高速铁路安全保障系统的建构探讨

高速铁路安全保障系统的建构探讨

随着我国科学技术的高速发展和经济建设的快速成长，传统铁路已不能满足社会经济的发展，而高速铁路的发展建设越来越受到人们的重视，已经成为社会经济发展的主动脉。近几年来，高速铁路以其安全、可靠、技术创新和优质服务等特点为铁路的发展带来新的机遇和发展。而高速铁路的运营安全保障系统的建设和构成问题也同时摆在我们面前。

1高速铁路的特点

所谓高速铁路，即运行速度达到200～250公里每小时，或超过300～350公里每小时（km/h）的新建线路，都可以统称为高速铁路。与传统的铁路相比，高速铁路具有以下优势和特点：

1.1速度快

高速铁路是陆地运行距离最长、运行速度最快的地面交通运输体系，速度是高速铁路技术水平的关键标志。

1.2输送能力大

输送能力大是高速铁路的主要特点。高速铁路列车最小行车间隔可达3分钟，列车行车密度可达20列以上。高效率可使其建设和维护成本降低。

1.3安全性好

由于高速铁路是在全封闭环境中自动化运行，又配有完整的安全保障体系，极大提高了高速铁路的安全性能。

1.4全天候运行、正点率高

除极端天气和危及行车安全的自然灾害外，可以全天候运营。凭借高速铁路系统设备的可靠性和封闭式管理，可以做到高速铁路列车极高的正点率。

1.5列车运行平稳，振动和摆幅较小

高速铁路线路平缓、稳定，列车运行平稳，振动和摆幅小。列车车内设施齐全，坐席宽敞舒适，减震隔音性良好，安静舒适。

1.6能源消耗低

根有关资料统计，在各种交通运输工具中，以高速铁路的平均能耗量最低。

2国内外高速铁路发展现状

随着高新技术在高速铁路中的不断应用，使高速铁路具有高速度、技术构成复杂、集成化程度高、耦合程度高和组织管理一体化等特点，在安全性能上与传统铁路相比存在着本质上的差别，是集人-机-环境-管理为一体的动态复杂的系统。

现在国外拥有高速铁路的国家主要有德国、日本、法国、英国、意大利、西班牙等。在国外高速铁路发展过程中，由于各国原有铁路技术装备和线路状态的不同，各国所采用的方式和技术措施也不尽相同。

德国发展高速铁路未采用修新线的方式，仅对原技术状态较好的线路进行改造和加固，必要时才修几段新线，使其形成几条高速运行线。日本在上世纪90年代开发超高速电动车组，为之后发展时速350km高速列车奠定了基础，所有高速铁路基本上都是新建铁路专线。法国是创造铁路列车试验速度最高的国家之一，其最高运行速度可达300～350km/h。英国高速铁路与德国同属一个模式。

我国高速铁路的发展是根据国内经济发展水平以及现有的铁路运营模式，对现有线路的改造与引进国外先进的高速铁路技术相结合，逐步地推进我国高速铁路的发展。

2.1既有线的改造提速建设

经过多年的探索和线路改造，我国于1997年至2004年间进行了五次大面积的提速，基本形成了京沪、京哈、京广、京九铁路组成的“四纵”，以及陇海加兰新、沪杭加浙赣铁路组成的“两横”的快速铁路网络，总长达1.6万km。时速以200～250km的线路里程达1960km。2007年4月，我国铁路实施第六次大面积提速和新的列车运行图，最高时速可达250km以上，这也是既有线上的最高速度。

2.2引进国外先进技术，消化吸收、再创新

为了实现我国高速铁路技术快速发展，先后从法国、德国、日本等国引进先进动车组技术，铁道部引导组织铁路机车车辆生产企业、科研单位，联合了一批高校，以掌握核心技术为目标，把原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新相结合，以产、学、研为一体开发制造了“和谐号”CRH系列动车组。如：200km/h级别的有：CRH1、CRH5、CRH2-200；300km/h级别的有：CRH3、CRH2-300等。通过引进、消化、吸收、再创新，具有自主知识产权的动车组正式启用，并成功投入高速铁路的运营。

截至2010年，我国投入运营的高速铁路（包括新建高速铁路和既有线路提速达到时速200～250km的线路）已超过6500公里，居世界第一位，时速200～350km的高速铁路有3676公里，并且形成了独有的运营模式。

未来我国高速铁路的发展趋势，将主要体现在以下几个方面：

（1）利用高科技，不断提升高铁的综合可靠性、安全性和易维护性；

（2）利用技术更新和科学管理，降低高速列车的寿命周期费用；

（3）动力配置方式向动力分散式方向发展，更加注重节能环保。

3高速铁路安全保障技术系统

高速铁路带来的变革，使其在安全保障、运输组织和管理的一体化建设要求都远高于传统铁路，而安全是高速铁路运营的第一要素，高铁安全不仅要在规划、设计、建设和验收时给予高度重视，而且在运营管理中也要不断研究、改进、完善和提高。因此，建立一套科学的、系统地高速铁路运营安全保障技术系统对保证高速铁路的高效正常运营，最大限度地保障人民生命财产安全，维护社会稳定和提高铁路运输的经济效益具有重要的意义，已成为高速铁路安全管理工作的当务之急，重中之重。

3.1高速铁路安全总体框架

高速铁路运营安全保障技术系统是以保障高速铁路运营安全为总体目标，结合线路自身的特点，以运营安全相关的固定设施、移动设备等为检测、监控和管理对象，以先进、成熟、经济、适用、可靠的信息技术为支撑，以科学先进的信息系统为管理手段，通过不断集成和创新形成对高速铁路运营安全系统分析、对可能发生的事故进行预警以及突发事件应急救援构建成有机整体，以此指导高速铁路运营安全保障的控制、管理和决策。总体框架如图1所示图1高速铁路运营安全保障体系总体框架

3.2技术体系的构成

高速铁路安全保障技术体系应从高速铁路运营安全保障工作的可靠性、系统性和综合性出发，做好“人-设备-环境-管理”四个方面的系统构建。为了确保高速铁路的运营安全，我国铁路部门采取了各种手段。可以归纳为：

（1）基于预防和避免事故的高速铁路安全的监控和检测技术。

（2）基于维护、维修的移动设备和固定设备的安全检测技术。

（3）高速铁路运营安全管理技术。

（4）应急救援与历史记录追溯技术。

将逐步构建我国高速铁路“智能化、信息化、高可靠、全覆盖”的运营安全保障技术体系，为高铁安全稳定运营提供可靠的保障。高速铁路的整体构成见图2。

图2高速铁路的整体构成

3.3技术体系的特征

高速铁路运营安全保障技术体系的核心是信息技术的全面综合集成应用，主要体现在以下几个特征：

3.3.1系统性

高速铁路运营安全保障技术体系要从安全系统工程的角度出发，一方面，要保证高速铁路各项基础设施和关键装备的先进性、可靠性和安全性基本要求；另一方面，高速铁路各子系统都是实现系统总体安全目标不可或缺的组成部分，都承担着特定的、不同方面的、不同层次的、分工明确的行车安全保障任务，该体系应该通过各子系统的功能集成获得最大的系统总功效。

3.3.2综合性

综合开发和利用监控和检测到的高速铁路运营安全相关状态信息，有效地辨识系统中潜在的危险因素，从而能够客观地分析高速铁路运营安全隐患和问题，以便采取相应的对策来不断提高、改善高速铁路运营安全水平。

3.3.3高效性

高速铁路运营安全保障技术体系应以运营安全信息为依据，认真总结历史经验和教训，建立健全高速铁路运营的各项规章制度，加强路局及各段各部门之间的协作效率，从而能够更全面实施控制和管理，制定全面、高效、科学的运营管理、决策管理制度，形成保障高速铁路运营安全的管理体制。

3.4设施装备的监测与在线诊断系统

设备装备的监测检测与诊断系统集中对全线的线路、桥梁、信号及相关的控制设备的状态进行综合检测，包括周期性、实时检测。监视系统运行是否正常，各监测点及车站信息处理中心是否正常工作，确认各种主要设备的技术状态是否完好。建立通信网管监视系统、各专业机房环境监测系统，及时掌握工务、电务设备及其工作环境的状态，合理安排维修，保证系统正常运转，防患于未然。主要包括：轨温监测诊断系统、牵引供电安全在线监测诊断系统、机车走行部故障在线诊断系统。设施装备的监测与在线诊断系统。

3.5环境监测与灾害监测预警系统

环境检测与灾害预测预警系统，主要对可能发生的灾害、突发性灾害等各种可能发生的灾害，实施全面、准确、实时的安全监控。对各类灾害监测的原始信息，通过灾害预测预警模块的数据处理、分析与判断后，根据灾害的性质和级别，对运动中的列车实施预警、或限速运行、或中止行车，以确保高速列车运行安全。主要包括：高铁沿线的各类安全状况的监测：如涵洞、隧道的安全状况、雨量及洪水监测预警系统、强风监测预警系统、地震监测预警系统等。

3.6事故救援和减灾系统

安全保障系统的作用是保护列车的安全，避免事故发生，尽管高速铁路为保证行车安全采取了各种措施，但仍可能有不可预见的事故发生。因此，除了采取各种防患于未然的措施外，还应具备各种应急救援、事故处理、灾后恢复等设备和能力，需要建立一套完备的事故救援和减灾系统，对减少人员伤亡、减轻事故损失具有非常重要的意义。主要包括：应急救援指挥与信息发布系统、预案及事故资料管理系统、应急救援辅助决策系统、救援资源管理系统、应急演习训练管理系统等。

4高速列车运行控制系统

4.1应用高科技，提高高铁的运行监控系统

这是一套保证列车安全运行的自动控制系统。由综合调度指挥系统集中管理高速铁路上运行的所有列车，通过列车自动控制系统保证列车安全运行。自动控制列车按预定的速度运行，利用程控或遥控系统控制管理列车的运行。

目前普通列车上都装有列车运行监控系统装置，主要由查询应答器、速度传感器、压力传感器、主机、机车信号指令系统、速度显示和电控阀等组成。

设备的传感器可以把机车行驶的状态，各部位动作情况以及变化数据，送进黑匣子存起来。存进去的信息包括：每个区间列车行驶的速度、行程距离、机车信号、乘务员对信号的确认情况，柴油机或电动机的转速、燃料油或电力的消耗等。同时记录出乘车日期、运行时间、机车型号、车次、乘务人员代号和列车种类等信息。一次可连续记录运行几万公里的信息。而且能记录30分钟以内的最新列车运行状态数据（事故发生后将自动停止记录），并且其记录密度大大高于监控主机数据记录密度，列车走行距离超过5米时，将产生一次相关参数记录。因此在发生严重事故后可提供详细、准确的列车运行状态数据。

高速列车采用的是GSM-R（铁路无线通信）的CTCS-3系统。该系统由车载子系统和地面子系统组成，列车位置及列车移动授权由GPS和GSM-R传输解决，列车完整性检查和定位校核分别由车载设备和点式设备实现。我国的列车运行控制系统（CTCS）根据功能要求、运行速度和设备配置分为0～4级。目前我国正在大力发展建设CTCS-3级列车控制系统。通过GSM-R网络通信实现了车-地间的双向通信。CTCS-2是CTCS-3级列控系统的后备系统。

地面设备主要检查列车在区间的位置，形成速度信号，向列车传送允许速度、线路参数等信息。车载设备主要由天线、信号接收单元、控制制动单元、司机控制平台显示器、速度传感器等组成。

4.2提高设备的质量和性能

认真落实高质量、高性能的铁路设施设备是铁路运营安全的重中之重，以往发生的高速铁路事故，大部分是设计制造质量方面的原因，出现要求不高，把关不严，严重影响了列车的运行安全。因此，严格把关，把成熟的高铁技术运用到设施设备的研制中，不断地提高设施设备的质量和性能，才能为高速铁路的运营提供安全可靠的保障。

由于高速铁路运营系统比较复杂，涉及面广，跨度大，采用技术多，集成度高，所以如何构建和完善高速铁路运营安全保障系统是一项非常艰难的任务。必须把“人、机车、环境和管理”各个环节把好关，做好对新技术、新材料、新工艺的全面考核和严格把关，必须反复检验、试验、综合试验以及磨合期的实践，待技术成熟后才能进行推广，否则将会给高速铁路系统带来不可估量的损失。当今我国的高速铁路技术已经处于世界领先地位，因此，各种新技术的突破，必须经过更加严格的验证和实践，才能尝试地运用到实际当中，待技术完全成熟后才能进行推广。要科学统筹，精心组织，细化管理，建立健全高铁运营安全系统的各项管理制度并执行好落实好，确保人民生命和财产的安全。

5结论

为了确保我国铁路运输的安全、高效、快速和可持续发展，我们必须从人的纪律性、责任感、价值观等方面进行全方位、深层次的教育、培养和训练，从根本上解决好“人”这个关键要