基于無線通信技術的高速鐵路信號系統應用

覃江濤

摘要：隨著高速鐵路快速的發展，為了讓旅客享受到更加高效、實時、可靠的寬帶無線網絡接入服務，移動寬帶通信的研究與應用得到了廣泛的關注。本文主要對無線通信技術的高速鐵路信號系統應用相關問題進行了簡要分析。

關鍵詞：高速鐵路信號；無線通信技術；應用

中圖分類號：F53文獻標識碼： A

引言

在整個高速鐵路工程中，雖然信號系統的投資總額所占比率較小，但其起到的作用十分關鍵。由于軌道電路傳輸環境較差、傳輸信息的速率較低、設備更新維護費用高，所以基于軌道電路的列車控制系統已經不能滿足高速鐵路的快速發展要求。在80年代，國外開始研究基于無線通信的鐵路信號系統TBS(TransmissionBasedSignalling)，希望通過無線通信技術的應用來提高鐵路的管理職能、縮短列車間隔時間、節約能源、降低系統的成本。

一、通信信號一體化技術的基本特點

1、靈活性和通用性很強

通信信號系統支持雙向運行，當列車通信線路發生故障時，通信信號系統能夠進行反向運行控制，無需新增任何其他設備，這在極大程度上節省了支出，并且不會因為列車反向運行降低鐵路通信系統的安全和性能。

2、有效降低工程投資成本

我國現代鐵路運輸縮短了列車的編組，并縮短了站臺長度，軌道電路是信息傳輸不可或缺的一部分，現代化的通信設備主要集中在室內和機車上，無線信號的廣泛使用有效消除了車站軌道電路的電碼化，完善后的鐵路信息系統結構更加簡潔，這在極大程度上降低了工程投資成本。

3、具有較大的信息傳輸量

傳統的鐵路信號傳輸都是在軌道上進行的，其傳輸速度慢且信息傳輸量較小。隨著現代科技的不斷發展，列車密度增大且列車速度逐漸加快，這就使得列車控制信號大大增加，且日益繁瑣。無線通信網系統在鐵路中的廣泛應用使得信息傳輸量增大，從而實現列車的良好控制。

4、具有較高的運輸效率

鐵路運輸中的無線車載設備系統接收到的信息通暢具有很高的準確性和實時性，鐵路運輸中多采用無線通信方式實現移動自動閉塞的目的，移動自動閉塞分區會伴隨著列車的運行而移動，此時閉塞分區無需應用地面信號，只通過無線車載系統就能很好接收相關信息，從而實現列車的有效控制，確保列車安全運行。

5、具有較高的傳輸可靠性

鐵路信號的傳輸是開環的，這就是說信號發送者只負責發送信號，因此，其無法準確知道接受者是否接收到信號，通信信號一體化技術實現了雙向通信的目的，從而有效提高了鐵路通信信號傳輸的安全性和可靠性。

二、國外TBS的發展情況

1、北美TBS的發展情況

1983年，美國鐵道協會和加拿大鐵道協會共同最早提出了基于無線通信的先進列車控制系統ATCS。ATCS主要是通過數字數據通信手段和先進的微處理器獲取列車的精確位置和速度等信息，并對列車進行安全控制。ATCS的運用不僅避免了很多地面信號設備的安裝，節省了系統成本，還消除信號盲區，增強了列車的安全系數。ATCS是由中央控制系統、無線數據通信網絡、車載設備、路旁設備和線路維護人員移動終端五個子控制系統構成的。它的系統結構設計和功能模塊的劃分為以后基于無線通信的鐵路信號系統奠定了基礎。隨著無線通信技術的發展，在ATCS之后北美又出現了很多基于無線通信的鐵路信號系統，其中ARES可以提供非?？煽康臋z查和平衡手段，在很大程度上降低了人為操作失誤造成的錯誤，使列車行駛更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系統也是比較著名的。

2、歐洲TBS的發展情況

1992年國際鐵盟下屬的歐洲鐵路研究機構提出了一套歐洲的鐵路運輸管理系統，包括車票發售、各國鐵路互操作性等多個方面，ETCS就是其中非常重要的一部分。在歐共體委員會設立標準化歐洲鐵路控制系統項目ETCS之前，歐洲各國鐵路標準和模式不盡相同，軌距、信號設備、供電設備也不一樣，因此各國只能使用自己的ATP、ATC系統。各國鐵路制式上的差異使得歐洲鐵路很難形成連續運輸。在設立了標準化歐洲鐵路控制系統項目ETCS后，各國的鐵路開始逐漸按照統一標準進行規范，并逐漸取代各國不同的列車自動控制系統和防護系統。ETCS的目標就是要實現歐洲鐵路的統一，提高各國鐵路的互操作性，使鐵路控制系統的功能和設備更加規范。

3、日本TBS的發展情況

在日本鐵路信號系統的發展歷程中，先后出現了ATS、現行ATC、數字式ATC、計算機和無線通信輔助信息控制系統等。其中現行ATC作為一種列車超速防護系統，以良好的自動制動功能保護了列車的安全。但在系統工作時，采用的最強的自動制動，影響了乘客的舒適程度。在1987年，日本開始基于無線通信的鐵路信號系統的研究，為CARAT的出現奠定了堅實的基礎。CARAT的使用能夠使列車連續測定自身位置和行駛速度，使地面系統能夠很好的了解列車運行情況，保證列車的運輸安全。

三、無線通信技術在高速鐵路信號系統中的應用

1、微機聯鎖

無線通信技術在微機聯鎖方面運用的可行性還需進一步研究，但ATCS中提出，可以將檢測到的道岔、信號機閉鎖狀態發送給主控中心，并利用道旁接口單元來接收主控中心的控制命令，以實現控制一組道岔、信號機動作的目的。另外道旁接口單元可以利用無線信道聯系控制中心，通過電纜連接現場設備，從而檢測并控制一些輔助的子系統。目前看來，無線通信技術用于微機聯鎖的現場設備可能會增加一些投資，且大型站場道岔眾多，干擾較大，但還是具有較好的發展前景。

2、集中調度

在調度集中系統中，調度中心職要根據車站到發線占用情況和區段內閉塞分區大概了解列車運行的狀況，并根據得到的信息排列進路。但利用TBS，控制系統就能夠準確的了解列車運行的位置、速度，并根據沿線的信號系統情況發送列車控制命令，保證列車在最短的實踐間隔內高速、安全、穩定的運行。無線通信技術賦予列車與控制中心的雙線數據通信，給列車的運行帶來了很大的方便，且實現了行車指揮自動化。

3、中繼器

在高速鐵路的實際運行中，我不可能在所有的高速鐵路中都設這無線通信基站，這樣不但增加了設備投資，還使無線通信鐵路信號系統失去了存在的真正意義。有了中繼器，基站就可以通過中繼器接受和發送一些射頻信號，從而使基站不僅可以管理基站區域范圍內的站區，還能夠將管理中繼器管理的一些車輛和線路。

4、提高平交道口的通過效率

為了提高平交道口的防護能力和和通過效率，防止由于無線設備故障造成不必要的損失，主控中心按照時間間隔不斷的查詢道口的運行狀態，并將查詢信息及時反饋給接近道口的列車。另外主控中心通過接收的列車位置、速度信息，可以計算列車通過道口的時間，并根據實際情況設定列車的最大允許速度和列車運行線路參考。這樣，列車通過平交道口就有了安全保障，而且還大大提高了道口的通過效率。

5、加強維修處防護

在高速鐵路某路段需要進行維修時，維修部門可以通過移動終端將維修點輸入到系統中，通過主控中心的傳送，列車就可以很好的了解路段情況。在實際的運行中，列車可以根據了解到的維修點信息對列車進行操作，另外在列車接近維修點事，移動終端接受到地面系統的警報信號，以保證列車能夠及時在維修段之前停車。

結束語

隨著高速鐵路的不斷發展，要確保列車的安全，先進的信號系統成了高速鐵路運行的重中之重。在高速鐵路信息系統中，無線通信的運用仍處于初期階段，在具體的TBS規劃時應充分考慮其與全路運輸管理系統的接口，使無線通信技術更充分的運用在高速鐵路的發展當中。

參考文獻

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