欧洲铁路信号系统概况

第一篇：欧洲铁路信号系统概况

欧洲铁路信号系统概况

欧洲是世界上铁路最发达的地区之—。欧洲国家多，国土面积小，各国内部的铁路网很密集。近几年来，欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有信号系统进行升级或者技术改造的同时，在欧盟(EU)委员会和国际铁路联盟(UIC)的推动下，欧洲7大铁路信号公司，如法国的Alstom(阿尔斯通)公司、瑞典的Adtranz公司、德国的Siemens(西门子)公司、法国的Alcatel(阿尔卡特)公司、意大利的Ansaldo(安萨尔多)公司(含法国CSEE公司)、英国WestingHouse(西屋)公司，以及Invensys公司，联合起来为信号系统的互联和兼容问题制定信号标准，并制造了相关的产品：

在较大范围内开发并应用新型计算机辅助铁路运输管理系统；

在进路控制方面，随着区域计算机联锁技术逐步取代陈旧技术，自动化系统得到广泛应用；

在列车防护和控制系统方面，研制了基于通信的列车控制系统(CBTC)；

为了欧洲铁路信号系统的互联和兼容问题，制定了统一的、开放性信号系统标准，从而实现欧洲各国铁路互通运营。

本章根据搜集到的有关欧洲铁路信号系统的论文、报道和技术资料，对它们进行了归纳整理，从列车运行控制系统、欧洲统一先进的列车运行控制系统(即ETCS)、联锁系统、行车指挥系统、高速铁路，以及磁悬浮铁路等方面介绍欧洲铁路信号系统的现状和发展，有关法国、英国和德国的铁路信号系统的详细情况在另外章节专门介绍。

第一节 列车运行控制系统一、种类繁多的列控系统

欧洲有7大铁路信号公司（Alstom、Adtranz、Siemens、Invensys、Alcatel、Ansaldo、WestingHouse，它们都是UNIFE的成员），它们研制生产的列车运行控制系统（ATP/ATC）有十余种，如德国的LZB系列和FZB系列、法国的TVM系列等。这些运行控制系统有的适用于中速铁路，有的适用于高速铁路。在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的运营。

二、基于通信的列车运行控制系统

近年来，几乎所有欧洲国家铁路都在建立列车运行管理和保证行车安全系统方面寻求新的经济有效的技术方案，其中包括地区性线路。德国铁路和Adtranz公司共同研究制定了无线通信管理列车运行（FFB）地区性线路运营规划，在建立的列车运行管理系统中，几乎全部通过无线通信系统来实现通信服务联系，完全不用地面信号和监督线路空闲的线路设备，保证在任何线路上的列车运行安全。基于通信的列车控制系统（CBTC）按欧洲统一的安全标准设计，系统符合欧洲PrEN50129和PrEN50128标准设计的一体化安全要求（SIL4，安全完善度等级4）。

三、列车控制系统向标准化、统一化发展

目前，欧洲由于种类繁多的铁路信号帛式互不兼容，影响了欧洲铁路跨国运输的效率。在欧盟（EU）和国际铁路联盟UIC的支持下，欧洲铁路制定了统一的列车运行管理系统ERTMS（欧洲铁路运输管理系统），包括欧洲列车运行控制系统ETCS（欧洲列车控制系统）、列车与地面的双向无线通信系统GSM-R和欧洲运输管理系统ETMS。

第二节

欧洲列车控制系统（ETCS）

一、ETCS的产生背景

在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的运营，列车运行控制系统（ATP/ATC）多达十余种，如LZB系列/FZB系列、TVM系列等，这些信号和控制系统互不兼容。因此，跨国境运营的列车要么穿过边境抵达另一个国家后停下来更换机车，要么根据运行线路的不同装备多种不同的控制系统（最多的有6种），当列车穿过边境抵达另一个国家后，切换相应的运行控制系统。

因信号制式和控制方式的不同，列车无法在欧洲境内穿越国境时实现互通运营；当列车装备多种控制系统后，由于每种控制系统价格昂贵，使得列车运营及维护费用上升，同时所遇到的繁多的信号技术使得穿越边界的操作非常低效。

基于上述原因，这就产生了研制通用信号系统和新型列车控制系统的要求。这种通用信号系统应能满足：

跨国境运营的列车不受限制地穿越边界，提高列车运行效率；

信号和列车控制系统界面标准化，尽可能减少不同国家的特殊要求；

通过鼓励对设备的开放市场来产生商业吸引力，从而降低设备的成本。

欧洲铁路运输管理系统ERTMS是欧洲铁路和欧洲信号工业在欧洲委员会的财政支持和国际铁路联盟UIC的支持下，经过大约10年的工作得到的结果。其目的是为了改善信号制式互不兼容的状况，在全欧洲范围内创立一个既可以兼容现有信号体制，又可以在各国统一推广使用的铁路信号标准，保证各国的列车在欧洲铁路网内的互通运营，提高运输效率。

二、ETCS的组成

前已述及，欧洲铁路运输管理系统ERTMS包括三个组成部分：

欧洲列车控制系统ETCS（European Train Control System）；无线通信系统（GSM-R）；欧洲运输管理系统ETMS（European Traffic Management System）。

其中，ETCS涉及列车控制和信号方面，它包含了所有的信号技术，也就是欧洲信号一体化技术。ERTMS的信号技术表示为ERTMS/ETCS。

GSM-R是基于成熟的公共无线通信网络GSM的技术，为铁路专用的通信网络。GSM-R可以覆盖地面设备和车载设备，为它们提供连续的、双向的信息（包括数据和语音）传输通道。无线电技术（GSM-R是基于欧洲EIRENE和MORANE的结果。ERTMS的无线通信技术表示为ERTMS/GSM-R。

ERTMS中的ETCS是一个先进的列车自动防护（ATP）系统和机车信号（Cab Singnalling）技术规范，安装符合ERTMS/ETCS技术规范的列车运行控制系统，不仅能提高列车的安全性，而且使列车能够在欧洲境内穿越国境时实现互通运营。

欧洲采用ERTMS/ETCS的目的，不仅能保证系统的可互操作性，而且还要增强系统的性能，增加系统实现的灵活性，并降低系统的成本。

三、ETCS等级

欧洲列车控制系统ETCS考虑到长期发展的需要，制定了5个应用等级；ERTMS/ETCS等级0、ERTMS/ETCS等级STM、ERTMS/ETCS等级

1、ERTMS/ETCS等级

2、ERTMS/ETCS等级3。高等级向下兼容，使得欧洲各国铁路部门可以根据各自的实际需要安装使用不同等级的信号和控制系统。

在5个应用等级中，ERTMS/ETCS等级2和ERTMS/ETCS等级3采用移动通信网络GSM-R技术来实现地面与列车之间双向的信息传输（包括语音和数据），因此这两个等级属于CBTC的范畴。

（1）ERTMS/ETCS等级0

在ERTMS/ETCS等级0中，装备了ERTMS/ETCS的列车可以在没有装备ERTMS/ETCS地面设备或者无本国信号系统的线路上运行，或者在试运行中的ERTMS/ETCS线路上运行。

（2）ERTMS/ETCS等级STM

在ERTMS/ETCS等级STM中，装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备了本国信号系统的线路上运行。

为了能够识别本国地面信号，车载设备还需另增加STM（Specific Transmission Module，专用传输模块）接口设备。STM把接收到的本国信号译成标准的ETCS报文格式，然后传送给ETCS。

（3）ERTMS/ETCS等级1

在ERTMS/ETCS等级1中，装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器Eurobalise的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依靠Eurobalise，轨道电路只完成轨道区段的空闲/占用检查和列车的完整性检查。

为了增加信息传输的覆盖范围，线路上可以安装欧洲环线Euroloop或者无线注入单元。

因此ERTMS/ETCS等级1分成带注入信息和不带注入信息两种类型。

（4）ERTMS/ETCS等级2

在ERTMS/ETCS等级2中，装备了ERTMS/ETCS的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了Eurobalise（欧洲查询应答器）和Euroradio（欧洲无线通信）的线路上运行。

车地之间的双向信息通信由GSM-R提供传输通道，由Eurobalise提供列车定位信息，地面设备完成列车完整性检查。

（5）ERTMS/ETCS等级3

在ERTMS/ETCS等级3中，装备了ERTMS/ETCS的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了Eurobalise和Euroradio的线路上运行。

车地之间的双向信息通信由GSM-R提供传输通道，列车定位和列车完整性检查由车载设备实现。

Eurobalise只提供ETCS等级转换命令。

四、ETCS的特点

1、ETCS的结构特点

ETCS在结构上具有以下特点：

模块化结构。模块化结构便于系统的维护和管理。

接口标准化。在欧洲联盟EU和国际铁路联盟UIC的支持下，欧洲所有信号公司共同组建了UNISIG工作组，共同制定了统一的ERTMS标准，即ERTMS技术规范。该规范对设备的功能、设备间连接的接口、数据通信协议与格式等制定了统一的标准、不同的应用等级。针对欧洲各国铁路信号制式的差异和运输需要的不同，定义了5个应用等级。5个等级的系统按模块方式构成，为ERTMS/ETCS的用户提供了极大的灵活性。低等级系统升级方便，不同等级可以互通运营。

显示界面一致性。不但不同厂家设备的显示界面一致，而且在不同的应用等级中，显示界面的布局相同，只是显示内容有所差别。

设备的操作方法相同。不同厂家设备的操作方式相同，只要熟悉一个厂家的设备，就会使用其他厂家的设备。

设备的维护方法相同。

设备研制与生产依据相同的安全设计规范和生命周期规范。

2、ETCS的技术特点

ETCS在技术上具有以下特点：

系统的开放性：是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连接。通信协议公开，不同厂家的设备之间可实现信息交换。ETCS技术规范是得到欧洲联盟和国际铁路联盟承认的标准，而且该标准是公开的。所有ETCS的设备供应商都可以按照标准设备生产ETCS设备。

互可操作性与互用性：互可操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。由于所有的ETCS的设备供应商均按照统一的ETCS技术规范来设备生产，所以不同厂家的ETCS设备可以任意组合、任意互换使用。

兼容性：ERTMS/ETCS的5个应用等级的机车尽管其设备的车载设备不同，但机车可以在不同等级的线路互通运营。

可升级：ERTMS/ETCS的低等级系统在原有设备的基础上，增加一些新的设备（模块）就能方便地升级到更高的等级，原有的列车运行控制车载设备在高等级的系统中继续使用。

第三节

联锁系统

近十多年来，欧洲联锁设备经历了从继电器联锁技术到电子计算机联锁技术、再到区域计算机联锁技术的历程，取得了令人瞩目的发展。计算机联锁系统主要用以下方式实现故障—安全：

硬件冗余表决：

软件冗余表决（具有相异性的不同版本软件比较）；

动态信息及接口技术。

一、硬件冗余表决技术

目前欧洲联锁系统普遍采用以下三种硬件冗余结构：

结构核查方法。如阿尔卡特公司联锁装置，采用两台计算机分别按两种不同设计的程序工作，一台计算机按输入指令检查运行和安全情况，另一台计算机核查结果，采用不同的程序检查后确认不会产生危险情况，最后发出指令。

二取二结构/二乘二取二结构。如西门子公司SIMIS计算机联锁系统和意大利安萨尔多公司的计算机联锁系统（ACC）、英国的SSI和SGI、阿尔卡特公司的SELMIS等均采用了三取二结构的硬件表决技术。有三台相同的计算机，采用相同的程序，同时验算指令，如有两台的结果相同，才发出指令。

二、软件冗余技术

软件冗余技术也就是采用具有相异性的不同版本软件比较。软件冗余有内部比较与外部比较两种方式。内部比较即其中一处理通过通信获得，而另一处理用程序状态数据与其本身状态比较，检查结果正常与否。而外部比较则是第三者（软件或硬件）获得两处理进程的状态、逻辑数据，进行合理性表决判断。

意大利安萨尔多公司的计算机联锁系统（ACC）采用具有相异性的不同版本软件比较。

三、动态信息及接口技术

动态技术是针对计算机特征为满足安全性而使用的一种技术。用动态码表示计算机、程序、任务的正常运行，没有死机、停机的发生。动态码又称为“心跳”信息，形象地表示当前计算在“活着”状态。动态码用于关键处理、输出上，一旦动态码停止，整个系统关键处理及输出就被强行切断，使系统处理处于安全态。这种方式类似于其于安全继电器的逻辑电路。计算机联锁系统采用动态继电器就是基于这种思想。

四、采用区域联锁方式

随着计算机技术和传输技术的发展，欧洲的区域联锁逐步发展起来，并且有广阔的应用，取得了显著经济效益。区域联锁系统可用于控制道岔、信号及车站的其他设备。

瑞典ABB公司研制生产的计算机区域联锁系统可用于控制道岔、信号及车站的其他设备，已在瑞典、挪威、波兰、德国等国的百余个车站使用。这是一个分布式系统，联锁中的逻辑检查及行车安全控制等任务在中央机实施，直接控制现场设备。系统保证列车安全运行的措施是：由不同工作人员编制的两套软件并行运算，并比较执行结果；中央计算机与现场执行端设备之间的信息传输采用安全数传规程；对所控设备实现全面监控，对工作进程中的每一个阶段进行校验。

西门子公司向荷兰铁路交付了世界上最大的计算机区域联锁系统。它几乎包括了所有的地面设备，取代了20km长区段的7个继电联锁信号楼。从5个调度员终端控制与监测列车运行。目前区域联锁信号楼作用区每昼夜大约开行1600列列车，进行500次调车。西门子公司在12年中安装了80多套区域联锁系统，这些设备已经在德国、法国、奥地利、瑞典及瑞士等国投入运营。

五、计算机联锁的发展方向

从欧洲信号公司生产的联锁系统可以看出，计算机联锁的进一步发展方向是：

编制程序采用SIMATIC编程技术，使设备复杂程度低、规格小、灵活性大，且价钱便宜，确保进程安全。

研制区域运输的控制设备，寻求区域运输系统新技术方案。

有必要根据铁路对电子联锁（计算机联锁）的要求、设备的复杂程度、规模以及联锁结构，对电子联锁设备进行分级，并确定分级方法。

向区域化联锁发展，强调了集中控制和智能化。

第四节 高速铁路

一、欧洲高速铁路网的发展

欧洲高速铁路网未来的发展是以对欧洲居民流动量进一步增长的预测为基础的。这种预测却有赖于经济发展的速度。各国结成欧洲共同体和开放东部边界，为欧洲城间运输中居民流动量的增长提供了可能。

1999年，欧盟成员国高速铁路完成旅客周转量527亿人·公里，约占总的铁路旅客周转量（2920人·公里）的20%。到2000年6月，欧洲高速铁路总长达到3000km。随着一些国家在建和计划修建高速新线，预计到2010年，欧洲高速铁路网运营里程将达到6000km，2020年更进一步增加到10000km，同时还将在1500～2000km范围内的高速线上，组织开行夜间高速旅客列车和高速货物列车，运量肯定会有新的增长。

目前，法国国家铁路公司SNCF、西班牙国家铁路公司Renfe和欧洲之星Eurostar是欧洲高速铁路的佼佼者。SNCF通过扩大运量，成为欧洲最廉价的铁路；Renfe的高速铁路使其获得了最大的收益；Eurostar也占据了伦敦—巴黎、伦敦—布鲁塞尔运输市场的60%和40%。

二、欧洲高速列车可互操作性的技术条件

为了使横贯欧洲的高速铁路系统具有互操作性，欧洲制定了96/48/EC准则，并形成了各子系统的技术条件（TSI），子系统包括：线路基础设施、供电、机车车辆、列车控制和安全、可靠性和运转准备、人员的健康保护，环境保护和技术相容性。

三、高速铁路道岔的监测系统

由于高速铁路的发展和列车密度的不断增加，采用以往的道岔养护方法，安排维修天窗和施工人员安全等方面的问题日益突出。为此，奥地利Voest-Alpine铁路系统公司研制了一种监测系统，即VA-Roadmaster2000道岔诊断系统。该系统可由监测中心连续监测道岔状态，通过传感器采集与运营有关的数据，并随时向有关工务和电务部门提供信息，以便及时进行维修。该系统为模块式结构，可对道岔传动机构、道岔转辙器、心轨和道岔融雪器等进行监测。

四、高速铁路的列车运行控制技术

高速铁路列车运行的控制技术与普通铁路不同。

德国联邦铁路高速列车采用LZB列车自动控制系统，该系统通过对额定速度与实际速度的比较，自动调节列车速度，监督列车的运行。地面不设传统的信号机，司机只按司机室内显示信号行车，即所谓“司机室显示优先于地面信号和列车时刻表”的方法。

法国高速铁路采用TGV系列列车运行控制系统。

西班牙马德里-巴塞罗娜高速线采用ERTMS/ETCS2级的设备，实现全自动化运营。

五、高速干线上的列车无线通信

由于高速铁路车地间传输信息速率要求高，所以德国和法国高速铁路都采用列车无线通信系统实现高速列车的车地之间的信息传输。

德国结合机车信号作为主体信号的具体条件，大多采用了ZBF-70系统，型号为AEG-70系统，型号为AEG-Telefunken。这种列车无线设备的工作频率为450～470MHz，可以保证调度员、司机和车站间的双向通信。从1986年在部分地区开始使用ZBF90系统，1989年后又陆续采用AEG Olympia型号，后两种设备的技术性能都优于前者，便于与欧洲各国连网。

在法国TGV-A高速铁路线上采用的是瑞士的Autophon型无线通信，其频率为450ＭＨz，它有三个分系统。

随着欧洲铁路信号标准化进程的推进，欧洲高速铁路上的无线通信技术将统一采用GSM-R标准。

六、欧洲未来高速铁路网的行车指挥技术

建立行车指挥系统是保证未来欧洲高速铁路网达到最佳效率和效益的关键。为了保证欧洲共同体未来高速铁路与各国铁路的既有信号系统继续保留并与之兼容，欧洲高速铁路网系统采用统一的标准体系，该标准体系分成五个层次：ERTMS/ETCS0级、ERTMS/ETCS STM级、ERTMS/ETCS1级、ERTMS/ETCS2级、ERTMS/ETCS3级。

欧洲高速铁路网系统结构可采用模块式或综合式。

七、高速线路的区域计算机联锁系统

欧洲高速铁路采用了新型的区域计算机联锁系统。如德国铁路新的高速线路上采用了EIS型区域计算机联锁系统。该系统的开发是一些车站区域计算机联锁试验系统进一步发展的结果，也是曼海姆—斯图加特高速线路上区域计算机联锁试运用装置进一步发展的结果。有两个新一代区域联锁总信号楼安装在汉诺威—符次堡高速线路的车站上使用，每个EIS系统都能保证长约50km的线路区段内地面设备的可靠控制。

八、欧洲高速铁路的发展计划

实现欧洲高速铁路网是国际铁路合作的一个关键性项目。为此，国际铁路联盟（UIC）成立了专门的高速铁路工作小组，共有36个成员国，覆盖了整个欧洲。同时，建成欧洲高速铁路网也是欧盟（EU）的目标。因此，国际铁路联盟和欧盟合作，计划在全欧洲（除原苏联外）建成35000km的高速铁路网，其中20000km为新线。

目前高速铁路工作小组正在具体规划中欧和东欧的高速铁路网，该路网还将向东延伸到俄罗斯和乌克兰。

第五节

行车指挥系统一、行车指挥系统的用途

行车密度和速度的提高，各种列车速度的差异以及线路通过能力的提高对行车调度提出了越来越高的要求，调度决策必须迅速转化为运营措施。上述情况要求把行车调度员和车站值班员的工作集中到一个多功能的工作站来完成，即把监视和控制集中到一处完成，以达到更高程度的自动化。自动识别和解决运行冲突是构成这种自动化系统的基础。

行车控制中心是把行车操作控制和调度合并于一个系统，达到数据信息集中、技术设备集中和人员集中的目的。行车值班员和调度员均在各自的工作站上操作。因此，依靠行车指挥系统能提高工作效率，提高调度、运输质量和节省人员。

铁路行车指挥技术为使用最现代化的计算机技术提供了可能性，使铁路系统更安全、灵活、准确和经济。铁路行车指挥系统的发展趋势是集中化。

铁路行车指挥系统中的重要工作之一就是编制列车运行图。随着计算机技术的发展，列车运行图的编制已经采用计算机来完成。

二、使用电子计算机编制列车运行图

使用电子计算机编制列车运行图的主要目的是减轻劳动强度、提高运输效率。

如德国联邦铁路1989年开始使用上述系统。1992-1994年度运行图中已有35%采用上述系统编制，目前德国铁路已经全部用电子计算机编制运行图。

三、列车运行图的编制原理

在相当长一段时间，人们试图把公路运输中众所周知的，反映运输繁忙程度的交通强度λ（车辆数/单位时间）和交通密度κ（车辆数/单位距离）的基本图移植到铁路运输上来，但迄今为止取得的结果表明，不论在平衡曲线图方面，还是“铁路基本图”方面，效果均很不理想。

列车以间隔制运行的铁路区段，列车密度与行车密度之间存在一种线性关系。欧洲已经寻找到了新的科学评价方法，并建立了相应的操作理论模型。

德国研究采用了一体化均衡式列车运行图（ITF）。为了使铁路网主要枢纽站各个方向的长途旅客列车以及与市郊列车和城市公共汽车合理衔接，以缩短旅行时间、方便旅客换乘和继续旅行，这种运行图最早于1993年夏季在慕尼黑等一些地区采用，取得了较好效果。以后，于1994年在莱茵兰法尔茨地区采用。现已经扩大到德国所有地区。为了在全国采用一体化均衡式列车运行图，要求以最佳的协调条件予以保证，需要一定的投资用于购置新型机车车辆（特别是适宜于曲线上运行的摆式车体车辆）、改造基础设施和实现地区化。

综合定时循环运行图与城市快速铁路。综合定时循环运行图起初是适用于多中心的居民点布局结构的。这种运行图也可称为“地区城市快速铁路”的运行图。它是按其自身规律性发挥作用的。若一个地方存在两种以上的交通系统，就会产生换乘问题。因此，各交通系统必须共同参与编制最佳的运行图，以使乘客以最短的时间换乘。

四、行车指挥系统的技术特点

运行图冲突自动预报软件在行车调度自动化系统中的应用。该软件可自动在显示屏上以运行图或表格形式预测显示列车运行位置，运行图冲突情况，能否保证旅客换乘和列车晚点等。

行车调度控制与实时信息系统。在给定一段线路上的铁路运能表现为预定时间内通过的最多列车数。运能与下列因素有关：闭塞分区的数量列车的最高速度、列车的最大加速度、列车运行模式的可调整性、调度集中、计算机辅助调度管理系统的应用程度。通过提供更多、更好的信息、减少对线路和机车车辆的投资，可以提高铁路系统的运能，更好地满足顾客的需求。运输现场集中信息最多的地方是调度控制中心，未来的调度控制系统可能有两种形式：

（1）列车仍然由车上司机驾驶，列车控制系统通过先进的信号和智能设备决定运行条件；

（2）通过采用一种多功能自动驾驶装置，由调度控制系统驾驶列车。

由奥地利开发的ELEKTRA安全和控制系统的基本结构，可用于电子联锁和行车指挥系统。它采用了经过精心挑选和组配的硬件和软件，如16位0802系列过程控制计算机、VOTRICS容错通信系统、CHILL程序语言、RMT系列实时操作系统等。

用ZLS900型车站进路自动控制系统实现车站行车指挥自动化。ZL器S900型是以微机构成的改进型车站进路自动控制系统，它包括列车自动选路数据管理器ZLＭ900如列车自动选路系统两大功能。ZLS900系统连接在车站操纵工作站系统的标准局域网上，通过局域网与车次表示系统和集中联锁操纵工作站进行通信，构成调度集中和车站联锁之间的中间环节，代替行车值班员的人工操作，自动控制列车进路和信号。设定系统时，把ZLS900系统装在高效工作站上，把列车自动选路和管理数据读入设定。

调度中心采用的BOS行车指挥系统。奥地利联邦铁路繁忙干线新建的调度中心是综合调度所，其主要构成部分是BOS行车指挥系统，用于自动控制和调度40～60km线路区段上的列车运行。BOS、RZU机辅调度系统，其他各种外围设备以及与沿线车站联锁设备之间的连接均统一采用X.25接口。BOS系统已在韦尔斯站投入运用。

第六节

磁悬浮铁路

高速铁路以及磁浮系统都是每个国家在当地经济、社会和政治各项制约下，针对特定的运输要求而发展起来的。作为铁路先进技术的储备和发展需要，德国是最先进行磁悬浮铁路研究的国家之一。

德国1971年开始研究磁悬浮技术，1980-1987年建成埃姆斯兰特磁浮铁路试验基地。1988-1993年试验速度分别达到413km/h和450km/h。欧洲磁悬浮列车采用电磁悬浮技术，同步长定子线性电动机驱动。利用传感器调节浮力，速度400km/h时，悬浮间隙为10mm。德国研制的Transrapid磁浮高速铁路是一种速度介于飞机和汽车/铁路之间的革新的自动化交通系统。这种新的轨道交通系统是用磁力作动力，在特殊的轨道上运行的。

一、磁浮列车的运行控制系统

磁浮铁路列车采用无线控制系统，磁浮列车Transrapid的运行是通过行车指挥中心自动控制的，只有排除故障时，人才介入。移动设备和地面行车调度固定设备之间的数据传输是通过无线电进行的，无线传输系统采用38GHz通信系统，双向不间断传输数据。

二、磁浮列车的安全技术规范

为了预防出现互不兼容的制式，统一德国磁浮高速铁路的安全技术规程，1993年开始安全技术规程的制定工作，1996年完成了磁浮高速铁路规程（RWMSB）的编制工作。RWMSB是有关磁浮铁路安全技术要求和验证方面的汇编。该规程满足了磁浮系统的特殊要求，是其他规程不能代替的。该规程集中了有关各方在磁浮铁路开发全过程中取得的知识和经验，代表了德国磁浮高速铁路安全技术的当前水平。内容包括：

应用范围和意义；

安全技术要求；

与MbBO（磁浮铁路修建和运营规则）安全技术要求的关系；

为满足安全技术要求进行的验证。

第七节

分析与建议

一、信号系统标准化

随着欧洲一体化的发展，欧洲铁路信号系统制定了统一标准，如信号设备技术标准ERTMS/ETCS、安全标准PrEN50129和PrEN50128标准等腰三角形。

目前，欧洲铁路信号系统制定并采用统一标准，正受到世界上很多国家的关注，美国、日本、澳大利亚和印度等国家正在积极关注ETCS规范。

二、现代铁路信号系统特征

现代铁路通信信号系统具有如下特征：

网络化。现代铁路信号系统不仅仅是各种信号设备的简单组合，而是功能完善、层次分明的控制系统。系统内部各功能单元之间独立工作，同时又互相联系，交换信息，构成复杂的网络化结构，使指挥者能够全面了解辖区内的各种情况，灵活配置系统资源，保证铁路系统的安全、高效运行。

信息化。全面、准确获得线路上的信息是高速列车安全运行的保证。因而现代铁路信号系统采用了许多先进的通信技术，如光纤通信、无线通信、卫星通信与定位技术等。

智能化。智能化包括系统的智能化与控制设备的智能化。系统智能化是指上层管理部门根据铁路系统的实际情况，控制设备的智能化则是指采用智能化的执行机构，来准确、快速地获得指挥者所需的信息，并根据指令来指挥、控制列车的运行。

标准化。制定并采用统一的标准，实现设备的互操作性。

安全设计与评估。采用标准的设计规范，提高信号设备的安全性，同时按照系统生命周期规范设计，降低设备的成本。

三、欧洲铁路信号系统的发展趋势

欧洲铁路信号系统的发展趋势是：

大力发展基于GSM-R的列车控制系统（ETCS），研究与ETCS相适应的移动闭塞技术；

对联锁技术进行标准化和简化；

在ETCS基础上，开展把进路设置从地面转移到机车上的可行性研究；

向列车增添更多的智能功能，从而精简大量的地面设备。

第二篇：我国铁路信号系统概况

我国铁路信号系统概况

传统的铁路信号系统是由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等主体设备及其他有关附属设施构成的一个完整的“信号、联锁、闭塞”体系。在行内简称为“信、联、闭”体系。主要作用是：

为传达、指示列车运行命令、提供列车运行信息、反馈列车运行实时轨迹，以及表示某种特定信号警示。就需要包括地面固定信号、机车信号及各类信号标志等信号机设施。

为采集列车运行实时状况、表达钢轨线路占用情况、检查轨道性能的实际状态。就需要包括有绝缘（机械）、无绝缘（电气）等轨道电路。

为根据列车运行需要，接受控制命令自动分隔线路、开通并锁定列车通行进路。就需要包括电动、电液等转辙机。

为完成操作与控制信号设备、实时表示各类信号设备的实际运用状态。就需要包括电气集中、微机联锁、驼峰信号等联锁主机与控制台等控制设备。

为信号、联锁、闭塞设备提供电动力，并具备两路能自动转换的可靠电源。就需要包括车站、区间、驼峰等电源屏。

为沟通信号、联锁、闭塞设备，形成一体信号网落。就需要包括普通信号电缆、综合扭绞电缆、数字信号电缆、光缆等电线路。总之，铁路信号体系担负着路网上行车设备的运用状况、列车运行的实时状态、运输调度的指令控制等信息的传递与监控任务。保证铁路行车安全、扩大线路通过能力、提高运输组织效率、改善职工劳动条件。

铁路信号所具有技术密集度高、更新换代快；投资少、见效快、效益高的特点及优势。它渗透铁路运输各部门，由铁路信号产生的各种实时信息传输速度快、准确率高；控制命令逻辑关系严密，安全可靠度强，全程全网服务于铁路运输。铁路信号系统由车站联锁系统、区间闭塞系统、驼峰信号系统、列车运行控制系

统（CTCS）、行车调度控制系统（CTC）、微机检测系统和其他安全技术系统等构成。下面分别作进一步介绍：

第一，车站联锁系统。为保证行车安全，将车站的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系，称“联锁”，即联锁关系。当前我国车站联锁设备主要有：

一为电气集中联锁。以电气传输方式集中操控信号机、道岔转辙机等设备的车站联锁设备。

二为计算机联锁。是指利用微型电子计算机对车站值班员的操作命令及现场设备表示信息进行逻辑计算，以实现对信号机、轨道电路及道岔转辙机等设备进行集中控制的车站联锁设备。计算机联锁具有信息量大，便于联网和升级的特点。目前，车站计算机联锁不论从软硬件水平、检测手段和运用质量等方面都已具备了加快发展的条件。为满足CTC区段和列车运行速度超过160km/h的区段，以及客运专线、煤运专线、高速铁路等均将采用计算机联锁设备，并借鉴德、法、日等国家先进经验，在铁路枢纽地区和有需求的区段将大力发展、采用区域计算机联锁设备。

第二，区间闭塞系统。“闭塞”——是指为保证行车安全，而将列车正在运行的线路区段予以（电气）封闭，以防止对向列车、后续列车的正面冲突或追尾事故的发生。我国目前基本确立采用二种主要行车基本闭塞法即：自动闭塞和半自动闭塞。

一是半自动闭塞。通常采用64D、64F等制式，即：两站间区间为一个“闭塞”分区，只容许运行一趟列车。

二是自动闭塞。通常采用多信息移频自动闭塞、UM-71、ZPW-2000A等制式，即：将两个车站间划分为若干个“闭塞”分区，可容许两趟以上列车按规定的间隔时分、以相同的行进方向连续进入区间安全运行。为保证提速列车追踪运行安全，速度超过120km/h的区段应采用速差式自动闭塞。为此，目前全路正推行实施采用ZPW-2000系列（或UM系列）设备以统一我国铁路自动闭塞制式。

在既有线进行统一自动闭塞制式改造的同时，将对机车信号车载设备同步改造为JT-1C2000型主体化机车信号设备，主体化机车信号是信号联锁向列车控制的延伸，是列车超速防护的重要基础。主体化机车信号改造将统一机车信号低频信息码，并实施站内正线电码化叠加预发码技术。

第三，驼峰信号系统。根据铁路运输物流的不同去向，通过分布于全路各枢纽地区的铁路编组站对各方向到达的列车进行解体、编组作业，重新组合列车以完成延续运输，而驼峰信号控制系统即承担了此项任务。

目前，驼峰信号控制系统正向综合自动化系统发展，其控制技术包括车辆溜放进路、溜放速度及机车推峰速度等实行自动控制。

第四，列车运行控制系统（CTCS）。包括列车自动停车、自动机车信号、列车速度自动监督和控制、机车信号与超速防护系统。

在列车运行速度超过160km/h的区段，必须实行列车运行控制系统，即列车超速防护系统，其设计按照5个等级进行：

0级——为既有线的现状；

1级——由主体化机车信号、点式设备和安全型监控装置构成；

2级——基于轨道电路（模拟或数字），与点式设备和车载ATP设备构成； 3级——基于轨道电路GSM-R，与点式设备和车载ATP设备构成；

4级——完全基于GSM-R的ATP系统。

第五，行车调度控制系统（CTC）。根据全路电务跨越式发展规划，将以DMIS为平台，以CTC为核心，以行车指挥自动化为目标，加快实现铁路运输调度指挥管理系统现代化。当今铁路将加快发展新一代CTC，实现分散自律和智能化控制，在对列车运行实行调度集中控制的同时，实现对调车作业的集中控制。行车调度控制系统包括调度集中、调度监督及遥控、遥信系统。

DMIS技术，DMIS系铁路运输调度管理信息系统，其功能是将实时采集现场信号设备运用状况的信息，并及时传送至各级运输调度管理中心。目前需进一步扩大DMIS系统在全路的覆盖率，以加速实现铁路运输调度指挥现代化。

第六，微机检测系统。微机检测系统是对信号机、轨道电路、道岔转辙机等基本信号设备电气特性指标和运行状况（包括：对道岔缺口变化、信号机械室环境等）进行实时监控的一种系统设备，其对信号设备的日常维护、故障处理、以及确保设备的稳定可靠运行均具有直接的指导作用。因此，建立一体化的信号综合监测网络系统，是当前一项发展任务。

第七，其他安全技术系统。一是DMIS调度命令无线传送系统：即在非正常行车的情况下，利用无线列调现有系统向司机传达书面调度命令作为行车凭证的一种行车安全装置，也是DMIS和新一代CTC的配套设备。二是调车无线机车信号和监控系统：将调车进路、信号显示状态及调车作业单等通过无线传送到调车机车，作为调车的凭证，可为调车作业提供进路开放状态，并对机车实施监控。

总之，铁路信号是铁路现代信息技术的重要领域，列车运行控制与行车调度指挥自动化是铁路信号发展的关键性技术，代表着铁路行车信息与控制技术的发展趋势。随着我国铁路交通建设的快速发展，当今铁路通信信号技术发生了重大变化，车站、区间和列车控制的一体化，铁路通信、信号技术的相互融合，以及行车调度指挥自动化等技术，冲破了功能单

一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。其发展水平已成为我国铁路现代化建设的重要标志之一。

第三篇：铁路信号系统拆解

CTCS-3级列控系统是基于GSM-R无线通信实现车一地信息双向传输、无线闭塞中心（RBC）生成行车许可的列控系统，系统采用先进的技术手段对高速运行下的列车进行运行速度、运行间隔等实时监控和超速防护，以目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行，并可满足列车跨线运营的要求。

CTCS-3级列控系统主要有以下特点：

1、CTCS-3级列控系统是符合中国国情路情的、具有自主知识产权的、达到世界一流水平的先进列控运行控制系统；

2、CTCS-3级列控系统是按照中国铁路一张网原则规划的列控系统技术平台，能够满足最高运营速度380km/h，列车正向运行最小追踪间隔时间3分钟的要求，能够与200-250km/h新建铁路和既有提速线路的互联互通；

3、CTCS-3级列控系统成功采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先、GSM-R无线网络传输、信号安全数据网等先进技术，标志我国铁路列车运行安全控制技术达到世界先进水平；

4、CTCS-3级列控系统基于CTCS-2级列控系统构建，大量采用成熟技术，整合适配大量既有系统设备，系统技术先进成熟、经济实用、安全可靠；

5、CTCS-3级列控系统实现了我国列车运行控制的系统设计技术、生产制造技术、系统集成技术、工程应用技术、仿真测试技术、维护管理技术再创新和整体升级；

6、CTCS-3级列控系统采用国际先进的系统设计实现手段，构建完善的系统标准系统、以运营场景作为导入、按照欧洲安全设计流程实现、采用

系统评估作为系统确认手段，为我国铁路列车控制系统的可持续发展构建了完善的技术平台；

7、CTCS-3级列控系统的创新实现，形成了铁道部CTCS技术管理人才队伍平台、以实验室为中心形成测试分析和理论研究平台、供应商和运用单位结合的运用管理平台、企业系统产品的设计、开发、制造、施工、测试等生产和施工人才队伍平台；

8、CTCS-3级列控系统的技术攻关，构建了铁道部统一组织领导下，以项目为依托、以核心企业为主体，联合国外技术支持方、国内高校、科研单位和设计院，产、学、研一体的技术创新体系。

中国通号是中国轨道交通领域信息和自动控制产业基地之一，是国内系统集成及配套能力最强的专业化企业集团，产品主要分为信号、通信、基础、线缆四大类。

信号系统产品主要包括：移频自动闭塞、车站电码化、地面查询应答器、主体化机车信号、列控中心及车载设备，列车调度指挥系统设备（TDCS），分散自律调度集中系统设备（CTC），微机监测设备，列车超速防护设备（ATP），列车自动监督设备（ATS），计算机联锁设备，微机计轴设备，道口防护设备，编组站综合集成自动化设备（CIPS），驼峰溜放控制设备，信号产品测试设备等。

通信系统产品主要包括：无线列调系统设备、无线车次号校核系统设备、无线接入设备，GSM-R终端设备，综合视频监控系统设备，铁路电务管理信息化系统设备，铁路应急救援指挥系统设备，列车服务信息系统设备，客运信息服务系统设备，会议电话及会议电视系统设备，数字式电话集中机，列车广播机，光缆线路自动监测设备，光电数字引入柜，客票售检系统设备（AFC）等。

信号基础设备主要包括：25Hz信号电源屏、区间信号电源屏、驼峰信号电源屏、继电联锁信号电源屏、计算机联锁信号电源屏、三相交流转辙机电源屏，电动/电液转辙机、密贴检查器、驼峰车辆减速器、道岔外锁闭、道岔安装装置，RD1型道岔融雪设备，继电器、变压器，单元控制台，色灯信号机，防雷单元、防雷保安器，标准机柜机箱等。

线缆产品主要包括：数字信号电缆、通信电缆、光缆、光电综合缆、控制电缆、电力电缆等。

机车车辆电控设备、制动电阻装置、机车仪表。

电力工程高频开关直流组合电源柜、电动操作机构、真空断路器、隔离开关、电力铁塔等。

中国通号拥有的信号系统技术主要有自动闭塞系统、计算机联锁系统、列车调度指挥系统（TDCS）、调度集中系统（CTC）、国产化列车自动防护ATP系统、车站列控中心和应答器系统、驼峰自动控制系统、道岔转换安全保障系统等。

自动闭塞系统主要有ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞、WG－21A无绝缘轨道电路及25HZ相敏轨道电路、ZPW-2000（UM）系列闭环电码化。

车站计算机联锁系统主要有DS6-11型双机热备系统、DS6－20型三取二冗错系统、DS6-K5B型二乘二取二计算机联锁系统、区域计算机联锁系统、DS6-50型联锁和列控一体化集中控制的计算机联锁系统。

调度集中系统主要有FZt-CTC型、FZk-CTC型分散自律调度集中系统。车站列控中心和应答器系统作为CTCS2级列控系统地面主要组成部分，适用于装备计算机联锁或6502电气集中、CTC或TDCS车站。

国产化列车自动防护ATP系统：包括区域控制中心、车载设备、数字轨道电路三个子系统。

驼峰自动控制系统主要有TW-2型驼峰自动化系统、FTK-3型驼峰自动控制系统、TYWK型驼峰信号计算机一体化控制系统及编组站综合集成自动化系统（CIPS）。

中国通号拥有的通信系统技术主要有无线通信、视频监控、专用通信、智能交通、专用信息管理等。

无线通信系统技术主要有列车无线调度系统、DMIS无线车次号、800M列尾装置和列车安全预警综合系统、DMIS调度命令无线传送系统等。

视频监控系统技术主要有铁路线路视频监控系统及高速铁路综合视频监控系统。

专用通信系统技术主要有IP智能通信系统、铁路资源监控系统及应急救援指挥系统。

智能交通系统技术主要有自动售检票系统（AFC）、列车移动补票系统、铁路GSM-R SIM卡管理系统。

专用信息管理系统主要有铁路电务管理信息系统、铁路资金结算信息系统、地铁集中告警系统、OA系统、铁路财务会计管理信息系统及项目管理系统等。

第四篇：铁路信号系统影响因素

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铁路信号系统影响因素

作者：魏毅

来源：《现代装饰·理论》2011年第07期

摘 要 铁路对我国的发展起着重要作用。由于铁路运输的安全、经济、效率高、成本低等优势，世界各国都在加快铁路运输的发展。铁路信号系统不仅能够保障列车安全运行，而且也能够使铁路效率得以提高。

关键词 铁路；信号系统；影响因素

2011年7月23日温州的重大铁路交通事故让我们更清醒的认识到铁路信号系统的重要性以及它的破坏性。我国铁路在开始初期由不同的外国资本所控制，导致信号不同意。虽然在经过几十年的发展，我国铁路信号系统已经有了较快的发展。事实上，影响铁路信号系统的因素有很多，正是由于这些因素的影响使铁路信号系统会出现问题。本文主要就铁路信号系统影响因素进行了分析。

1.铁路信号系统构成1.1 行车调度指挥系统

随着信息技术和电子技术的快速发展，在计算机技术、信息、通信、决策、控制技术的支持下，现代行车调度系统实现了列车远程实时监视、控制、追踪和管理的自动化处理。行车调度指挥自动化系统技术随着列车调度指挥系统（TDCS）的改进以及新型分散自律调度集中系统研发成功而获得了长足发展。TDCS的主要内容是列车运行计划编制和调整及列车运行监视和管理，调度集中的核心是列车运行控制，TDCS和调度集中系统构成了行车调度指挥系统。TDCS由不同站段的分机和站段或路局总机衔接起来，形成路网调度的主要组成部分。

1.2 闭塞系统

区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，这就是所谓的闭塞。铁路信号闭塞系统就是由于闭塞相关的设备和技术组成。我国铁路的基本闭塞设备主要包括自动闭塞、半自动闭塞、自动站间闭塞。同列车自动完成闭塞作用的一种闭塞就是自动闭塞；通过装在两个相邻车站的闭塞机、专用轨道电路以及出站信号机所构成的一种闭塞就是半自动闭塞。正线是车站信号系统重要的组成部分，但是除此之外，还配有到发线、牵出线等其他线路，因此，有配线的分界点就是各种车站的另一种称呼。而无配线的分界点，为非自动闭塞区段在两个车站间设置的线路所，以及自动闭塞区段为在两车站间划分成若干个闭塞分区而设置的色灯信号机。其中线路所和色灯信号机就是无配线分界点，闭塞分区就是指在自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落。

1.3 车站联锁系统

1）信号机。信号机是铁路视觉信号的重要组成部分，用以指导铁路行车，与线路的闭塞系统密切相关。信号机的设置位置在进站和出站。进站信号机要设置距离最外方进站道岔尖轨尖端大于50m小于400m处。其作用主要是为了防护车站，指示列车的运行条件，保证接车进路的正确和安全可靠，凡车站的列车入口处必须装设进站信号机。出站信号机设置在警冲标外方3.5~4m处，防止侧面冲突。其作用是为了防护区间，作为列车占用区间的凭证，指示列车能否进入区间。发车线端必须设置出站信号机。2）站内联锁。车站联锁是进路、道岔和信号机之间相互具有制约关系。联锁主要包括道岔、进路间的联锁；道岔与信号机之间的联锁，进路和进路间的联锁；进路与信号机之间的联锁；信号机与信号机间的联锁。

2.铁路信号系统影响因素

2.1 设备系统

近年来，铁路方面已经开始重视信号产品的研发、生产、使用、维护的可靠性管理。由于在设备规范上标准较少、过于简单、可靠性指标不够全面、可靠性模型的选择比较少等因素，使设备系统的可靠性受到影响。可靠性是一门系统工程，与产品全寿命周期的各个阶段密切相连，从产品的研发、设计、生产、使用、维护、报废等一系列环节都始终与可靠性相连。建立第三方可靠性评估机构，再制定相应的标准，对单位的可靠性设计方案进行审核。“7•23”动车事故的发生揭示了信号设备在设计上存在严重缺陷，再遭雷击发生故障后，导致本应显示为红灯的区间信号机错误显示为绿灯。总的来说，我国铁路信号系统中可靠性应用还不够成熟，还需继续深入研究。

2.2 电气化条件对信号系统的影响

作为弱电系统，信号设备在电气化铁路中处于从属被动的地位。电气化铁路属于强电系统，它具有额定电压高、牵引电流可达到数百安培甚至上千安培、电力机车为非线性负载，在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分等特点。这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因。从干扰的种类来说，可分为传导、感应、辐射三种形式。不同的信号设备对不同类电气化干扰的反应不同，因此，具体的信号设备所采取的措施各不相同。

2.3 电缆电源对信号系统的影响

信号电源是铁路行车信号指示灯的供电电源，属于一级负荷。信号电源一般由自动闭塞电力线路和贯通电力线路两路电源供电。两路电源互为冗余，故障时相互切换，以提高供电可靠性。信号电源、电缆等受到自然环境、运行管理方式等因素的极大影响。

2.4 外部因素对信号系统的影响

每一个系统都有其固有的结构和组织形式，各组成部分不仅受设备本身技术水平和实现方式的影响，同时也受外部环境的影响。铁路信号设备的信号采集除来自列车和轨道系统外，车站和区段调度所还通过强风、雨、雪检测器及立交处防落物检测器采集的信号发出限速或停车

指令；人的因素是铁路信号系统的主导因素，不论在列车正常运营的管理、信号的采集分析和判断以及指导铁路运输作业方面，还是在非正常运营条件下对设备的维护保养，特别是局部区段发生故障后的信号处理和指挥，这些都直接影响着列车的运输等。

3.结语

随着我国对铁路上的投资逐渐扩大，铁路的相关技术也得到了较快的发展，尤其是有个别的技术已经独领风骚。铁路信号系统是一个庞大的工程，影响铁路信号系统的因素很多，既包括内部设备和技术水平，而且还包括外部条件，由此可见，铁路信号系统必须选择最优组合方案，才能在经济上和技术上取得双赢。

参考文献：

[1] 黄银霞，孙超，呼爱蝉，崔勇.信号系统评估体系构架[J].铁道通信信号，2008（11）.[2] 刘晓敏，李智，吕福健.铁路信号系统安全完整性需求的确定及分配方法[J].铁道通信信号，2011（04）.[3] 孙思南，朱宏.基于通信的列车控制无线网络构架与安全性研究[J].城市轨道交通研究，2006（12）.[4] 吴江.信号设备有缺陷不能贸然恢复通车[N].中国消费者报，2011，8（01）.

第五篇：铁路信号系统新技术的发展趋势

铁路信号系统新技术的发展趋势

近20多年来，在运输市场激烈竞争的压力下，各国铁路，特别是发达国家铁路为实现提速、高速和重载运输，积极引进采用新技术，大幅度提高了现代化通信信号设备的装备水平，新型技术系统不断涌现。

一、故障-安全技术的发展随着计算机技术、微电子技术和新材料的发展，故障—安全技术得到了飞速发展。高可靠性、高安全性的故障—安全核心设备出现了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同结构形式，其同步方式有软同步和硬同步。西门子公司、阿尔斯通公司、日本京山公司、日本日信公司等推出了不同类型的采用硬件同步方式的安全型计算机。

故障—安全技术的提高为高可靠和高安全的铁路信号系统的发展打下坚实的基础。

二、高水平的实时操作系统开发平台

实时操作系统（RTOS,Real Time Operation System）是当今流行的嵌入式系统的软件开发平台。RTOS最关键的部分是实时多任务内核，它的基本功能包括任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理、旗语管理等，这些管理功 能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是RTOS的应用程序接口（API,A lication Programming Interface）。在铁路、航空航天以及核反应堆等安全性要求很高的系统中引入RTOS，可以有效地解决系统的安全性和嵌入式软件开发标准化的难题。随着嵌入式系统中软件应用程序越来越大，对开发人员、应用程序接口、程序档案的组织管理成为一个大的课题。在这种情况下，如何保证系统的容错性和故障—安全性成为一个亟待解决的难题。基于RTOS开发出的程序，具有较高的可移植性，可实现90%以上设备独立，从而有利于系统故障—安全的实现。

另外一些成熟的通用程序可以作为专家库函数产品推向社会，嵌入式软件的函数化、产品化能够促进行业交流以及社会分工专业化，减少重复劳动，提高知识创新的效率。

在铁路这样恶劣工作环境下的计算机系统，对系统安全性、可靠性、可用性的要求更高，必须使用安全计算机，以保证系统能安全、可靠、不间断地工作。而安全计算机系统的软件核心就是RTOS。目前，英国的西屋公司（Westinghouse）已经在列车运行控制系统中采用了RTOS，瑞典也有很多铁路通信和控制系统采用OSE实时操作系统。

采用实时操作系统可以满足如下性能或特性：

提高系统的安全性。实时操作系统可以成为整个软件系统的中间件，即实时操作系统通过驱动程序与底层硬件相结合，而上层应用程序通过API和库函数与实时

操 作系统相结合。实时操作系统完成系统多任务的调度和中断的执行，这样系统的安全模块和非安全模块将会得到有效的隔离，RTOS可以很好地解决硬件冗余模块 的同步问题。

满足系统实时性的要求。列车运行控制系统要求的是硬实时响应，实时性要求非常高，如果在系统中选用实用操作系统开发该系统的软件，会对该系统的实时性指标的提高有很大帮助。

缩短了新产品的开发周期。由于RTOS提供了系统中的多任务调度、管理等功能，在此基础上用户只需开发与应用对象相关的应用程序，所以缩短了新产品的开发周期，降低了设备的成本。RTOS还具有开发手段可靠、检测手段完善等特点。

充分发挥实时操作系统可移植性、可维护性强等优势。

采用RTOS后，一旦系统需要升级，只需改动力量程序，而不像以前系统需要重新进行设计，体现出RTOS再开发周期短，升级能力强的优点。

三、数字信号处理新技术的应用随着铁路运输提速、重载的发展，基于分立元器件和模拟信号处理技术的传统铁路信号设备越来越满足不了铁路运输安全性和实时性的要求。

因此，全面引进计算机技术，利用计算机的高速分析计算功能，来提高信号设备的技术水平已非常紧迫。数字信号处理技术（D ,Digital Signal Proce ing）的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。

与模拟信号处理技术相比较，数字信号处理技术具有更高的可靠性和实时性。数字信号处理的频域分析和时域分析的两种传统分析方法有着各自的优缺点。频域分析 的优点是运算精度高和抗干扰性能好，而缺点是在强干扰中提取信号时容易造成解码倍频现象，例如将移频的低频11Hz误解成22Hz；时域分析的优点是定型 准确，而缺点是定量精确地剔除带内干扰难度大。

随着数字信号处理技术的新发展，在铁路信号处理中引入了新的实用技术，如ZFFT（ZOOM-FFT）、小波信号处理技术、现代谱分析技术等。

目前，我国的轨道电路的信号发送、接收以及机车信号的接收普通采用了数字信号处理技术，日本的数字ATC和法国UM2000数字编码轨道电路也都采用了数字信号处理技术。

四、计算机网络技术的发展随着计算机网络技术的飞速发展，实施企业网络化管理已成为企业实现管理现代化的客观要求和必然趋势。

铁路信号系统网络化是铁路运输综合调度指挥的基础。在网络化的基础上实现信息化，从而实现集中、智能管理。

网络化。现代铁路信号系统不是各种信号设备的简单组合，而是功能完善、层次分明的控制系统。系统内部各功能单元之间独立工作，同时又互相联系，交换信息，构成复杂的网络化结构，使指挥者能够全面了解辖区内的各种情况，灵活配臵系统资源，保证铁路系统的安全、高效运行。

信息化。以信息化带动铁路产业现代化，是铁路发展的必然趋势。全面、准确获得线路上的信息是高速列车安全运行的保证。因而现代铁路信号系统采用了许多先进的通信技术，如光纤通信、无线通信、卫星通信与定位技术等。

智能化。智能化包括系统的智能化与控制设备的智能化。

系统智能化是指上层管理部门根据铁路系统的实际情况，借助先进的计算机技术来合理规划列车的运行，使整个铁路系统达到最优化；控制设备的智能化则是指采用智能化的执行机构，来准确、快速地获得指挥者所需的信息，并根据指令来指挥、控制列车的运行。

近年来，我国铁路行业已成功地推广应用了原TMIS和DMIS（现称TDCS）等系统，在利用信息技术方面取得了长足的进步。具有代表性的列车调度指挥系统TDCS，以现代信息技术为基础，综合运用通信、信号、计算机网络、多媒体技术，建立了新型现代化运输调度指挥系统（铁道部、铁路局、基层信息采集网）。

五、通信技术与控制技术相结合随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）的飞跃发展，向传统的以轨道电路作为信息传 输媒体的列车运行控制系统提出了新的挑战。综合利用3C（Computer、Communication、Control）技术代替轨道电路技术，构成新 型列车控制系统已成必然。用3C技术代替轨道电路的核心是通信技术的应用，目前计算机和控制技术已经渗透到列控系统中，称为“基于通信的列车运行控制系统 ”（CBTC，Communication Based Train Control）。

如上所述，世界发达国家陆续试验的CBTC系统有ATCS、ARES、ASTREE、CARAT、FZB等。所有上述各类系统，均具有两个基本特点：列车与地面之间有各种类型的无线双向通信。可分为连续式和点式的。其中又可分为短距离传输（指1m以内）和较长距离传输（远至几公里至几十公里）的移动 通信。它们仍然保留闭塞分区，其中最简易方式CBTC仍采用固定的闭塞分区，但是闭塞分区的分隔点不是用轨道电路的机械绝缘节或电气绝缘节（如无绝缘轨道电 路），而是用应答器或计轴器，或其他能传送无线信号的装臵构成分隔点，这种简易形式仍然保留固定长度的闭塞分区（FAS，Fixed Aotoblock System），简称为 CBTC—MAS。

在CBTC中进一步发展的闭塞分区不是固定的,而是移动的(MAS,Moving

Autoblock System),简称CBTC-MAS。被欧洲联盟采用的ERTMS/ETCS的2级和3级是当前CBTC的代表。

ERTMS/ETCS经过多个试验项目的测试和认证后，进行了商业项目的建设，德国铁路计划到2021年在所有的高速铁路装备ETCS2级设备。表1-2给出了其他欧洲国家铁路正在建设或已投入商业运营的ERTMS/ETCS商业项目。通信技术与控制技术的结合重新规划了铁路信号系统的结构与组成，为列车运行控制的未来发展开辟了新开地。

六、通信信号

一体化随着当代铁路的发展，铁路通信信号技术发生了重大变化，车站、区间和列车控制的一体化，铁路通信信号技术的相互融合，以及行车调度指挥自动化等技术，冲破了功能单

一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。

从铁路信号系统纵向发展看，德国已经形成从LZB、FZB发展到ERTMS的发展趋势。LZB利用轨道电缆环线传输列车运行控制系统行车指令和速度指令机 车信号，取消地面闭塞信号机，保留闭塞分区，列车按固定闭塞方式（即FAS）运行。FZB是基于无线的列车运行控制系统，是新一代移动自动闭塞系统（即 MAS），其目的是实现低成本、高性能的列车运行控制系统，并已加入ETCS。ERTMS/ETCS（欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统）是欧盟支 持的统一的行车控制系统，采用GSM—R作为传输系统，其成功应用将进一步推动铁路通信信号的技术进步，加快实现铁路通信信号一体化的进程。

从信号系统的横向发展来看，日本新干线在1995年成功开发和投入运行的COSMOS系统，则是通信信号一体化的又一个成功案例。该系统包含运输计划、运 行管理、维护工作管理、设备管理、集中信息管理、电力系统控制、车辆管理、站内工作管理等8个子系统，以通信信号一体化技术，实现中心到车站各子系统的信 息共享，并使系统达到很高的自动化水平。

另外成功地应用了安全光纤局域网，使之成为联锁系统、列车运行控制系统的安全传输通道，达到通信技术与信号安全技术的深度结合，实现了通信信号一体化。

通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势，铁路信号技术发展所依托的新技术，如网络技术，与通信技术的技术标准是一致的，属于技术发展前沿科学，为通信信号一体化提供了理论和技术基础。在借鉴世界各国经验的基础上，结合中国国情、路情，我国已制定了中国统一的CTCS技术标准（暂行）。

七、安全性与可靠性分析

保证铁路运输的安全，要求铁路信号系统具有高可靠性和高安全性。安全评估理论的建立与推广为定量评估铁路信号系统的可靠性和安全性提供了重要手段。

在故障—安全理论的发展上，20世纪90年代初，IEC（International

Electrician Committee，国际电工委员会）将故障—安全的概念进行了量化，制定了安全相关系统的设计和评估标准IEC61508。该标准提出了安全相关系统的 “安全完善度等级（SIL,Safety Integrity Level）”的概念，它是一个对系统安全的综合评估指标。

IEC61508对安全系统提出了如下要求：

功能性（Functionality），包括容量和响应时间；

可靠性和可维护性（Reliability and Maintainability）；

安全（Safety），包括安全功能和它们相关的硬件/软件安全完善度等级（SIL）；

效率性（Efficiency）；

可用性（Usability）；

轻便性（Portability）。

随后欧洲和日本相应地以IEC61508标准为基础，制定了相关的信号系统的设计评估标准以及安全认证体系。

欧洲电工标准委员会（CENELEC）基于IEC61508标准为基础，附加列车安全控制系统的技术条件制定了一些安全相关系统开发和评估的参考标准。这些标准包括：

EN50126铁路应用：可信性、可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）规范和说明；EN50129铁路应用：

信号领域的安全相关电子系统；

EN50128铁路应用：铁路控制和防护系统的软件；

EN50159-1铁路应用：在封闭传输系统中的安全通信；

EN50159-2铁路应用：在开放传输系统中的安全通信。

1996年3月，日本铁道综合技术研究所颁布了“列车安全控制系统的安全性技术指南”，该标准也是以IEC61508为基础，并吸收了日本计算机控制的铁道信号系统的经验而制订的。

八、信号系统的规范化和标准化

随着全球经济一体化的发展，铁路信号系统市场也出现了全球一体化，主要体现在技术规范和安全规范的全球化，如ERTMS/ETCS。

“统一规范、统一标准”是铁路信号系统的发展方向。信号系统的规范化和标准化的制定（如欧洲铁路运输管理系统ERTMS规范），体现了以下的优势：

新产品开发费用低；

由于规范化和标准化的制定考虑了系统的连续性，所以新产品能与老系统兼容；

规范明确定义所有接口（机械、电器、逻辑）标准，系统实现了模块结构，从而实现设备的互通互连；

公开规范和标准，开放市场，促进竞争，降低成本，从而获取最佳产品和最佳价格