60年铁路信号的发展历程.doc

60年铁路信号的发展历程在铁路运输的实践中，即使铁路线路、桥梁、机车和车辆等设备条件良好的情况下，也会发生列车冲突和颠覆等重大事故。发生列车冲突的原因可能是两列或多列列车同时占用一个空间造成的；也可能是由于道岔位置不正确而导致列车驶入错误线而造成冲撞；另外，列车速度超过了线路限制速度也会引起颠覆事故。为保证安全，铁路部门在划定的空间入口处设置信号机以指挥列车能否可以驶入该空间。信号机的开放，必须检查线路的空闲、道岔位置的正确和敌对信号的关闭，以防止列车冲突和颠覆等重大事故的发生。因此，在现代铁路运输系统中，除了铁路固定设备(线路、桥、隧)和移动设备(机车、车辆)，还需要铁路信号系统，简称铁路信号，他们构成了铁路运输系统三个不可分割的技术基础。铁路信号系统是为了保证运输安全而诞生和发展的，系统的第一使命是保证行车安全，也可以这样说，没有铁路信号，也就没有铁路运输的安全。1949年以前，我国铁路信号非常落后，没有成形信号制式，东北等铁路沿用日本遗留的初级信号设备，胶东半岛采用德国设备，云南的米轨铁路采用法国制式。没有铁路信号设备生产能力。以手板道岔、人工动作臂板信号为主要手段，信号技术十分落后。1949年后，60年来，随着我国铁路事业翻天覆地的变化，中国铁路信号也已经从零发展成为世界铁路信号的强国。针对我国铁路的不同发展情况，形成了完备的信号制度与制式标准，建立了雄厚的铁路信号生产、研发、设计施工、管理队伍，信号技术从手动机械继电发展到以信息技术为核心电子时代。改革开放以来，特别是铁路六次大提速及近年来的高速铁路、客运专线建设，更是使我国铁路信号产生了根本的变化。今天的现代铁路信号系统，已经成为计算机、现代通信和控制技术在铁路运输生产过程中的具体应用，铁路信号的功能也从传统的保障铁路运输安全的“眼睛”，扩展为保证行车安全、实现集中统一指挥、提高运输效率、改善劳动条件和提升运营管理水平。现代信号技术已成为实现列车有效控制、提高铁路区间通过能力和编组能力、向运输组织人员提供实时信息的必备手段，是铁路的“中枢神经”，是铁路列车提速与发展高速铁路的关键技术之一。在现代铁路运输系统中占有非常重要的地位，成为铁路现代化的重要标志之一。一、 轨旁基础设备的发展1949年前，我国只有手板道岔、人工动作臂板信号等简单的铁路信号设备，解放后，在我国铁路信号研究人员及生产企业的努力下，信号基础设备得到根本改变，色灯信号早已代替了臂板信号，信号显示全部实现了列车控制自动；国铁正线道岔全部采用我国自行研制的电动转辙机，特别是近年来，我国提速线路、客运专线及高速铁路相关道岔，全面使用了牵引力更大、锁闭更加可靠、转换时间更短的交流转辙机（ZD（J）9 系列电动转辙机）及外锁闭装置；我国自行研制的轨道电路广泛应用于铁路车站及区间，实现了列车占用的自动检测，已经上道运用20000多公里的ZPW2000无绝缘轨道电路，还能够向列车传送前方空闲间隔信息，为机车信号及列车控制提供依据；除此以外，正在逐步国产化的、高科技的、点式应答器、GSMR基站等轨旁设备为实现我国列车自动控制奠定了基础。二、 列车控制技术的发展以前的铁路信号是铁路运输的“眼睛”，地面信号向司机提供视觉信号，但由于地形和气候条件的影响，司机往往不能在规定的距离上及时瞭望到前方信号机的显示，因而有产生冒进信号的危险。因此，我国开发推广了机车信号设备及列车自动停车ATS（Automatic Train Stop）设备，将地面的视觉信号引入司机室，改善了司机瞭望条件，当地面信号的“禁止命令”未被司机接受就强迫列车自动停车。近年来，JT1-CZ2000型主体化机车信号与站内电码技术的的发展，使列车的驾驶更为容易。为了提高列车运行的安全性，我国自行研制了LKJ运行监控记录装置并在所有机车推广使用。随着铁路运输的任务越来越重，列车运行速度越来越高，特别是高速铁路、客运专线的发展，保证运输安全的问题也越来越突出。完全靠人工瞭望、人工驾驶列车已经不能保证行车安全了，即使装备了机车信号和自动停车装置，也只能在列车一般速度运行条件下保证安全，无法实现高速列车的安全保证，因为它们不能防止超速行车和冒进信号的现象。因此，需要研究列车运行控制系统，实现对列车间隔和速度的自动控制，提高运输效率，保证行车安全。要实现上述目标，不是简单的设备改进可以完成的，需要解决许多关键技术问题，例如：车地之间大容量、实时、可靠信息传输，列车定位，列车精确、安全控制等。需要车载设备、轨旁设备、车站控制、调度指挥、通信传输等系统良好的配合才能实现，以现代列车运行控制技术为核心的信号系统可以称为现代铁路信号系统。为了适应铁路跨越式发展战略，2003年10月，铁道部主持制定了中国列车控制系统(CTCS)技术规范总则(暂行)和相应CTCS技术条件，以分级的形式满足不同线路运输需求，在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行的安全。CTCS划分为5个等级，依次为CTCS0CTCS4级，以满足不同线路速度需求。 CTCS0级为既有线的现状，即由目前使用的通用式机车信号和运行监控记录装置构成。 CTCS1级为面向160kmh以下的区段，由主体机车信号和加强型运行监控记录装置组成。它需在既有没备的基础上强化改造，达到机车信号主体化的要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控。 CTCS2级为面向干线提速区段和200-250KM/H客运专线，采用车地一体化设计，基于轨道电路传输信息的列车运行控制系统。适用于各种限速区段，机车乘务员凭车载信号行车，地面一般设置通过信号机。 CTCS3级为面向300-350KM/H及以上客运专线和高速铁路，基于无线通信网GSM-R传输列控信息，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。点式设备主要传送定位信息。 CTCS4级为面向高速铁路或特殊线路，是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，不设通过信号机，由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查.，实现虚拟闭塞或移动闭塞。上述技术规范及技术标准的制定，为我国列控系统的发展奠定了坚实的基础。2007年我国研制的CTCS2级列控系统也开始成功应用于胶济线160KM/H提速线路和合宁线、合武线等200-250KM/H客运专线，CTCS-3D(ETCS-1系统叠加CTCS2功能)成功应用于北京至天津城市客运专线，CTCS-3级列控系统即将应用于武广、郑西等300KM/H以上的客运专线。铁路信号已经从最初阶段提供“视力”的传统信号逐步演变成为一个列车闭环自动控制系统。图1 列车控制技术发展历程三、 区间闭塞技术的发展在铁路运输中，为了解决安全行车间隔问题，产生了闭塞技术及相关区间信号技术。1949年以来，我国区间信号技术经历了电气路签、电气路牌闭塞，二十世纪六十年代，我国信号专家采用继电电路设计了64D型继电半自动闭塞，提高站间闭塞的效率，保障了列车运行安全。为了提高运输能力，行车密度逐步增加，我国相继研制了4信息移频自动闭塞、交流计数自动闭塞、极频自动闭塞，使得组织追踪运行成为可能，增加了列车密度。双线自动闭塞提高通过能力尤为明显,按8min、7min、6min间隔计算，每昼夜平行运行能力，由半自动闭塞的70对分别提高到180对、205对、240对，目前在装备有CTCS2级列控系统的四显示多信息自动闭塞可以使追踪间隔缩短至3min。目前中国铁路自动闭塞区段已超过3万公里，占全国铁路运营里程的40%以上。我国青藏铁路采用无线定位方式(卫星定位GPS )来进行列车定位并通过GSM-R实时连续无线通信方式进行车地间信息交换，实现了不设轨道占用检查的虚拟闭塞。目前我国铁路正在武广、郑西等300KM/H以上的客运专线安装基于无线通信自动闭塞的CTCS3系统，用无线通信技术取代轨道电路实现信息传输，列车通过相应的地面设备，如信标灯、应答器，可以获知自身的位置及速度等信息，通过无线通信网络将位置、车次、列车长度、实际速度、制动潜能、运行状况等信息以无线的方式发送给地面控制中心或无线闭塞中心RBC；地面控制中心追踪列车并发送移动权限、允许速度、限速、紧急停车等命令，实现基于无线通信的自动闭塞。可以取消地面信号机。四、 车站联锁技术的发展车站是列车交会和避让的场所，在车站内有许多线路，这些线路的两端，都以道岔连接着。根据道岔的不同位置而组成不同的进路，列车或车列是否能进入进路，是用信号机来指挥的。如果信号机显示的信号与道岔的开通位置不同，就有可能发生行车事故。为了保证安全，就必须使信号机、进路和道岔三者之间有着一定相互制约关系，这种关系称为联锁。1949年以前，我国铁路主要是非集中联锁或采用机械槽口技术，咽喉通过能力低且安全性很低，1949年以后，我国铁路经历了机械槽口技术及电气衔铁联锁技术，二十世纪六十年代，我国信号专家采用继电安全型继电器技术设计了6501、6502型电气集中联锁系统，并逐步淘汰了机械联锁方式，成为我国车站联锁的中流系统，电气集中与非集中联锁比较，使我国铁路咽喉通过能力提高50%-80%，到发线通过能力提高15%-20%。20世纪80年代，铁道部科学研究院、通信信号总公司研究设计院等单位相继展开了计算机联锁控制系统的研制工作。1984年，通信信号总公司研究设计院研制生产出了国内第一个车站计算机联锁控制系统，并成功地应用于地方铁路，填补了我国计算机联锁控制系统的空白。1989年，铁道部科学研究院研制生产的计算机联锁控制系统在郑州北编组站开通使用，使计算机联锁控制系统首次应用于国有铁路。1994年，铁道部科学研究院、通信信号总公司研究设计院研制的计算机联锁控制系统分别在哈尔滨铁路局平房站和上海局交通站开通使用，这是我国铁路首次将国有的计算机联锁设备应用于铁路客货列车通过的车站。目前，计算机联锁控制系统已经处于实用阶段，随着实践经验的积累，系统的性能也在不断提高，计算机联锁系统已经装备了近2000 个车站。五、 编组站综合自动化技术的发展铁路编组站是铁路枢纽的核心，是车流集散和列车解编的基地，常有“列车工厂”之称。据统计，货车一次全周转时间中，在车站作业和停留的时间约占70%。货车从装车到卸车，平均要进行56次调车作业，其中在编组站作业停留的时间占30%以上。因此，铁路编组站调车控制设备的发展，对于提高作业效率和缩短车辆周转时间有重大意义。1913年美国研制的调整车组溜放速度的第一台减速器问世,使驼峰调车技术设施有了突破性发展。我国1958年利用“平地起包”开创了重力调车技术，随着我国车辆减速器研制成功，1960年，苏家屯建成我国第一个机械化驼峰；由于电子技术和计算机技术的发展，调车驼峰上的技术装备也不断更新发展，1970年，丰台西建成我国第一个半自动化驼峰， 1984年，南翔建成我国第一个利用国产小型计算机控制的自动化驼峰；1989年，郑州北建成我国第一个自动化编组站，其中的自动化驼峰利用微机控制；19921994年，TWK-1型驼峰溜放速度控制系统、驼峰微机分线控制系统、微机可控顶调速系统相继通过鉴定；随后TBZK系统、TW组态系统和FTK等驼峰过程控制系统逐步成熟并推广；2003年，全新概念的成都北综合自动化编组站开始建设；2006年，武汉北综合自动化编组站动工。根据铁路“跨越式发展”的总体目标：2010年全国路网性编组站建成综合自动化，2020年全国中、小能力的驼峰建成自动化。六、 调度指挥技术的发展铁路运输效率的提高不仅需要良好的车站、列车控制设备，还需要良好的调度指挥系统的组织与管理。以前，调度员依靠一台电话、一张图、一支笔的传统手工方式来编制运行计划并组织行车的，调度效率低，限制了运输效率的提高，影响了铁路能力的发挥。二十世纪六十年代以后，为了使调度中心(调度员)能够实时掌握管辖区段范围内的列车动态并能够对信号设备进行集中控制，我国相继开发应用了DD1、DD2、D4D调度集中系统，后来由于可靠性有效性等问题，这些系统陆续下道，改革开放以来，