面向高速铁路系统的信息技术发展研究

陈艳华+张亚昕+任荔娜

摘要：高速铁路信号控制系统是通过计算机和数据传输技术相结合而实现，是现今铁路适应高速发展需要而出现的高技术，是高速列车安全、正点运行的基本保证。在提高运输效率中起着关键性的作用。该文分析了高铁信号系统新技术的应用，信号技术特有的发展趋势，为未来时段的高铁信号技术扩展，提供有价值的参照。

关键词：高速铁路；信号控制；发展趋势

1概述

高速铁路信号系统是保证我国铁路提速线路和客运专线列车运行安全、提高列车运行效率的重要技术设备，它通过有效可靠的技术手段对列车的运行数据进行实时监控和超速防护。构成高速铁路的车载系统、线路信息、电务控制系统都是运输中紧密相关的技术保证，因此，高速铁路发展中，世界各国都对列车运行安全及其相关支持系统的研究和开发非常关注，尤其对于信号控制系统的研究更为重视。理解高速铁路信号就必须要学好研究好高速铁路信号系统方面的知识，确保高速铁路行车的安全。在铁路现代化的进程中，信号系统在不断地更新和改造，因此掌握高铁信号技术最新发展现状显得极为必要。

2高速铁路信号设备的技术特点

2.1管理集中、控制分散的微机综合列车自动控制系统

高速铁路的信号与控制设备，由列车运行控制系统和列车调度指挥系统两部分组成，具有集中管理、分散控制的突出特点。是集散式管理的大规模综合列车运行自动控制系统。

2.2具有较高的容错能力及安全性

调度中心是信号控制和信息管理的上层机构，通过车站、区间的执行设备完成命令的下达和执行，如果调度中心的计算机故障，可改由人工控制，各站微机可通过区域信号控制设备按计划完成各项控制功能。通过驱动设备实现车站的联锁、闭塞设备就地安全控制。

2.3具有较大的信息处理能力及系统运用上的灵活性

信息处理能力、系统运行灵活性较强，能够实现行车调度指挥、运行控制和列车运行信息管理的综合控制，综合控制系统构成包括行车指挥、运行控制和运营管理。人机控制合理，通过各相关岗位的人工控制，运用带有冗余的计算机硬件、软件实现自动、人工逻辑控制。构成系统的主要设备及计算机的软、硬件都已模块化，功能综合，设备一体化。

2.4信息与控制技术飞速发展

高速铁路信号与控制系统的发展也属于其中之一。其次是信息技术沿着信息化、自动化、最优化与智能化等四个层次的发展。信息化是指数字化一些客观的物理概念，便于计算机处理，这是最初层次；自动化是按某一固定规则进行必须地重复处理，达到预期的目的；最优化是按照某种预订指标，在一定的限制条件下求得最佳答案；智能化是信息处理的最高层次，包括理解、推理、分析、判断等步骤。

3高速铁路信号系统组成

信号系统主要由调度集中控制系统（CTC）、列控系统、车站计算机联锁系统、信号设备微机监测系统四个部分构成。

3.1调度集中系统

该系统是以列车运行调整计划为中心、分散自律原则为保障、计算机网络控制技术为手段，兼顾列车与调车作业的高度自动化的调度指挥系统。在参考国外分散自律调度集中系统思想的基础上，系统以调度员直接指挥列车运行为核心，实现铁路运输效率的最大化。其最典型的特点是分散自律，列车与调车作业在时间和空间上要实现分隔，需要设置分散自律机来实现，根据需要也可实现站内无人化管理，实现运输指挥的高度集中化和智能化。

3.2计算机联锁系统

車站进路联锁关系的实现及列车运行作业的安全保证都是通过车站联锁系统来实现。高铁信息化程度高，系统接口复杂，由调度中心计算机控制，车载信号代替地面信号控制列车运行，因此采用计算机控制车站联锁设备非常必要。对于具有多个车场的大型车站，为减少故障面以及设备改造对运输的影响，按场分别设置计算机联锁设备比较合理，计算机联锁设备可与其他信号系统设备集成为一体化结构，也可单独设置。

3.3列车运行控制系统

列车运行控制系统由列控地面设备和车载设备组成，作为保证列车行车安全和提高运输效率的信号设备，列控系统从行车安全控制方面保证运行正常。因其具有分散自律的结构特点，因此对于速度不同的运行列车，系统也能满足其安全运行。目前高速铁路列车编组形式均为动车组，该车体的列控系统均以车载信号作为主体信号运行。车载设备因其采用较优的信号处理手段，因此利用列控系统列车可以在高速线路上安全运行，同时也兼容低模式的既有线信号系统，在不同线路分界处系统会自动进行模式转换。

3.4信号集中监测系统

高速铁路信号集中监测系统应全程联网，实现远程诊断和故障报警功能，并符合高速铁路技术特点和运营维护要求。系统应由段级主机、站级分机、终端以及数据传输网络等部分组成。信号集中监测系统应与计算机联锁、调度集中、列控中心、RBC、区间轨道电路、智能电源屏、智能灯丝报警单元等系统接口，采集相应的监测信息。

4高铁信号控制系统的发展趋势

4.1操作管控实时

采用信号新技术，即可加快高铁发展速度，也可提高铁路重载等级。高铁系统利用实时操作系统的嵌入式特点，解决出现较多的安全疑难问题。容错特性、可移植特性都有所提高，大部分配件都能独立安装使用。多任务的操作管控实时特点则能够进行及时合理调度。系统选用实用操作系统开发软件，即可满足列控系统对运行实时性的高要求，也可促进系统的实时性指标的提升。成熟的通用程序可以推向社会，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，缩短新产品的开发周期。

4.2加强GSM-R技术的应用

长期以来，关于无线传输信息安全方面的问题都成为该领域研究的重点。为给高速系统提供一个可靠安全的传输保障，GSM-R系统还必须对高铁移动信息在传输方面的环境方案进行进一步的改善，并通过对系统的不断调整和改造，提高其安全性与可靠性。由于传统通信系统结构与GSM-R的发展是关系紧密的，与网络技术的发展是同步的，因此加强GSM-R技术的应用，使未来移动通信能保持可持续发展。

GSM-R网络的交换机、智能网等许多设备，是许多线路、甚至全网共用。因此，对于降低核心网交换机的造价，对其进行合理的安排建设，统一规划，分段进行、优化系统资源配置是主要科研方向。GSM-R无线频率资源是非常紧张，必须合理规划，以保证GSM-R系统不受到干扰。

4.3数字信号处理技术的应用

以往铁路信号设备多基于模拟信号处理技术，随着对运行速度、载重量的要求不断提高，该方式则无法满足安全性和实时『生的要求。由此可见，利用计算机参与的数字信号处理技术的应用是必要条件。数字信号处理技术分析方法主要有频域分析和时域分析两种，频域分析运算精度高和抗干扰性能好；时域分析定型准确，而在消除带内干扰方面效果较差。总之，数字信号处理技术相比模拟信号处理技术，具有更强的可靠性和实时性，该方式必将成为未来发展的主要趋势。

4.4信号系统的规范化和标准化

随着世界经济的发展，铁路信号系统也在随之变化，市场状况也倾向于全球一体化的态势，主要表现在技术规范和安全规范两方面。信号系统的规范化和标准化的制定，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，使得新产品与老系统兼容；规范明确定义所有接口标准，系统实现了模块结构，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。

5存在问题

由于历史的原因，我国铁路在诞生初期由外国资本控制，缺乏统一规划，因而信号不统一，设备简陋，制式混乱，器材规格各异。由于高速铁路的列车时速均在200km/h以上，另外高速铁路和普通铁路区别还存在诸多差别，转弯半径大，速度快，但施工难度也加大；钢轨质量大、速度快，冲击力就加大。为此确保行车安全、提高运输的效率，仍然有很多的关键技术问题有待去解决，不断的研发铁路信号新技术。

铁路信号控制系统既是保障列車运行安全的组成部分，更是整个系统安全运行的核心。安全第一是铁路运输的指导思想，随着铁路行车速度的几次革新，对信号控制系统的运行方式、控制模式的综合性要求越来越高，而目前的监控系统还不能与各种调度指挥行车控制系统实现衔接。因此要求对现有的监控系统进行改造。此外安全计算机平台没有达到西方发达国家水平，安全通信及安全接口技术有待提高；产品研制与生产工艺控制方面质量不过关；为赶施工进度，在施工安装、联调联试方面存在缺乏符合规范的测试手段，尤其是系统控制软件管理方面控制更不够严密。

6结论

我国高铁技术虽发展迅速、成绩显著，但因信号设备对高铁运营安全影响至关，所以应当关注发展速度与质量的关系；深入研究现有信号系统结构和标准，使系统更加安全可靠；为使各种制式的列控系统能安全可靠，应继续加强设备基础内容研究。

高速铁路信号技术的发展，应继续秉承安全第一的指导思想，在未来继续研究探索可靠的新技术。保证各系统间应协调发展，更应注重各系统质量安全，尤其是能确保列控系统的安全性能。与此同时，我们可提高安全管控的认知及水平，加强监督机制，必要时可变更一贯使用的评审流程。随着高速铁路的发展，高速信号系统还将发挥更大的作用，为保证高速铁路的安全和高效，铁路信号控制技术还需在功能、控制手段等有关方面不断加强进步，相信在有关工作人员的不断科研下，我国高速铁路的信号控制技术将会更上一层楼。