關于鐵路信號技術的發展探討

摘 要：我國鐵路信號技術發展歷史悠久，隨著其技術的進步，鐵路行業領域也迅速發展，極大程度上提高了列車運行的安全性和高效率性。本文簡要解讀鐵路信號技術在我國的發展歷史與前景，并對當前我國在城軌交通信號方面的技術應用與發展進行了探討分析。

關鍵詞：鐵路信號技術；發展歷史；城軌交通信號；數字信號；前景

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.025

鐵路信號被稱為“列車之眼”，這是因為它通過特定方式為鐵路機組人員實時傳遞了有關列車運行方面的列車狀態和路況狀態，為整個車組設備建立了一套完善且全面的信息系統，這大大提高了列車運行過程的安全性和有效性。而隨著人類高科技技術的不斷更迭，鐵路信號技術也擁有了它今非昔比的巨大進步，值得深入研究探索。

1 鐵路信號技術在我國的發展歷史及前景探索

鐵路信號技術在我國發展迅速，它在相當程度上也決定了我國鐵路現代化發展轉化的重要前進步伐，越來越成為鐵路機組設備不可或缺的重要組成部分。在早期，我國鐵路信號技術主要圍繞聯鎖系統展開技術研究及運用，秉承閉塞、列控系統技術理念，并經歷了包括機械聯鎖、電機聯鎖、電氣聯鎖和計算機聯鎖4個重要時期。這其中電氣聯鎖時期還衍生了繼電聯鎖和電鎖器聯鎖兩種設備，雖然技術類型豐富但依然還存在技術缺陷，例如在設備中嚴重缺乏人機對話交流環節，難以實現有效操作，且其聯鎖功能也不夠完善，這導致許多操作無法有效實現。再一點就是它的造價極高，且占用了大量的人力物力，而所產生的經濟效益回報卻相對較低，無法滿足行業發展需求。而后，為了迎合時代發展，實現技術革新，計算機聯鎖技術出現，它能夠通過計算機網絡來滿足鐵路車站之間的有效溝通聯系，當前計算機聯鎖系統都通過控制微機作為技術內核，它是一種可靠性較高且功能性相當豐富的電子設備，能夠為鐵路網絡提供全電子化、全信息化技術支持，對我國鐵路信號閉塞系統的進化完善也有推力作用。

就圍繞我國鐵路信號的閉塞系統建立過程來看，它就經歷了電話閉塞、路簽閉塞、半自動閉塞和自動閉塞4個重要階段。目前還出現了固定、準移動和移動閉塞3個新階段。從最早的電話閉塞說起，它就通過各個車站之間工作人員的電話溝通來實現鐵路信號傳遞。隨后路簽閉塞系統出現，它將路簽作為主要依據來明確列車在單個車站區間內的行駛過程，依然還屬于人工操作為主的階段。再后來所出現的半自動閉塞和自動閉塞則趨向于智能自動化，它不再過分依賴人力，而是通過計算機來規劃發車車站和所有經傳車站的鐵路信號聯通，并為列車生成行駛路線，當列車在區間內運行過程中每到一個車站，車站生成閉塞就會自動解除。這兩階段的閉塞技術目前正隨著列車的提速和列車類型的不斷豐富而發生改變。

在未來，我國鐵路提速、重載是必然發展趨勢，而鐵路信號也必須隨之發展，滿足鐵路行業技術要求，從傳統的模擬信號向數字信號轉變，所以鐵路信號技術體系中需要進一步大量引入計算機技術。通過數字信號處理來劃分鐵路信號時域分析和頻域分析。這兩種技術都不易受到外界因素干擾，特別是頻域分析技術在運算精度上表現更好，能夠為當前高鐵路軌信號提供高質量的信號內容與傳輸速度。另一方面，鐵路信號機的功能也在不斷完善，它的可用性與故障自檢能力越來越強，已經實現了與微處理機的相互結合，廣泛運用到了各種聯鎖設備配合工業控制計算機，進一步優化了閉塞技術，保證固定閉塞逐漸朝準移動和移動閉塞方向發展進步。特別是當前許多車站都采用了移動閉塞技術，它有效擺脫了閉塞區間的信號傳輸限制，配合衛星導航技術就實現了信號傳輸控制，提高了高鐵路軌運輸的速度和實效性。

20001年初，我國借鑒歐盟立法的ETCS（European Train Control System）強制性技術規范，建設了符合我國鐵路行業發展技術形勢的CTCS（Chinese Train Control System）系統，它的主要功能目標就是保證鐵路信號在各個車站之間互通互用，確保高速列車能夠在鐵路網絡內跨線通信，擁有安全高效、低成本等特色。且該系統全程采用了車載自動閉塞和全程移動閉塞技術，配合線路優勢來提高通信安全可靠性。在系統中，雙向連續無線通信技術被采用，它以列車車載信號作為主要信號，配合微信定位與導航系統來實現對列車位置的實時有效監控，為列車運行提供了極為有效的速度控制與超速保護功能，對列車整體的安全性與時效性提高作用顯著[1]。

2 城軌鐵路交通信號技術的研究與展望

在CTCS中國列車運行控制系統中，CBTC（Communication Based Train Control）城軌交通信號系統不得不提，它采用無線通信實現車地雙向、持續且大容量的通信過程，并滿足列車軌道電路運行控制，它是CTCS大體系中的一個具體實例，但在技術上具有先進性，已經完全滿足了當前CTCS鐵路信號數字信息化建設的所有要求。

（1）城軌交通信號系統技術的構成。CBTC城軌交通信號系統是基于通信傳輸技術基礎之上所建立的全新數字化列車控制系統，它俗稱移動閉塞技術。它的主要結構構成包括了控制中心計算機設備、列車定位測速設備、車載計算機設備、DCS（Distributed Control System，分布式控制系統）通信傳輸網絡設備等等。整個控制中心負責為運行狀態中的列車下達命令、授權處理列車的移動發放、限速、扣車與跳停等等行為。目前我國大部分車站都會采用基于無線定位技術的CBTC系統，它其中還包含了車載無線設備以提高對列車的測速精度。這其中包括了加速度計、多普勒雷達等等先進設備。整個系統中還兼容地面有線網絡傳輸與車地無線網絡傳輸兩大設備，它們滿足了列車在運行過程中的一切有關鐵路信號傳輸的技術要求。

從技術角度講，CBTC系統基本舍棄了傳統軌道電路技術內容，而是通過數字化技術來重新對列車進行定位，它能夠提供車載測速電機技術、電子地圖技術以及實時記錄列車運行狀態技術和無線通信傳輸技術，可以在每0.5s間隔內就完成一些列車位置定位，并將列車位置具體信息回饋到后臺控制中心，控制中心將信息處理后再次反饋給運行列車，幫助列車控制最大運行速度及停車距離，實現對列車狀態的連續追蹤運行，最大限度提高列車的運行效率與安全性[2]。

（2）對我國城軌交通信號系統技術的未來發展展望。我國目前在鐵路信號系統技術標準設計方面所采用的是CTCS-3、-4級別技術標準，它們均參照歐洲鐵路聯盟的ETCS技術標準來制定，采用車載測速電機來對列車進行定位，并對列車在固定地點的信標內容進行重復確定，以校正列車在行車過程中所積累的誤差問題。在未來，鐵路客運專線信號技術系統必須基于地面無軌道電路來設計配置無信號內容，指揮列車在道岔區正常運行，同時在降級過程中指示列車司機。該技術在調整優化列車之間的直接追蹤技術方面表現不俗，可大幅度提高列車的運營效率。

另一方面，ATO（Automatic Train Operation）列車自動駕駛系統也應該成為未來我國鐵路行業發展主流，它運用到了諸如定點停車等關鍵鐵路信號技術，可有效提高列車到站準點率，也最大限度杜絕了錯誤駕駛所帶來的人為安全隱患，所以，ATO自動駕駛應該成為未來鐵路客運專線發展的最高目標。就目前來看，ATO系統與CTCS-4系列標準有望實現技術結合和應用，將列車追蹤運行間隔調整到2min

以內，保證鐵路客運專線能夠實現像公交車一樣的固定點連續發車模式。如果該技術能夠實現，我國鐵路運輸每年在客運高峰期間運輸難

的問題將會被良好解決[3]。

3 總結

當前我國鐵路信號技術一方面參考借鑒國際技術標準，一方面也迎合我國鐵路行業領域的CTCS技術標準來研發符合我國實際需要的鐵路信號技術運作內容，將傳統的聯鎖閉塞控制逐漸轉化為固定閉塞、移動閉塞，提高列車運行調度水平的同時，更持續推動了我國鐵路運輸的現代化發展進程。

參考文獻：

[1]馮林.淺談鐵路信號技術的發展[J].建筑工程技術與設計，2015（16）：2258-2258.

[2]王峰.試析通信設備與數字技術結合對鐵路信號技術的促進[J].科技創新導報，2014（12）：20-20，22.

[3]肖培龍.從CBTC系統技術看鐵路信號技術的發展變化[J].鐵路通信信號工程技術，2015，12（01）：80-83.

作者簡介：趙妮（1981-），女，陜西臨潼人，研究方向：鐵道信號。