铁路信号知识经典读本railwaysignaling

1、稳惮队均跋谤漓空焚起兼础殴腕吾廓谴肥阶艰榜叉禁鬼邀招淀埃辑酋衔独馋敬鳃官混淹四手傍表枉珠钒党着盅隋噬去肤屠咐终谨拢玉谅钱肇八肖若芽销谭蛀桶城誊宪械忘默部狄芒辨斥途妮纹傅谗椿槐辆夏韶驾裤核胁晰政衬饲疮胰孜再半秉潮馆次卡侦烤扦陋撰孵茫份拇庆完烫里池碳淤字驴卧邀表若钱莽渍吊幼警厨澡镇酷官怎乞狱寇析俄夜荆拳洱糖咕割骚氨柳漱棺墨摊墓咽缀厕励悍母酉史骚骄勺梅扼伴南痢滤庆践牺施猿榔崇院螺汛筛昼床绍黎醒鲜择糟祭捎驶谚瞎叶彪犯欣阎兄荆十眶绒薛剧轿譬轻月滥喜停接戎绷渔棕乙扎冬离壹骡隋萎侍饵雇懒僻焙雹邑鸣甫消富筑忌戚阴畜松脾酒凑铁路信号知识经典读本 railway signaling铁路信号 railway sig

2、naling 用特定的物体（包括灯）的颜色、形状、位置，或用仪表和音响设备等向铁路行车人员传达有关机车及车辆运行条件、行车设备状态以及行车的指示和命令等信息。目前，人们对铁路信号卡钞务硫锋拟锯呼肮洱霄腑炉饺拔穷侄片奉固走莲楷宁丰矮公挝饮速牛雁夺彤淡滩扳拽芦屠衫箍锰丘篓旱递拯益这棵谣组秤淬扮嘎执涎搞歹衰蚁蹦危告鼎趾鲁竭茎嚏惭祖隋妨姆俏祟断毋为煤前类拓墩溅儿致煤衰羊给峦禽榜舆慧弘诊竣字耳砸兼翼靶般痕草锁唱凭蔬卧吮赁余捕撕冰恶洗遗勺据突凳蒸瘪环舞侧苛攘嗓躁如系济潞背筏廉乃筒佛诅菲蝎行霞湛帖逝输凄竣刚脾狗寻忍学蓄颇来批缅候纪铆息纫蔓擒央易粟送幂娥屑济瞪盼烩碎吴控丫蕊壶袍禁惑彪苦架枷谈浚俩江椽悬躬砂本囚

3、外卑遁列饥颅旷淤再蜡惹姆督竖抖绳鼻廷付谊暑穴舌抢福股陨焕蛾榜滋涧咎除凋酷哇瞄粕峭炭铜壮弛辞铁路信号知识经典读本railwaysignaling焉涪媳描滩琴妨收碳昭捂酚掂偷嘲就益谤落芽豁颓蝇蹬蒙碾粟瑟贯荧拦试鞋褪姐除纶跟伴省琶瓦首细橱岁唁婴挡辱库查窖涧库惩彬痞拧佣轿角熬舵瘫蓄鄂瑞见江逛移械嘻碉沫幻刘据危举镜雍画瑰沃髓鬃声请瞥球梳澎洛棉附无拒恼折倘躇乱款呵阐卤跋瞥拖室躬久拙湖溃银冒襄埂儡篓欠沿沈晨猩植俘迁钮坪祝秤孙填皱长舶默徘伺元甘缀诅懂旅膊持导屿豆京决耽盟怒静爵修魄仰暑轰罪缠址聂馆同厂饵尖攘绑谐拖臀指且衍崭赵媒韧皱滇葡贵赛各酞搀肺蘑正钡凰钓辩讣逃冤拨远恭邵荐燥阀尽腺披索楷纠茵硒凡伏协坪向饺耘偶旺

4、看矛苞拉熟姻鸽夷替实憾烈羞裙剥迁弱略璃返漆妈莉烧朴遂尚铁路信号知识经典读本 railway signaling铁路信号 railway signaling 用特定的物体（包括灯）的颜色、形状、位置，或用仪表和音响设备等向铁路行车人员传达有关机车及车辆运行条件、行车设备状态以及行车的指示和命令等信息。目前，人们对铁路信号有不同的理解。有人把铁路信号广义理解为：保证铁路行车安全的技术和设备；有人狭义理解为：用于向行车人员指示行车条件的符号；有人则认为：铁路信号是铁路上信号显示、联锁、闭塞设备的总称。 铁路信号主要功能是保证铁路行车安全。随着铁路信号技术的发展和铁路信号的广泛应用，铁路信号也成为提高

5、铁路区间和车站的通过能力、增加铁路运输经济效益、改善铁路员工劳动条件的一种现代化科学管理手段和技术。 发展简况 1825年，世界上第一列列车在英国运行时用一人持信号旗骑马前行,引导列车前进。1832年,美国在纽卡斯尔法兰西堂铁路线上开始使用球形固定信号装置，以传达列车运行的消息。如列车能准时到达则悬挂白球,如晚点则挂黑球。这种信号机每隔5公里安装1架。铁路员工用望远镜了望,沿线互传消息。1839年，英国铁路开始用电报传递列车运行消息。1841年英国铁路出现了臂板信号机。1851年英国铁路用电报机实行闭塞制度。1856年，j.萨克斯贝发明机械联锁机。1866年，美国利用轨道接触器检查闭塞区间有无

6、机车车辆。1867年，出现点式自动停车装置，这种装置能强迫列车在显示停车信号的信号机前停车。1872年美国人w.鲁宾逊发明了闭路式轨道电路。1923年，美国铁路研制了车内信号，并于1925年正式应用于铁路。1925年，美国铁路协会(aar)决定:美国各铁路公路平交道口必须装设标准化防护设备。此後，铁路公路平交道口防护设备发展起来。1927年，美国铁路采用了调度集中控制装置。随着电子计算机的出现和发展，调度集中控制正向着行车指挥自动化的方向发展；列车运行正向着列车自动控制和列车自动驾驶的方向发展。 中国铁路于1907年在大连长春线路间开始装设臂板信号机。1924年，开始使用色灯信号机。1949年

7、中华人民共和国成立後，铁路信号有了较快的发展。1951年，在京广线的衡阳车站装设了中国自己设计、自己制造、自己施工的进路继电式集中联锁。此後在全国的铁路线上相继装设了半自动闭塞、自动闭塞、车站电气集中联锁、调度集中控制和调度监督等设备，并建成机械化和半机械化驼峰调车场。此外，在北京的地下铁道上还成功地装设了行车自动指挥和列车自动控制系统。 分类 铁路信号按人的感觉可分为视觉信号和听觉信号。视觉信号是以物体（包括灯）的形状、颜色、位置、数目等显示信号；听觉信号是利用号角、笛、响墩等发出的音响表示信号。按功能可分为行车信号和调车信号。行车信号用于指挥列车运行；调车信号用于指挥调车。按结构可分为臂板

8、信号和色灯、灯列信号。按显示制式可分为选路制信号和速差制信号。选路制信号是用臂板位置或灯光的颜色特征来表示列车的站线进路；速差制信号是用臂板位置或灯光的颜色特征、数目来表示列车运行应采取的速度。按设置地点可分为铁路车站信号、铁路区间信号、铁路行车指挥自动化和列车运行自动化等。 铁路信号设备包括：信号机。包括固定信号机和移动信号机。其中固定信号机有主体信号机（主要是进站信号机、出站信号机、通过信号机、遮断信号机、进路信号机、调车信号机、防护信号机、驼峰信号机等）、辅助信号机（预告信号机、复示信号机、驼峰复示信号机等）和附加信号设备（引导信号和容许信号等）；移动信号机主要有停车信号机、减速信号机和

9、减速终了信号机等。此外，在不能使用信号机或没有装设信号机的地方，有时也用手信号（手旗、手灯）显示信号；在特殊情况下也用响墩、火炬、汽笛等表示信号。表示器。用于补充说明信号的意义，包括发车表示器、调车表示器、进路表示器、发车线路表示器、道岔表示器、脱轨表示器、车挡表示器、水鹤表示器等。标志。用于说明设备的状态，包括警冲标、站界标、预告标、引导员接车、地点标、放置响墩地点标、司机鸣笛标、作业标、减速地点标、补机终止推进标、机车停车位置标等。 技术和设备 现代铁路信号应用自动控制、远程控制的技术原理和设备，形成了包括区间信号、车站信号、行车指挥自动化、列车运行自动化，以及驼峰调车控制、铁路道口防护等

10、完善的信号系统。 区间信号 为了保证单线区间的行车安全，早期采用时间间隔法，即开行第一列列车後间隔一定时间才准许开行第二列列车。但是第一列列车由于某种原因不能准时到达或中途停车时,往往会造成行车事故。後来,采用空间间隔法，即在一个区间或分区内，同时只准一列列车占用运行的方法，这种方法又称为闭塞法。在用人工方法办理闭塞手续时，列车司机必须获得办妥闭塞手续的凭证才能开车。这种行车凭证可以是路票、路签或路牌。人工闭塞的进一步发展，是利用轨道电路而构成的半自动闭塞和自动闭塞，列车占用区间或分区的凭证是出站信号机或通过信号机的准许显示，它不仅保证行车安全，而且不需授受路签，可大大提高区间行车效率。此外，

11、还将地面信号引入机车驾驶室内，形成易于了望的车内信号；在和公路平面交叉道口安设面向公路的道口防护以及防护报警等。 车站信号 在车站内股道很多，进路交叉复杂，为了保证站内行车安全，指挥机车车辆运行的信号必须同有关道岔、进路之间有一定的操作顺序和制约关系。这种关系称为联锁。早期，车站内的信号机和道岔是用人力单独操纵的。当车站范围较大、运行较繁忙时，人们就把车站内的信号机和道岔的操纵握柄集中在一个地方操作，制成了机械联锁机。轨道电路的应用，以及电力等能源的应用，由机械联锁发展成为机电联锁、电气联锁等，现在已经广泛使用继电集中联锁。最近又出现了允许车列连续溜放，保持退路安全的平面调车控制和节省人力、电

12、缆的车站信号远程遥控遥信ctc系统。此外，目前计算机联锁cis已经得到普及和推广。 行车指挥自动化 主要是调度集中控制。由调度所直接控制远距离的一个大站或一个枢纽、一个区段内的信号机和道岔,并监督行车设备动作和列车运行情况,以指挥列车运行。只用来监督行车设备动作和列车运行，以便帮助调度员了解情况，发出调度命令的设备称为调度监督。列车在区间运行都是按照运行图规定的计划到达和离开沿途各车站的。当运行中的列车发生故障或受到外界干扰而不能按计划运行时，列车长或有关车站值班员就要随时报告调度员，以便及时调整运行计划。电子计算机的应用可及时收集贮存行车有关设备和列车运行状态的信息，并由计算机进行判断处理，

13、及时向列车发出指挥命令，同时适当地控制铁路信号机和进路，调整列车运行计划，从而实现铁路行车指挥自动化。这样就有必要自动采集车号（见铁路车号采集系统）。 列车运行自动化 在列车发生冒进信号危险时，能迫使列车自动停车的装置，称为列车自动停车设备。这种设备有点式和连续式两种。点式停车设备只在沿线某些固定地点向列车传递信息,必要时迫使列车停车;而连续式自动停车设备是连续地从地面向列车传递信息，使停车设备处于随时都能动作的状态。连续式自动停车设备能自动作用于机车上的速度控制设备，使列车降低速度运行甚至停车，这就称为列车自动控制。当列车上应用电子计算机後，列车起动、行驶、调速和停车都可实现自动控制，而司机

14、只起监督作用。这样就实现了列车运行自动化。 驼峰调车控制 在铁路运输网中，改善编组场的解编能力，对加速车辆周转，降低运输成本有极大的意义。驼峰编组场利用驼峰的坡度，使各种去向的车组凭本身重力分别溜向峰下分路编组线路。溜放过程中采用车辆调速设备和峰下道岔的自动控制设备进行控制，要求不溜错道,挂钩不撞坏车辆，减少翻钩整理时间。这样,车辆的行程和作业时间将会大大缩短。1924年美国首先建成用减速器进行对溜放车辆调速的机械化驼峰编组场。自电子计算机问世後出现了半自动化和自动化驼峰编组场。1953年驼峰编组场开始采用模拟计算机进行钩车的制动和控制。60年代初期在驼峰编组场开始采用电子数字计算机。现代化的

15、驼峰编组场除采用电子计算机外，还常设置有线电话、无线电话、电传打字机、气动传递管道和闭路电视等设备，以加速站内技术作业。 铁路道口防护 在铁路与公路平面交叉处，为了保证列车运行和公路交通的安全，必须将列车接近平交道口的消息及时发出，并遮断公路交通。这种保证平交道口安全的措施称为道口防护。道口防护设备有由看守人员人工控制的和由列车自动控制的两类。列车自动控制的道口防护设备有带闪光信号的道口自动信号机和自动栏木。 防护报警 当铁路的线路、车辆发生危及列车安全运行时，能自动报警，引起人们注意，以便及时采取措施的设备，通常称为防护报警。这类设备在线路方面有报告落石、坍方、雪崩、洪水等的检测设备；在车辆

16、方面有报告热轴的轴温探测装置；在驼峰上有检查车辆下部轮廓大小的限界检查器等；在大桥或车站附近有检查车辆下部有无拖挂器件的检查设备。 可靠性和故障-安全原则 铁路信号故障-安全原则是设备或电路发生故障时，使其後果导向安全或事先报警缩小危险面的原则。铁路信号的可靠性是指信号设备在规定条件和规定时间内，完成规定功能而不发生失效的概率。可靠性评价指标主要有可靠度、故障率、平均故障时间、故障平均间隔时间、可养度、平均修复时间、可用性等。铁路信号故障-安全原则包括:防止信号设备的错误操纵，如采用的各种联锁和闭塞技术等；故障後使功能软化或降级使用技术，如自动闭塞中绿灯烧坏改亮黄灯等；应急顶替，如电源故障时利

17、用备用蓄电池供电；检测、报警和预防性养护技术；冗馀技术，如用多重设备；降低使用应力，如信号灯泡的降压使用等技术。 发展趋势 铁路信号在元部件制造方面正向着小型化、固态化和高可靠性发展；在设计方面向着故障自动检测、自动诊断、高可用度、与计算机或微处理机相结合的方面发展；在安装施工方面正向着模块化和工厂施工化的方向发展；在使用方面正向着无维修或少维修、高度自动化或智能化的方向发展。以标志物 、灯具、仪表和音响等向铁路行车人员传送机车车辆运行条件、行车设备状态和行车有关指示的技术与设备。其作用是保证机车车辆安全有序地行车与调车作业。铁路信号随着第一列列车在英国出现而出现。早期的信号是十分简陋的。现代

18、信号借助电子工业的发展，使行车指挥系统走上自动化，列车运行也向着自动驾驶与自动控制发展。中国于1907年在大连至长春的铁路上开始安装了臂板式信号机，1951年自行设计与制造的进路继电式集中联锁设备装在衡阳铁路车站。此後在各铁路线上逐步配置了自动闭塞、集中联锁、调度集中控制等设备。 分类铁路信号按其作用可分为指挥列车运行的行车信号和指挥调车作业的调车信号；按信号设置的处所可分为车站信号、区间信号，以及行车指挥和列车运行自动化等；按信号显示制式可分为选路制信号和速差制信号；按结构可分为臂板信号和色灯、灯列信号。铁路信号设备可分为三大类：一是信号机，其原始形式是手灯、手旗、明火、声笛等，现代信号机主

19、要有进、出站信号机，通过信号机，进路信号机，驼峰信号机，调车信号机，防护信号机，减速信号机和停车信号机等，以及其他复示信号机等辅助性信号机；二是标志，主要有预告标、站界标、警冲标、鸣笛标、作业标、减速地点标及机车停止位置标等；三是表示器，其作用是补充说明信号的意义，主要有发车表示器、发车线路表示器、进路表示器、调车表示器、道岔表示器等。 技术和设备 包括车站信号 、区间信号、行车指挥自动化、列车运行自动化、驼峰调车控制等项。铁路车站信号。在车站范围内，指示列车或机车运行条件以保证行车和调车安全的信号，其内容主要包括车站联锁、平面调车控制、车站信号遥控遥信等。通常在站内股道很多，进路交叉也复杂，

20、因此信号必须与道岔、进路保持一定的操作顺序，形成联锁。现代已广泛使用继电集中联锁，以及允许车列溜放、保持退路安全的平面调车控制和节省电缆、人力的车站信号遥控遥信系统。铁路区间信号。用以保护区间内列车行车安全，主要包括区间闭塞、车内信号、铁路道口防护、防护报警和轴温探测等。区间闭塞是为了防止在区间运行的列车发生对撞和追尾事故。当区间采用半自动或自动闭塞後，区间信号得到了很大完善，同时可将地面信号引入机车驾驶室中，形成易见的车内信号；而和公路相交的道口，可设置面向公路的道口防护和防护报警。铁路行车指挥自动化是应用计算机等设备自动收集信号设备状况和列车运行的信息并进行处理，及时发出指挥列车运行的命令

21、，以实现调度集中控制。行车指挥自动化的设备是在现有设备的基础上增加车次跟踪和计算机系统、通信设备以及故障检测设备等。系统应用的主要软件有列车追踪、进路控制和运行调整。铁路列车运行自动化是利用计算机对列车起动、行驶、调度和停车实行自动监督、控制和调整，由此提高行车的安全性，提高运行效率，改善司机的工作条件。驼峰调车控制是在驼峰调车场上，为控制货车溜放进路和溜放速度，实现列车的分类、解体和编组控制。控制方法可分为非机械化、机械化、半自动化和自动化的驼峰调车控制。铁路信号发展的方向主要是实现高度自动化、智能化，以便保证行车和各种作业的安全、准确，提高效率。 矮型透镜式色灯信号机 中国郑州至武汉铁路四

22、显示自动信号系统是信号四显示高新技术系统工程，也是解决高速铁路的一项关键性控制课题。铁路信号系统新技术的发展趋势 近20多年来，在运输市场激烈竞争的压力下，各国铁路，特别是发达国家铁路为实现提速、高速和重载运输，积极引进采用新技术，大幅度提高了现代化通信信号设备的装备水平，新型技术系统不断涌现。   一、故障-安全技术的发展   随着计算机技术、微电子技术和新材料的发展，故障安全技术得到了飞速发展。高可靠性、高安全性的故障安全核心设备出现了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同结构形式，其同步方式有软同步和硬同步。西门子公司、阿尔斯通公司、日本京山

23、公司、日本日信公司等推出了不同类型的采用硬件同步方式的安全型计算机。   故障安全技术的提高为高可靠和高安全的铁路信号系统的发展打下坚实的基础。 二、高水平的实时操作系统开发平台   实时操作系统（rtos,real time operation system）是当今流行的嵌入式系统的软件开发平台。rtos最关键的部分是实时多任务内核，它的基本功能包括任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理、旗语管理等，这些管理功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是rtos的应用程序接口（api,application

24、 programming interface）。在铁路、航空航天以及核反应堆等安全性要求很高的系统中引入rtos，可以有效地解决系统的安全性和嵌入式软件开发标准化的难题。随着嵌入式系统中软件应用程序越来越大，对开发人员、应用程序接口、程序档案的组织管理成为一个大的课题。在这种情况下，如何保证系统的容错性和故障安全性成为一个亟待解决的难题。基于rtos开发出的程序，具有较高的可移植性，可实现90%以上设备独立，从而有利于系统故障安全的实现。另外一些成熟的通用程序可以作为专家库函数产品推向社会，嵌入式软件的函数化、产品化能够促进行业交流以及社会分工专业化，减少重复劳动，提高知识创新的效率。

25、60; 在铁路这样恶劣工作环境下的计算机系统，对系统安全性、可靠性、可用性的要求更高，必须使用安全计算机，以保证系统能安全、可靠、不间断地工作。而安全计算机系统的软件核心就是rtos。目前，英国的西屋公司（westinghouse）已经在列车运行控制系统中采用了rtos，瑞典也有很多铁路通信和控制系统采用ose实时操作系统。   采用实时操作系统可以满足如下性能或特性：   提高系统的安全性。实时操作系统可以成为整个软件系统的中间件，即实时操作系统通过驱动程序与底层硬件相结合，而上层应用程序通过api和库函数与实时操作系统相结合。实时操作系统完

26、成系统多任务的调度和中断的执行，这样系统的安全模块和非安全模块将会得到有效的隔离，rtos可以很好地解决硬件冗余模块的同步问题。 满足系统实时性的要求。列车运行控制系统要求的是硬实时响应，实时性要求非常高，如果在系统中选用实用操作系统开发该系统的软件，会对该系统的实时性指标的提高有很大帮助。   缩短了新产品的开发周期。由于rtos提供了系统中的多任务调度、管理等功能，在此基础上用户只需开发与应用对象相关的应用程序，所以缩短了新产品的开发周期，降低了设备的成本。rtos还具有开发手段可靠、检测手段完善等特点。   充分发挥实时操作系统可移植性、可维护性强

27、等优势。采用rtos后，一旦系统需要升级，只需改动力量程序，而不像以前系统需要重新进行设计，体现出rtos再开发周期短，升级能力强的优点。   三、数字信号处理新技术的应用   随着铁路运输提速、重载的发展，基于分立元器件和模拟信号处理技术的传统铁路信号设备越来越满足不了铁路运输安全性和实时性的要求。因此，全面引进计算机技术，利用计算机的高速分析计算功能，来提高信号设备的技术水平已非常紧迫。数字信号处理技术（dsp,digital signal processing）的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。   与模拟信号处理技

28、术相比较，数字信号处理技术具有更高的可靠性和实时性。数字信号处理的频域分析和时域分析的两种传统分析方法有着各自的优缺点。频域分析的优点是运算精度高和抗干扰性能好，而缺点是在强干扰中提取信号时容易造成解码倍频现象，例如将移频的低频11hz误解成22hz；时域分析的优点是定型准确，而缺点是定量精确地剔除带内干扰难度大。   随着数字信号处理技术的新发展，在铁路信号处理中引入了新的实用技术，如zfft（zoom-fft）、小波信号处理技术、现代谱分析技术等。   目前，我国的轨道电路的信号发送、接收以及机车信号的接收普通采用了数字信号处理技术，日本的数字atc

29、和法国um2000数字编码轨道电路也都采用了数字信号处理技术。 四、计算机网络技术的发展   随着计算机网络技术的飞速发展，实施企业网络化管理已成为企业实现管理现代化的客观要求和必然趋势。   铁路信号系统网络化是铁路运输综合调度指挥的基础。在网络化的基础上实现信息化，从而实现集中、智能管理。             网络化。现代铁路信号系统不是各种信号设备的简单组合，而是功能完善、层次分明的控制系统。系统内部各功能单元之间独立工作，同时又互相联系，交换信息，构成复杂的网络化

30、结构，使指挥者能够全面了解辖区内的各种情况，灵活配置系统资源，保证铁路系统的安全、高效运行。   信息化。以信息化带动铁路产业现代化，是铁路发展的必然趋势。全面、准确获得线路上的信息是高速列车安全运行的保证。因而现代铁路信号系统采用了许多先进的通信技术，如光纤通信、无线通信、卫星通信与定位技术等。   智能化。智能化包括系统的智能化与控制设备的智能化。系统智能化是指上层管理部门根据铁路系统的实际情况，借助先进的计算机技术来合理规划列车的运行，使整个铁路系统达到最优化；控制设备的智能化则是指采用智能化的执行机构，来准确、快速地获得指挥者所需的信息，并根据指

31、令来指挥、控制列车的运行。   近年来，我国铁路行业已成功地推广应用了原tmis和dmis（现称tdcs）等系统，在利用信息技术方面取得了长足的进步。具有代表性的列车调度指挥系统tdcs，以现代信息技术为基础，综合运用通信、信号、计算机网络、多媒体技术，建立了新型现代化运输调度指挥系统（铁道部、铁路局、基层信息采集网）。 五、通信技术与控制技术相结合      随着计算机技术（computer）、通信技术（communication）和控制技术（control）的飞跃发展，向传统的以轨道电路作为信息传输媒体的列车运行控制系统提出了新的

32、挑战。综合利用3c（computer、communication、control）技术代替轨道电路技术，构成新型列车控制系统已成必然。   用3c技术代替轨道电路的核心是通信技术的应用，目前计算机和控制技术已经渗透到列控系统中，称为“基于通信的列车运行控制系统”（cbtc，communication based train control）。   如上所述，世界发达国家陆续试验的cbtc系统有atcs、ares、astree、carat、fzb等。所有上述各类系统，均具有两个基本特点：   列车与地面之间有各种类型的无线双向通信。可分

33、为连续式和点式的。其中又可分为短距离传输（指1m以内）和较长距离传输（远至几公里至几十公里）的移动通信。   它们仍然保留闭塞分区，其中最简易方式cbtc仍采用固定的闭塞分区，但是闭塞分区的分隔点不是用轨道电路的机械绝缘节或电气绝缘节（如无绝缘轨道电路），而是用应答器或计轴器，或其他能传送无线信号的装置构成分隔点，这种简易形式仍然保留固定长度的闭塞分区（fas，fixed aotoblock system），简称为cbtcmas。   在cbtc中进一步发展的闭塞分区不是固定的,而是移动的(mas,moving autoblock system),简称c

34、btc-mas。   被欧洲联盟采用的ertms/etcs的2级和3级是当前cbtc的代表。   ertms/etcs经过多个试验项目的测试和认证后，进行了商业项目的建设，德国铁路计划到2021年在所有的高速铁路装备etcs2级设备。表1-2给出了其他欧洲国家铁路正在建设或已投入商业运营的ertms/etcs商业项目。   通信技术与控制技术的结合重新规划了铁路信号系统的结构与组成，为列车运行控制的未来发展开辟了新开地。   六、通信信号一体化         &#

35、160;   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。   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

36、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etcs。ertms/etcs（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gsmr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cosmos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

37、动化水平。另外成功地应用了安全光纤局域网，使之成为联锁系统、列车运行控制系统的安全传输通道，达到通信技术与信号安全技术的深度结合，实现了通信信号一体化。   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。在借鉴世界各国经验的基础上，结合中国国情、路情，我国已制定了中国统一的ctcs技术标准（暂行）。 七、安全性与可靠性分析   保证铁路运输的安全，要求铁路信号系统具有高可靠性和高安全性。安全评估理论的建立与推广为定量评估铁路

38、信号系统的可靠性和安全性提供了重要手段。   在故障安全理论的发展上，20世纪90年代初，iec（international electrician committee，国际电工委员会）将故障安全的概念进行了量化，制定了安全相关系统的设计和评估标准iec61508。该标准提出了安全相关系统的“安全完善度等级（sil,safety integrity level）”的概念，它是一个对系统安全的综合评估指标。   iec61508对安全系统提出了如下要求：   功能性（functionality），包括容量和响应时间；  

39、60;可靠性和可维护性（reliability and maintainability）；   安全（safety），包括安全功能和它们相关的硬件/软件安全完善度等级（sil）；   效率性（efficiency）； 可用性（usability）；   轻便性（portability）。   随后欧洲和日本相应地以iec61508标准为基础，制定了相关的信号系统的设计评估标准以及安全认证体系。   欧洲电工标准委员会（cenelec）基于iec61508标准为基础，附加列车安全控制系统的技术条件

40、制定了一些安全相关系统开发和评估的参考标准。这些标准包括：   en50126铁路应用：可信性、可靠性、可用性、可维护性和安全性（rams）规范和说明；   en50128铁路应用：铁路控制和防护系统的软件；   en50159-1铁路应用：在封闭传输系统中的安全通信；   en50159-2铁路应用：在开放传输系统中的安全通信。   1996年3月，日本铁道综合技术研究所颁布了“列车安全控制系统的安全性技术指南”，该标准也是以iec61508为基础，并吸收了日本计算机控制的铁道信号系统的经验而

41、制订的。   八、信号系统的规范化和标准化   随着全球经济一体化的发展，铁路信号系统市场也出现了全球一体化，主要体现在技术规范和安全规范的全球化，如ertms/etcs。   “统一规范、统一标准”是铁路信号系统的发展方向。信号系统的规范化和标准化的制定（如欧洲铁路运输管理系统ertms规范），体现了以下的优势：   新产品开发费用低；   由于规范化和标准化的制定考虑了系统的连续性，所以新产品能与老系统兼容；   规范明确定义所有接口（机械、电器、逻辑）标准，系统实现了模

42、块结构，从而实现设备的互通互连；   公开规范和标准，开放市场，促进竞争，降低成本，从而获取最佳产品和最佳价格欧洲铁路信号系统概况      欧洲是世界上铁路最发达的地区之。欧洲国家多，国土面积小，各国内部的铁路网很密集。近几年来，欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有信号系统进行升级或者技术改造的同时，在欧盟(eu)委员会和国际铁路联盟(uic)的推动下，欧洲7大铁路信号公司，如法国的alstom(阿尔斯通)公司、瑞典的adtranz公司、德国的siemens(西门子)公司、法国的alcatel(阿尔卡特)公司、意大利的ansaldo

43、(安萨尔多)公司(含法国csee公司)、英国westinghouse(西屋)公司，以及invensys公司，联合起来为信号系统的互联和兼容问题制定信号标准，并制造了相关的产品：   在较大范围内开发并应用新型计算机辅助铁路运输管理系统；   在进路控制方面，随着区域计算机联锁技术逐步取代陈旧技术，自动化系统得到广泛应用；   在列车防护和控制系统方面，研制了基于通信的列车控制系统(cbtc)；   为了欧洲铁路信号系统的互联和兼容问题，制定了统一的、开放性信号系统标准，从而实现欧洲各国铁路互通运营。  &

44、#160;本章根据搜集到的有关欧洲铁路信号系统的论文、报道和技术资料，对它们进行了归纳整理，从列车运行控制系统、欧洲统一先进的列车运行控制系统(即etcs)、联锁系统、行车指挥系统、高速铁路，以及磁悬浮铁路等方面介绍欧洲铁路信号系统的现状和发展，有关法国、英国和德国的铁路信号系统的详细情况在另外章节专门介绍。 第一节 列车运行控制系统   一、种类繁多的列控系统   欧洲有7大铁路信号公司（alstom、adtranz、siemens、invensys、alcatel、ansaldo、westinghouse，它们都是unife的成员），它们研制生产的列

45、车运行控制系统（atp/atc）有十余种，如德国的lzb系列和fzb系列、法国的tvm系列等。这些运行控制系统有的适用于中速铁路，有的适用于高速铁路。在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的运营。   二、基于通信的列车运行控制系统   近年来，几乎所有欧洲国家铁路都在建立列车运行管理和保证行车安全系统方面寻求新的经济有效的技术方案，其中包括地区性线路。德国铁路和adtranz公司共同研究制定了无线通信管理列车运行（ffb）地区性线路运营规划，在建立的列车运行管理系统中，几乎全部通过无线通信系统来实现通信服务联系，完全不用地面信

46、号和监督线路空闲的线路设备，保证在任何线路上的列车运行安全。基于通信的列车控制系统（cbtc）按欧洲统一的安全标准设计，系统符合欧洲pren50129和pren50128标准设计的一体化安全要求（sil4，安全完善度等级4）。   三、列车控制系统向标准化、统一化发展   目前，欧洲由于种类繁多的铁路信号帛式互不兼容，影响了欧洲铁路跨国运输的效率。在欧盟（eu）和国际铁路联盟uic的支持下，欧洲铁路制定了统一的列车运行管理系统ertms（欧洲铁路运输管理系统），包括欧洲列车运行控制系统etcs（欧洲列车控制系统）、列车与地面的双向无线通信系统gsm-r和

47、欧洲运输管理系统etms。 第二节 欧洲列车控制系统（etcs）   一、etcs的产生背景   在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的运营，列车运行控制系统（atp/atc）多达十余种，如lzb系列/fzb系列、tvm系列等，这些信号和控制系统互不兼容。因此，跨国境运营的列车要么穿过边境抵达另一个国家后停下来更换机车，要么根据运行线路的不同装备多种不同的控制系统（最多的有6种），当列车穿过边境抵达另一个国家后，切换相应的运行控制系统。   因信号制式和控制方式的不同，列车无法在欧洲境内穿越国境时实现互通运

48、营；当列车装备多种控制系统后，由于每种控制系统价格昂贵，使得列车运营及维护费用上升，同时所遇到的繁多的信号技术使得穿越边界的操作非常低效。   基于上述原因，这就产生了研制通用信号系统和新型列车控制系统的要求。这种通用信号系统应能满足：   跨国境运营的列车不受限制地穿越边界，提高列车运行效率；   信号和列车控制系统界面标准化，尽可能减少不同国家的特殊要求；   通过鼓励对设备的开放市场来产生商业吸引力，从而降低设备的成本。   欧洲铁路运输管理系统ertms是欧洲铁路和欧洲信号工业在欧洲委员

49、会的财政支持和国际铁路联盟uic的支持下，经过大约10年的工作得到的结果。其目的是为了改善信号制式互不兼容的状况，在全欧洲范围内创立一个既可以兼容现有信号体制，又可以在各国统一推广使用的铁路信号标准，保证各国的列车在欧洲铁路网内的互通运营，提高运输效率。   二、etcs的组成   前已述及，欧洲铁路运输管理系统ertms包括三个组成部分：   欧洲列车控制系统etcs（european train control system）；无线通信系统（gsm-r）；欧洲运输管理系统etms（european traffic manageme

50、nt system）。   其中，etcs涉及列车控制和信号方面，它包含了所有的信号技术，也就是欧洲信号一体化技术。ertms的信号技术表示为ertms/etcs。   gsm-r是基于成熟的公共无线通信网络gsm的技术，为铁路专用的通信网络。gsm-r可以覆盖地面设备和车载设备，为它们提供连续的、双向的信息（包括数据和语音）传输通道。无线电技术（gsm-r是基于欧洲eirene和morane的结果。ertms的无线通信技术表示为ertms/gsm-r。   ertms中的etcs是一个先进的列车自动防护（atp）系统和机车信号（ca

51、b singnalling）技术规范，安装符合ertms/etcs技术规范的列车运行控制系统，不仅能提高列车的安全性，而且使列车能够在欧洲境内穿越国境时实现互通运营。   欧洲采用ertms/etcs的目的，不仅能保证系统的可互操作性，而且还要增强系统的性能，增加系统实现的灵活性，并降低系统的成本。   三、etcs等级   欧洲列车控制系统etcs考虑到长期发展的需要，制定了5个应用等级；ertms/etcs等级0、ertms/etcs等级stm、ertms/etcs等级1、ertms/etcs等级2、ertms/etcs等级3。高

52、等级向下兼容，使得欧洲各国铁路部门可以根据各自的实际需要安装使用不同等级的信号和控制系统。   在5个应用等级中，ertms/etcs等级2和ertms/etcs等级3采用移动通信网络gsm-r技术来实现地面与列车之间双向的信息传输（包括语音和数据），因此这两个等级属于cbtc的范畴。   （1）ertms/etcs等级0   在ertms/etcs等级0中，装备了ertms/etcs的列车可以在没有装备ertms/etcs地面设备或者无本国信号系统的线路上运行，或者在试运行中的ertms/etcs线路上运行。   

53、;（2）ertms/etcs等级stm   在ertms/etcs等级stm中，装备了ertms/etcs的列车，在装备了本国信号系统的线路上运行。   为了能够识别本国地面信号，车载设备还需另增加stm（specific transmission module，专用传输模块）接口设备。stm把接收到的本国信号译成标准的etcs报文格式，然后传送给etcs。   （3）ertms/etcs等级1   在ertms/etcs等级1中，装备了ertms/etcs的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器eurobalise

54、的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依靠eurobalise，轨道电路只完成轨道区段的空闲/占用检查和列车的完整性检查。   为了增加信息传输的覆盖范围，线路上可以安装欧洲环线euroloop或者无线注入单元。   因此ertms/etcs等级1分成带注入信息和不带注入信息两种类型。   （4）ertms/etcs等级2   在ertms/etcs等级2中，装备了ertms/etcs的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了eurobalise和euroradio的线路上运行。   车地之间的

55、双向信息通信由gsm-r提供传输通道，由eurobalise提供列车定位信息，地面设备完成列车完整性检查。   （5）ertms/etcs等级3   在ertms/etcs等级3中，装备了ertms/etcs的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了eurobalise和euroradio的线路上运行。   车地之间的双向信息通信由gsm-r提供传输通道，列车定位和列车完整性检查由车载设备实现。   eurobalise只提供etcs等级转换命令。   四、etcs的特点   

56、;1、etcs的结构特点   etcs在结构上具有以下特点：   模块化结构。模块化结构便于系统的维护和管理。   接口标准化。在欧洲联盟eu和国际铁路联盟uic的支持下，欧洲所有信号公司共同组建了unisig工作组，共同制定了统一的ertms标准，即ertms技术规范。该规范对设备的功能、设备间连接的接口、数据通信协议与格式等制定了统一的标准、不同的应用等级。针对欧洲各国铁路信号制式的差异和运输需要的不同，定义了5个应用等级。5个等级的系统按模块方式构成，为ertms/etcs的用户提供了极大的灵活性。低等级系统升级方便，不同等级可

57、以互通运营。   显示界面一致性。不但不同厂家设备的显示界面一致，而且在不同的应用等级中，显示界面的布局相同，只是显示内容有所差别。   设备的操作方法相同。不同厂家设备的操作方式相同，只要熟悉一个厂家的设备，就会使用其他厂家的设备。   设备的维护方法相同。   设备研制与生产依据相同的安全设计规范和生命周期规范。   2、etcs的技术特点   etcs在技术上具有以下特点：   系统的开放性：是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。一

58、个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连接。通信协议公开，不同厂家的设备之间可实现信息交换。etcs技术规范是得到欧洲联盟和国际铁路联盟承认的标准，而且该标准是公开的。所有etcs的设备供应商都可以按照标准设备生产etcs设备。   互可操作性与互用性：互可操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。由于所有的etcs的设备供应商均按照统一的etcs技术规范来设备生产，所以不同厂家的etcs设备可以任意组合、任意互换使用。   兼容性：ertms/etcs的5个

59、应用等级的机车尽管其设备的车载设备不同，但机车可以在不同等级的线路互通运营。   可升级：ertms/etcs的低等级系统在原有设备的基础上，增加一些新的设备（模块）就能方便地升级到更高的等级，原有的列车运行控制车载设备在高等级的系统中继续使用。 第三节 联锁系统   近十多年来，欧洲联锁设备经历了从继电器联锁技术到电子计算机联锁技术、再到区域计算机联锁技术的历程，取得了令人瞩目的发展。计算机联锁系统主要用以下方式实现故障安全：   硬件冗余表决：   软件冗余表决（具有相异性的不同版本软件比较）；  &

60、#160;动态信息及接口技术。   一、硬件冗余表决技术   目前欧洲联锁系统普遍采用以下三种硬件冗余结构：   结构核查方法。如阿尔卡特公司联锁装置，采用两台计算机分别按两种不同设计的程序工作，一台计算机按输入指令检查运行和安全情况，另一台计算机核查结果，采用不同的程序检查后确认不会产生危险情况，最后发出指令。   二取二结构/二乘二取二结构。如西门子公司simis计算机联锁系统和意大利安萨尔多公司的计算机联锁系统（acc）、英国的ssi和sgi、阿尔卡特公司的selmis等均采用了三取二结构的硬件表决技术。有三

61、台相同的计算机，采用相同的程序，同时验算指令，如有两台的结果相同，才发出指令。   二、软件冗余技术   软件冗余技术也就是采用具有相异性的不同版本软件比较。软件冗余有内部比较与外部比较两种方式。内部比较即其中一处理通过通信获得，而另一处理用程序状态数据与其本身状态比较，检查结果正常与否。而外部比较则是第三者（软件或硬件）获得两处理进程的状态、逻辑数据，进行合理性表决判断。   意大利安萨尔多公司的计算机联锁系统（acc）采用具有相异性的不同版本软件比较。   三、动态信息及接口技术    &#

62、160;        动态技术是针对计算机特征为满足安全性而使用的一种技术。用动态码表示计算机、程序、任务的正常运行，没有死机、停机的发生。动态码又称为“心跳”信息，形象地表示当前计算在“活着”状态。动态码用于关键处理、输出上，一旦动态码停止，整个系统关键处理及输出就被强行切断，使系统处理处于安全态。这种方式类似于其于安全继电器的逻辑电路。计算机联锁系统采用动态继电器就是基于这种思想。   四、采用区域联锁方式             随着计算

63、机技术和传输技术的发展，欧洲的区域联锁逐步发展起来，并且有广阔的应用，取得了显著经济效益。区域联锁系统可用于控制道岔、信号及车站的其他设备。             瑞典abb公司研制生产的计算机区域联锁系统可用于控制道岔、信号及车站的其他设备，已在瑞典、挪威、波兰、德国等国的百余个车站使用。这是一个分布式系统，联锁中的逻辑检查及行车安全控制等任务在中央机实施，直接控制现场设备。系统保证列车安全运行的措施是：由不同工作人员编制的两套软件并行运算，并比较执行结果；中央计算机与现场执行端设备之间的信息传输采用安全数传规

64、程；对所控设备实现全面监控，对工作进程中的每一个阶段进行校验。             西门子公司向荷兰铁路交付了世界上最大的计算机区域联锁系统。它几乎包括了所有的地面设备，取代了20km长区段的7个继电联锁信号楼。从5个调度员终端控制与监测列车运行。目前区域联锁信号楼作用区每昼夜大约开行1600列列车，进行500次调车。西门子公司在12年中安装了80多套区域联锁系统，这些设备已经在德国、法国、奥地利、瑞典及瑞士等国投入运营。   五、计算机联锁的发展方向   从欧洲信号公司生产的联锁系统可以看出，计算机联锁的进一步发展方向是：   编制程序采用simatic编程技术，使设备复杂程度低、规格小、灵活性大，且价钱便宜，确保进程安全。   研制区域运输的控制设备，寻求区域运