铁路信号通信技术论文(2)
铁路信号通信技术论文篇二
现代铁路信号融入通信技术探析
摘 要 本文分别从故障-安全技术、数字信号技术的发展、通信信号一体化、安全性可靠性等方面对通信技术融入信号发展进行概括，对未来信号通信技术的融合趋势进行客观展望。
关键词 信息融合 通信技术 信号技术发展
铁路信号的发展水平是铁路现代化的一个重要标志。近年来，在运输市场激烈竞争的条件下，尤其发达国家铁路为实现提速、高速和重载运输，积极引进采用先进的新技术，大幅度提高了现代化通信信号设备的装备水平，新型技术系统不断出现。
一、故障-安全技术的发展
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。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”等不同电子结构形式，其同步方式有软同步和硬同步。
二、数字信号处理的新技术应用和计算机网络技术的发展
随着铁路运输提速、重载的发展，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)的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。
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。
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、智能化，从而实现集中、智能管理。
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)。
三、通信技术与控制技术相结合
随着计算机技术、通信技术和控制技术的飞跃发展，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挑战。综合利用3C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)。
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：
1.列车与地面之间有各种类型的无线双向通信。可分为连续式和点式的。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 CBTC-MAS。
2.在CBTC中进一步发展的闭塞分区不是固定的，而是移动的，简称CBTC-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。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天地。
四、通信信号一体化
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GSM-R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动化水平。
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。
五、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(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)”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，包括容量和响应时间;可靠性和可维护性;安全，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;可用性;轻便性。
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基于IEC61508标准为基础，附加列车安全控制系统的技术条件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、可维护性和安全性规范和说明;EN50129铁路应用：信号领域的安全相关电子系统;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。
铁路为实现高速、高密度和重载运输的需要，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。
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。
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