铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的比较研究

铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的比较研究 铁路信号系统与城市轨道交通信号系统的 比较研究 第28卷第3期 2011年6月 贵州大学(自然科学版) JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences) V01.28No.3 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?. 1.4两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I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. 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 03—21 收稿日期:2011— 基金项目:西安铁路职业技术学院课题(XTZY10G07) 作者简介:邢红霞(1970一)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.COnl 通讯作者:邢红霞,Email:yanxing2681@163.coin. 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?125? 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和. 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 技术的更新达不到步调一致,使整个系统不容易整 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 着的不同,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/发码功能结合在一起,有些通过区域控制 ? 126?贵州大学(自然科学版)第28卷 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一距离曲 线,保证列车有序运行.采用"跳跃式"连续速度 一 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一地间 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 轨道电路,或者借用无线通道来实现地面/车上的 信息联系. 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,车一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 行地一车信息传输,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. 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:?列车在站外打开车f-3;?列车在站 内时打开非站台侧的车门;?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). 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.而城市轨道交通则不需设置j. 2.7行车间隔不同 城市轨道交通有别于远程铁路的另一个显着 特点是列车间隔时间短,目前在大城市修造的地铁 与轻轨,往往都提出2rain(甚至90s)的列车问隔 要求.因此对城市轨道交通列车速度监控提出了 极高要求,要求其能提供更高的安全保证. 2.8排列进路方式不同 由于城市轨道交通的线路长度,站间距离都较 短,列车种类单一,行车时刻的规律性很强,列车 日复一日地按照同一运行计划周而复始地运行. 因此,在城市轨道交通的信号系统内,通常都包含 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 有进路自动排列功能,即按事先预定的程序自动排 列进路,只有运行图变更时才有人工介入r. 铁路信号系统人工进路较多,但高速铁路客 运专线运行方式和城轨比较接近,其排列进路的方 式类似于城轨交通. 3结束语 综上,铁路信号系统和城轨信号系统相比较, 存在很多不同,但高速铁路与城市轨道交通信号系 统相比,列车运行控制系统基本理念一致,由于城 市轨道交通系统具有行车密度大,追踪间隔小,全 部客运列车为电动车组并基本封闭,定位停车,运 营作业相对简单,人工参与少等特点,所以城市轨 道交通信号技术更精尖.目前,我国应将某些城轨 控制技术移植向高速铁路,但高速铁路具有闭塞分 区长,行车速度快,联锁及道岔控制复杂等特点,所 以高速铁路应针对自己的特点在城市轨道交通列 车运行控制系统的基础上进行改造和创新. 参考文献: [1]林瑜筠.城市轨道交通信号[M].北京:中国铁道出版社, 2008. [2]林瑜筠.计算机联锁[M].北京:中国铁道出版社,2010. [3]杨光,唐侦敏.几种典型的轨道交通运行控制系统的比较研究 [J].铁道,2009(2):82—85. [4]傅世善.青藏铁路信号系统的研究[J].中国铁路,2002 (3):47—49. [5]张超,董得存.基于无线通信的列车控制系统[J].城市轨道交 通研究,2006(3):75—77. [6]汤建国.青藏铁路基于GPS和GSM-R的列车运行控制系统分 析【】].交通运输系统工程与信息.2010(2):190—194. [7]王素倩.铁路与城市轨道交通信号控制系统比较与展望[J].上 海铁道科技,2008(2):82—84. AComparativeStudyofRailwaySignalSystemand UrbanRailTransitSignalSystem XINGHong—xia ()(i,蚰RailwayVocationalandTechnicalInstitute,Xj710014.China) Abstract:Thesimilaritiesanddifferencesofrailwaysignalsystemandurbanrailtransitsignal systemweresum- marizedbycomparativelyanalyzingtheirpresentsituations,equipmentlayoutandapplicati on,interlockingmeth— ods,transmissionmodes,speedanddistancemeasurements,etc.Aconclusionwasdrawnthat thetechniquesof urbanrailtransitsignalsystemaremoresophisticated.Inaddition,hishspeedrailwaysshould makeuseofthe techniquesfromurbanrailtransitsignalsystemandimprovethemconstantly. Keywords:railwaysignalsystem;urbanrailtransitsignalsystem;controltechnique;compar ativest~dy