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铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的比较研究_邢红霞

第28卷第3期贵州大学学报(自然科学版)Vol.28No.3 2011年6月Journal of Guizhou University(Natural Sciences)Jun.2011文章编号1000-5269(2011)03-0124-04铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的比较研究邢红霞*(西安铁路职业技术学院交通运输系,陕西西安710014)摘要:对铁路信号系统和城轨信号系统在发展现状、设备布局及应用、联锁方式、信息传输方式、测速测距等多个方面做了对比分析,总结了两者的异同;通过比较总结发现城市轨道交通信号技术更精尖。

得出了高速铁路应在技术上借鉴城市轨道交通信号技术,并进行改造和创新的结论。

关键词:铁路信号系统;城市轨道交通信号系统;控制技术;比较研究中图分类号:U283.1文献标识码:A近年来,我国铁路技术蓬勃发展,从老线路改造到新线路建设开通,铁路装备技术水平跃上了一个新台阶。

在信号系统控制方面更是博众之长择优发展,创造了让世界瞩目的成绩。

同时城市轨道交通的发展也是脚下生风,目前已有20余个城市开通或在建城市轨道交通,已有公里数超过1000km.城市轨道交通和铁路交通同属于轨道交通的范畴,两者从运营形式、设备应用、控制方式等方面都有一定的联系,但也不尽相同。

以下对两者在信号系统方面的异同进行对比分析。

1铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的相同点1.1城轨信号设备沿用的铁路信号的基本设备城市轨道交通和铁路交通有基本相同的信号设备,比如:信号机、轨道电路、转辙机、计轴器、应答器等,但布局方式及应用形式方面会有一些不同。

1.2停车点防护安全停车点是基于危险点定义的,危险点是列车超越后可能发生危险的点。

停车点有时即是危险点,通常在停车点前方设置一段防护段,ATP系统计算得出的紧急制动曲线即以该防护段为基础,保证列车不超越防护段。

有时也可在防护段设置一列车滑行速度值,如5km/h.根据需要,列车可在此基础上加速,或者停在危险点前方。

1.3城轨沿用了铁路基本的联锁的含义联锁的含义对于铁路交通及城轨交通基本上是一致的,依然是信号设备之间相互制约的关系,在铁路上联锁往往局限在车站内部,城轨联锁一般包括正线和车辆段[1,2]。

1.4两者都重视速度监督与超速防护(ATP) ATP的速度限制分为2种;一种是固定速度限制,如区间最大允许速度(取决于线路参数),列车最大允许速度;另一种是临时性的速度限制,例如线路维修、施工时临时设置的速度限制。

ATP系统始终严密监视这类速度限制不被超越,一旦超过,先做告警,后启动紧急制动,并做记录[3]。

1.5测速与测距目前高度铁路和城市轨道交通都有列车速度自动控制系统,其一个重要的功能就是测速与测距。

ATP系统利用装在轮轴上的测速传感器测量列车的即时速度,并在驾驶室内通过计算生成速度曲线。

ATP系统的列车定位是以轨道电路为基础的,而对轨道电路内的运行距离测量,则可依赖于所记录的车轮转数及预知的车轮直径加以转换。

2铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的区别城市轨道交通信号系统和铁路信号系统在基收稿日期:2011-03-21基金项目:西安铁路职业技术学院课题(XTZY10G07)作者简介:邢红霞(1970-)女,陕西西安人,硕士,副教授,研究方向:交通信息工程与控制,Email:yanxing2681@163.com.*通讯作者:邢红霞,Email:yanxing2681@163.com.本控制原理、信息传输方式等方面都有相同或相似的地方,但两者的终极控制理念还是有很大差异:城市轨道交通更注重行车密度,把握列车的追踪间隔是控制的核心,而铁路信号系统不仅要缩短列车追踪间隔(这个间隔远比城轨的大),更关键的是提高运行速度,增大运营能力。

所以两种信号系统的区别远远多于共同点。

以下作简要分析。

2.1铁路信号系统和城轨信号系统的发展渊源不同铁路信号系统其起始技术大多来源于自主发展,基本设备均国产化有自己的知识产权,就是目前的高铁技术也已经通过引进———消化———改进———自主创新达到了很大程度的国产化,基本上达到了制式统一、体系完整,产品配套已经有自己独立的科研、教育、设计、生产制造、施工维护队伍,这就是具有中国特色的一整套完备的铁路信号系统。

而城轨信号系统基本上都是全套引进国外先进技术,还没有完全从引进消化发展到自主创新的阶段,城市轨道交通信号系统的自主研发才蹒跚起步,目前还没有一套具有自主产权的信号系统,也没有形成行业完备的技术规范和标准。

2.2信号系统的构成方式不同城市轨道信号系统主要是ATC系统和车辆段联锁系统组成,ATC(ATS\ATO\ATP三个系统组成)系统主要保证正线列车的运行控制,完成系统信息检测、运行防护和列车运行方式的控制,而城轨车辆段类似于铁路的区段站,其行车组织工作主要包括编解、接发及调车,因而,城轨交通车辆段的信号设备远多于其他车站,通常独立采用一套联锁装置。

除车辆段外,其他车站的行车组织作业既单纯又简单,所以在联锁车站上的信号灯也仅有3种颜色、4种含义:红灯:停车;绿灯:前进,前方道岔再定位;月白灯:前进,前方道岔再反位;红灯+月白灯闪光:引导信号。

轨交通车辆段计算机联锁与铁路车站计算机联锁通用,但结合电路与铁路控制不同。

铁路信号系统包括车站联锁设备、区间闭塞设备及编组站驼峰控制系统及列车运行自动控制系统等组成,其设备的复杂性和控制的各自为政导致技术更新达到一不整合。

2.3信号设备的布局及应用的差异,导致联锁关系的难易程度不同2.3.1信号机的布局及显示在城轨中信号机一般设置在线路右侧,大都采用LED信号机,列车信号基本上有红绿黄三色显示,城轨中大多数信号机均设置在车辆段。

不同于铁路信号的左向行车制,大都采用色灯信号机,信号显示组合多样,含义复杂,时速200km/h高速铁路,均取消了区间地面信号机,车载速度显示成为列车运行的凭证。

这点和城轨到有相似之处。

列车自动运行控制系统对于提高运输效率、保障高速铁路列车运行安全将具有非常重要的意义。

2.3.2道岔控制目前高速铁路在正线上采用大号码可动心轨道岔,需要多点多台转辙机牵引,并采用复合锁闭(内锁闭和外锁闭)技术。

联锁中需设有特殊电路控制,并要求列车速度控制系统应具有防止列车超速通过道岔的功能,从这一点上说,高速铁路应较城市轨道交通复杂。

城市轨道交通因为对速度要求较低另外有地域范围限制,正线一般采用9号道岔,车辆段(停车场)一般采用7号道岔,如果正线上采用的是9号AT道岔(弹性可弯道岔)时才需要两个牵引点,即一组道岔需要两台转辙机牵引。

2.3.3联锁方式铁路与城市轨道交通信号系统相比,有一个显著的不同,那就是城市轨道交通一般车站没有分支(折返站除外),不设道岔,从而也不设地面信号机,仅在少数的有岔联锁站和车辆段才布局道岔和地面信号机,所以联锁设备的监控对象远远少于铁路车站的监控对象,城轨车站(折返站除外)全部的作业就是旅客的乘降,作业形式单调,联锁关系简单。

如西安地铁二号线,仅在7个联锁站及1个车辆段1个停车场上设置道岔及地面信号机。

因此,城市轨道交通不象高速铁路那样各站单独设置联锁系统,而是采用区域联锁方式,即一套联锁系统控制多个车站。

通常正线全线的联锁可以通过控制中心来实现。

有些信号系统厂商将正线联锁和ATP编/发码功能结合在一有些通过区域控制·521·第3期邢红霞:铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的比较研究器来包含正线联锁,所以致使城轨信号控制技术难度大要求高,其集成化程度和控制水平目前都在铁路信号控制之上。

2.4闭塞制式不同导致地面/车上信息传输方式不同城市轨道交通目前大都采用准移动闭塞或移动闭塞的制式进行区间控制。

准移动闭塞通常采用数字式音频无绝缘轨道电路方式作为列车占用检测和ATP信息传输的媒介,具有一定的信息传输量和较强的抗干扰能力。

通过音频轨道电路的发送设备向车载设备发送数字编码(报文式)信息,包括目标速度、目标距离、线路状态(曲线半径、坡道等数据)等信息,ATP车载设备结合车辆性能数据计算出适合本列车运行的速度-距离曲线,保证列车有序运行。

采用“跳跃式”连续速度-距离曲线的列控方式,列车追踪运行的最小安全间隔的最大值为安全保护距离加一个轨道区段长度,列车的最小正常追踪运行间隔为安全保护距离加一个轨道区段长度再加最高允许速度下使用常用制动直至停车的制动距离。

移动闭塞它不依靠轨道电路,而是采用基于通信技术的感应环线、漏缆、裂缝波导管以及无线电台等方式实现车-地间双向数据传输和列车位置检测,它通过提高列车定位精度和移动授权更新率来提供更大的通过能力并减小列车的间隔距离。

列车追踪运行的最小安全间隔仅为一个安全保护距离,列车最小正常追踪运行间隔为在当前速度下使用常用制动直至停车的制动距离加安全保护距离,并由前后列车的动态关系确定。

而铁路信号系统大多采用固定闭塞方式,设置固定的闭塞分区,根据地面/车上信息传输方式的不同,可以将列车超速防护ATP系统分为点式和连续式两类。

点式ATP系统因其成本低廉、安全可靠、使用方便而深受欢迎,然而点式ATP系统信息传递是间断的,当列车从一个信息点获得地面信息后,要到下一个信息点才可进行信息更新,若其间地面情况发生变化,则无法立即传递给列车,因此,点式ATP带有一定的局限性。

连续式列车超速防护系统克服了点式的不足,其关键设备是信息传输通道,通过沿线路敷设的电缆或者利用多信息轨道路,或者用/的信息联系[3]。

采用数字轨道电路作为信息传输通道向车载设备连续传输地面信号动态信息,配合点式设备向车载设备非连续传输线路静态信息以弥补连续信息的不足,构成完善的列控系统的点连式ATP系统,是一种适合我国国情并具有一定发展潜力的高速铁路列车运行控制系统。

我国已有不少线路(秦沈客运专线)专线即采用了点连式ATP列车运行控制系统。

近年来在高速铁路中,更加重视ATP系统的发展和应用,在ATP的基础上借鉴欧洲的ECTS开发了我们自己的CTCS系统,CTCS2及以下等级的列控系统,车-地信息的传输依然依靠轨道电路,只有CTCS3及以上等级才使用了无线通信方式进行地-车信息传输,这就是GSM-R技术在铁路上的应用,其信息传输方式类似于移动闭塞。

如青藏线[4]。

2.5车门控制城市轨道交通的车门控制比高速铁路复杂得多,车门控制的关键是要对其安全条件进行严格的监督。

城市轨道交通ATP系统的另一个重要功能就是要防止:①列车在站外打开车门;②列车在站内时打开非站台侧的车门;③在车门打开时列车启动。

铁路信号系统对车门的控制显然要简单的多(高铁除外)[5]。

2.6中断站高速铁路由于站间距较长,无法满足信息传输的要求,往往需在区间增加设置区间信号无人值守中继站,一个中继站一般只可以管理区域内的256个环线。

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