北京交通大学《铁路信号运营基础》第一章课件

1、铁路信号运营基础 2012年9月第一章 铁路和铁路信号的作用本章要点知识要点本章小结 铁路运输及发展1 34铁路信号作用 2铁路信号的发展北京交通大学 一、铁路运输及发展 （一）铁路组成及作用五种现代化运输方式1、铁路运输是陆地运输的主要方式1825年世界第一条铁路至今有170多年历史速度快，运量大，运费较低，适合长距离运输（短途运价高，货物易损）运输的常见方式五种现代化运输方式2、水路运输人类最早采用的一种运输方式成本低 能力大 运量大运距长缺点：速度慢，连续性差， 受自然条件影响大适宜：数量大、距离长、对 时间要求不急的货物五种现代化运输方式4、航空运输20世纪迅速发展起来的一种运输方式速

2、度高投资少建设周期短可跨越天然障碍成本高容积和载重量小受自然气候条件影响大适合运送距离长、贵重、紧急、鲜活品等货物五种现代化运输方式5、管道运输运输液体货物的一种运输形式，伴随着石油工业而发展起来的。成本低、能耗小运量大投资小、占地少受外界影响小可连续运输目前，我国运输管道已有15800千米，分布在20个省区，我国生产的原油95%由管道运输）（3）定义 以机车车辆等移动设备和铁路线路、桥梁、隧道、站场等固定设备为基础，以车站为运输生产基地来实现旅客和货物运输的庞大系统。 行车组织系统、通信联络系统、行车指挥系统等组成。（4）组成 “车、机、工、电、辆”五大部门协同工作 采用铁道部、铁路局、站段

3、三级管理制度 “高、大、半” 1、 铁路运输特点及作用2、我国铁路电务部门的管理体制包括：运营、科研、设计、工程、工业等部门 运营：生产部门，部局段 科研：铁科院通号所，通号公司设计院，局属科研单位，铁路高校 设计：通号公司设计院、各勘测设计院 工程：通号工程公司、电气化工程局、各工程局的电务工程公司 工业：各相关 信号厂、电缆厂、设备工厂3、我国铁路部门的管理体制的变革改革后铁路系统将实行铁路局直接管理站段的体制，即实行铁道部铁路局站段三级管理模式 撤消所有分局18个铁路局（公司）：哈尔滨、沈阳、北京、呼和浩特、郑州、济南、上海、南昌、广铁集团公司、柳州、成都、昆明、兰州、乌鲁木齐、青藏铁路

4、公司、太原、西安、武汉实行铁路局直接管理站段的管理体制，减少了运力配置的中间层次，有利于提高组织管理效能，优化运输组织，提高运输效率；有利于发挥铁路新技术装备的作用；有利于减少运营管理成本；有利于推进铁路运输企业建立现代企业制度，构建铁路新的管理体制；有利于铁路局更好地履行安全责任主体的职责，提高安全管理效率。（二）铁路发展 （1）铁路发展历程及国内外运营状况1、铁路发展及其现代化世界铁路的发展：1825年世界第一条商业铁路在英国投入运营。英国：铁路的故乡美国：铁路最多的国家 （1）铁路发展历程及国内外运营状况1、铁路发展及其现代化萌芽期蓬勃发展期衰退期复苏期国外的发展：（二）铁路发展快速发展

5、时期：1840-1913世界上第一条铁路:英国美国：大规模英国日本西班牙德国前苏联北京交通大学 快速发展时期：1840-1913美国铁路营业里程居世界第一位，现有本国铁路260423公里，其中一级铁路为212742公里，轨道延长里程为354813公里，另外还有美国拥有使用权，非本国在国内修建的铁路23112公里。 美国于1830年5月24日第一条铁路建成通车，全长21公里，从巴尔的摩至埃利州科特。19世纪50年代，筑路规模扩大，80年代形成高潮。从18501910年的60年间，共修筑铁路37万余公里，平均年筑路6000余公里。1887年筑路达20619公里，创铁路建设史上的最高纪录。1916年

6、，美国铁路营业里程达到历史上的最高峰，共408745公里。 北京交通大学 快速发展时期：1840-1913美国铁路网由6条横贯东西、十多条连络南北和十多条由东北向西南的主要干线以及大量的支线和地方线所组成。 北京交通大学 衰落时期1913-1970世界路网规模有所减小：拆路运动铁路运输市场份额每况愈下铁路运输企业经营惨淡，普遍亏损夕阳产业北京交通大学 衰落时期1913-1970由于其它运输方式迅速发展等原因，不断拆除和封闭线路，铁路线路长度不断缩减。铁路一度被称为“夕阳产业”。美国的现有铁路中，阿拉斯加铁路由州政府直接管理，全国铁路旅客运输公司（AMTRAK）为联邦政府直接经营管理，联合铁路公

7、司为联邦政府与私人投资独立经营，其他铁路都由私营铁路公司经营。私营铁路公司最多时有6000多家，而后在竞争中或合并或破产，减少到几百家。 北京交通大学 振兴时期环境污染废气公路是铁路的300倍安全事故率一线曙光日本1964年东海道新干线振兴时期政府扶植体制改革：网运分离科技创新，采用新技术提高竞争力北京交通大学 振兴时期：铁路新科技客运高速：时速200km/h以上；高加速高减速；全线自动化。提速摆式车体货运重载年运量不小于20Mt；列车重量达5000t；列车中车辆轴重至少23t。北京交通大学 一、铁路运输服务 （1）铁路发展历程及国内外运营状况1、铁路发展及其现代化适合国情；十一五期间高速发展

8、；我国铁路发展：国家中长期铁路网规划（2008年调整）北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 客运专线规划（2008） 1、“四纵”客运专线北京上海客运专线，包括蚌埠合肥、南京杭州客运专线，贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区；北京武汉广州深圳客运专线，连接华北和华南地区；北京沈阳哈尔滨(大连)客运专线，包括锦州营口客运专线，连接东北和关内地区；上海杭州宁波福州深圳客运专线，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。2、“四横”客运专线徐州郑州兰州客运专线，连接西北和华东地区；杭州南昌长沙贵阳昆明客运专线，连接西南、华中和华东地区；青岛石家庄太原客运专线，连接华北和华东地区；南京武汉重庆成都客

9、运专线，连接西南和华东地区。同时，建设南昌九江、柳州南宁、绵阳成都乐山、哈尔滨齐齐哈尔、哈尔滨牡丹江、长春吉林、沈阳丹东等客运专线，扩大客运专线的覆盖面。3、城际客运系统在环渤海、长江三角洲、珠江三角洲、长株潭、成渝以及中原城市群、武汉城市圈、关中城镇群、海峡西岸城镇群等经济发达和人口稠密地区建设城际客运系统，覆盖区域内主要城镇。北京交通大学 三种类型的铁路发展模式客运型日本新干线高速铁路客运的特点：高速度高密度大运量货运型美国、加拿大、南非客货并重型俄罗斯、中国、印度北京交通大学 一、铁路运输服务 （2）铁路发展方向1、铁路发展及其现代化方向：安全、高速、重载铁路运输要素：列车重量、运行速度

10、和密度世界高速铁路的发展日本高速铁路法国高速铁路德国高速铁路西班牙高速铁路意大利高速铁路北京交通大学 中国高速铁路的发展 “十一五”期间，我国逐步发展成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家高速铁路领先世界，高原铁路世界一流，重载铁路屡创世界奇迹“十一五”期间，我国铁路全面加快实施中长期铁路网规划，铁路营业里程跃居世界第二，并昂首跨入高速时代，高速铁路里程世界第一，为发展国民经济和提高人民群众生活水平提供了重要保障。2003年以来，铁路建设项目批复投资总规模超过4万亿元，已完成投资1.5万亿元。预计“十一五”末，全国铁路将投产新建铁

11、路1.6万公里以上，铁路营业里程将达9万公里以上。 北京交通大学 中国高速铁路的发展高速铁路从无到有，既有线路提速世界领先，中国高铁技术标准创多项“世界之最”。铁路六次大提速以较小的代价和较短的时间提高了运输能力，运输能力提高了50以上，动车组列车为旅客提供了高品质的乘车条件。目前，我国高速铁路运营里程已达7055公里，全国铁路日开行动车组1000多列，日发送旅客达到92.5万人。“十一五”期间，我国逐步发展成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。北京交通大学 重载运输北美单元列车环行线，不解体，徐行装卸卸车方法：底卸、侧卸，翻卸

12、漏斗与电子磅称相连控车速度与徐行速度自动控制多机牵引北京交通大学 重载运输：单元列车12000t，100辆车编组维修基地摘挂一定数量车辆轮修48000t补机推送，200300辆编组车站站线足够长2.42.7km35台机车牵引俄罗斯曾试验开行了重量为43407吨的超长重载列车，列车由440辆车组成，全长65公里，由4台电力机车牵引，情景十分壮观。 北京交通大学 中国重载运输中国铁路重载运输屡创奇迹。2008年，大秦铁路煤炭运量达3.4亿吨，成为世界上年运量最大的铁路。仅这一条铁路就完成了全国铁路18的煤炭运量。铁路部门还先后在北同蒲线、迁曹线、大包线等铁路开行万吨级重载列车，创造了客货共线铁路运

13、输速度、密度、重量的世界纪录，我国重载铁路的整体能力达到了前所未有的新高度。北京交通大学 我国发展主要方向：客运高速化 现在客运列车时速在350km的已成熟，磁悬浮列车已达到400- 600km/h，但技术不够成熟。货运重载化 现在列车容量在3000-4000t，现已增加到1万-2.5万吨。提高既有铁路线路的运行速度北京交通大学 发展的技术需求：现代铁路的列车性能已趋于能源和维护费用的极限。旅客列车的速度受到安全的约束，货物列车的重量也已达到桥梁和线路的活载极限。铁路的软件革命即改进管理与控制，可使铁路的技术设备发挥更高效能。由电子计算机、光导纤维、数字技术构成的信息系统，将改变传统的通信、信

14、号两个领域的关系。发展的趋势是以计算机联锁，取代目前的电气机械联锁。另外，自动排列进路，可使密集列车运行作业最优化，并使调度员摆脱人脑速度和能力的限制。 北京交通大学 发展的技术需求：在硬件方面，各国都在加强铁路机车车辆的技术改造。随着内燃机车代用燃料的出现，对传统内燃机车发动机重新优化已成必然，目前，大部分电力机车采用直流串励电动机，这种电机尽管有良好的牵引特性，但易发生空转。采用交流电力机车已是发展方向。北京交通大学 发展的技术需求：对于货物车辆来说，除采用大型货车外，在降低货车自重，提高轴重或增加轴数等方面下工夫。对于客车来说，为了达到高速化的目的，重在发展轻型化车辆。转向架的结构、车体

15、的结构都在向轻量化发展。随着新材料的不断涌现，耐大气腐蚀的耐候钢、热镀锌钢板等金属材料，玻璃钢、泡沫聚氨酯、合成纤维布等聚合材料以及精密陶瓷材料，还有光导纤维、超导材料都逐步在铁路机车车辆、集装箱、线路、隧道、桥梁、通信以及接触网等各方面被普遍采用。北京交通大学 货运集中化和集装化 应对现有铁路的货运站和编组站进行合理调整，提高货运装卸的机械化和列车编组的直达化。通过集装箱运输提高装载能力、发展专业化标准化。运营管理自动化 集中指挥，统一调度管理，建立有效网络系统，信息化处理和信息传递。 铁路行车安全技术 铁路的安全；驾驶员的安全监督和保安装置；各种对运输设备进行监测的自动化设备；铁路职工的基

16、本素质和培训。北京交通大学 一、铁路运输服务 （2）铁路发展方向1、铁路发展及其现代化客货分线技术创新其中高速铁路实现：二、作业控制与管理 （1）列车运行控制1、过程控制自动化ETCS（Europe Train Control System）CTCS(Chinese Train Control System) ETCS历史ETCS出现之前欧洲列控设备有六大供应商提供的13种型号的系统，互不兼容为解决这一问题，1990年国际铁路联盟开始组织专题研究与信号和列车控制有关的问题 。历时15年（2004年），形成ETCS 体系ETCS体系是关于运输管理和列车控制的一系列最新标准规范北京交通大学 ETC

17、S特点及优势实现了互联互通 最高适用于500 公里/小时高速铁路具备超速防护功能 (ATP) 可实现更小的运行间隔 可最终实现移动闭塞更高的安全保证更低的成本北京交通大学 二、作业控制与管理 （1）列车运行控制1、过程控制自动化CTCS 国际铁路联盟（UIC）于2002年12月1012日在北京召开铁路通信信号国际技术研讨会； 我国铁路既有线已经过6次大提速；青藏线、大秦线、胶济线GSM-R建设；高速客运专线建设。二、作业控制与管理 （1）列车运行控制1、过程控制自动化CTCS 我国高所铁路快速发展的必备手段，行车安全及运行舒适度。CTCS根据系统配置按功能划分为5级 设备等级CTCS0CTCS

18、1CTCS2CTCS3CTCS4通用机车信号XXXX主体机车信号XXXX运行监控记录装置XXX模式曲线速度控制XX轨道电路信息传输主体信息传输主体信息传输主体XGPS定位XXXX点式设备X列控中心XX无线闭塞中心（RBC）XXX无线通信（GSM-R）XXX地面信号（X）（X）X（）X适用范围既有线现状面向160km/h以下的区段面向提速干线和高速新线面向提速干线、高速新线或特殊线路面向高速新线或特殊线路北京交通大学 目前建设的客运专线等级CTCS-2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，采用车-地一体化设计，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信

19、号行车。合宁、合武、沿海通道属于CTCS-2级列控系统客专，行车速度为200250km/h。CTCS-3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统，面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞，适用于各种提速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。武广、郑西、广深港、沪宁、哈大属于CTCS-3级列控系统客专，行车速度为300350km/h。北京交通大学 北京交通大学 二、作业控制与管理 （2）行车自动化1、过程控制自动化TMIS (Transportation Management Information System) 运输

20、信息管理系统DMIS（ Dispatching Management Information System) 调度监督系统TDCS (Train Operation Dispatching Command System) 铁路调度指挥系统CTC(Centralized Traffic Control System )调度集中TDCS、CTC总体结构示意图(增加客专中心)北京交通大学 TDCS/CTC总体结构描述TDCS、CTC系统由铁道部调度指挥中心（以下简称部中心）、铁路局调度所（含客专调度所）和车站基层网（以下简称车站网）三层构成 部中心为全路TDCS/CTC调度指挥中心，具备全国铁路各线

21、路调度指挥管理功能；部中心同时包含客运专线CTC调度指挥中心，可实现对全路客运专线列车的直接指挥。铁路局调度所为18个铁路局TDCS/CTC调度指挥中心，具备铁路局管内各线路调度指挥及管理功能；客专调度所为北京、武汉、上海、广州4个客专CTC调度指挥中心，具备在铁路局调度所统一指挥下对管内各客运专线调度指挥及管理功能。（目前新增西安、成都2个客专中心）北京交通大学 调度区段划分：三个调度区段济南枢纽台：6个CTC控制站，13个TDCS指挥车站。胶济二台： 14个CTC控制站，3个TDCS指挥车站。胶济一台： 13个CTC控制站，3个TDCS指挥车站，2个区间中继站。北京交通大学 客专下CTC系

22、统功能特点-C3列车运行状态北京交通大学 C3列车运行状态-提供调度员实时、直观的列车运行状态信息北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 二、作业控制与管理 1、过程控制自动化编组站自动化系统包括站内进路自动控制系统、机车车辆控制系统、信息处理系统。 （3）编组站自动化（yard automatic control system ）二、作业控制与管理 （3）编组站自动化（yard automatic control system ）1、过程控制自动化进路自动控制系统：到达场、出发场进路控制、调车进路控制。二、作业控制与管理（3）编组站自动化1、过程控制自动化溜放速度控制溜放进路

23、控制推峰机车速度控制货车控制系统二、作业控制与管理（3）编组站自动化1、过程控制自动化基本计划作业计划信息管理货车信息处理系统变更计划解体、编组、调车等查询二、作业控制与管理（3）编组站自动化1、过程控制自动化 美国于1964年在盖脱威编组站建成世界上第一个组站自动化系统。此后，加拿大、日本、苏联等国家研制和建立了各种编组站自动化系统。日本于1968年成郡山自动化编组站，以后又陆续建成五个自动化编站。 我国1990郑州北站自动化编站，目前哈尔滨南、苏家屯、沈阳西、山海关、丰台西、石家庄、郑州北襄樊北、徐州北、济南西、南京东、南翔、阜阳北、鹰潭、株州北等均已采用。 二、作业控制与管理（1）TDC

24、S (Train Operation Dispatching Command System) 2、运营管理自动化调度指挥管理系统【传统行车调度】传统行车调度指挥方法与行车调度自动控制对比调度电话为主 缺点：延时、错误率高、效率低北京交通大学 TDCS特点：调度办公无纸化行调台延续多年的一张图,一只笔,一把尺,一块像皮的工作模式将被现代化的TDCS行调子系统所替代,调度员通过简单的点击鼠标即可实现运行线的自动铺画,调整,下达阶段计划和调度命令等操作。列车运行的到发点由系统自动采集，实际运行线自动生成。每班的运行图可打印输出。以计算机替代重复、简单的作业环节，减少作业员的工作环节、劳动强度。北京交

25、通大学 流程管理程序化 通过详细描述列调工作中的设备、规则、方式、流程等条件，由程序智能控制作业流程，规范作业过程管理。 安全检测智能化 强大的防火墙系统和入侵检测系统保证了TDCS系统作为行车设备的高度安全性，防止黑客的非法入侵和病毒的侵入。 北京交通大学 计划调整自动化 针对小时阶段计划的自动调整，由计算机的自动调整替代调度员人工调整，特别是单线调度区段，极大地减轻了调度员的工作强度，调度员只要把握住几个重点会让策略，进行人工干预，其他工作交给计算机来做就可以了。通过系统自动调整列车会让计划、智能判别列车运行必须满足的逻辑关系，以一定的方式与车站的信、联设备联结，实现对车站设备的直接自动控

26、制，满足调度集中或半集中的需要。北京交通大学 TDCS特点：调度指挥无声化 有了TDCS系统，调度员通过计算机网络来下达和获取相关的信息，实现信息的共享，不在依靠电话的联系，您将会看到一个非常安静的调度所，改善了调度人员的工作环境。 调度控制集中化在调度集中区段，TDCS系统与CTC系统结合可以做到几百公里之外的车站全部由调度所来集中控制，调度员在调度台上便可直接控制车站的连锁设备，进行远程作业，可作到车站的无人值守，配以计算机辅助调度，可以实现按图排路，使整个运输调度工作跨上一个新台阶。 北京交通大学 北京交通大学 背景TDCS 气象预报子系统2007年2月28日，高达十三级的强风沙掀翻一列

27、从乌鲁木齐到南疆阿克苏的火车， 北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 北京交通大学 二、作业控制与管理（2）运行图编制2、运营管理自动化列车运行图是利用坐标原理来表示列车运行时空关系的图解形式。列车运行图规定了列车占用区间的次序、列车在每个车站出发、到达或通过的时间，区间运行时分，车站停车时分。列车运行图也就规定了线路、站场、车辆和通信信号等设备的运用与行车有关部门的工作。列车运行图的分类：按使用范围分铁路内部使用列车运行图社会使用列车运行图按区间正线数分单线运行图单双线运行图双线运行图列车运行图的意义与作用：列车运行图是用以表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件。列车运行图的图解表示与分类列车运行图上，下行列车的运行线由左上方向右下方倾斜；上行列车的运行线由左下