第一篇：铁路信号系统新技术的发展与应用(论文)
铁路信号系统新技术的发展与应用（论文）
［摘要］铁路为实现高速、高密度和重载运输的需要，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。［关键词］故障-安全技术、实时操作系统开发平台、数字信号处理、计算机网络技术的应用、通信技术与控制技术的结
合、通信信号一体化近10多年来，运输市场竞争激烈，各国铁路，特别是我国
铁路为实现高速、高密度和重载运输的需要，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。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。
三、数字信号处理新技术的应用随着铁路运输发
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的安
全性和实时性。因此，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（DSP,Digital Signal Pr ocessing）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，我国区间采用的ZPW2000-A信号发送、接收以及机车信号的接收都采用了数字
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。
（一）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，灵活配置系统资
源，保证铁路系统的安全、高效运行。
（二）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。
（三）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）。其具
有以下特点：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置构成分隔点，这种简易形式仍然保留固定长度的闭塞分区（FAS，Fixed Autoblock 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。
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。
七、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：
（一）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；
（二）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。参考
文献马桂贞 微机联锁系统 西南交通大学出版社 2001陈红霞 以微机为基础的铁
路信号设备的可靠性设计与分析西南交通大学图书馆，2005，第5期吴汶麒 城市轨道
交通信号与通信系统 北京 中国铁道出版社,1998.阮春欣 铁路信号容错技术 北京：中
国铁道出版社，1997：50~65［摘要］铁路为实现高速、高密度和重载运输的需要，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。［关键词］故障-安全技术、实时操作系统开发平台、数字信号处理、计算机网络
技术的应用、通信技术与控制技术的结合、通信信号一体化近10多年来，运输
市场竞争激烈，各国铁路，特别是我国铁路为实现高速、高密度和重载运输的需要，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。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。
三、数字信号
处理新技术的应用随着铁路运输发展，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的安全性和实时性。因此，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
（DSP,Digital Signal Pr ocessing）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，我国区间采用的ZPW2000-A
信号发送、接收以及机车信号的接收都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。
（一）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，灵活配置系统资源，保证铁路系统的安全、高效运行。
（二）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。
（三）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）。其具有以下特点：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置构成分隔点，这种简易形式仍然保留固定长度的闭塞分区（FAS，Fixed Autoblock 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。
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。
七、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：
（一）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；
（二）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。参考文献马桂贞 微机联锁系统 西南交通大学出版社 2001陈红霞 以微机为基础的铁路信号设备的可靠性设计与分析西南交通大
学图书馆，2005，第5期吴汶麒 城市轨道交通信号与通信系统 北京 中国铁道出版社,1998.阮春欣 铁路信号容错技术 北京：中国铁道出版社，1997：50~65铁路信号系统新技术的发展与应用 夏之俊
第二篇：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
第三篇：铁路信号系统新技术的发展趋势11
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,Application 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（DSP,Digital Signal Processing）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，灵活配置系统资源，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置构成分隔点，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。
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。铁路之家交流社区 qq.china1435.Com 火狐浏览器3.0版更加增强系统安全
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。
第四篇：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。
第五篇：航海新技术应用论文
一、本船条件
1． 本船结构强度：老船锈蚀严重抗风能力差。如在北太平洋的冬季40°N以北，常有10级偏北大风，如本船为低速的老船，拟定大洋航线应适当考虑低纬海区，即使免不了要作一些绕航。
2．吃水：空船吃水浅受风面积大，船舶摇摆大，不利于发挥车效舵效；满载遇强顶风严重上浪而会损伤船体。
3．航速：航速快慢对航线选择影响较大。因为航速与顶风浪的能力有关。所以不同航速的船舶，应选择不同的推荐航线。
4．吨位：吨位大的船一般抗风能力大。
5．客货载情况：航线拟定时应考虑是否满载；是否载有危险品、甲板货，封舱、衬垫和绑扎情况。如甲板上装有大量货物，舱内装有易滑动的货物而未经平舱或认真绑扎和装有大量易爆、易燃、易污染的货物时，或货物重心太高太低而致GM值过小或过大时，都会使船舶在海上的风险大大增强，因此，选择的航线也应有不同，要慎重考虑。客船一般应选择风浪小的航线。
6．船员情况：航线拟定时应考虑船员的素质和干部船员的技术状况。
7．船舶尺度：某些航线如海峡、运河、水道包括进出港的航道，对于船舶的长、宽、高皆有一项或多项的限制。
8．船舶续航力：船舶续航力应考虑燃料、淡水和食品等储备量。船舶在航行中需要消耗大量的燃料，对于万吨级货船，航行时每天要消耗燃油20 t左右。对于航线长的船舶，航行时间长，燃料消耗大，开航前需要燃料储备量也大。一般应考虑到船舶航行安全储备一定数量的燃料，不致于在航行途中因缺乏燃料而造成停车漂航，或不得已挂靠港口补充燃料，延误到港时间，增加不必要的开支。设备老旧的船舶尤其是主机状况不佳的船舶，要适当增加储备量。
船舶在航行中，如遇冬季、台风季节或其它恶劣天气，船舶顶风、顶浪航行，会使船速下降，航行时间增加，或为了避离灾害性天气，船舶需要调整航线而增加航程，都将会增加燃料消耗量。因此，船舶在航行中每天检查燃料消耗量，将剩余燃料与剩余的航程进行比较，选用合适的航速，以保证船舶安全顺利地抵达目的港。
二、水文气象
要充分了解本航次所经海区的水文气象条件，对可能会遇到的灾害性天气的航区，应事先做好充分准备，并在航线拟定时为保证船舶航行安全采取的具体措施均应作出设计与安排。多年来由于灾害性天气给船舶造成的海难事故时有发生。所以，对灾难性天气要特别留心防范，绝不能掉以轻心。
1．气象条件
⑴ 世界风带：船舶要经哪条风带，对船舶航行有利还是不利。
⑵ 热带气旋：它对船舶航行安全威胁最大，它属于灾害性天气，应千方百计地避离。
⑶ 雾：对世界上有名的雾区要了解清楚，本航线是否经过这些雾区，应做到心中有数并做好准备。
⑷ 流冰和冰山：在高纬度海区航行时，流冰和冰山出现较频繁，应结合冰情报告，注意避开流冰和冰山。
2．海况
⑴ 流：大洋航线主要研究洋流。洋流是大洋环流，与风带有密切关系。近海海流主要受季风影响。近岸航线主要是受潮流的影响。拟定航线时，应尽量避开顶流，多利用顺流。
⑵ 海浪：大风过后常伴随着大浪，大浪威胁船舶的安全，大大降低船速，也会影响到船员的生活和工作，应尽可能避开大风浪区。
3．危险物
在大洋中水比较深，危险物比较少。在沿岸航行时危险物比较多，对船舶航行安全威胁比较大，在拟定航线时应离开危险物有足够的安全距离，即使在最有利的条件下，离危险物不得少于1n mile。在确定离危险物的距离时应考虑以下因素：
⑴ 从最后一个观测船位到危险物的距离。
⑵ 危险物附近海图测量的精度。
⑶ 危险物附近有无显著的可供定位和避险的物标。
⑷ 通过危险物时的能见度及时间。
⑸ 风流对航行的影响。
4．定位与避让
拟定航线时，应充分考虑利用各种定位方法进行定位的可能性，特别是重要转向点位置应考虑实测求得。接近陆地时，应选有显著物标或明显特征等深线的水域。注意避让条件，特别是能见度不良时，更应尽可能避免穿过渔区或拥挤水域。还应考虑避免通过禁航区、军事演习区等水域。
三、载重线公约
国际载重线公约(load line rules)规定了某些指定区域与指定日期采用的最小干舷。这些区域与日期在该公约的附图或英D6083—载重线季节区域图中可查得，也可查《世界大洋航路》（OCEAN PASSAGES FOR THE WORLD，87年版15页的图1．26）。在选择航线时，应预先考虑到本船的吃水在驶经常规航路时是否会受到该公约有关规定的限制。
1．航线设计与船舶所使用的载重线的关系
根据航线所经海区的类别和季节期，确定使用何种载重线，从而最终确定本航次允许使用的最大总载重量。当船舶整个航次在使用同一条载重线的海区航行或船舶由使用较低的载重线海区航行至使用较高的载重线海区航行时，应根据船舶装货港所在海区确定装载吃水；当船舶由使用较高载重线的海区航行至使用较低载重线的海区时，应以船舶航行途中的燃料消耗，使之航行至使用较低载重线的海区时，船舶吃水正好等于该海区所允许的吃水为依据确定装载吃水，从而确定船舶总载重量。
2．航线设计与限制吃水的关系
除在始发港外，在航线上某处水深受限，尤其是始发港较近处，应根据下式确定船舶的满载吃水d：
dmax=Dd+HW+鋎g-Da
式中：
dmax：最大吃水;
Dd
：航道最浅处的海图基准水深（m）;
Hw
：过浅水时可利用的潮高（m）;
鋎g：始发港至航线水深最浅处油水消耗对吃水的修正量
Da ：船舶过浅水时应留的富裕水深
如航线上水密度为非标准海水，则dmax尚应扣除水密度修正。船舶满载吃水确定后，便可从静水力曲线图或载重线图尺上查得船舶的总载重量。
3．航线设计与货物特性的关系
某些货物由于自身特性而对外界条件具有一定要求，如温度、湿度、风浪、振动等，则应在航线设计时尽量满足这些条件。
四、航行受限制区域
有关当局公布的禁航、禁锚、禁渔区域或其他方面限制的区域是影响航线设计的诸因素之一。这些区域大部分位于领海内，但也有位于公海的。可归纳以下几种类型：
1．军事演习区
⑴ 界限：有的演习区(exercise area)事先在有关的出版物上标定了具体界限。但是由于涉及公海的法律地位，除非演习区在领海范围内，在一般航用海图上不予以标出。然而，英版《航海手册》中认为演习当局为了避免责任而不在一般海图上标示其区域界限。航路指南中可能述及演习区情况，但不予以述明其具体界限。若演习区设有航标，则航路指南、灯标表、航用海图皆会刊载。
⑵ 时间：少数事先在有关的出版物上作了大略规定,但绝大多数是在航行警告中临时规定的。为了避免误伤，事先有时间规定的演习区一般也进行航行警告的广播。要弄清楚其规定的演习起始终止时间是世界时，还属当地时间。
⑶ 种类: 分为海战、空战、登陆战、海对空、地对空、轰炸、潜艇、扫雷布雷、航空母舰飞机起落、导弹等演习。航海者一旦误入演习区如知其演习种类，也可以推测危险的程度和寻求其临时解决的办法，例如远离飞机起落中的航空母舰。
⑷ 信号：除了在有关出版物和航行警告中已有叙述外,在现场可能有飞机、军舰或巡逻艇警戒和显示警告信号及VHF广播,也可能设置警告用的或表示演习区界限的航标。
在航线设计中：
① 绝不进入已经宣布为禁航区的军事演习区。
② 不应进入固定的事前有出版物刊载的军事演习区。但船长在接近现场时，如在演习时间之外，仍可能临时决定驶入，务仍须在演习时间之前驶离。
③ 航线可画在临时演习区或**限的演习区内，但安全措施或注意事项中要注意此点，以提醒驾驶员加强了望和收听航行警告，待接近时再核算驶入和使离时间是否在演习时间之外。
④ 临时的演习区，平时虽可开放，但也不宜在此捕捞，锚泊。
2．水下电缆与管道
除非极重要的水下电缆或管道，一般不宣布禁航，只是不准抛锚或渔捞、疏浚或钻探。由于海底电缆在海图上的位置并非十分精确，不得近于0．25 n mile。误触水下电缆、管道其后果严重，将会发生通信中断、用水中断与触电、爆炸、火灾引起的诸如人员伤亡重大经济损失等后果。
3．空中电缆与桥梁
航经空中电缆或桥梁的下方时，须注意船在水面上的高度和空中电缆与桥梁的高度，一般需保留2～5 m的 距离以防计算失误。航线设计要求对船舶的两个高度必须十分清楚，一是大桥的安全通过限制高度，另一个是本船的最大高度，即当时吃水状态下本船的实际水面上高度。显然，如果本船的最大高度小于大桥的制限高度，则船舶可以安全通过，反之，则不能通过。特别要指出的是，即当本船的最大高度接近大桥的安全制限高度时，就更应认真核对当时水尺、潮高，仔细计算船舶最大水面高度。倘若两者非常接近，就应当机立断，采取措施如注入压载水，调整油水舱，以调整水尺，满足大桥安全制限高度的要求。
4．垃圾倾倒区、抛泥区、弹药倾倒区
航线设计中一般皆不通过这些区域，因为这类区域水深可能减浅很快。此外也可避免与垃圾船或抛泥船相会
5．雷
区
世界上极大多数雷区是战争时布放的。这些雷区业经扫雷或在其中通过扫雷开辟航道。雷区中的航道左右皆有浮标表示其界限。
可以参考如下航线设计的方法：
⑴ 避开习惯航线或“必经”之路，绕以远道或在习惯航线远处平行驶过。例如1984年8月红海最紧张期间，船舶在红海南端曼德海峡以北避开了习惯航线，即避开哈尼什岛以东地区。
⑵ 避开船舶触雷多发水域。
⑶ 避开100拓以下的浅水水域,因音响水雷放置越深,效果越差。
⑷ 避免使用回声测深仪（echo sounding）。避免抛锚。
⑸ 跟随前船航迹前进,但须保持相当距离。
⑹ 用舵时尽量少用大舵角。
6．禁
区
禁区(prohibited area)有两种。禁锚与禁渔的禁区仍可通航。但禁航区不但禁止通航也不许抛锚与鱼捞。未说明何种禁区则以禁航区看待。在航线设计中要十分注意此点。
7．海上油田区
海上油田区中的设施包括钻井架、油井、水下油井、暂闭油井口、生产输油输气管道、水上储油库、油轮单点停泊泊位及工作船艇的系船浮等。其中钻井架位置会变更，故应注意查阅航海通告与收听航行警告。在航线设计中，对上述孤立的设施应距1．5 n mile以上。对一群设施的最外一项设施也应距1．5 n mile以上，更应避免穿越其设施群。如海图上已标明该处油田区的范围，则应离其界限500 m以外,海上油田区不得抛锚或渔捞。
8．避航区
避航区(area to be avoided)是船舶定线制内容之一。IMO规定了三处避航区。有关国家政府为了避免污染或保护珍奇生物出发自定一些避航区，船舶是否是其避航对象，可在航海通告、警告、海图或IMO出版的《Ships’ Routeing》中得知。
9．领海与渔业管辖区
领海和毗连区公约规定了船舶在领海内享有无害通过权，所以领海对航线设计一般无影响。
五、船舶定线
1．船舶定线制
根据IMO《船舶定线制的一般规定（General provisions on Ships’ Routeing）》船舶定线制(routeing system)是指旨在减少海难事故的任何单航路或多航路或定线措施。它包括分道通航制(traffic seperation schemes,TSS)、双程航道(two-way route)、推荐航线(recommended route)、推荐航路(recommended trace)、避航区(area to be avoided)、沿岸通航带(inshore traffic zone)、环行道(roundabout)、警戒区(precautionary area)和深水航路(deep water way)九种。
上述定线措施在实际水域中通常是根据当地情况相互结合起来使用的。船舶定线制的目的是在下列水域中增进航行安全：
⑴ 交通汇聚区域；
⑵ 通航密度大的区域；
⑶ 由于海域有限而使船舶活动的自由受到约束的水域；
⑷ 存在航行障碍的水域；
⑸ 水深受限的水域；
⑹ 气象条件不佳的水域。
2．船舶定线制的实施
船舶定线制通常由各国海上交通安全主管机关负责实施。有强制和非强制船舶定线制。强制的船舶定线制由主管机关依法制定和实施，具有行政法规的性质，船舶必须遵守。非强制的船舶定线制不具有行政法规的性质，只是向船舶推荐使用。在实际可行的情况下，船舶遵守非强制的船舶定线制是海员运用良好船艺的表现。
实施船舶定线制的各国主管机关有义务使航行于其管辖的定线制水域中的海员清楚地了解该定线制的内容和在该定线制水域中的航行方法。主管机关通常是以发布航行通告和出版各类航海出版物的形式向海员传播。如果一国主管机关所实施的或拟定实施的船舶定线制方案已递交IMO并被采纳，则IMO将在其出版物《船舶定线制（Ships′Routeing）》中载入该定线制并向全世界发行。在英版《航海通告摘要》的第17号通告和英版海图上均有刊载，设计航线时应参考。
分道通航制(traffic seperation schemes,TSS)是船舶定线制中使用最频繁、最重要的定线措施。它对于避免船舶对遇中的碰撞事故具有重要意义。为了实现分道通航的规范化和在分道通航制水域中航行方法的统一《1972年国际海上避碰规则》第十条规定了船舶在分道通航制水域中的航行方法，而且，规定该条仅适用于IMO采纳的分道通航制。也就是说，仅当船舶在IMO采纳的分道通航制水域中航行时，船舶才应遵守《1972年国际海上避碰规则》第十条的规定。
深水航路（deep water way简称 DW）多属IMO所制定，主要供深吃水船或限于吃水的船舶使用，故在海图上不但具有“DW”字样而且在航跨范围内或线上标明最小水深，是经过精确测深的，故某些深水航路水深并不大于航路以外的水深。若非深吃水或非限于吃水船进入深水航路而与深吃水船或限于吃水船发生碰撞，则前者违反了避碰规则第十八条的规定“应避免妨碍显示第二十八条信号的限于吃水的船舶安全航行”。一般吃水的船在选择航路时，可不采用“深水航路DW”，但当实际中未发现有深吃水船或限于吃水船驶经或不妨碍它们的行动时，其他船舶也可随时驶入，除非有明文规定或设有专门的控制台、信号台须经其批准后才能驶入。
3．在船舶定线制水域中设计航线时的注意事项
⑴ 在IMO采纳的分道通航制水域中设计航线时，应使船舶在所设计的航线上航行时能有效而方便地遵守《1972年国际海上避碰规则》第十条中有关规定。
⑵ 在未经IMO采纳的分道通航制水域中或其他定线制水域中设计航线时，应使船舶在所设计的航线上航行时能有效方便地遵守有关主管机关制定的在该分道通航制水域中或定线制水域中的航行规定和一些特殊规定。
⑶ 在非强制性的定线制水域中设计航线时，也应参照上述⑴、⑵中的一般原则和方法。
⑷
航线通常应在通航分道的端部画进或画出，但船舶在分道的任何一侧驶进或驶出时，应与分道内的船舶总流向形成尽可能小的角度。设计航线应尽可能避免穿越通航分道(traffic lane)，但如不得不穿越时，应尽可能与分道的船舶总流向成直角的航向且船流密度小、分道宽、危险物少的水域穿越。若分隔带由自然障碍物构成，航线应尽量设计在通航分道的外缘，以避开障碍物。
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