高速铁路信号系统发展现状及发展趋势分析

1、高速铁路信号系统发展现状及发展趋势分析总结分析这些缺陷与不足的基础上对高速铁路信号系统进行改进与完善确保列车的安全、可靠的运行。1 我国的高速铁路信号系统我国的高速铁路信号系统是原铁道部参照欧洲列车运行控制系统的相关技术标准并结合我国的高速铁路的建设需求发展起来的。整个高速铁路信号系统由车载和地面两大子系统组成。其中高速铁路信号系统中的地面子系统主要有：应答器、轨道电路、无线通信网络等组成，而车载子系统则主要包括有：高速铁路列车控制的车载设备、无线系统车载模块等。我国根据线路速度将CTCS（列车运行控制系统）分为 0-4共5个等级。其中CTCS-2控制系统主要应用于200-250Km/h的铁路

2、干线列车的控制，CTCS-3级为300-350Km/h及以上的高速铁路的控制。CTCS-2级列车控制系统主要采用的是轨道电路和点式应答器来实现列车运行许可信息的传输，主要采用的是目标 - 距离模式监控列车安全运行的控制系统，在地面子系统中需要设置有同感信号机来对列车的通行进行检测。在这一级系统中，轨道电路来完成列车占用及列车完整性的检测，同使用应答器来对高速列车运行的位置、线路以及行进路线、路线限速等的列车运行的相关信息，同时列控中心能够实现对于轨道电路编码、应答器报文储存和调用、区间信号机点灯控制等。列控中心通过将列车运行的相关数据使用轨道电路及临时限速等的信息传输至高速列车车载设备中以实现

3、对于列车运行的控制，确保高速列车的安全运行。CTCS-3级的列车控制系统相较于CTCS-2系统其主要采用的是无线通信网GSM-R来实现对于列控信息的传输并使用轨道电路来对列车的占用进行检查的连续式的控制系统。由于CTCS-3级控制系统采用目标距离控制模式和准移动式闭塞方式，地面中可以无需采用信号机，在列车运行的过程中列车驾驶员可以根据车载信号来对车辆进行控制。在CTCS-3级列车控制系统中通过轨道电路、联锁进路灯的信息来生成高速列车行车许可，并将列车运行的相关信息通过使用GSM-R无线通信系统传输至高速列车车载子系统中，以实现对于列车的控制，同时，GSM-选线通信系统还能够对列车所发生的列车位

4、置和列车数等的信息进行接收并将数据传输至无线闭塞中心，列控中心能够实现CTCS-2级系统的控制功能，能够当CTCS-3级系统出现问题时能够将列车的相关信息传输至列车车载系统中以实现对于列车的控制。CTCS-2级列车控制系统及 CTC戮列车控制系统的结构图分别如图 1、图 2 所示。2 高速铁路信号系统的应用现状及存在的问题第 3 页 共 10 页通过在高速铁路信号系统中应用了CTCS-2和CTCS-3级列车控制系统使得高速铁路运行的速度及运行的可靠性都大为提高，同时CTCS-3级列车控制系统能最小实现3min的高速列车间隔，从而使得列车的运行密度大为增加，单位时间内能够投入更多的列车用以运营。

5、相较于传统的高速铁路信号系统，CTCS-2与CTCS-3列车控制系统在对列车的控制上实现了由地面固定信号显示的控制向列车移动体直接控制的转变，同时对于列车控制由原先的开环控制向闭环控制进行转变、在高速列车的控制上实现了集中统一调度，相较于国外同类控制产品，我国高速铁路信号技术已经逐步追平与国外同类产品之间的差距。但是在为我国高速铁路信号系统高速发展所感到欣喜的同时也需要注意到高速铁路信号系统发展所存在的一些问题与缺陷：我国的高速铁路信号系统发展的速度太快，因此在高速铁路信号系统的设备标准的制定、相关设备安装标准的制定以及后期的管理维护等都存在着一些不足。这些缺陷与不足会对后期高速铁路信号系统的

6、发展造成不小的影响。高速铁路信号系统基础性研究与技术标准等存在不足：我国的高速铁路信号系统从研发到投入使用经历的时间较短，因此导致高速铁路信号系统中的一些极为重要的系统都采用的是边研究边开发的方式设计并最终形成产品的。在这一过程中，由于缺乏相关的基础性的研究工作导致高速铁路信号系第 4 页 共 10 页统没有足够的时间来对相关的技术规范等进行研究、讨论和边线，从而导致高速铁路信号系统的各生产厂家的设备在系统的兼容性等存在一定的问题，从而对高速铁路的安全运行造成安全隐患。此外，在高速铁路信号系统中所使用的技术标准机是建立在原先有线技术标准之上的，从而使得其与高速铁路信号系统之间存在着一些不匹配，

7、如：（ 1）在高速铁路信号系统中轨道电路使用列控中心编码的方式来取代原有的继电器编码方式，但是高速铁路信号系统对于区间轨道状况的检测仍然采用的是自动闭塞的单区间检测，而并未将区段的上、下行区段进行关联。从而造成高速铁路信号系统在对区段占用分析、故障占用的判断容易出现误差，针对这一缺陷应当建立并完善联锁逻辑，确保对于路段的合理安排。（ 2）现有的列控系统是原先有线系统的延伸和发展，从而使得高速铁路信号系统不可避免的会受到有线信号系统的影响。比如说：高速铁路信号系统通过设置列控中心以实现对于区段的控制，但是由于系统联锁逻辑的差异导致两大子系统执行的安全标准存在较大的差异，影响列车的安全运行。同时高

8、速铁路信号系统中缺乏一体化的设计，高速铁路信号系统中的时钟、联锁调度等无法进行统一操作，从而严重影响高速铁路信号系统运行的可靠性与安全性。在高速铁路信号系统中所采用的安全计算机平台、安全性等级达到 SIL4 级的安全实时操作系统都采用的国外厂商的设备，对于高速铁路信号系统的开发仅仅是从应用软件层面来对高速铁路信号系统进行开发，从而使得高速铁路信号系统的系统安全性存在疑问。同时对于高速铁路信号系统中的安全软件的开发工具及相应的检测算法也有所不足，在高速铁路信号系统的安全测试上仅仅使用功能测试无法发现一些隐藏较深的安全故障，从而对高速铁路信号系统的安全使用带来了一定的风险。同时，在高速铁路信号系统

9、的安装调试、后期的操作维护也需要加强对于人员的培训力度，确保高速铁路信号系统的使用安全。为确保高速铁路的安全运行，应当加强对于高速铁路列控系统主动安全控制的分析与思考，提高高速铁路对于故障的主动预测从而实现对于高速列车的智能性和自主性的控制，确保高速铁路的安全运行。3 我国高速铁路信号系统列车安全运行控制分析我国在高速铁路列车的运行控制中采用的是CTCS-3级列控系统以实现对于高速列车的上、下行线的运行控制，其中，CTCS-3级列控系统兼容CTCS-2级列控系统实现对于提速干线、高速新线和特殊线路的列车控制，在高速列车的安全运行上，CTCS-3级列控系统通过采用车载设备来接收RBC传输来的列车

10、运行许可、列车临时限速等信息的传输，同时通过使用车载设备来向无线闭塞中心传输高速列车的位置、列车运行速度等的信息以实现对于高速列车的安全控制。现今我国的列车控制系统采用的区间不设地面通过信号机，采用自律分布式、模块化的高速铁路信号系统的结构形式以适应我国不同速度段列车的运行方式，同时在高速列车的安全控制方面，通过在高速列车的控制中加装了自动控制系统，高速列车的车载设备根据接收到的列车行驶速度、位置等的信息来对区段列车行驶的目标速度等信息来供列车驾驶员进行参考，当高速列车的行驶速度超出列车行驶的速度范围时，高速列车的车载设备将会对列车进行自动制动，以实现对于列车行驶速度的控制，从而确保高速列车的

11、形式安全。4 高速铁路列车安全控制研究发展历程为实现对于高速列车的安全控制，国内外先后启动了对于高速列车安全控制的研究，其中，在上世纪80 年代，北美铁路部门从消除铁路系统控制信号盲区、减少地面信号设备分布的目标出发展开了使用无线信号方式实现对于列车的控制。而后，加拿大和美国共同提出了使用数字数据通信手段来实现对于列车位置、速度等信息的传输并实现对于列车的控制。这一系统通过利用车地间双向信息通道以实现对于运行列车的闭环控制，从而使得列车运行的安全性与可靠性大为提高。无线通信的高速铁路信号系统是现今高速铁路信号系统发展的重点，相较于原先所使用的CTC列车控制系统TBS列车控制系统对于列车运行的位

12、置、速度等的相关信息都有着明确的显示，同时通过使用无线通信的方式与高速列车的车载设备进行数据交换与控制，从而实现对于列车运行状态的实时监控，在列车安全运行的前提线以最大限度的提升列车运行的密度。主动安全控制这一控制理念在铁路领域还是一个新兴的话题，其在铁路控制系统中并未被明确的提出，相较于传统的铁路运行控制方式，主动安全控制的核心是在列车运行的过程中通过对故障等的提前判断并对列车运行加以控制以防止和避免列车运行事故的发生。现今在汽车中所使用的ABS系统、ASR系统以及汽车主动安全系统等都是基于这一理念所研发并在汽车上予以应用的，其通过提高汽车运行的平稳性以及控制、制动的平稳性来提高汽车安全运行

13、的能力。在汽车的安全控制系统中，汽车ABS系统和驱动力控制主要是用来对汽车运行中的纵向力来予以控制，并辅助以其他的控制系统来实现对于汽车运行时的组合控制。通过主动安全控制在汽车控制中的成功应用可以看出主动安全在高速列车控制中有着广泛的应用前景，在提高高速列车运行的安全性方面，需要将主动安全与被动安全进行有机的结合，确保高速列车安全运行的可靠性与稳定性。在列车的运行过程中会面临着各种复杂的自然环境的影响，如：列车运行过程中的强风、雨雪、地震、雷电等都会对对高速列车的控制运行系统造成一定的干扰，尤其是地震，尽管其发生的几率较第 13 页 共 10 页低，但是其一旦发生将会对高速列车的安全运行产生致

14、命的危 害，在以往列车运行速度较低的时代，地震对列车所造成的影 响还不是首位的，而在高速列车时代，不论是何种规模的地震 都会对高速列车线路的地基、轨道以及桥梁产生一定的冲击， 这些冲击轻则导致列车停运严重的则会造成高速列车重大安全 事故的发生。因此，在高速列车的控制中通过对各种控制方式 进行比选研究以便对地震等自然灾害对高速铁路运行所造成的 影响进行研究，从而实现对于各种自然灾害下铁路线路故障情 况的主动探测，以实现对于列车安全运行的控制。此外在列车 运行的过程中，强风会导致高速列车的空气动力模型产生较大 的变化，尤其是在强侧风的影响下，会导致高速运行的列车倾 覆与脱轨的风险大幅增加，通过开展

15、列车主动安全控制的研 究，对于列车在运行过程中所遭遇的强风情况进行分析并做好 对于力学模型的建立，做到主动监测、主动应对，提高高速列 车运行时的稳定性以提高高速列车运行的安全性。同时在高速 列车主动安全的研究中还注重对于异常线路条件下的安全研 究，在列车控制系统的实际设计、施工过程中会遇到各种复杂 的状况，需要结合具体的实际情况来对列车的安全控制进行不 断的分析与完善，采用合理的方式予以解决。同时要注意主动 安全控制在列车控制中的应用，提高列车运行的安全性与可靠 性。在现今的高速列车的控制中主要使用的是车地无线通道的控制方式以实现对于列车信息的交互。在列车的运行过程中，车载设备将高速列车的速度

16、、位置等的运行信息通过使用GSM-F沅线网络传输至无线闭塞中心中，无线闭塞中心通过对接收到的信息数据对比前车的占用信息来对当前列车的行车许可进行计算，待到计算符合要求后再将许可通过使用GSM-就线网络发送至车载设备中。在这一高速列车的控制系统中，采用的是集中控制，无线闭塞中心通过联锁设备和列控设备对轨道的占用情况进行分析判断来对列车发出运行许可。由于在列车运行控制中采用的集中控制方式，不论控制中的任何一个环节出现故障都会导致高速列车行车许可计算失败从而造成安全事故的发生。为提高列车的安全运行，需要在对现今采用的车地信息交换的基础上研发出更为自主智能的通信方式，从而使得高速列车运行中的前后车的通信可以绕开列控中心，通过高速列车自身的自主定位和前后车之间的自主传递等的方式进行，从而进一步由车载设备自主计算列车的行车许可，自主实现高速列车超速紧急预警的方式控制高速列车的运行。通过构建车、车之前的信息传递，实现前后车之间的位置、速度等信息的传递，此外，在高速列车的运行过程中