西部鐵路信號(hào)系統(tǒng)解決方案

任雅萍

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通信信號(hào)處，陜西 西安730070）

中國鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃，明確了改變我國廣大西部地區(qū)運(yùn)網(wǎng)稀疏、運(yùn)能嚴(yán)重不足、與東中部的聯(lián)絡(luò)能力差等路網(wǎng)布局不合理的狀況，新建一批完善路網(wǎng)布局和西部開發(fā)性新線，全面提高對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的適應(yīng)能力是未來中國鐵路建設(shè)重點(diǎn)之一。

西部鐵路由于其所處自然環(huán)境、在路網(wǎng)中的作用以及其剛剛處于起步發(fā)展的階段，其主要特點(diǎn)為：主要為單線鐵路（但需要預(yù)留雙線條件），以貨運(yùn)為主兼顧客運(yùn)，行車密度相對(duì)較低，大部分車站為會(huì)讓站，自然環(huán)境惡劣，沿線設(shè)備維護(hù)困難等。西部鐵路如采用半自動(dòng)閉塞制式，則在遠(yuǎn)期運(yùn)量增加時(shí)，必需改建為自動(dòng)閉塞模式，前期工程基本全部廢棄，造成一定的投資浪費(fèi)；若前期一次投資完成自動(dòng)閉塞，則區(qū)間要裝設(shè)軌道電路及其他相關(guān)設(shè)備，有過早投資浪費(fèi)及工期長的問題，且開通后運(yùn)營維護(hù)工作量大，在運(yùn)量低時(shí)期造成一定的資源浪費(fèi)。

虛擬自動(dòng)閉塞系統(tǒng)是當(dāng)今鐵路正在興起的一項(xiàng)新技術(shù)，虛擬自動(dòng)閉塞系統(tǒng)彌補(bǔ)傳統(tǒng)自動(dòng)閉塞和半自動(dòng)閉塞上述不足，在區(qū)間可通過修改軟件的方式滿足各種運(yùn)營需要下不同長度的虛擬區(qū)段，利用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)邏輯判斷列車位置，借助GSM-R通信系統(tǒng)傳輸車～地信息，實(shí)現(xiàn)區(qū)間追蹤運(yùn)行。在保證行車安全的前提下實(shí)現(xiàn)旅客列車與貨物列車及不同速度等級(jí)列車的混跑，并提高運(yùn)輸能力。

青藏鐵路格拉段采用的ITCS(美國GE公司)信號(hào)系統(tǒng)就是其中一種技術(shù)，但因ITCS信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備為全套進(jìn)口設(shè)備，運(yùn)營期需設(shè)備廠家提供有償技術(shù)支持，且工程建設(shè)期一次性投資高，限制本系統(tǒng)在西部鐵路線的適用性。虛擬自動(dòng)閉塞系統(tǒng)可通過自主研發(fā)方式，解決青藏線存在的問題。本系統(tǒng)應(yīng)緊密結(jié)合西部線運(yùn)營的特點(diǎn)，在已成功應(yīng)用于青藏線的ITCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，高度整合列車調(diào)度指揮管理功能，構(gòu)成鐵路列車調(diào)度指揮管理到自動(dòng)控制執(zhí)行的指揮控制一體化系統(tǒng)。

1、虛擬自動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）沿線小站取消了軌道電路和地面固定信號(hào)機(jī)，大量減少了室外信號(hào)設(shè)備，減少維修工作量；

（2）利用GSM-R無線通信傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車～地信息地雙向傳輸和閉環(huán)控制；

（3）利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和車輪速度傳感器共同確定列車精確位置；

（4）利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和列尾設(shè)備共同完成列車完整性檢查；

（5）采用先進(jìn)"目標(biāo)--速度"列控模式；

（6）利用虛擬閉塞的概念，實(shí)現(xiàn)區(qū)間虛擬站間自動(dòng)閉塞和虛擬自動(dòng)閉塞（可人為設(shè)置）；

2 虛擬自動(dòng)閉塞信號(hào)信號(hào)系統(tǒng)構(gòu)成

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（圖1）

系統(tǒng)主要由中心設(shè)備、車站設(shè)備、車載設(shè)備和通信設(shè)備等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示。

2.1 中心設(shè)備

主要增配調(diào)度中心維護(hù)終端MMT（用于系統(tǒng)監(jiān)測和維護(hù)），中心設(shè)備主要作用是下達(dá)調(diào)度指令和接收并處理運(yùn)行狀態(tài)信息和維護(hù)信息。

2.2 車站設(shè)備

根據(jù)應(yīng)用需求以及其它信號(hào)設(shè)備配置情況，主要有兩種典型車站設(shè)備配置：本地聯(lián)鎖站配置及非本地聯(lián)鎖站配置。有本地聯(lián)鎖站配置包括計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、無線閉塞中心、車站列控設(shè)備、GPS差分站。非本地聯(lián)鎖站配備無線閉塞中心、車站列控設(shè)備及GPS差分站設(shè)備。

對(duì)于本地聯(lián)鎖站，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)將完成站內(nèi)聯(lián)鎖的功能，車站列控設(shè)備采集地面信號(hào)設(shè)備信息；對(duì)于非本地聯(lián)鎖站，車站列控設(shè)備將完成站內(nèi)聯(lián)鎖的功能。虛擬通過信號(hào)機(jī)的相關(guān)邏輯運(yùn)算則由無線閉塞中心完成。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、車站列控設(shè)備、無線閉塞中心之間交換信息，以完成聯(lián)鎖和虛擬自動(dòng)閉塞的功能。GPS差分站向系統(tǒng)提供差分信息以提高定位精度和完整性。

2.2.1 有本地聯(lián)鎖車站設(shè)備配置

為了提高中間站的調(diào)車作業(yè)效率，線路上規(guī)模較大的區(qū)段站做為有本地聯(lián)鎖站。本地聯(lián)鎖車站配置無線閉塞中心設(shè)備、車站列控設(shè)備、GPS差分站設(shè)備等，另配置硬件安全冗余型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，97型25周相敏軌道電路、站內(nèi)設(shè)置透鏡式色燈信號(hào)機(jī)。

2.2.2 非本地聯(lián)鎖車站設(shè)備配置

其他中小站做為非本地聯(lián)鎖車站，各站配置無線閉塞中心設(shè)備、車站列控設(shè)備、GPS差分站設(shè)備，站內(nèi)不設(shè)軌道電路及地面信號(hào)機(jī)，在進(jìn)站口、股道兩端設(shè)置列車信號(hào)標(biāo)志牌，根據(jù)需要設(shè)置調(diào)車信號(hào)標(biāo)志牌。由衛(wèi)星定位和列車完整性檢查裝置，與車站列控設(shè)備、無線閉塞中心配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)先設(shè)定的虛擬區(qū)段空閑與占用的安全聯(lián)鎖檢查。

2.3 車載設(shè)備

車站設(shè)備通過無線通信系統(tǒng)，把管轄區(qū)域內(nèi)信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)發(fā)送給車載系統(tǒng)，同時(shí)通過無線通信系統(tǒng)獲取列車占用信息。車載計(jì)算機(jī)將根據(jù)車站無線閉塞中心轉(zhuǎn)發(fā)的信息，確認(rèn)前方各種信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)和顯示，并提示指導(dǎo)司機(jī)行車、完成超速防護(hù)的功能。

車載設(shè)備包括車載計(jì)算機(jī)和列尾設(shè)備。由于車站和區(qū)間沒有地面信號(hào)機(jī)和軌道電路，為保證行車安全，除本務(wù)機(jī)車外，軌道車、公務(wù)巡檢車、探傷車和其它路用機(jī)車，均需要配備車載計(jì)算機(jī)及列尾設(shè)備。所有上線機(jī)車的控車方案為列控控制模式。列尾設(shè)備完成列車完整性檢查。

2.4 通信設(shè)備

通信設(shè)備包括在調(diào)度中心與GSM-R網(wǎng)絡(luò)接口的消息轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，以及設(shè)于中心和沿線各站路由設(shè)備。

3 系統(tǒng)的主要功能

系統(tǒng)功能主要功能有：

（1）超速防護(hù)功能。系統(tǒng)具有防止列車運(yùn)行速度超過線路允許速度、道岔通過速度、車輛構(gòu)造允許速度、臨時(shí)限速的功能，接近超速門限值時(shí)，由列控設(shè)備提醒司機(jī)或自動(dòng)實(shí)行制動(dòng)或減速停車，保證行車安全。

（2）列車定位功能。采用GPS及測速傳感器對(duì)列車定位，車載定位系統(tǒng)根據(jù)GPS和車載測速傳感器自動(dòng)計(jì)算，準(zhǔn)確確定列車位置，對(duì)照線路數(shù)據(jù)庫（電子地圖）確定所占用的虛擬閉塞分區(qū)，向車站、調(diào)度中心報(bào)告閉塞分區(qū)占用情況。當(dāng)GPS信息丟失時(shí)，系統(tǒng)通過測速傳感器來模擬計(jì)算實(shí)際位置。即當(dāng)列車運(yùn)行于隧道內(nèi)，橋梁下或者高的建筑物之間時(shí)，雖然無法接收到GPS信息，但是還可以通過模擬計(jì)算可靠運(yùn)行。特殊情況下，可以把無GPS信號(hào)區(qū)域設(shè)為一個(gè)虛擬閉塞分區(qū)，從而列車可以根據(jù)虛擬信號(hào)機(jī)顯示通過此區(qū)域。

（3）信息顯示功能。通過人機(jī)接口提供司機(jī)輸入及選擇開關(guān)。車載顯示器給出當(dāng)前速度、前方信號(hào)機(jī)類型、目標(biāo)距離、目標(biāo)速度、超速倒計(jì)時(shí)報(bào)警等信息。

（4）虛擬閉塞追蹤功能。地面不設(shè)置軌道空閑檢查裝置和信號(hào)機(jī)，利用電子地圖、虛擬閉塞分區(qū)和信號(hào)機(jī)。為滿足追蹤運(yùn)行，將區(qū)間按照固定時(shí)間布點(diǎn)對(duì)站間線路進(jìn)行分割。信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)列車追蹤運(yùn)行。當(dāng)線路運(yùn)量增加時(shí)，僅需要修改軟件，調(diào)整虛擬行車布點(diǎn)。

結(jié)束語

虛擬自動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)信號(hào)系統(tǒng)方案相比，不需設(shè)置軌旁地面信號(hào)機(jī)和軌道電路，減少日常維修量及維修人員數(shù)量，節(jié)省運(yùn)營成本，且后期線路運(yùn)量能力大幅增加時(shí)，無需進(jìn)行硬件改造。

本系統(tǒng)方案針對(duì)西部地區(qū)鐵路的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的通信信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)裝備，車站列控設(shè)備可借鑒國內(nèi)客運(yùn)專線列控設(shè)備的建設(shè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，并希望以此為基礎(chǔ)，形成為西部鐵路量身定制的西部鐵路完整的信號(hào)系統(tǒng)解決方案。

[1]鄒振民.日本新干線采用的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)[J].鐵道通信信號(hào)，2000（04）：43-45.

[2]TB10007-2006.鐵路信號(hào)施工規(guī)范.

[3]徐嘯明.列控車載設(shè)備[M].北京.中國鐵道出版社，2007,5.