博士论文理工科类[交通]高速铁路实现机车信号主体化的解决方案.doc

高速铁路实现机车信号主体化的解决方案论文关键词: 高速铁路 机车信号 主体化 解决方案论文摘要:本文介绍了高速铁路实现机车信号主体化列车运行控制系统、车站联锁系统、综合调度中心系统的解决方案。实现机车信号主体化是高速铁路信号系统发展的必然趋势。高速铁路信号系统充分体现了数字化、网络化、智能化的发展方向，主要由三大部分构成，即列车运行控制系统、车站联锁系统、综合调度中心系统。为实现机车信号主体化，列车运行控制系统、车站联锁系统、综合调度中心系统采取如下解决方案:1列车运行控制系统根据我国的具体情况，列车运行控制系统应能满足不同速度列车混合运输的运行方式，并且区间不设地面通过信号机。采用自律分布式、模块化的系统结构形式。系统分地面和车载设备两大部分，地面设备产生列车控制所需基础数据，传送给列车经车载设备处理，产生列车速度控制曲线，监督或控制列车安全运行。列车制动模式采用连续速控制曲线模式，列车控制方式以人工驾驶为主，也可由设备实行辅助自动控制，列车根据其性能好坏自动调整追踪间隔，线路通过能力有较大提高。地对车信息传输有三种方式可供选择，即:无绝缘数字编码轨道电路、轨道电路加点式应答器、无线通信。对不同的信息传输方式车载设备采用不同的接收装置来接收，经信息转换和处理后产生列车速度控制曲线。利用无线通信和应答器进行车对地的信息传输。利用轨道电路进行列车占用闭塞分区的检查，用轨道电路和车载测距设备进行列车精确定位。高速线上运行的均为动车组，皆安装高速列控系统的车载设备，车载设备采用先进的数字信号处理技术，兼容既有线信号系统，在分界点列车自动识别转换模式，使高速列车能下既有线运行，既有线上运行的安装有高速列控系统车载设备的动车组能上高速线运行。每个车站设一个区段控制中心，通过高速铁路数据通信广域网络实现各区段控制中心之间以及与综合调度中心之间的高速、大容量的信息交换。根据目前能够满足机车信号主体化的列控系统技术解决方案和我国现阶段的情况，对列控制式进行比选如下:车载设备接收列控信息的方式不论基于轨道电路、点式设备还是基于无线的方式获取，其列控方式主要有三种:分级速度控制;分级速度模式曲线控制;一次模式曲线控制。1.1不同列控模式能力的比较列车在不同地段的追踪间隔时间汇总下表2。根据表l和表2，在列控方式为分级速度模式曲线控制时，其列车追踪间隔时间能实现4rnln:列控方式为一次制动模式曲线控制时，其列车追踪间隔时间基本能实现3mill。多级制动模式按速度等级分段制动，其列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分和列车速度、列车制动性能有关，其线路通过能力变化范围较大，TVM300的运行间隔时分一般为4一5，而TVM430可达到3。目标距离连续速度控制模式，是根据目标距离、目标速度及列车本身的制动性能确定列车制动曲线的方式，它不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式，连续速度控制模式一般以前方列车占用的闭塞分区入口为目标点。其运行间隔可达2.5。连续速度控制模式能满足要求，且比较成熟;和分段速度列控方式相比，该方式能减少闭塞分区长度对列车运行间隔时分的影响，充分发挥列车制动性能，更适合于不同速度列车混运，所以推荐采用目标距离连续速度控制模式。1.2地与车信息传输为实现对列车速度的连续控制，确保高速列车行车安全，控车所需的信息分别由地面设备和机车设备提供给车载列控设备，车载列控设备根据对这些数据的处理，在车上产生相应的制动曲线，监督或控制列车高速、安全运行。地对车信息传输有以下方式可供选择，即:无线通信，轨道电路、点式传输设备，和轨道电缆等。无线通信GSM一R近年来在欧洲发展迅速，它具有传输信息量大的特点，可满足车地通信的需求，目前我国也己开始进行无线通信的探索，并将其确定为未来CTCS的发展方向。多信息无绝缘轨道电路或编码轨道电路加点式传输设备，可实现连续速度控制模式所需的信息传输需要，适合我国当前国情。轨道电缆方式在德国LZB系统中采用，与既有线的移频自动闭塞能以实现兼容，在复杂的道岔群敷设轨道电缆会有技术上的难度，也会给维修带来不便。1.3列控系统的控制原则高速铁路列车运行控制系统的控制方式有两种:一种是“人机共用、机控优先”，以日本为代表;另一种是“人机共用、人控优先”，以欧洲为代表。人控优先的系统对列车自身制动系统性能的要求相对较低，列车运行速度一般由司机控制，只有列车超过安全运行所允许的速度，设备才自动介入实施制动，它便于发挥司机的主观能动性，减少超防设备对司机操作的干扰。1.4车载设备智能化原则列车速度控制曲线的生成有两种方式:一种是以地面为主，列车速度控制曲线主要由地面控制中心计算后生成，运行中的列车根据地面传来的指令对列车进行监控，以德国LZB为例:另一种是以车载为主，车载设备中央处理单元根据传来的各种数据，计算生成列车速度控制曲线，对列车进行监控，以欧洲ETCS为例。后一种方式又称为车载设备智能化，是目前列控制系统的发展趋势。根据我国的具体情况，高速铁路要兼容既有铁路的信号制式，特别是要满足多种信息传输方式，实现传输系统故障时的降级需要，就必须采用车载设备智能化的方式。1.5列控系统的实施方案列控系统的总体方案。主要原则是:采用连续速度控制模式;地对车信息传输按顺序优先采用数字编码轨道电路、轨道电路加点式应答器和无线通信;采用“人机共用、人控优先”的控制方式，车载设备智能化车载设备根据传来的各种数据，计算生成列车速度控制曲线，对列车进行监控。(l)系统分析。ETCS二级总体功能上符合上述要求;基于无线通信的列控系统，欧洲铁盟把它作为发展方向，它是实现互连互通的最有效方式。西班牙MADmD-LERIDA线的ETCS二级仍要轨道电路来检查列车占用，因为考虑系统冗余，无线故障时降为一级，甚至每个轨道区段还装备了有源应答器。所以轨旁设备并没有减少。真正减少轨旁设备的是ETCS三级。基于无线通信为基础的列控系统对中国而言，尚有以下工作要做:GSM一R的频点正在审请，若用18(X)MHZ将会引起造价和验证的问题;防非法侵入问题将进一步探讨;基于数字编码轨道电路的列控系统，日本东北新干线的盛冈一八户段己于2002年12月开通投入运用。中国有多家对数字编码轨道电路的研制已取得可喜的成绩。考虑到选择数字编码轨道电路的余量大一些，可以加点式设备实现连续速度控制模式，这种模式可以说是ETCS二级系统的派生，技术上是成熟的，欧洲各大公司是可以提供系统的。(2)总体方案一:基于轨道电路、点式应答器和智能化车载设备的列控系统。基本方案:基于数字编码轨道电路和点式设备的列控系统，实现连续速度控制模式。数字编码轨道电路和点式设备实现地对车信息传输，并进行列车占用检查，无线通信或点式设备实现车对地信息传输，智能化车载信号设备能兼收各种信息传输。系统升级为无线列控时，数字编码轨道电路实现列车占用检查及完整性检查，同时作为无线列控系统降级、冗余系统，对工程投资不会造成浪费:系统冗余:无车载信号时，降级为自动站间闭塞:基本结构:每站设列控中心和计算机联锁设备(或两者一体化)，列控中心和控制中心之间以广域网连接;列控中心和计算机联锁设备与轨旁设备之间用以太网连接;轨旁设备有数字轨道电路和点式设备;智能化车载信号设备;可操作性:技术成熟，作为首推方案，并考虑复盖其他方案。(3)总体方案二:基于无线传输和智能化车载设备的列控系统。基本方案:基于无线通信的列控系统，实现连续速度控制模式。GSM一R实现地车双向信息传输，数字轨道电路进行列车占用检查，智能化车载信号设备能兼收各种信息传输:系统冗余:无线通信故障时，靠数字轨道电路发码降级为分级速度控制;无车载信号时，降级为自动站间闭塞:基本结构:每站设无线基站，基站之间以专用光纤连接;每站设计算机联锁设备，相互之间以专用光纤连接;无线基站、计算机联锁设备和控制中心之间以广域网连接:计算机联锁设备与轨旁设备之间用以太网连接;轨旁设备有数字轨道电路和点式设备;智能化车载信号设备;可操作性:急待解决频点等问题，作为方案一的发展与升级方案，对方案一不会造成投资浪费。1.6与既有线的连接高速线与既有线的列控模式切换采用点式切换设备，由车载设备自动完成。同时，车载设备设置冗余人工切换手段，防止自动切换故障。人工切换的优先级高于自动切换。当区间道岔衔接既有线时，衔接道岔归高速线控制，在联络线设交接线段划分联锁范围，以信号机分割，交接线段的优先使用权归高速线。高速列车进入普速区时，高速调度中心对高速列车进行实时监视、车次跟踪、自动报点、自动绘制运行图。如果高速与普速合用一个站场，同一道岔咽喉，股道分开，可划分出高速区。车站联锁统一设置，高速区由高速调度中心统一控制，涉及两控制区的进路取得另一方同意后由进路始端方办理进路，必要时高速调度中心可放权，由车站进行控制。2车站计算机联锁系统车站计算机联锁系统是行车指挥控制自动化系统的一个重要组成部分，并实现与调度中心控制系统、列控系统、通信系统、集中检测系统、旅客向导系统等的有机结合。高速站、中间站和越行站的计算机联锁系统采用三取二或二乘二取二方式的冗余结构，能进行全面的系统自诊断。计算机联锁设备和列控中心设备可以二合一，也可分开设置。车站设进、出站信号机。列控系统因故停用，车站间采用自动站间闭塞方式。正常情况下以列控信号为主，进、出站信号机仅在列控失效时或供没装有列控设备的列车使用。站内采用与区间一样的无绝缘轨道电路侧线采用有绝缘轨道电路，发送列控制信息与轨道占用采取一体化方式。3综合调度中心系统调度控制系统采用集中管理分散控制模式，通常调度中心向各站下达列车运行计划(运行图)，车站联锁系统根据运行计划和列车运行信息(车次号等)自动实行进路程序控制，调度员通过修改运行计划或下达进路控制命令的方式调整运行图，必要时也可由车站值班员控制进路。