基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用

覃江涛

摘要：随着高速铁路快速的发展，为了让旅客享受到更加高效、实时、可靠的宽带无线网络接入服务，移动宽带通信的研究与应用得到了广泛的关注。本文主要对无线通信技术的高速铁路信号系统应用相关问题进行了简要分析。

关键词：高速铁路信号；无线通信技术；应用

中图分类号：F53文献标识码： A

引言

在整个高速铁路工程中，虽然信号系统的投资总额所占比率较小，但其起到的作用十分关键。由于轨道电路传输环境较差、传输信息的速率较低、设备更新维护费用高，所以基于轨道电路的列车控制系统已经不能满足高速铁路的快速发展要求。在80年代，国外开始研究基于无线通信的铁路信号系统TBS(TransmissionBasedSignalling)，希望通过无线通信技术的应用来提高铁路的管理职能、缩短列车间隔时间、节约能源、降低系统的成本。

一、通信信号一体化技术的基本特点

1、灵活性和通用性很强

通信信号系统支持双向运行，当列车通信线路发生故障时，通信信号系统能够进行反向运行控制，无需新增任何其他设备，这在极大程度上节省了支出，并且不会因为列车反向运行降低铁路通信系统的安全和性能。

2、有效降低工程投资成本

我国现代铁路运输缩短了列车的编组，并缩短了站台长度，轨道电路是信息传输不可或缺的一部分，现代化的通信设备主要集中在室内和机车上，无线信号的广泛使用有效消除了车站轨道电路的电码化，完善后的铁路信息系统结构更加简洁，这在极大程度上降低了工程投资成本。

3、具有较大的信息传输量

传统的铁路信号传输都是在轨道上进行的，其传输速度慢且信息传输量较小。随着现代科技的不断发展，列车密度增大且列车速度逐渐加快，这就使得列车控制信号大大增加，且日益繁琐。无线通信网系统在铁路中的广泛应用使得信息传输量增大，从而实现列车的良好控制。

4、具有较高的运输效率

铁路运输中的无线车载设备系统接收到的信息通畅具有很高的准确性和实时性，铁路运输中多采用无线通信方式实现移动自动闭塞的目的，移动自动闭塞分区会伴随着列车的运行而移动，此时闭塞分区无需应用地面信号，只通过无线车载系统就能很好接收相关信息，从而实现列车的有效控制，确保列车安全运行。

5、具有较高的传输可靠性

铁路信号的传输是开环的，这就是说信号发送者只负责发送信号，因此，其无法准确知道接受者是否接收到信号，通信信号一体化技术实现了双向通信的目的，从而有效提高了铁路通信信号传输的安全性和可靠性。

二、国外TBS的发展情况

1、北美TBS的发展情况

1983年，美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息，并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装，节省了系统成本，还消除信号盲区，增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误，使列车行驶更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名的。

2、欧洲TBS的发展情况

1992年国际铁盟下属的欧洲铁路研究机构提出了一套欧洲的铁路运输管理系统，包括车票发售、各国铁路互操作性等多个方面，ETCS就是其中非常重要的一部分。在欧共体委员会设立标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS之前，欧洲各国铁路标准和模式不尽相同，轨距、信号设备、供电设备也不一样，因此各国只能使用自己的ATP、ATC系统。各国铁路制式上的差异使得欧洲铁路很难形成连续运输。在设立了标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS后，各国的铁路开始逐渐按照统一标准进行规范，并逐渐取代各国不同的列车自动控制系统和防护系统。ETCS的目标就是要实现欧洲铁路的统一，提高各国铁路的互操作性，使铁路控制系统的功能和设备更加规范。

3、日本TBS的发展情况

在日本铁路信号系统的发展历程中，先后出现了ATS、现行ATC、数字式ATC、计算机和无线通信辅助信息控制系统等。其中现行ATC作为一种列车超速防护系统，以良好的自动制动功能保护了列车的安全。但在系统工作时，采用的最强的自动制动，影响了乘客的舒适程度。在1987年，日本开始基于无线通信的铁路信号系统的研究，为CARAT的出现奠定了坚实的基础。CARAT的使用能够使列车连续测定自身位置和行驶速度，使地面系统能够很好的了解列车运行情况，保证列车的运输安全。

三、无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用

1、微机联锁

无线通信技术在微机联锁方面运用的可行性还需进一步研究，但ATCS中提出，可以将检测到的道岔、信号机闭锁状态发送给主控中心，并利用道旁接口单元来接收主控中心的控制命令，以实现控制一组道岔、信号机动作的目的。另外道旁接口单元可以利用无线信道联系控制中心，通过电缆连接现场设备，从而检测并控制一些辅助的子系统。目前看来，无线通信技术用于微机联锁的现场设备可能会增加一些投资，且大型站场道岔众多，干扰较大，但还是具有较好的发展前景。

2、集中调度

在调度集中系统中，调度中心职要根据车站到发线占用情况和区段内闭塞分区大概了解列车运行的状况，并根据得到的信息排列进路。但利用TBS，控制系统就能够准确的了解列车运行的位置、速度，并根据沿线的信号系统情况发送列车控制命令，保证列车在最短的实践间隔内高速、安全、稳定的运行。无线通信技术赋予列车与控制中心的双线数据通信，给列车的运行带来了很大的方便，且实现了行车指挥自动化。

3、中继器

在高速铁路的实际运行中，我不可能在所有的高速铁路中都设这无线通信基站，这样不但增加了设备投资，还使无线通信铁路信号系统失去了存在的真正意义。有了中继器，基站就可以通过中继器接受和发送一些射频信号，从而使基站不仅可以管理基站区域范围内的站区，还能够将管理中继器管理的一些车辆和线路。

4、提高平交道口的通过效率

为了提高平交道口的防护能力和和通过效率，防止由于无线设备故障造成不必要的损失，主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息，可以计算列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样，列车通过平交道口就有了安全保障，而且还大大提高了道口的通过效率。

5、加强维修处防护

在高速铁路某路段需要进行维修时，维修部门可以通过移动终端将维修点输入到系统中，通过主控中心的传送，列车就可以很好的了解路段情况。在实际的运行中，列车可以根据了解到的维修点信息对列车进行操作，另外在列车接近维修点事，移动终端接受到地面系统的警报信号，以保证列车能够及时在维修段之前停车。

结束语

随着高速铁路的不断发展，要确保列车的安全，先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的运用仍处于初期阶段，在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口，使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。

参考文献

[1]徐昕．浅析我国高速铁路的现状与发展[J]．新疆石油教育学院学报，2009.

[2]程纪平，傅勇．铁路中间站无线通信系统[J]．铁道通信信号，2010.

[3]宗明．基于无线通信的列车控制系统应用研究[J]．城市轨道交通研究，2012.