1铁路信号基础-概述

轨道交通信号系统的创新研究与实践

FundamentalsofRailwaySignaling轨道交通运行控制系统国家工程研究中心袁磊Office:机械楼-东1003E_mail:LYUAN@参考书:

高继祥，《铁路信号运营基础》，铁道出版社,

1998赵志熙，《车站信号控制系统》，铁道出版社，1993何文卿，《6502电气集中电路》，铁道出版社，1997

郭进，《铁路信号基础》，铁道出版社，2010教材:

课程介绍基础设备、器材信号机道岔（转辙机）轨道电路铁路信号的作用保证行车安全提高运输效率改善劳动条件提升运营管理水平铁路信号组成信号系统组成联锁区间闭塞列车运行控制行车调度指挥系统……铁路信号组成铁路信号的作用眼睛中枢神经手杨庄事故事故原因：值乘司机和副司机睡觉，列车冒进信号，与正在进站通过的87次旅客列车侧面相撞。

促使铁路推广使用机车三大件：机车信号、自动停车、无线列调。

1978年12月16日凌晨位于郑州铁路局属下的杨庄火车站发生一起特大铁路事故。南京开往西宁的87次在陇海线杨庄车站与西安开往徐州的368次拦腰相撞，造成旅客死亡106人，重伤47人，轻伤171人。

安全事故案例分析At9:19amonApril25in2005,anEMUfromtheFukuchiyamaLineof

JRWestderailednearOsakakilling106passengersandinjuring562.Atapreviousstation,thetrainoverranby70meterscausingaoneminutedelay.Thedriverwasexplainingtotheconductoratthetimewhenthetrainenteredthe304-meter-radiuscurveat116km/h,againsta70km/hspeedlimit.Thefirstcartiltedtotheleft,causingderailment.安全事故案例分析92006年9月22日德国高速磁悬浮撞车事故

2006年9月22日德国高速磁浮试验线，一列磁浮列车与一辆维修车相撞，事故中死亡人数为23人。事故原因：信号系统不完善！违反操作规程，未安装运行控制车在设备的列车驶入有磁浮车的线路。

安全事故案例分析10“4.28”列车特别重大事故

2008年4月28日4时38分，济南铁路局管内胶济下行线王村至周村东间290公里800米处发生特别重大事故，造成导致72人死亡，416人受伤。安全事故案例分析11“4.28”事故发生在胶济线周村至王村区间呈“S”形临时施工便线，其限速为每小时80公里。事故发生时，北京至青岛的T195次列车下行通过时达到每小时131公里，超速60%，最终酿成惨剧。反思：目前广泛使用的监控装置存在安全隐患！安全事故案例分析“4.28”列车特别重大事故美国联邦运输安全委员会称，错过红灯信号的客运列车司机桑切斯的确在事故发生当天收发手机短信。2008年美国总统签署“铁路安全改善法案”，要求2015年前所有货车及客车均安装PTC系统。12

美国南加州一列载有225人的通勤列车，当地时间12日下午在洛杉矶市中心西北约50公里的查茨沃思附近，与一列货运列车发生对撞，造成25人死亡，130多人受伤的重大事故。安全事故案例分析2008年9月美国铁路事故13

2009年6月22日下午，美国华盛顿哥伦比亚特区发生地铁相撞事故，造成至少9人死亡75人受伤。

调查人员透露，地铁相撞时，列车正处于自动驾驶模式。但是，两列地铁接近时，地面信号却没有正常发挥作用。安全事故案例分析2009年6月22日美国华盛顿地铁事故

2011年7月23日20:30:05从永嘉站开往温州南站的D301次列车在温州南站下行3接近K583+831处（此处是瓯江大桥），与前行的D3115次列车发生追尾，酿成特别重大铁路交通事故。“7.23”甬温特别重大铁路交通事故事故造成40人死亡，192人受伤，中断行车32小时35分，直接经济损失19371.65万元。经调查认定，“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故是一起因列控中心设备存在严重设计缺陷、上道使用审查把关不严、雷击导致设备故障后应急处置不力等因素造成的责任事故。给予铁道部、通信信号集团公司、通信信号研究设计院、上海铁路局等单位54名责任人员党纪政纪处分，其中：铁道部：15人通号公司：12人上海局：27人调查报告认定三大“人祸”导致事故值得深思的问题（1）到底问题在哪里？（2）高速铁路运行控制为什么“难”？

“7.23”事故是全世界第一例由于列控技术原因，酿成的高速铁路重大事故。

警示和思考安全理念、方法落后。安全管理缺失保障全生命周期的安全2011年9月27日14时30分左右，上海地铁十号线由于新天地站信号故障，上海地铁10号线采用人工调度，出现错误导致豫园路站两辆列车相撞。“9.27”

上海地铁列车追尾事故警示：先进的列控系统运行下，作为人工控制的后备系统依然要保障安全。

信号系统功能:保证行车安全，提高运输效率。20RAMS

Reliability

Availability

Maintainability

Safety“故障导向安全”原则安全臂板信号机22运营需求引导轨道交通速度不断提高运行密度不断提高促使信号技术不断发展，以满足需求保证安全。效率23信号基本理念“故障导向安全”、安全苛求系统信号系统基本原理系统构成、关键装备、原理、技术手段和方法等研究与实践参观实验室、开放性实验主要内容24基础设备

继电器

信号机

转辙机

轨道电路信号系统

联锁系统

闭塞系统

编组站自动化

微机监测列控系统

机车信号

列车运行监控记录装置LKJ

CTCS列控系统列车调度指挥系统

调度集中其它

防雷和接地装置信号系统原理第一章概述铁路信号的作用铁路信号系统的产生和发展铁路信号的组成与铁路信号技术密切相关的信息技术铁路信号的发展趋势与特征1.1铁路信号的作用

轨道交通的特点：

以机车、车辆为移动设备

线路（轨道、桥梁、隧道等）为固定设备运行特点：速度快、质量重、制动距离长、不能自行导向轨道交通的基本任务

铁路运输的基本任务是运送旅客，运输货物，同时保障铁路运输安全。因此，运输的安全是运输业中永恒的主题。铁路信号的作用主要包括：统一调度指挥列车运行、保证列车安全、提高运输效率、改善劳动强度。

铁路信号的任务包括：按照运输计划与运输方案指挥行车，进行进路控制，速度控制，实现列车安全运行，提高列车运行速度和密度；提供车列编组与解体的自动化手段，提高列车编组、解体作业效率，缩短车辆周转时间。在铁路信号技术接近200年的发展历史中：信号系统是计算机、现代通信和控制技术在铁路运输生产过程中的具体应用，是铁路信息技术的标志；信号系统是保证行车安全、提高运输效率、改善劳动条件和运营管理水平的重要设备；铁路信号的发展水平已成为铁路现代化的重要标志之一。1.2铁路信号系统的产生和发展铁路信号发展历程1825年，英国人持信号旗骑马前行,引导列车前进；1832年，美国球形固定信号装置；1841年，英国铁路出现了臂板信号机；1851年，英国铁路用电报机实行闭塞；1856年，J.萨克斯贝发明机械联锁机；1872年，美国人W.鲁宾逊发明了闭路式轨道电路；1923年，美国铁路研制了车内信号；1927年，美国铁路采用了调度集中控制装置。中国的铁路信号1876年，中国第一条铁路，英国资本集团采取欺骗手段擅筑的吴淞铁路，1877被清政府赎回拆除了;清政府洋务派于1881年开始修建唐山至胥各庄铁路，全长9.7公里。1894年中日甲午战争前夕，仅修建约400多公里铁路；中国铁路1907年装设臂板信号机，1924年使用色灯信号机，1949年后铁路信号有了较快的发展；继电联锁有组合式、组匣式及插接组合式继电联锁,按型号有6026型、6031型、6032型、6512型、6501型及6502型等；20世纪80年代开发第一台计算机联锁系统；90年代推广计算机联锁系统;

2006年国有铁路营业线路总延展里程135360.9公里，自动闭塞25630.3公里，半自动闭塞39144.8公里。计算机联锁车站1299个。列车控制技术的发展闭塞技术的发展1851年英国铁路用电报机实行闭塞制度，区间信号技术经历了电话、电气路签、电气路牌闭塞，到后来的半自动闭塞、自动闭塞的发展历程，并正向移动闭塞技术发展。联锁技术的发展1856年，J.萨克斯贝发明机械联锁机开始，联锁技术经历了机械技术、机电技术、继电技术时代，当前计算机联锁正逐渐取代继电联锁。编组站调车控制系统的发展1825年~1876年，平面调车阶段；1876年~1924年，简易驼峰阶段；1924年~1948年，机械化驼峰阶段；1948年~至今，半自动和自动化驼峰阶段。调度指挥系统的发展从传统调度集中→分布式调度集中→综合调度指挥系统的发展阶段。现在调度指挥系统已集成了计算机、通信、自动控制等先进信息技术，成为铁路现代化运输组织和运营管理的核心系统。20世纪90年代中期，铁道部提出了建设集信号、计算机、网络、通信技术为一体的铁路运输调度指挥管理系统TDCS(DMIS)，系统构成为部、局、车站三级网络结构，使各级调度人员能够准确地制定运输调度计划，科学有序地指挥列车群的安全运行。2003年11月26日，青藏铁路公司在西哈段（西宁至哈尔盖）建成了世界先进的分散自律调度集中系统（CTC），对提高我国铁路调度指挥效率，提高铁路管理现代化水平具有积极的作用。铁路信号系统发展历程1.3铁路信号的组成

铁路信号是保证行车安全，提高区间和车站通过能力以及编组站编解能力的自动控制及远程控制技术的总称。

铁路信号主要功能是保证行车安全，提高运输效率。铁路信号实现铁路各种行车信息的传输和行车设备的控制。铁路信号包括信号系统和信号设备、器材两个层次。

闭塞系统信号系统信号系统包括车站联锁、区间闭塞、列车运行控制、行车调度指挥控制、驼峰调车控制、道口信号、信号微机监测等系统。车站联锁车站联锁用来控制和监督车站道岔、进路和信号，并实现它们之间的联锁关系，操纵道岔和信号机。目前联锁系统主要有继电集中联锁和计算机联锁。

区间闭塞为保证区间行车安全，要求按照一定的方法组织列车在区间的运行，称为行车闭塞法，简称闭塞。区间闭塞是保证区间行车安全、提高运输效率的系统。按闭塞方式的不同，闭塞设备主要有半自动闭塞、自动站间闭塞和自动闭塞。

列车运行控制机车信号、列车运行监控记录装置和列车运行超速防护系统都属于列车运行控制系统。列车运行控制系统自动控制列车运行，保证行车安全，并以最佳运行速度驾驶列车。机车信号能够自动复示列车运行前方地面信号显示，为机车提供运行速度信息。

列车运行超速防护系统，采用目标距离模式监控列车安全运行。行车调度指挥控制行车调度指挥控制系统包括列车调度指挥系统和调度集中。列车调度指挥系统（TDCS）为调度人员提供先进的调度指挥和处理手段，及时提供丰富、可靠的信息和决策依据，提高其应变能力，提高行车指挥的技术水平。调度集中（CTC）除了TDCS的功能外，主要完成遥控功能，即自动或由行车调度员在调度所远距离地集中控制本区段内各站的信号机和道岔，办理接、发车进路。驼峰调车控制编组站（以及区段站）装备现代化信号设备，是提高解编能力的最有效手段，实现驼峰调车自动化，主要包括驼峰推峰机车速度自动控制、溜放车辆进路自动控制、溜放车辆速度自动控制。道口信号道口信号是指示道路上的车辆、行人通过或禁止通过道口的视觉和听觉信号。道口信号是保证道口安全的重要设备。在无人看守道口，它向道路方向显示能否通过道口。在有人看守的道口，它自动通知看守人员列车的接近。信号微机检测

信号微机检测是运用计算机等技术检测并记录信号设备的主要运行状态，为电务部分掌握设备的运用质量和故障分析提供科学依据。信号微机检测系统是保证行车安全、加强信号设备结合部管理、监测铁路信号设备运用质量的重要行车设备。信号设备、器材信号设备、器材包括继电器、控制台、电源屏、信号机、轨道电路、转辙机等。各种信号系统、设备的关系铁路信号的组成和相互关系1.4与铁路信号技术密切相关的信息技术铁路信号技术的发展，从一开始就与相关的科技发展密切联系，如机械信号系统是建立在物理学与机械学基础之上的。进入电气信号发展阶段，则进一步利用了电机、继电和通信等新的技术成果。

如今的电子信号系统，则又涉及到诸多新的信息学科技术，包括现代通信技术，计算机控制，安全性与可靠性技术，数字信号处理技术等。现代通信技术

通信网为铁路信号系统高效交换信息提供了有力支持。近年来广域网和局域网被广泛应用于铁路信号系统中，如：调度指挥系统、区域联锁系统、信号监测系统等方面。现代通信技术已成为现代铁路信号系统网络化发展的基础。无线通信技术的发展，铁路信号系统中利用数据无线通信技术，解决列车控制问题已成为发展趋势，如：北美的ATCS、ARES、法国的ASTREE、德国的FZB、日本的CARAT系统、及我国的CTCS-3等。计算机技术

计算机技术在铁路信号的各领域广泛应用，促进了铁路信号技术的大发展，具有很多优势。安全性与可靠性技术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，国际电工委员会（IEC）制定的安全相关系统的设计和评估标准IEC61508，提出了安全相关系统的综合评估指标“安全完善度等级”的概念。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：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。“故障—安全”及可靠性技术的提高铁路信号系统的发展打下坚实的基础。数字信号处理技术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。数字信号处理技术（DSP）的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。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。安全计算机技术地面设备及车载设备均由安全计算