高速铁路通信 篇1
建国五十年来, 从小到大发展, 进入80年代, 中国铁路通信有了很大发展, 但同国际水平相比, 尚有较大差距, 随着陆续与国外合作, 先后兴建了北京贝尔通信设备有限公司等十余家企业, 产品接近国际先进水平, 有些技术提高到一个新的水平, 技术引进和技术改造使中国铁路通信产品和装备达到了国际90年代初水平, 如多芯光缆、漏泄光缆等。至1999年底, 全路的光缆线路总长达到38985km, 铁路通信网基本形成干线传输、交换网数字化。到了21世纪开始的近几年, 在当前经济全球化和信息化的大背景下, 通信技术的应用范围空前扩大, 全球数字化、网络化、智能化得到进一步发展。比如以GSM-R技术为例, 其是基于成熟、通用的公共移动无线通信系统GSM平台之上, 专门为满足铁路应用而开发的数字式移动无线通信技术。GSM-R是一种基于GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统, GSM-R对提高铁路的安全运输和工作效率, 发挥了重要的作用, 我国在青藏铁路通信中采用了专用GSM-R系统, 解决了冻土地带信号传枪问题, 减少了维护工作量, 又比如大秦线是重载运输专线, 山区多。我们在GSM-R网络电路交换业务的基础上, 自主研发了机车同步操控地面应用节点、车载通信的相关设备, 提高了经济效益。胶济线提速工程中GSM-R系统业得到了应用, 并克服了外界干扰, 优化了GSM-R无线基站分布, 创造了在繁忙干线运营GSM-R的新经验。GSM-R的基础GSM系统已经在全世界130多个国家和地区应用, GSM-R能够满足铁路应用对可靠性和安全性的要求, GSM-R与固定通信网的发展是紧密关联的, 与先进的网络技是同步发展的。因此, G S M-R也可以向W C D M A-R平滑演进。在大力建设我国GSM-R网络的同时积极探讨G S M-R网络向3G的演进方案, 随着我国铁路通信科学技术水平不断提高, 通信科技进步在推动我国铁路发展, 提高劳动生产率, 降低运输成本, 相信铁路通信必将对我国铁路现代化发挥更大作用。
2 铁路通信如何适应高速发展铁路的要求
2.1 数字信号处理新技术
数字信号处理技术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。
2.2 通信技术与控制技术相结合
随着计算机技术、通信技术和控制技术的飞跃发展, 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”。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, 简称为C B T C-M A S。在C B T C中进一步发展的闭塞分区不是固定的, 而是移动的, 简称C B T C-M A S。
2.3 通信信号一体化
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, 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E T C S。E R T M S/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G S M-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。
2.4 接入网
随着铁路现代化改造进程的迅速推进, 从前单一的无线列调系统已经远远不能满足铁路无线通信的需要, 这样就迫切需要建设一套适合于铁路现代化运营指挥需要的先进的无线通信系统。这一系统应该采用小区制, 并完成大三角功能。也就是说, 系统必须可以实现调度中心与车站值班员之间、车站值班员与列车司机之间、列车司机与调度中心之间的通话功能, 必须可以实现线路管理区间的公务移动通信功能, 同时还必须能够实现调度中心与列车司机室之间实时的双向数据通信功能。基于这一想法, 构成铁路无线通信接入网的方式可以采用现有的无线通信方式的集群通信方式、GSM (全球移动通信系统) 移动通信方式、CDMA移动通信方式。集群通信系统是一种功能强大的专用移动通信系统, 是通信与微处理机技术、程控交换技术、计算机网络技术紧密结合的产物。它集交换、控制、通信于一体, 通过无线拨号的方式把一组信道自动最优地动态分配给系统内部用户, 最大限度地利用系统资源和频率资源, 降低系统内呼损, 提高服务质量。
参考文献
[1]宦志杰.关于铁路通信的几点思考[J].甘肃科技, 2004.
高速铁路通信 篇2
关键词：高速铁路,3C技术,列车控制,计算机联锁
1 引言：
我国铁路实施第六次提速实现了六大干线速度达到200km/h，现在已有京津城际、武广、郑西等多条350km/h的客运专线通车运营，还有京沪、京石等多条350km/h的客运专线正在建设中，不久将会通车运营。提速对铁路信号提出了更高的要求，使信号技术发生了重大变革。综合利用3C技术代替轨道电路技术，构成新型列车控制系统已成为必然。
2 计算机联锁系统
计算机联锁系统技术是3C技术以及可靠性、安全性技术有机结合的产物。随着计算机技术的发展，特别是对冗余容错技术的深入研究，20世纪70年代末，世界上第一个计算机联锁系统问世后，各国竞相开发研究计算机联锁，并取得了显著的成绩。
2.1 车站联锁控制系统的层次结构。
车站联锁控制系统是实现以进路控制为主要内容的联锁功能控制系统。联锁系统是以色灯信号机、动力转辙机和轨道电路作为室外三大基础设备，以电气设备或电子设备实现联锁功能对轨道区段状态、信号机状态和道岔状态进行检测并对信号机和道岔实施控制的系统。
2.2 计算机联锁系统的进一步发展。
计算机联锁在发展初期完全遵循6502技术条件是正确的，避开了许多争论，取得了信任，得到了发展。计算机联锁功能的扩展包括：强化辅助设计，克服6502的缺陷，适应CTCS、CTC的需求；增加智能化功能等。新一代计算机联锁系统的本质是智能化，计算机联锁系统智能化体现在一体化、完善自检功能、车站程序控制、增加智能化功能、车站自动化等。
2.2.1 一体化的需求。
一体化并非简单的设备合并，而是系统设计，功能合理调整和模块化配置。在传统通信信号设备的基础上，利用网络技术实现两个及两个以上系统的结合，构筑一体化的综合系统。再者以车站计算机联锁系统为核心，综合集成；以列车运行控制为核心，综合集成；以调度集中系统为核心，综合集成。
2.2.2 完善自检功能。
作为一个计算机系统理应有完备的自检、自诊断、运行日志保存、查询和打印等功能，并能与上层连网实现集中监测，不应另配微机检测系统。当然，对一些模拟量测量可设单独模块处理。
2.2.3 车站程序控制。
新一代自律分散型调度集中CTC对列、调车进路均实行了计算机程序控制，按运行图自动排列进路，那么车站计算机联锁更应该具备程序控制的功能，国外有车站进路程序控制的模式，称为PRC。
2.2.4 增加智能化功能。
6502技术条件是针对继电联锁而制订的，计算机联锁理应充分发挥处理、记忆、逻辑判断能力强的特点，增加智能化功能。
2.2.5 车站作业自动化。
车站需要接收列调车运行计划，实际运行图自动描绘，行车日志自动生成、储存、打印和车次号校核等功能。
3 调度集中系统（CTC)
调度集中系统（CTC）主要是实现行车控制，并面向安全监控，可以实现管理综合自动化。它是铁路现代化的重要技术装备，是现代铁路综合信息化建设的重要内容，也是现代化铁路的新型运输组织形式，对铁路运输调度指挥工作流程进行优化处理，实现运输调度指挥的自动化、现代化。
3.1 CTC系统构成。
CTC系统结构主要包括数据库服务器、应用服务器、调度员工作站、助理调度员工作站、值班主任工作站、控制工作站、计划员工作站、表示墙、综合维修工作站、网络设备、电源设备、防雷设备、网管工作站、系统维护工作站等，如图1所示。实现进路自动控制、列车运行监视、运行计划编制、运行图铺画与调整、列车追踪、列车采点和绘制列车实际运行图、调度命令管理等功能。
3.2 分散自律调度集中系统。
分散自律调度集中系统综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术，采用智能化分散自律设计原则，以列车运行调整计划为中心，兼顾了列车与调车作业，是一个符合我国国情、路情的高度自动化的调度指挥系统。
4 列车运行控制系统（CTCS)
4.1 CTCS系统等级划分。
《CTCS技术规范总则》，确定了CTCS五个等级的总体技术框架。CTCS根据功能要求和设备配置划分应用等级，分为0-4级。CTCS应用等级0：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统。CTCS应用等级1：由主体机车信号+安全性运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。CTCS应用等级2：是基于轨道电路和点式应答器传输控车信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行控制系统。可实现行调-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化。CTCS应用等级3：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。点式设备主要传送定位信息。CTCS应用等级4：是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，由无线闭塞中心和车载验证系统公共完成列车定位和完整性检查，实现虚拟闭塞或移动闭塞。
4.2 CTCS-2级列控系统构成
CTCS-2列控系统是基于ZPW-2000轨道电路和点式设备传输信息的列车运行控制系统。为充分发挥其18个信息的作用，CTCS-2级的目标距离 (移动授权凭证) 由轨道电路进行连续信息传输，线路数据由地面应答器传送，于是构成了近似连续式的列控系统，具有中国特色，满足运营速度200km/h。CTCS-2列控系统分车载设备和地面设备两部分，地面设备又分轨旁和室内设备两部分，其总体结构如图2所示。
4.4 目标距离速度控制模式
CTCS-2级、CTCS-3级列控系统采用目标距离速度控制模式，采取连续式一次制动速度控制的方式，车载信号设备根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线。目标距离控制模式不必设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。目标距离控制模式追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，而后行列车从最高速度开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。
结束语：
列车自动控制系统、计算机联锁系统、调度管理信息系统（TDCS）以及调度集中系统（CTC）。这些智能系统正处在应用与逐步应用之中。铁路提速加速了铁路信号的技术进步，其中以计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）为一体的3C技术在高速铁路信号系统中将发挥更大的作用。铁路提速推动了铁路信号的发展，铁路行车速度提高，铁路的信号的责任加重，铁路信号专业必须加速发展，共同推动中国铁路的每一次大提速。
参考文献
[1]徐洪泽.车站信号计算机联锁控制系统原理及应用[M].中国铁道出版社, 2006.
[2]傅世善.计算机联锁进一步发展的研究[J].铁路通信信号工程技术, 2006, 4.
[3]王秀娟.CTC系统讲义[M].北京交通大学, 2007.
[4]刘虎兴.中国铁路列控系统现状与发展[J].铁道通信信号, 2003, 39 (2) .
高速铁路通信系统技术浅谈 篇3
关键词：高速铁路 通信系统 技术
1 高速铁路通信需求分析
随着我国交通技术的进步和发展，高速铁路的出现和普及大大方便和便捷了大众的交通出行，成为可我国交通运输体系中的重要组成部分，有效地调整了我国交通运输体系的结构方式。而出行的旅客享受了高速铁路带来的快捷与舒适后对在旅途过程中的通信系统的要求也水涨船高。旅途是单调的，也是劳累的，旅客需要在列车上与他人进行语音、数据、图像、视频等信息交流，而互联网的普及也使更多的乘客需要在列车上接入互联网，享受数字化和智能化的通信服务。因此，为了满足乘客的通信需求，构建一个稳定、先进的高速铁路通信系统迫在眉睫。另外，为了实现有效的人机控制，同时保障列车的行车安全，提高运输效率，铁路通信网的建立也需要先进的科学技术支持，使其功能更加完善，安全更有保障。
2 我国高速铁路通信系统现存的问题
目前，我国高速铁路通信系统仍然存在较多问题。与普通的有线通信或无线通信相比，甚至与一般的公共移动通信系统相比，高速铁路通信仍存在较大区别。无论是在系统组成还是使用环境，对高速铁路通信系统的技术和设备需求均较高。一般而言，我国高速铁路通信系统主要存在三方面的问题。一是多普勒频移。多普勒频移是指接收器的移动引发的信号频移现象。一般的列车多普勒频移现象不太明显，而高速列车由于在高速运动中，列车与基站之间的距离会频繁改变，多普勒频移现象非常严重。多普勒频移过大会导致高速移动通信的通话质量下降，同时高速列车在高速移动时产生的高频次深度快衰落现象对正常通信也有很大程度的影响，这将导致通信系统的解调性能大幅下降。第二是小区尺寸问题。一般而言，在高速列车上使用WiFi、WiMAX等通信机制时，将通信的小区尺寸进行缩小至直径100m以内，就能为列车上实现有效的宽带连接服务。而随着列车的速度越来越快，导致小区尺寸出现过小、引发小区切换过于频繁的问题，加上信号的快速衰落现象存在，高速铁路通信系统对用户的小区切换以及功率控制提出了更高要求。三是隧道通信问题。由于隧道在铁路的组成中占据非常重要的地位，隧道通信问题严重影响铁路通信覆盖问题，不同隧道方式对通信系统的覆盖方式和信号源的选取要求均不相同，造成铁路通信系统的整体兼容性较差的局面。因此，如何对高速铁路通信系统进行改进，寻找出科学合理的系统方案成为现今铁路通信部门亟待解决的难题。
3 高速铁路通信系统技术分析
根据高速铁路对通信系统的要求以及我国高速铁路通信系统现存的问题，作者对多种通信系统技术进行了阐述和分析，以期建立一个高效先进的高速铁路通信系统，满足大众对通信系统的需求。
3.1 通信传输及线路
现代高速铁路通信传输系统由骨干层传输和接入层传输两部分组成。骨干层传输主要为链型MSTP 1+1复用段骨干层多业务传输系统，它是通过利用铁路正线线路两侧不同物理径路的两条光缆中的各两芯光纤，开通10G骨干光同步数字传输系统，利用两条光缆中的各四芯组成环状光纤局域网，传送列控信息。接入层传输系统的主要由车站汇聚设备、站内接入设备、站间接入设备等构成。通常情况在车站汇聚节点设MSTP STM-16 ADM的汇聚设备，而站间接入层节点采用STM-4 ADM或者STM-16 ADM设备，以完成各基站、信号、牵引及供电等节点的业务接入。也可利用铁路两侧光纤组成环实现对各接入层站点的保护。
3.2 综合业务接入系统
高速铁路的传输系统需要将各个旅客服务业务系统纳入其中，为高速车站旅客服务、电话接入等系统提供专用的音频、监视图像等接口。在沿线区间中设立信息采集点，接入传输设备，构成区间信息接入系统，将信息在区间、车站和综合调度中心之间传播。另外还可在站内及沿线区间信息接入点等地设置光网络单元和局端OLT等设备，构成一体化的综合业务接入网络，以满足高速铁路站内及区间多种用户的综合业务需求。
3.3 综合无线通信GSM-R系统
GSM-R是为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统，作为铁路无线通信平台已成为趋势。高速铁路GSM-R系统包括交换子系统（SSS）、基站子系统（BSS）、通用分组无线业务系统（GPRS）、移动智能网系统（IN）、运行与维护子系统（OMC）、移动终端子系统等6个子系统，可提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通信功能。对铁路沿线进行GSM-R组网及信号覆盖，可以满足现代铁路构建地面调度中心与移动体之间的信息交换与传输通道的需求。
3.4 专用调度通信系统
专用调度通信系统是全线专用通信网和承载综合调度信息系统的组成部分，是供高速铁路调度、车站运营部门及维修单位进行行车指挥和业务联系的专用通信系统，可对全线进行高可靠、高安全的行车控制及统一的调度指挥，性能可靠、功能先进，具有话音功能数据和图像等多媒体通信功能，综合造价较经济，是高速铁路现代化通信的重要保证。
3.5 数据通信系统
数据通信系统可提供数字数据服务、电台广播、电视网等模拟数据。高速数据通信网设立独立的OSPF 自治域，在整个骨干承载网上使用独立的路由设备，路由器间形成部分网状连接，兼顾路由冗余与合理利用传输带宽，管理区直接接入核心路由器。
4 结束语
为了满足现时人们对高速铁路通信系统的需求，我们需要正视高速铁路通信系统存在的问题及解决方案，提高其科学技术水平，建设一个为高速铁路运输服务的专用通信网络，推动高速铁路快速发展。
参考文献：
[1]徐淑鹏.高速铁路专用通信系统技术介绍[J].铁路通信信号工程技术，2010（01）.
[2]张昊.高铁车地通信系统级仿真平台设计与多基站协作技术的研究[D].西南交通大学，2013.
高速铁路通信系统技术 篇4
而出行的旅客享受了高速铁路带来的快捷与舒适后对在旅途过程中的通信系统的要求也水涨船高。
旅途是单调的，也是劳累的，旅客需要在列车上与他人进行语音、数据、图像、视频等信息交流，而互联网的普及也使更多的乘客需要在列车上接入互联网，享受数字化和智能化的通信服务。
因此，为了满足乘客的通信需求，构建一个稳定、先进的高速铁路通信系统迫在眉睫。
高速铁路通信 篇5
1 GSM-R铁路移动通信系统相关介绍
GSM-R系统是由欧洲电信标准协会和国际铁路联盟为欧洲新一代铁路移动通信所开发的一套新的技术标准, 是一种为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统。典型的GSM—R网络是在沿路轨方向安装定向天线, 以形成沿轨的椭圆形小区;在话务量较大但对速度的要求较低的编组站内采用扇行小区覆盖;人口密度不高的低速路段和轨道交织处一般是无CTCS系统的农村地区, 采用全向小区覆盖。GSM-R网络系统结构如图1。
1.1 GSM-R工作频率
GSM-R网络系统的工作频率范围为870-960MHz, 同时, 其上行频率 (移动台发, 基站收) 为885-889MHz, 下行频率 (基站发, 移动台收) 为930-934MHz。在设计时, 之所以使GSM-R的频率与GSM900相近, 其目的主要是考虑以GSM为平台, 软件、硬件的修改少, 造成的电气化干扰小, 成本也比较低。
1.2 GSM-R系统网络主要组成及各部分功能
一般情况下, GSM-R系统主要由网络子系统 (NSS) , 基站子系统 (BSS) 、操作和维护子系统 (OSS) 三部分组成。在特殊情况下, 也可以根据需要, 增加相应的智能业务和GPRS单元, 从而使有线与无线调度网络得到有机结合。
1) 网络子系统
网络子系统是建立在MSC的基础上, 通过接口与基站子系统相接, 来负责语音呼叫、移动性管理、用户数据管理及与固定网络的连接。其内部功能单元还包括组呼寄存器 (GCR) 、设备识别寄存器 (EIR) 、鉴权中心 (AUC) 、访问位置寄存器 (VLR) 和归属寄存器 (HLR) 、码型变换/速率适配器 (TRAU) 。
2) 基站子系统
基站子系统通过无线接口直接与移动台相接, 负责无线信号发送接收和无线资源管理;与MSC相连, 实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接, 传送系统信号和用户信息等。BSS由基站控制器 (BSC) 、编译码和速率适配单元 (TRAU) 、小区广播短消息中心 (CBC) 、基站收发信机 (BTS) 、弱场设备等功能实体构成。
3) 操作和维护子系统
操作和维护子系统是相对独立的子系统, 也是网络运行和业务支撑的综合管理平台, 主要由网络管理, 用户管理等部分组成, 负责提供用户管理、资源管理、网络管理、业务开通、业务保障功能。GSM-R网络还要与外部网络相连接, 如列车调度指挥系统、公众交换电话网等, 从而共同完成各种用户之间的有效通信。
2 GSM-R系统在武广高铁通信系统中功能与应用
根据相关指示, 铁道部在全国范围内要建设三个移动汇接交换中心, 分别设在北京、西安、武汉。采用铁路专用的900MHz工作频段, 上行频率为885-889MHz (移动台发, 基站收) , 下行频率为930-934MHz (基站发, 移动台收) 。并要在全国设置19个移动交换中心, GSM-R核心网络采用二级网络结构, 来完成铁路的通信控制。目前在我国铁路中已采用了GSM-R系统的有青藏铁路线、大秦铁路线、胶济铁路线、合宁客运专线, 合武客运专线等。根据目前情况来看, 几条线路一直运行良好。然而, 随着能够反映“中国速度”的武广高速铁路的全线开通, GSM-R在我国高速铁路中的应用再次得到了进一步的发展。下面就以武广高速铁路为例对GSM-R系统的应用作简要探讨。武广客运专线于2009年12月正式全线开通, 始于武汉的新武汉站, 到广州的广州南站, 全线长约1068.6公里。设计时速350公里/小时, 试车最高时速394.2公里/小时。在这样一个庞大的工程中, 武广高铁在通信系统也同样采用了GSM-R技术, 其GSM-R通信网络结构图如图2。
2.1 GSM-R网络在武广高铁中的特殊功能
首先, GSM-R与普通GSM的主要区别在于GSM-R的工作频率是在上行频率与下行频率的基础上, 分别向下延伸了4 MHZ, 同时也相应引入了语音组呼叫、话音广播、增强优先级与强占等功能, 以满足铁路运行的特殊需要。另外也增加了功能寻址;调度模式;优先级呼叫确认等, 从而更加有效的解决高速铁路在运行中的问题, 保证列车的安全稳定运行。
其次, 为满足列车在平均时速为350km/h的情况下正常通信, 提高了切换的成功率, 适应高速列车的运行状况, GSM-R系统也采用快速场强衰落切换, 同步/予同步切换和基于速度有关的越区切换算法。此外, 为补偿无线信号传输中大尺度衰落和阴影衰落问题, GSM-R系统在射频放大器中引入了功率控制, 降低无线传输的误码。
另外, GSM-R网络在武广高铁的通信中也具有相应的服务质量要求, 表1为给定参数的指标值。
2.2 GSM-R网络在武广高铁中的应用
自我国青藏铁路采用GSM-R通信系统以来, 我国GSM-R技术在铁路中的应用也在不断地完善和发展。那么, GSM-R通信网络在武广高铁中的应用总体体现在以下两个方面:
1) 与以往铁路通信系统不同的是, 武广高速铁路GSM-R通信网络系统采用的是单层交织冗余覆盖技术。在列控系统中, 车载设备无线连接与无线闭塞中心中断, 主要是因为GSM-R的网络连接失效, 可能是BTS或ATP发生了故障, 如果是因为BTS的故障, 则会造成整个无线网络连接中断, 导致ATP无线连接超时, 影响该区段内的所有列车的正常运行, 因此BTS故障的影响可能性大。针对无线连接可能失效的问题, 武广高铁采取采用单层交织冗余覆盖。铁路轨道沿线由一层无线网络进行覆盖, 同时, 为可保证GSM-R网络在非连续基站故障的情况下仍能正常工作, 武广高铁在系统设计时, 加密基站, 使得两相邻基站的场强相互覆盖到对方站址。
2) 同样, 武广高铁采用了承载CTCS-3业务的GSM-R系统, 以确保列车高速行车安全。如今, 武广高铁采用GSM-R通信网络, 从而创造了CRH3型动车运行时速394公里的世界记录, 使其成为“中国速度”的象征。
3 结束语
GSM-R系统是铁路无线通信系统中具有前瞻性的一项重要技术, 也是符合铁路通信发展趋势和必然要求的新一代移动通信系统。GSM-R技术在武广高速铁路的成功运用和实施必将使我国铁路移动通信技术和管理水平再一次得到提升, 使我国高速列车得以安全稳定地运行。中国高速铁路采用GSM-R数字移动通信系统, 是信息化时代的需要, 也是世界高速铁路发展的必然趋势, GSM-R通信网络无疑会为现代铁路事业的飞速发展奠定坚实的基础。
摘要：随着我国电子通信领域的不断发展, GSM-R技术在我国的青藏铁路的成功实施以来, GSM-R技术不断更新和提高, 为目前正在快速发展的高速铁路事业打下了良好的基础。该文主要在GSM-R相关理论的基础上, 介绍了GSM-R网络的系统结构, 探讨了GSM-R技术在我国铁路通信系统中的作用, 并重点分析了GSM-R技术在武广高速铁路中的应用, 展望了GSM-R系统在我国高速铁路通信中的发展前景。
关键词：GSM-R技术,武广高速铁路,通信系统,应用
参考文献
[1]钟章队, 艾渤.铁路数字移动通信系统 (GSM-R) 应用基础理论[M].北京:中国铁道出版社, 2009.
[2]罗广斌.GSM-R铁路移动通信系统及其在我国应用的研讨[J].现代电子技术, 2005 (7) :20-21.
[3]赵晖.从GSM-R的应用看铁路通信系统的发展[J].网络通讯与安全, 2007 (7) :663-664.
[4]蔡小林.GSM-R系统的优势及其在青藏铁路通信中的应用[J].信息管理, 2005 (6) :47.
高速铁路有了“体检车” 篇6
我国首列高速铁路 (下文简称“高铁”) “体检车”已在繁忙的春节铁路运输中投入使用。目前, 先在沪宁城际高铁中亮相, 以后投入到其他高铁线路中。这是中国铁道科学研究院与上海铁路局联合成功研发的我国第一台高铁设备综合巡检车。
以往, 对铁路线路的巡检都采用人工现场检查、手工记录及分析, 不仅效率低且常出现差错。现在“体检车”在线路上一次巡检, 可同时完成高铁轨道结构、供电接触网状态和线路周边环境等多项内容的检查、分析和预警。平均每小时可检测线路75公里, 检测效率比以往提高了20多倍。
这一“体检车”给高铁设备日常检查养护工作带来了重大变革。据有关方面介绍, “体检车”集成了摄像采集、激光扫描、计算机图像处理、RFID精确定位和智能化分析判断等先进技术。在高铁线路上一次巡检, 可对高铁轨面水平、轨距误差、轨面擦伤和磨耗、钢轨链接扣件是否异常、供电接触网状态是否良好、线路有无障碍物侵入, 以及可能引发的隐患等多项内容进行实时记录。而且, 经过计算机分析处理, 能在第一时间形成设备缺陷评估报告, 为现场设备的养护与维修提供翔实、完整的第一手资料, 确保高铁运行的安全。
高速铁路道岔检修过程控制 篇7
1 ZYJ7 型道岔简介
道岔转换设备的基本功能是转换、锁闭、监督, 是保障行车安全、提高运输效率的关键设施, 是实现信号联锁关系的基础设备。装备ZYJ7型电液转辙机的提速道岔, 在我国的既有线提速区段、新建高铁和客专线上广泛投入使用。ZYJ7型道岔由ZYJ7型电液转辙机和SH6转换锁闭器组成。锁闭方式道岔尖轨采用分动钩型外锁闭方式, 道岔心轨锁闭方式采用钩型外锁闭方式。道岔尖轨部分密贴段牵引点间设置密贴检查器, 检查牵引点间尖轨与基本轨的密贴。ZYJ7型道岔的可靠性与稳定性比原有普通道岔有了很大提高, 但在使用中也会发生故障。为了确保行车安全, 保障行车效率, 必须加强ZYJ7型道岔的维修管理, 提升维修质量, 减少道岔故障的发生。
2 ZYJ7 道岔常见故障分析
ZYJ7道岔出现较多的故障有道岔转换过程中卡阻故障、动作正常无表示故障, 密检器故障等。
2.1 道岔转换过程中卡阻
道岔故障中转换过程中卡阻故障所占比例最大, 引起卡阻的原因主要由外锁闭装置引起。外锁闭装置结构复杂, 直接与钢轨连接, 受外界影响较大, 在使用过程中, 常常发生因外锁闭装置别劲磨卡造成道岔无法转换到位, 转辙机空转。常见故障有:基本轨窜动, 使两锁框不在与基本轨相垂直的同一直线上, 造成锁闭杆在锁闭框运动时磨卡受阻;密贴调整过紧造成外锁闭不解锁或不锁闭。夏日中午高温, 尖轨涨轨带动连接铁和锁钩向岔口爬行, 锁钩相对与锁框的位置发生变化倾斜, 此时单操道岔, 很容易发生锁钩别劲不解锁的故障。ZYJ7道岔的袖套里容易进水, 在冬天结冰会影响道岔的正常转换, 入冬前必须对检查袖套内部情况, 做好防潮措施。
2.2 道岔动作正常无表示故障
道岔动作正常无表示故障分为表示杆卡口和表示电路电气特性不良。引起ZYJ7道岔转辙机卡口故障的原因是缺口调整不当。调整表示缺口前应保证表示杆各连接部位无旷动, 密贴良好, 调整道岔缺口后螺丝紧固无缝隙。表示杆旷动或密贴调整过松会造成缺口在使用中发生变化, 影响表示。
表示电路电气特性不良的主要原因是接点接触不良。转辙机内部动接点与静接点脏, 机内进潮气在动静接点上凝成薄冰, 接点片变形, 接点片压力不足等等均会引起接点接触不良。造成道岔操纵到位却不能给出表示, 甚至在过车时因震动而失去表示引起挤岔报警。道岔检修时应加强对接点组的检查检修, 保证其接点清洁, 接触良好, 压力达标, 打入深度符合要求, 底座稳固, 转辙机内的防尘, 防潮良好。
2.3 密检器故障
密检器依靠机内弹簧推动接点柱沟通表示电路。在冬天弹簧上的水汽结冰和弹簧生锈造成弹簧失效, 接点打中。故应对密检器弹簧定期做专项检查, 发现生锈和弹性不好的及时更换, 加注钟表油, 并做好防潮防锈措施。
3 ZYJ7 道岔检修作业控制
为保证ZJY7道岔的可靠稳定运用, 必须严格按检修标准和周期对ZJY7道岔进行检修。高铁车间更应该加强对ZJY7道岔维修管理, 建立道岔检修履历, 严格检修过程控制, 落实责任制度, 提升ZJY7道岔检修质量水平。在现在天窗要求集中作业的模式下, 车间可将各工区优秀的技术人员组成固定的道岔检修专项小组, 负责管内各站的道岔检修工作, 保证检修质量。
3.1 道岔检修人员素质卡控
为提升道岔检修人员素质, 应定期进行学习标准化作业程序和故障案例, 并进行考试测评。安排道岔检修作业时, 成立道岔检修小组, 由检修员和验收员组成, 并按需要设置驻站员和现场防护员。小组成员中检修员两名, 分别负责转辙机主副机检修和外锁闭装置及相关杆件的检修;验收员一名, 由工长或车间干部承担, 对检修过程全程监督, 设备检修质量进行验收, 并对故障易发生点等关键部位进行卡控。道岔检修人员要求技术够硬, 责任心强, 熟练掌握ZYJ7标准化作业流程, 突出检修重点, 能够严格按检修标准完成作业。
3.2 道岔检修过程卡控
作业前施工负责人向检修小组明确本次检修作业内容, 强调重点, 提出有针对性要求;作业中检修员按道岔检修标准对道岔进行检修, 发现问题及时克服, 不留隐患;验收员对检修过程进行卡控监督, 避免漏项, 对检修结果进行验收, 卡控检修质量, 对关键部位和故障易发生的部位进行复核检查, 发现问题及时整改。验收员携带验收表格, 按要求记录检修作业过程和重点部位的检查情况, 作业调整情况, 作业过程中发现的问题及克服情况, 设备加锁及复查情况, 作业完工具材料清点情况, 确保各项工作都能做到位。
3.3 建立道岔检修履历
加强道岔维修管理, 车间和工区应建立道岔检修履历, 为每一组道岔做好检修记录。道岔履历内容包括, 道岔设备的安装信息, 检修维护记录, 发现的问题及克服记录, 专项检查的进行情况, 计划作业内容及完成情况, 故障分析。通过道岔履历可以掌握所有道岔的历史检修情况, 每组道岔需要进行的工作, 以便更好安排检修作业。
参考文献
[1]林瑜筠.高速铁路信号技术[M].北京:中国铁道出版社, 2012.
“高速铁路时代”已到来 篇8
什么是高速铁路
高速铁路是指一种用高新科技支撑的新型铁路运输系统。在普通铁路线上,即便是特快列车,平均时速也只有60-90千米每小时,而高速铁路线上的列车,平均时速在200-300千米每小时,最高可达400多千米每小时。“和谐号”在试运行时曾创造出两列动车组重联(共16节车厢)时速达394.2千米每小时的世界最高运营速度。如按平均时速300千米每小时计算,跑完北京到上海1400千米全程,只需5个小时左右,旅客所花费的时间与乘飞机差不多。
探究“和谐号”
现今的“和谐号”采用将动力分散的方式加速,即将多个发电机分散安装在车厢内,这些车厢既载客又有牵引动力,故称动车组,而无动力的车厢则被称为拖车。车头设计为类似飞机头一样的流线型(俗称“子弹头”),以减少行进中空气的阻力。
拥有如此高的行驶速度,如何才能保证列车的安全呢?通常的做法是:首先,在路轨的设计上尽量采用直道,注意避免列车行进在弯道时,由于强大的惯性作用,造成脱轨事故。其次,是采用电子计算机安全监控系统,借以监测列车的行进速度、位置,与其他车辆的距离等。第三,尽量消除铁路与公路的平面交叉,防止汽车等误入铁路与火车相撞。
乘车也是种享受
世界上的一些国家还充分利用高科技成果,追求高速列车的舒适程度。如法国的一种新型列车精心设计了悬浮减震设备和低噪音空间设备。各个车厢宽敞、明亮,头等舱还有一个小“沙龙”,内有电话和现代音像设备。车门颜色也各不相同,一看便知该车厢属于何种等级。美国的X2000型列车,每个座位都装有立体声耳机、计算机连线、瑞典梨木制作的餐盘和观看沿途田园风光的大型观景窗,车内还有会议室、传真机和娱乐设施等。乘这样的火车出行,真可以说是一种愉悦的享受了。
高速铁路的崛起,是交通运输史上的一场革命,它将改变人们的地理概念和生活方式,其意义完全可以与20世纪50年代喷气式客机的问世媲美。
中国高速铁路简介 篇9
根据国际铁道联盟定义：“高速铁路”是指提速改造后 200 千米以上，新建时速 250 千米 以上的铁路系统。而在我国，铁路运输需求巨大，因此产生了“客运专线”这一名词，即客货 分线运输。我国的“客运专线”是指时速 250 千米以上的铁路系统。因此客运专线属于高速铁 路。但是在外国有些铁路是时速 200 千米以上，但是客货混跑。那样的铁路是高速铁路但不 是客运专线。“城际铁路”都是客运专线，比如京津城际。在我国城际铁路都是时速大于 250 的，因此都是高速铁路。客运专线是以客运为主的快速铁路。目前在我国，时速 200 至 350km/h 的铁路统称为客 运专线。
一、客运专线规划 “四纵”客运专线：（1）北京—上海：简称“京沪”，全长约 1318km，纵贯京津沪和冀鲁皖苏四省，连接环 渤海和长江三角洲两大经济区。（2）北京—武汉—长沙—广州—深圳：简称“京广”，全长 2260km，连接华北、华中和 华南地区。（3）北京—沈阳—哈尔滨（大连）：全长约 1700km，连接东北和关内地区。秦皇岛— 沈阳已于 2003 年建成。（4）杭州—宁波—福州—深圳：简称“东南沿海铁路”，全长约 1600km，连接长江、珠 江三角洲和东南沿海地区。预留跨越台湾海峡连接台湾的设计条件。(5)北京—蚌埠—合肥—福州—台北（京台高速铁路，大陆段叫“京福高速铁路”）。“四横”客运专线：（1）徐州—郑州—兰州：全长约 1400km，连接西北和华东地区，并延伸至乌鲁木齐，其中兰州至乌鲁木齐段设计时速亦为 350km/h。（2）上海-杭州—南昌—长沙—昆明：简称“沪昆”，连接华中和华东地区。（3）青岛—石家庄—太原：全长约 770km，连接华北和华东地区。其延长线太原—中 卫—银川也已经开工。（4）上海—南京—合肥—武汉—重庆—成都（沪汉蓉高速铁路）：全长约全长 2078km，连接西南、华中和华东地区。几个重要路段客运专线： 向莆铁路自南昌枢纽引出，经江西抚州、福建沙县至莆田（福州），全长约 560km。这 条铁路将构成我国中西部地区至东南沿海新的、路程更短的通道。还有九江 九江南昌、海南东环、九江 南京杭州、南京安庆、成绵乐、长春吉林等客运专线铁路。区域城际轨道交通： 长江三角洲、珠江三角洲、环渤海地区城际轨道交通，覆盖 区域内主要城镇。（1）长三角：以上海、南京、杭州为中心，形成“Z”字型主骨架，连接沪宁杭周边重要 城镇的城际铁路客运网络。（2）珠三角：以广深、广珠；两条客运专线为主轴，形成“A”字型线网，辐射广州、深圳、珠海等 9 个大中城市，构建包括港澳在内的城市 1h 经济圈。广深客运专线长度约 105km；广珠城际轨道交通含江门支线约 143km。（3）环渤海：以北京、天津为中心，北京—天津为主轴进行建设，形成对外辐射通路。京津城际轨道交通约 115km。
二、建成和建设中的客运专线： 目前已建成的有秦沈客运专线、京津城际客运专线、石太客专、郑西高速铁路、武广高 速铁路、甬台温客运专线、温福州客运专线、福厦客运专线以及胶济客运专线东段 已开工建设项目有： 京石、武广、郑西、合武、合宁、甬台温、温福、福厦、广深港、广珠、京秦、宁杭、杭甬、长吉、九昌、哈大、胶济、海南东环、大西、成绵。
1、京沪客运专线：连接北京和上海两大直辖市，环渤海和长三角两大经济区，全长 1318KM，和既有京沪线大体平行，时速 350 千米，线路起自北京南站，终至上海虹桥站。
2、京津城际客运专线：京津城际客运专线连接北京和天津两大直辖市，全长 116.55 公 里，线路起自北京南站，终至天津站。时速 300 公里。
3、武广客运专线：武广客运专线全长 995 公里，工程投资 930 亿元人民币，2009 年 12 月 9 日试运行成功，于 2009 年 12 月 26 日正式运营。
4、京石客运专线：长 281 公里,项目投资估算总额 438.7 亿元,建成后有望将列车运行时 间缩短一半,形成北京至石家庄 1 小时交通圈。京石铁路客运专线是北京—广州—深圳—香 港客运专线的一部分,速度目标值是 350 公里/小时。
5、郑西客运专线：郑西客运专线是我国中长期铁路网规划中“四纵四横”客运专线的重 要组成部分，也是我国铁路有史以来投资最大的项目之一。客运专线起自郑州枢纽郑州站，途经洛阳、三门峡、渭南，从西安市绕城高速北侧贯穿西安铁路枢纽，沿咸阳市南侧向西延 伸至兴平。该工程投资总额约为 369.5 亿元，总工期 42 个月，2008 年建成。
6、石武线路：自石家庄东站引出，经邢台、邯郸、安阳、鹤壁、新乡、郑州、许昌、漯河、驻马店、信阳、过天兴洲公铁两用桥，终点为武汉新火车站，和正在建设的武广客运 专线对接，线路全长 838 公里。列车速度为线下部分 350 公里/小时，线上部分 250 公里/小 时。
7、合武客运专线：合肥至武汉。时速为 250 公里，已于 2009 年 4 月 1 日开通运营，武 昌 5 小时之内到上海，动车组首次跨越长江！设计方为铁四院，监理为中外监理联合体，施 工为中铁
十七、隧道、二
十五、大桥、七、十一局，中交二公、二航、三公局，建设单位为 武合公司（现为沪汉蓉铁路湖北有限责任公司）。
8、汉宜铁路：汉宜铁路是武汉至宜昌，时速 200 公里，已于 2008 年 9 月 22 日开工，连接合武和宜万，预计 2011 年底通车。设计方为铁四院，施工为中铁
七、大桥、十一、十 二、十七、四局，葛洲坝集团，监理单位为：郑州中原监理、北京铁城监理、铁四院监理、河南长城监理，建设单位为沪汉蓉铁路湖北有限责任公司。此外，沪汉蓉通道的渝利铁路也在修建过程中。宜万线工期一拖再拖，级别不断提 高。
9、合宁客运专线：合宁客运专线 合肥至南京。全长 166 公里，设计时速 200 公里，预 留时速 250 公里的条件，总投资 40 多亿元，是沪汉蓉快速通道的组成部分，也是国家规划 的“四纵四横”快速铁路客运网中的一条重要干线。
10、甬台温客运专线：甬台温客运专线起自宁波，经台州至温州，全长 282.42 公里，全线设 14 个车站，总投资约 163 亿元，计划总工期 4 年。
11、温福客运专线： 全长 320.97 千米，位于浙江和福建两省交界的浙南和闽东沿海地区。北起温州南站，途经浙江瑞安市、平阳县、苍南县，福建福鼎市、霞浦县、福安市、蕉城区、罗源县、连江县，南至福州站。速度目标值 200 公里/小时，预留 250 公里/小时提速条件。工程计划４年半时间完成，于 2009 年建成通车。投资估算总额为 180.27 亿元。
12、福厦客运专线：全长 273 公里，北起福州，经福清、莆田、泉州、晋江，到达厦门，总投资 144.2 亿元，属国家Ⅰ级双线电气化铁路干线。预计 2009 年 6 月底全线建成，2009 年底开始运营通车.13、广深港客运专线：起于新广州站，经东莞、虎门至新深圳站(龙华)，全长 105 公里，并预留位置向南延伸至香港，及在虎门站预留了位置通往惠州方向。广深港高速铁路列车时 速可达每小时 350 公里。由广州至香港约 180 公里，行车时间约为 1 小时。
14、广珠城际线：北起广州新火车站，南至珠海市拱北，经由广州市番禺区、佛山市顺
德区、中山市，主线设 14 个车站。支线由中山市小榄镇至江门市新会区，经由中山市古镇、江门市外海，支线设 4 个车站。线路总长约 141 公里，总投资约 182 亿元，总工期为 4 年。
15、长吉客运专线：长春至吉林城际铁路项目，为铁道部和吉林省合资建设项目。设计 技术速度按 300 公里/小时考虑，全线 100 公里，总投资约 70 亿元，这条铁路建成将使长春 到吉林的最快时间缩短至半小时左右。
16、九昌客运专线：该项目是国家重点建设项目，由铁道部和江西省委联合投资兴建。该铁路线自庐山站（含）引入，途径九江县、德安县、共青城、永修县、新建县，在南昌北 与京九线接轨，经京九线引入南昌，全线均按照客运专线标准进行施工建设，由中铁二十局 集团承建。
17、哈大客运专线：哈大客运专线：全长 902 公里，最高时速可达 300 公里以上。北起 哈尔滨市，南经长春、四平、铁岭、沈阳、辽阳、鞍山、营口，直抵大连。总投资额初步估 算为 800 亿元。2007 年１０月开工，计划２０１２年通车．
18、胶济客运专线：胶济客运专线：东起胶东半岛的龙头城市青岛，西到山东省省会济 南，全线总长 362.5 公里，设计时速为每小时 200 公里至 250 公里。
19、海南东环客运专线：海南东环客运专线：线路自既有海口站起，由北向南依次经过 海口市、文昌市、琼海市、万宁市、陵水县、南至三亚市境内的既有三亚站，正线全长 308.11 公里 20、宁杭客专：南京到杭州，设计单位：铁四院，施工单位:铁四、十七局，中水四局，计划 2012 年建成通车
21、大西客运专线：大西客运专线：由山西省大同市向南经朔州、忻州、太原、晋中、临汾、运城，跨黄河后经渭南抵达西安。线路正线全长 859km，山西省境内正线长度 706 公里，陕西省境内正线长度 153 公里。线路设计行车速度 250km/h，并预留进一步发展条件。全线工程投资预估算总额为 963.3 亿元，建设工期四年半，于 2009 年 12 月 3 日正式开工建 设，预计于 2014 年竣工。
22、合蚌客运专线：位于安徽省境内中北部，北起蚌埠，南至合肥，全长 130.67 公里，其中新建 120 公里，包括蚌埠地区、合肥枢纽相关工程。工程投资估算为 97.5 亿元，全线 设 8 个车站和一个线路所，依次为合肥站、合肥北站、大包郢线路所、双墩集站、下塘集站、水家湖站、淮南东站、新刘府站、蚌埠高速站。
23、成绵乐城际铁路：成绵乐城际铁路成绵段（江油至成都）已经于 2009 年开工建设，成乐段征地拆迁开始，即将正式动工。
高速铁路运营面临的潜在危险 篇10
铁路总体安全通常包括两大类, 即事故预防和事故减轻。在线路走廊以及在其上运行的车辆的设计中均可纳入事故预防和事故减轻特性。事故预防和事故减轻措施组合在一起决定了特定系统的总体安全。
系统内包含事故预防措施首先是为了避免事故的发生。事故预防措施的例子包括尽职的员工、主动列车控制 (PTC) 系统、车辆维护规划和线路走廊 (ROW) 维护规划, 以及适当隔离其他交通。多个事故预防措施组合在一起比单个事故预防措施预防的事故范围更大。
系统内包含事故减轻措施是基于并不是所有的事故均可预防。虽然系统的设计引入了事故预防措施, 可将某些事故情景发生的可能性降到很低的水平, 但在以后的运用中, 系统本身可能会存在其设计者并不知晓的危险。事故减轻措施力图减小未被阻止事故的负面结果, 包括尽可能减少受伤的数量和严重程度, 以及死亡数量。事故减轻措施的例子包括占用体积的完整性 (OVI) 、碰撞能量管理 (CEM) 、轨道车辆侧墙和车顶强度、乘客保护措施和防爬措施。
尽管系统设计期间最初选择了一些事故预防和事故减轻措施, 但实际运营期间持续保持反馈, 以更准确地反应系统面临的潜在危险是很重要的。根据系统运营期间暴露的具体危险增加事故预防和/或事故减轻策略是合适的。
本文介绍了设计高速铁路系统要重点考虑的许多事故情景。本文尤其研究了PTC系统不能预防的, 或者尽管安装了PTC系统仍然发生的事故。本文在讨论每个事故情景时, 还介绍了潜在的预防和减轻策略。选取的这些事故是现代铁路运营必须面临的典型危险, 但不考虑包含高速铁路系统可能面临的所有潜在危险。同时, 并不是本文所讨论的所有事故实例均在高速铁路上发生过, 但从每个事故中汲取的教训是与高速铁路运营相关的。
2 主动列车控制 (PTC) 可预防的事故
主动列车控制是为预防某些类型的列车事故而设计的一套系统。按照美国联邦铁路局 (FRA) 的定义, 主动列车控制指能够预防列车-列车碰撞、超速脱轨, 以及预防由于列车越权侵入对在其权限范围内工作的铁路工人 (如线路维护工、桥梁工、信号维护工) 造成伤亡的技术。PTC也能够预防列车通过处于错误位置的道岔[1]。
事故预防措施将会减小系统设计预防的事故的频率 (数量) 和严重程度 (速度) 。如果安装了PTC系统并且该系统运行正常, 不会发生的事故称为PTC可预防的事故。
3 PTC不可预防的事故
即使铁路系统采用了PTC系统, PTC系统能力范围之外的事故仍可能会发生。在某些情况下, PTC系统能够减轻事故后果, 诸如通过在撞到线路前方的障碍物前将列车速度降下来。例如, 断轨会中断轨道电路, 促使PTC系统在列车驶近断轨的过程中实施制动。如果列车行驶速度很快, 在驶上断轨前, 列车速度会减慢, 但不会完全停下来。由于通过现有的技术还不能预防所有的事故, 因此, 系统中引入事故减轻措施是很重要的。其实, 在轨道车辆的设计中已经包括了很多事故减轻措施。
美国历来就将这些事故减轻措施规定为轨道客车的设计要求。其中一些涉及事故减轻措施的设计要求为占用空间的端部静强度、碰撞柱和角柱要求、侧墙和车顶强度要求, 以及车辆座椅和内部装饰件要求。在美国, 对于速度超过201km/h (125mile/h) 的铁路运营, 采用Ⅱ级装备要求, 该要求包括与低速度的Ⅰ级客运装备要求等效或更严格的要求。
了解铁路装备面临的运营环境对方便研究已发生的事故是很重要的。为此, 本文提出了3种假定的运营环境。这3种运营环境均以高速铁路运营为特色, 从完全专用的高速铁路系统到高速列车与通勤车和货车共享线路, 包括了一系列可能的情况。按照线路走廊允许的装备的类型, 讨论限制性最强到限制性最弱的运营环境。当环境限制性变小时, 以前通过运营环境设计解决的额外危险又会出现。可以通过在车辆设计中采取合适的措施来减小这些额外危险。
4 运营环境1
运营环境1为高速铁路装备在专用线路走廊上运行。该环境不包括任何其他类型的列车运输形式和平交道口。最高速度的运营出现在运营环境1中。该环境需要高效的列车控制系统, 其能力应该满足或超过本文先前讨论的PTC系统。该环境还需要线路维护安全规划、关于车辆和运营环境本身维护的严格标准。
4.1 运营环境1面临的潜在危险
本文讨论运营环境1中常见的4种危险:
(1) 脱轨 (车轮破裂、钢轨断裂、自然灾害等) ;
(2) 列车控制系统失效, 使得列车脱离控制;
(3) 线路维护设备未被列车控制系统跟踪到;
(4) 线路上遇到碎片。
4.1.1 脱轨实例
2007年2月23日, 英国坎布里亚Grayrigg附近1辆维尔京Pendolino列车以约153km/h (95mile/h) 的速度通过一个道岔。该道岔处于非正常状态, 列车驶过时, 道岔尖轨可以移动。列车所有车辆脱轨, 好几辆车冲下路基并发生侧翻。事故列车的照片见图1, 图1标注了列车每辆车的位置。事故最终造成1名乘客受致命伤, 28名乘客和2名乘务人员严重受伤[2]。
尽管这起列车脱轨事故使一些车辆发生侧翻, 但车辆的占用体积基本上未受到损失。本次事故中大多数受伤是由二次碰撞造成的, 并不是由于占用体积损失造成。装备设计的事故减轻措施, 尤其是侧墙强度和车内配置, 成功地减小了这次特定事故的负面后果。由于发生了这起事故, 对1 473个道岔进行了检查, 以确定同样设计的其他道岔是否与事故道岔处于同一状态。检查并没有发现其他道岔与事故道岔处于同一状态, 但确实发现一些部件有失效的预兆[2]。这次对线路部件维护的强化检查是通过线路维护预防事故的一个很好的例子。
4.1.2 控制失效实例
2009年6月22日, 华盛顿地铁系统发生了列车与列车碰撞事故。地铁系统安装了列车控制系统, 该系统不仅能够使列车在合适的位置停车, 而且还能够使列车加速到允许速度并维持在该速度。在这起事故中, 112次列车紧跟在214次列车后面。214次列车接收到并编译了一个停车信号。然而, 检测信号闭塞区间内列车存在的道旁硬件发生故障失灵, 并没有“看见”停止的列车。其结果是112次列车得到指示继续前行, 就好像前方的线路未被占用一样[3]。
第二列车的司机看见前方线路上停止的列车, 立即采取了紧急制动。然而, 两列车之间的空间不足以使第二列车停下来, 致使第二列车撞向静止列车的尾部。后面列车的头车大部分长度被压缩, 造成9人死亡。图2为两列车事故发生后的位置状态。
在这起特定的事故中, 后面列车头车占用体积遭受了相当大的损失。美国国家运输安全委员会 (NTSB) 在这起事故的报告中作了如下陈述:
关于事故的幸存性, 调查发现1000系轨道车辆的结构设计几乎没有防止碰撞中生存空间遭受灾难性损失的措施, 从而导致乘客伤亡惨重[3]。
虽然运营环境安装了预防两列车相撞的尖端的列车控制系统, 但系统却以这样一种方式失效, 从而导致事故发生。在本报告中, 国家运输安全委员会指出, 2005年曾发生同样的信号系统故障, 导致两列车差点发生碰撞。在2005年的事故中, 由于工作人员的干预, 防止了碰撞的发生。报告也阐述了尽管制定了强化检验程序, 以确保控制系统工作正常, 但执行这些程序的技术人员对这些程序并不熟悉。
在这起事故中, 系统安全方面出现了多起缺陷, 损害了事故预防和减轻策略。列车控制系统失效, 没有防止两列车试图占用同一闭塞区间。虽然同样的系统失效早已出现过, 但并不是所有的负责检测这些部件的工作人员均遵守改进的维护程序。列车本身没有设置足以防止撞击列车头车占用体积损失的事故减轻措施。
4.1.3 轨道上线路维护设备事故实例
2006年9月22日, 德国拉滕磁悬浮试验线出现了一起事故。当时, 1辆确保线路走廊无碎片的线路维护车辆正在线路上运行。一列运送在试验场工作的公司员工的列车以约193km/h (120mile/h) 的速度撞向维护车辆[4]。事故造成23名乘客死亡、10名乘客重伤。尽管这条线路确实有能够预防这类事故发生的安全系统, 但该系统在事故发生时没有开启[5]。图3为磁悬浮列车损坏的头车。
从公开的信息还不清楚磁悬浮车辆设计中采用了何种防碰撞特性。系统中设计的事故预防特性确实包含了如果两列车存在相撞危险时预防两列车碰撞的自动制动系统。然而, 控制系统在安全系统未开启的情况下却允许列车在线路上运行。
4.1.4 线路上碎片实例
第4个可能在运营环境1中发生的事故实例为2001年2月28日在英国塞尔比发生的铁路事故 (图4) 。在这起特定的事故中, 一名汽车驾驶者驾驶着一辆SUV, 并拖着一辆汽车。SUV偏离公路, 穿过栅栏, 越过田野, 又穿过第二道栅栏, 最后停在了公路下方的列车线路上。SUV司机联系警察通知铁路部门他的车辆阻塞了线路。在联系上铁路部门之前, 一列客运列车以约201km/h (125mile/h) 的速度撞向汽车, 致使列车脱轨, 侵入线路走廊中的另一条线路。然后列车又继续沿线路走廊向前移动, 撞上了被其侵入的相邻线路上迎面驶来的货物列车[7]。在这起事故中, 客车上死亡10人, 其中包括列车工程师。虽然运营环境1并不包括货物列车, 但在这种类型的事故中, 另一列客车会卷入其中, 其后果与前一列客车一样严重。
在这起事故中, 在列车撞到汽车前, 没有足够时间用于SUV司机联系警察———警察通知铁路部门———铁路部门联系列车工程师———工程师把列车停下来。尽管存在警告列车工程师障碍物侵入线路走廊的技术, 但这些警告的有效性存在实际局限。即使列车工程师能立即被通知前面有障碍物, 但是列车需要时间 (距离) 才能停下来。健康安全委员会 (HSC) 在调查塞尔比事故期间, 检查了大量涉及公路汽车的铁路事故。他们得出的结论是:防止汽车进入铁路线路走廊, 而不是防止列车撞汽车, 才是减小危险的最好办法[7]。
随着高速列车最高运行速度的提高, 制动距离也随之增加。对于高速运营, 设计系统时防止诸如汽车和货车这样的大型障碍物进入线路走廊尤为重要。图5为一系列假定的速度-距离制动曲线, 用于估算初始速度322km/h (200mile/h) 停下来需要的距离。每条曲线均代表1个制动率。如图5所示, 采用假定的最大制动率3.2 (km/h) /s (2.0 (mile/h) /s) , 以322km/h行驶的列车需要将近4.57km (15 000ft) 才能停下来。
在美国, 尽管将列车与列车碰撞从高速运营担忧的事故情景排除的主要理由是采用了有效的列车控制系统, 但列车控制系统仅能用于减轻某些碰撞的后果, 而不能完全防止碰撞的发生。认识到在装有PTC系统的线路上有发生碰撞的可能性 (即使速度较低) 是很重要的。虽然在塞尔比列车与挡在线路上的汽车相撞只导致了部分脱轨, 但是与迎面驶来的货车相撞后果非常严重。为减小这类事故的负面结果, 事故减轻策略仍是总体系统安全的合理组成部分。
5 运营环境2
运营环境2为高速轨道车辆在共享线路走廊内的专用线路上运行。该环境以高速运营为特色, 运营速度低于环境1。不与其他形式的车辆共享线路, 但是, 货车或者常规速度的客车可以在线路走廊内相邻的线路上运行。该环境特征还包括有限数量的平交道口, 所有这些平交道口均增强了安全措施。与环境1一样, 环境2采用高效的列车控制系统。环境2也需要严格的维护标准和线路维护安全规划。
运营环境2面临的潜在危险如下。
影响运营环境1的潜在危险同样也是影响运营环境2的潜在危险。另外, 运营环境2还包括一个额外的危险:常规装备脱轨堵塞线路走廊。
以下是常规装备脱轨实例。
这个特定的例子说明了在共享 (或者隔离但相邻近) 线路走廊专用线路上运行的不同类型的装备相关的潜在危险。在科罗拉多州首府丹佛, 轻轨列车在与货运铁路紧邻的线路上运营。2007年12月11日, 一列运煤列车在临近轻轨线路的货运线路上脱轨, 约有20辆车脱轨, 煤炭散落到轻轨线路走廊内[9]。运煤列车脱轨时, 一列轻轨列车正在靠近货运线路走廊的线路上运行。轻轨列车未能及时停止, 并撞到阻塞线路的煤炭上。造成轻轨列车脱轨, 但没出现死亡 (图6) 。
这起事故强调了不同的铁路装备在临近线路走廊内运行的潜在危险。把不同的铁路装备安排在隔离线路走廊运营, 可以防止由于两列车在同一线路区段运行导致的列车与列车碰撞。这个情况表明, 要真正防止运营装备与脱轨装备发生碰撞, 必须采用更有效的隔离线路走廊的措施。在存在发生此类碰撞可能性的情况下, 仔细考虑客车的设计和选择合适的防碰撞特性来减轻此类碰撞的后果很重要。
由于货运列车脱轨与轻轨列车通过间的时间非常短, 给轻轨线路安装侵入探测元件也不可能防止这起事故。在存在发生此类碰撞可能性的情况下, 仔细考虑客车的设计和选择合适的防碰撞特性来减轻此类碰撞的后果很重要。
6 运营环境3
运营环境3为高速轨道车辆在常规速度线路上运行。不管何种装备在常规线路上运行, 其速度均限制到常规速度。高速轨道车辆可能与通勤列车、城际列车或者货运列车共享线路。这样线路承受的载荷会增加, 需要合适的维护。该环境可能有公路-铁路平交道口。有效的列车控制、车辆的合理维护、线路维护安全规划都是环境3的特征。
6.1 运营环境3面临的潜在危险
影响运营环境1和运营环境2的潜在危险同样也是运营环境3的潜在危险。另外, 运营环境3还包括2个额外的危险:
(1) 公路车辆阻塞平交道口, 被高速列车碰撞;
(2) 与常规装备碰撞。
6.1.1 公路车辆被高速列车碰撞实例
在法国, TGV高速列车既在专用高速线路走廊运营, 也在常规线路上运营。当高速列车在常规线路上运行时, 其速度会限制到常规速度。常规运营环境的特征之一就是存在公路-铁路平交道口。
1997年9月25日, 一列TGV列车在常规线路上运行, 在比耶讷附近与1辆陷在平交道口的沥青铺装车相撞[11]。碰撞时, 列车的速度约130 km/h (81mile/h) 。图7显示了动力头车碰撞后侧躺在地面上的情景。
在这起事故中未出现死亡。部分程度上要归功于卷入这起事故的TGV列车的防碰撞设计。1998年, 在法国瓦龙发生了类似的事故, 一列TGV列车在平交道口以109km/h (68mile/h) 的速度撞向1辆重型卡车。这起碰撞事故造成2人死亡, 正是这起事故成了后来开展TGV防碰撞性研究项目的催化剂[12]。在这2起事故中, 重型装备均陷在平交道口。
有多种事故预防措施可用来增加平交道口的安全性。改进公路设计, 减小车辆陷在平交道口的可能性, 改进栅栏, 防止司机在列车即将到来前进入平交道口, 均可以减小列车通过时公路车辆在线路上的可能性。限制列车通过平交道口的速度, 可增大发现障碍物停住列车的可能性, 以及减小不可避免碰撞的后果。取消平交道口可进一步减小轨道车辆撞击公路车辆的可能性。
6.1.2 与常规铁路装备碰撞实例
东北走廊是一条连接华盛顿与马萨诸塞州波士顿的铁路, Acela Express列车、Amtrak Regional列车和通勤列车都在这条线路上运行。在东北走廊的最窄处, 线路为复线。
2008年3月24日, 1辆装有木材的货车停在私有岔线上。货车未固定, 溜出了货场, 且没有脱轨。货车向山下驶去, 来到了东北走廊上。
同时, 一列通勤列车正在东北走廊上朝着货车下来的方向运行, 通勤列车工程师意识到信号指示前方线路被占用, 并将列车停下来。在通勤列车后退前货车撞向了通勤列车。碰撞后损伤的货车和机车见图8。
尽管货车速度估计只有40 km/h~64 km/h (25mile/h~40mile/h) , 但冲击力足以驱动静止的列车移动约14.3m (47ft) [13]。在这起事故中未发生死亡, 但报道有150人受伤。
该事故证明, 即使有列车控制系统的环境也需要防碰撞的车辆。尽管有防止货车溜出岔线的预防措施, 但未能把车辆留在岔线上。信号系统工作正常, 并警告通勤列车工程师前方线路有东西。通勤列车工程师采取了正确措施, 并将列车停下来。然而, 在这个时刻, 机车工程师未能采取进一步的措施防止列车被撞。在这起事故中, 机车和客车具有足够的防碰撞性, 保护了乘务人员和乘客, 使其免于遭受致命伤害。
7 结论
有效的列车控制系统包括PTC系统, 能预防某些类型的列车事故, 包括超速脱轨、列车-列车碰撞、侵入工作区, 以及通过不正确的道岔。但是, 控制系统并不能预防所有类型的事故。即使采用尖端的列车控制系统和对列车进行细致管理, 威胁乘务人员和乘客生命的事故仍会发生。
尽管组合各种事故预防策略可以减小某些类型事故的严重程度和发生频率, 但还是会有事故发生。如果事故未被系统设计完全预防, 可以通过在高速轨道车辆上引入防碰撞设计, 来减轻对乘客和乘务人员的伤害。系统总体安全取决于运营环境应用的事故预防措施和事故减轻策略的组合。
摘要：介绍了一系列可能会影响美国高速客运列车安全运营的潜在危险的情景实例。由于可以设计不同的运营环境来限制某类事故发生的可能性, 因此, 本文讨论了3种不同的假定高速运营环境。但在所有运营环境中, 认识到需要列车防碰撞特性来减轻潜在事故的后果是很重要的。
关键词：高速铁路,运营,安全,美国
参考文献
[1]Positive Train Control.Federal Railroad Adminstration[EB/OL].[2010-10-26].http://www.fra.dot.gov/Pages/1521.shtml.
[2]Report20/2008.Rail Accident Report:Derailment at Grayrigg, 23February 2007.Rail Accident Investigation Branch, Department for Transport.[EB/OL].[2010-10-27].www.raib.gov.uk.
[3]Railroad Accident Report NTSB/RAR-10/02.Collision of Two Washington Metropolitan Area Transit Authority Metrorail Trains Near Fort Totten Station, Washington, D.C., June 22, 2009.National Transportation Safety Board.[EB/OL]. (2009-6-22) [2010-10-27].http://www.ntsb.gov/publictn/2010/RAR1002.pdf.