青藏铁路公司 太原 西安 武汉实行铁路局直接管理站段的管理体制 减少了运力配置的中间层次 有利于提高组织管理效能 优化运输组织 提高运输效率 有利于发挥铁路新技术装备的作用 有利于减少运营管理成本 有利于推进铁路运输企业建立现代企业制度 构建铁路新的管理体制 有利于铁路局更好地履行安全责任主体的职责 提高安全管理效率 14 二 铁路发展 1 铁路发展历程及国内外运营状况 1 铁路发展及其现代化 世界铁路的发展 1825年世界第一条商业铁路在英国投入运营 英国 铁路的故乡美国 铁路最多的国家 15 1 铁路发展历程及国内外运营状况 1 铁路发展及其现代化 1 运量大 2 速度较快 3 能耗小 4 运价低 5 污染小6 全天候 中长距离陆上运输骨干地位 二 铁路发展 16 1 铁路发展历程及国内外运营状况 1 铁路发展及其现代化 萌芽期蓬勃发展期衰退期复苏期 国外的发展 二 铁路发展 17 可编辑 快速发展时期 1840 1913 世界上第一条铁路 英国美国 大规模英国日本西班牙德国前苏联 18 可编辑 快速发展时期 1840 1913 美国铁路营业里程居世界第一位 现有本国铁路260423公里 其中一级铁路为212742公里 轨道延长里程为354813公里 另外还有美国拥有使用权 非本国在国内修建的铁路23112公里 美国于1830年5月24日第一条铁路建成通车 全长21公里 从巴尔的摩至埃利州科特 19世纪50年代 筑路规模扩大 80年代形成高潮 从1850 1910年的60年间 共修筑铁路37万余公里 平均年筑路6000余公里 1887年筑路达20619公里 创铁路建设史上的最高纪录 1916年 美国铁路营业里程达到历史上的最高峰 共408745公里 19 可编辑 快速发展时期 1840 1913 美国铁路网由6条横贯东西 十多条连络南北和十多条由东北向西南的主要干线以及大量的支线和地方线所组成 20 可编辑 衰落时期1913 1970 世界路网规模有所减小 拆路运动铁路运输市场份额每况愈下铁路运输企业经营惨淡 普遍亏损夕阳产业 21 可编辑 衰落时期1913 1970 由于其它运输方式迅速发展等原因 不断拆除和封闭线路 铁路线路长度不断缩减 铁路一度被称为 夕阳产业 美国的现有铁路中 阿拉斯加铁路由州政府直接管理 全国铁路旅客运输公司 AMTRAK 为联邦政府直接经营管理 联合铁路公司为联邦政府与私人投资独立经营 其他铁路都由私营铁路公司经营 私营铁路公司最多时有6000多家 而后在竞争中或合并或破产 减少到几百家 22 可编辑 复兴时期 美国政府为扭转铁路运输业的困境 进行了许多改革 如 1976年国会通过了铁路复兴和管理改革法 对铁路运费实行部分自由化 对一些铁路公司进行改组或合并 建立铁路更新改造资金和债务保证基金 对无利润的地方铁路线由政府拨给资助款等 该法的执行使美国铁路系统在设备 运营和财政等方面有了一定的改观 1980年 国会又通过了斯塔格斯铁路法 该法把市场竞争作为铁路运价和业务的最有效调节者 在管理上放宽对铁路的控制 给予铁路行业一定程度的自由 以便它能在运输市场中自由地经营 如 铁路可以自由地调整运费以应付竞争 同货主签订运输合同 对驮背运输免税等 使铁路行业财政得到改善 竞争能力得到提高 目前 铁路行业的市场占有率己停止下滑 铁路正在走向复兴 23 可编辑 振兴时期 环境污染废气 公路是铁路的300倍安全事故率 一线曙光日本1964年东海道新干线 振兴时期 政府扶植体制改革 网运分离科技创新 采用新技术提高竞争力 24 可编辑 振兴时期 铁路新科技 客运高速 时速200km h以上 高加速高减速 全线自动化 提速摆式车体货运重载年运量不小于20Mt 列车重量达5000t 列车中车辆轴重至少23t 25 可编辑 振兴时期 铁路新科技 客运高速 时速200km h以上 高加速高减速 全线自动化 提速摆式车体货运重载年运量不小于20Mt 列车重量达5000t 列车中车辆轴重至少23t 26 一 铁路运输服务 1 铁路发展历程及国内外运营状况 1 铁路发展及其现代化 适合国情 十一五期间高速发展 我国铁路发展 27 可编辑 国家中长期铁路网规划 2008年调整 28 可编辑 29 可编辑 30 可编辑 客运专线规划 2008 1 四纵 客运专线 北京 上海客运专线 包括蚌埠 合肥 南京 杭州客运专线 贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区 北京 武汉 广州 深圳客运专线 连接华北和华南地区 北京 沈阳 哈尔滨 大连 客运专线 包括锦州 营口客运专线 连接东北和关内地区 上海 杭州 宁波 福州 深圳客运专线 连接长江 珠江三角洲和东南沿海地区 2 四横 客运专线 徐州 郑州 兰州客运专线 连接西北和华东地区 杭州 南昌 长沙 贵阳 昆明客运专线 连接西南 华中和华东地区 青岛 石家庄 太原客运专线 连接华北和华东地区 南京 武汉 重庆 成都客运专线 连接西南和华东地区 同时 建设南昌 九江 柳州 南宁 绵阳 成都 乐山 哈尔滨 齐齐哈尔 哈尔滨 牡丹江 长春 吉林 沈阳 丹东等客运专线 扩大客运专线的覆盖面 3 城际客运系统在环渤海 长江三角洲 珠江三角洲 长株潭 成渝以及中原城市群 武汉城市圈 关中城镇群 海峡西岸城镇群等经济发达和人口稠密地区建设城际客运系统 覆盖区域内主要城镇 31 可编辑 三种类型的铁路发展模式 客运型日本新干线高速铁路客运的特点 高速度高密度大运量货运型美国 加拿大 南非客货并重型俄罗斯 中国 印度 32 一 铁路运输服务 2 铁路发展方向 1 铁路发展及其现代化 方向 安全 高速 重载 铁路运输要素 列车重量 运行速度和密度 33 可编辑 世界高速铁路的发展 日本高速铁路法国高速铁路德国高速铁路西班牙高速铁路意大利高速铁路 34 可编辑 中国高速铁路的发展 十一五 期间 我国逐步发展成为世界上高速铁路发展最快 系统技术最全 集成能力最强 运营里程最长 运营速度最高 在建规模最大的国家高速铁路领先世界 高原铁路世界一流 重载铁路屡创世界奇迹 十一五 期间 我国铁路全面加快实施 中长期铁路网规划 铁路营业里程跃居世界第二 并昂首跨入高速时代 高速铁路里程世界第一 为发展国民经济和提高人民群众生活水平提供了重要保障 2003年以来 铁路建设项目批复投资总规模超过4万亿元 已完成投资1 5万亿元 预计 十一五 末 全国铁路将投产新建铁路1 6万公里以上 铁路营业里程将达9万公里以上 35 可编辑 中国高速铁路的发展 高速铁路从无到有 既有线路提速世界领先 中国高铁技术标准创多项 世界之最 铁路六次大提速以较小的代价和较短的时间提高了运输能力 运输能力提高了50 以上 动车组列车为旅客提供了高品质的乘车条件 目前 我国高速铁路运营里程已达7055公里 全国铁路日开行动车组1000多列 日发送旅客达到92 5万人 十一五 期间 我国逐步发展成为世界上高速铁路发展最快 系统技术最全 集成能力最强 运营里程最长 运营速度最高 在建规模最大的国家 36 可编辑 重载运输 北美单元列车环行线 不解体 徐行装卸卸车方法 底卸 侧卸 翻卸漏斗与电子磅称相连控车速度与徐行速度自动控制多机牵引 37 可编辑 重载运输 单元列车 12000t 100辆车编组维修基地摘挂一定数量车辆轮修48000t补机推送 200 300辆编组车站站线足够长2 4 2 7km3 5台机车牵引俄罗斯曾试验开行了重量为43407吨的超长重载列车 列车由440辆车组成 全长6 5公里 由4台电力机车牵引 情景十分壮观 38 可编辑 中国重载运输 中国铁路重载运输屡创奇迹 2008年 大秦铁路煤炭运量达3 4亿吨 成为世界上年运量最大的铁路 仅这一条铁路就完成了全国铁路18 的煤炭运量 铁路部门还先后在北同蒲线 迁曹线 大包线等铁路开行万吨级重载列车 创造了客货共线铁路运输速度 密度 重量的世界纪录 我国重载铁路的整体能力达到了前所未有的新高度 39 可编辑 我国发展主要方向 客运高速化现在客运列车时速在350km的已成熟 磁悬浮列车已达到400 600km h 但技术不够成熟 货运重载化现在列车容量在3000 4000t 现已增加到1万 2 5万吨 提高既有铁路线路的运行速度 40 可编辑 发展的技术需求 现代铁路的列车性能已趋于能源和维护费用的极限 旅客列车的速度受到安全的约束 货物列车的重量也已达到桥梁和线路的活载极限 铁路的软件革命即改进管理与控制 可使铁路的技术设备发挥更高效能 由电子计算机 光导纤维 数字技术构成的信息系统 将改变传统的通信 信号两个领域的关系 发展的趋势是以计算机联锁 取代目前的电气 机械联锁 另外 自动排列进路 可使密集列车运行作业最优化 并使调度员摆脱人脑速度和能力的限制 41 可编辑 发展的技术需求 在硬件方面 各国都在加强铁路机车车辆的技术改造 随着内燃机车代用燃料的出现 对传统内燃机车发动机重新优化已成必然 目前 大部分电力机车采用直流串励电动机 这种电机尽管有良好的牵引特性 但易发生空转 采用交流电力机车已是发展方向 42 可编辑 发展的技术需求 对于货物车辆来说 除采用大型货车外 在降低货车自重 提高轴重或增加轴数等方面下工夫 对于客车来说 为了达到高速化的目的 重在发展轻型化车辆 转向架的结构 车体的结构都在向轻量化发展 随着新材料的不断涌现 耐大气腐蚀的耐候钢 热镀锌钢板等金属材料 玻璃钢 泡沫聚氨酯 合成纤维布等聚合材料以及精密陶瓷材料 还有光导纤维 超导材料都逐步在铁路机车车辆 集装箱 线路 隧道 桥梁 通信以及接触网等各方面被普遍采用 43 可编辑 货运集中化和集装化应对现有铁路的货运站和编组站进行合理调整 提高货运装卸的机械化和列车编组的直达化 通过集装箱运输提高装载能力 发展专业化标准化 运营管理自动化集中指挥 统一调度管理 建立有效网络系统 信息化处理和信息传递 铁路行车安全技术铁路的安全 驾驶员的安全监督和保安装置 各种对运输设备进行监测的自动化设备 铁路职工的基本素质和培训 44 一 铁路运输服务 2 铁路发展方向 1 铁路发展及其现代化 客货分线技术创新 其中高速铁路实现 45 二 作业控制与管理 1 列车运行控制 1 过程控制自动化 ETCS EuropeTrainControlSystem CTCS ChineseTrainControlSystem 46 可编辑 ETCS历史 ETCS出现之前欧洲列控设备有六大供应商提供的13种型号的系统 互不兼容为解决这一问题 1990年国际铁路联盟开始组织专题研究与信号和列车控制有关的问题 历时15年 2004年 形成ETCS体系ETCS体系是关于运输管理和列车控制的一系列最新标准规范 47 可编辑 ETCS特点及优势 实现了互联互通最高适用于500公里 小时高速铁路具备超速防护功能 ATP 可实现更小的运行间隔可最终实现移动闭塞更高的安全保证更低的成本 48 二 作业控制与管理 1 列车运行控制 1 过程控制自动化 CTCS 国际铁路联盟 UIC 于2002年12月10 12日在北京召开铁路通信信号国际技术研讨会 我国铁路既有线已经过6次大提速 青藏线 大秦线 胶济线GSM R建设 高速客运专线建设 49 二 作业控制与管理 1 列车运行控制 1 过程控制自动化 CTCS 我国高所铁路快速发展的必备手段 行车安全及运行舒适度 50 可编辑 CTCS根据系统配置按功能划分为5级 51 可编辑 目前建设的客运专线等级 CTCS 2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统 面向提速干线和高速新线 采用车 地一体化设计 适用于各种限速区段 地面可不设通过信号机 机车乘务员凭车载信号行车 合宁 合武 沿海通道属于CTCS 2级列控系统客专 行车速度为200 250km h CTCS 3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统 面向提速干线 高速新线或特殊线路 基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞 适用于各种提速区段 地面可不设通过信号机 机车乘务员凭车载信号行车 武广 郑西 广深港 沪宁 哈大属于CTCS 3级列控系统客专 行车速度为300 350km h 52 可编辑 53 二 作业控制与管理 2 行车自动化 1 过程控制自动化 TMIS TransportationManagementInformationSystem 运输信息管理系统DMIS DispatchingManagementInformationSystem 调度监督系统TDCS TrainOperationDispatchingCommandSystem 铁路调度指挥系统CTC CentralizedTrafficControlSystem 调度集中 54 可编辑 TDCS CTC总体结构示意图 增加客专中心 55 可编辑 TDCS CTC总体结构描述 TDCS CTC系统由铁道部调度指挥中心 以下简称部中心 铁路局调度所 含客专调度所 和车站基层网 以下简称车站网 三层构成部中心为全路TDCS CTC调度指挥中心 具备全国铁路各线路调度指挥管理功能 部中心同时包含客运专线CTC调度指挥中心 可实现对全路客运专线列车的直接指挥 铁路局调度所为18个铁路局TDCS CTC调度指挥中心 具备铁路局管内各线路调度指挥及管理功能 客专调度所为北京 武汉 上海 广州4个客专CTC调度指挥中心 具备在铁路局调度所统一指挥下对管内各客运专线调度指挥及管理功能 目前新增西安 成都2个客专中心 56 可编辑 调度区段划分 三个调度区段 济南枢纽台 6个CTC控制站 13个TDCS指挥车站 胶济二台 14个CTC控制站 3个TDCS指挥车站 胶济一台 13个CTC控制站 3个TDCS指挥车站 2个区间中继站 57 可编辑 客专下CTC系统功能特点 C3列车运行状态 58 可编辑 C3列车运行状态 提供调度员实时 直观的列车运行状态信息 59 可编辑 60 可编辑 61 可编辑 62 二 作业控制与管理 1 过程控制自动化 编组站自动化系统包括站内进路自动控制系统 机车车辆控制系统 信息处理系统 3 编组站自动化 yardautomaticcontrolsystem 63 二 作业控制与管理 3 编组站自动化 yardautomaticcontrolsystem 1 过程控制自动化 进路自动控制系统 到达场 出发场进路控制 调车进路控制 64 二 作业控制与管理 3 编组站自动化 1 过程控制自动化 溜放速度控制 溜放进路控制 推峰机车速度控制 货车控制系统 65 二 作业控制与管理 3 编组站自动化 1 过程控制自动化 基本计划 作业计划 信息管理 货车信息处理系统 变更计划 解体 编组 调车等 查询 66 二 作业控制与管理 3 编组站自动化 1 过程控制自动化 美国于1964年在盖脱威编组站建成世界上第一个组站自动化系统 此后 加拿大 日本 苏联等国家研制和建立了各种编组站自动化系统 日本于1968年成郡山自动化编组站 以后又陆续建成五个自动化编站 我国1990郑州北站自动化编站 目前哈尔滨南 苏家屯 沈阳西 山海关 丰台西 石家庄 郑州北襄樊北 徐州北 济南西 南京东 南翔 阜阳北 鹰潭 株州北等均已采用 67 二 作业控制与管理 1 TDCS TrainOperationDispatchingCommandSystem 2 运营管理自动化 调度指挥管理系统 68 可编辑 传统行车调度 传统行车调度指挥方法与行车调度自动控制对比 调度电话为主 缺点 延时 错误率高 效率低 69 可编辑 TDCS特点 调度办公 无纸化行调台延续多年的一张图 一只笔 一把尺 一块像皮的工作模式将被现代化的TDCS行调子系统所替代 调度员通过简单的点击鼠标即可实现运行线的自动铺画 调整 下达阶段计划和调度命令等操作 列车运行的到发点由系统自动采集 实际运行线自动生成 每班的运行图可打印输出 以计算机替代重复 简单的作业环节 减少作业员的工作环节 劳动强度 70 可编辑 流程管理 程序化通过详细描述列调工作中的设备 规则 方式 流程等条件 由程序智能控制作业流程 规范作业过程管理 安全检测 智能化强大的防火墙系统和入侵检测系统保证了TDCS系统作为行车设备的高度安全性 防止黑客的非法入侵和病毒的侵入 71 可编辑 计划调整 自动化针对 小时阶段计划的自动调整 由计算机的自动调整替代调度员人工调整 特别是单线调度区段 极大地减轻了调度员的工作强度 调度员只要把握住几个重点会让策略 进行人工干预 其他工作交给计算机来做就可以了 通过系统自动调整列车会让计划 智能判别列车运行必须满足的逻辑关系 以一定的方式与车站的信 联设备联结 实现对车站设备的直接自动控制 满足调度集中或半集中的需要 72 可编辑 TDCS特点 调度指挥 无声化有了TDCS系统 调度员通过计算机网络来下达和获取相关的信息 实现信息的共享 不在依靠电话的联系 您将会看到一个非常安静的调度所 改善了调度人员的工作环境 调度控制 集中化在调度集中区段 TDCS系统与CTC系统结合可以做到几百公里之外的车站全部由调度所来集中控制 调度员在调度台上便可直接控制车站的连锁设备 进行远程作业 可作到车站的无人值守 配以计算机辅助调度 可以实现按图排路 使整个运输调度工作跨上一个新台阶 73 可编辑 74 可编辑 背景 TDCS气象预报子系统 2007年2月28日 高达十三级的强风沙掀翻一列从乌鲁木齐到南疆阿克苏的火车 75 可编辑 76 可编辑 77 可编辑 78 可编辑 79 可编辑 80 可编辑 81 可编辑 82 可编辑 83 二 作业控制与管理 2 运行图编制 2 运营管理自动化 列车运行图是利用坐标原理来表示列车运行时空关系的图解形式 列车运行图规定了列车占用区间的次序 列车在每个车站出发 到达或通过的时间 区间运行时分 车站停车时分 列车运行图也就规定了线路 站场 车辆和通信信号等设备的运用与行车有关部门的工作 84 列车运行图的分类 列车运行图的意义与作用 列车运行图是用以表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件 85 可编辑 列车