60年鐵路信號的發(fā)展歷程

1、60年鐵路信號的發(fā)展歷程在鐵路運輸?shù)膶嵺`中，即使鐵路線路、橋梁、機車和車輛等設(shè)備條件良好的情況下，也會發(fā)生列車沖突和顛覆等重大事故。發(fā)生列車沖突的原因可能是兩列或多列列車同時占用一個空間造成的；也可能是由于道岔位置不正確而導(dǎo)致列車駛?cè)脲e誤線而造成沖撞；另外，列車速度超過了線路限制速度也會引起顛覆事故。為保證安全，鐵路部門在劃定的空間入口處設(shè)置信號機以指揮列車能否可以駛?cè)朐摽臻g。信號機的開放，必須檢查線路的空閑、道岔位置的正確和敵對信號的關(guān)閉，以防止列車沖突和顛覆等重大事故的發(fā)生。因此，在現(xiàn)代鐵路運輸系統(tǒng)中，除了鐵路固定設(shè)備（線路、橋、隧）和移動設(shè)備（機車、車輛），還需要鐵路信號系統(tǒng)，簡稱鐵路信

2、號，他們構(gòu)成了鐵路運輸系統(tǒng)三個不可分割的技術(shù)基礎(chǔ)。鐵路信號系統(tǒng)是為了保證運輸安全而誕生和發(fā)展的，系統(tǒng)的第一使命是保證行車安全，也可以這樣說，沒有鐵路信號，也就沒有鐵路運輸?shù)陌踩?949年以前，我國鐵路信號非常落后，沒有成形信號制式，東北等鐵路沿用日本遺留的初級信號設(shè)備，膠東半島采用德國設(shè)備，云南的米軌鐵路采用法國制式。沒有鐵路信號設(shè)備生產(chǎn)能力。以手板道岔、人工動作臂板信號為主要手段，信號技術(shù)十分落后。1949年后，60年來，隨著我國鐵路事業(yè)翻天覆地的變化，中國鐵路信號也已經(jīng)從零發(fā)展成為世界鐵路信號的強國。針對我國鐵路的不同發(fā)展情況，形成了完備的信號制度與制式標(biāo)準(zhǔn)，建立了雄厚的鐵路信號生產(chǎn)、研

3、發(fā)、設(shè)計施工、管理隊伍，信號技術(shù)從手動機械繼電發(fā)展到以信息技術(shù)為核心電子時代。改革開放以來，特別是鐵路六次大提速及近年來的高速鐵路、客運專線建設(shè)，更是使我國鐵路信號產(chǎn)生了根本的變化。今天的現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)，已經(jīng)成為計算機、現(xiàn)代通信和控制技術(shù)在鐵路運輸生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用，鐵路信號的功能也從傳統(tǒng)的保障鐵路運輸安全的“眼睛”，擴展為保證行車安全、實現(xiàn)集中統(tǒng)一指揮、提高運輸效率、改善勞動條件和提升運營管理水平?，F(xiàn)代信號技術(shù)已成為實現(xiàn)列車有效控制、提高鐵路區(qū)間通過能力和編組能力、向運輸組織人員提供實時信息的必備手段，是鐵路的“中樞神經(jīng)”，是鐵路列車提速與發(fā)展高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。在現(xiàn)代鐵路運輸系統(tǒng)中

4、占有非常重要的地位，成為鐵路現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。一、軌旁基礎(chǔ)設(shè)備的發(fā)展1949年前，我國只有手板道岔、人工動作臂板信號等簡單的鐵路信號設(shè)備，解放后，在我國鐵路信號研究人員及生產(chǎn)企業(yè)的努力下，信號基礎(chǔ)設(shè)備得到根本改變，色燈信號早已代替了臂板信號，信號顯示全部實現(xiàn)了列車控制自動；國鐵正線道岔全部采用我國自行研制的電動轉(zhuǎn)轍機，特別是近年來，我國提速線路、客運專線及高速鐵路相關(guān)道岔，全面使用了牽引力更大、鎖閉更加可靠、轉(zhuǎn)換時間更短的交流轉(zhuǎn)轍機（ZD（J）9系列電動轉(zhuǎn)轍機）及外鎖閉裝置；我國自行研制的軌道電路廣泛應(yīng)用于鐵路車站及區(qū)間，實現(xiàn)了列車占用的自動檢測，已經(jīng)上道運用20000多公里的ZPW200

5、0無絕緣軌道電路，還能夠向列車傳送前方空閑間隔信息，為機車信號及列車控制提供依據(jù)；除此以外，正在逐步國產(chǎn)化的、高科技的、點式應(yīng)答器、GSMR基站等軌旁設(shè)備為實現(xiàn)我國列車自動控制奠定了基礎(chǔ)。二、列車控制技術(shù)的發(fā)展以前的鐵路信號是鐵路運輸?shù)摹把劬Α?，地面信號向司機提供視覺信號，但由于地形和氣候條件的影響，司機往往不能在規(guī)定的距離上及時瞭望到前方信號機的顯示，因而有產(chǎn)生冒進信號的危險。因此，我國開發(fā)推廣了機車信號設(shè)備及列車自動停車ATS(AutomaticTrainStop)設(shè)備，將地面的視覺信號引入司機室，改善了司機瞭望條件，當(dāng)?shù)孛嫘盘柕摹敖姑睢蔽幢凰緳C接受就強迫列車自動停車。近年來，JT1-

6、CZ2000型主體化機車信號與站內(nèi)電碼技術(shù)的的發(fā)展，使列車的駕駛更為容易。為了提高列車運行的安全性，我國自行研制了LKJ運行監(jiān)控記錄裝置并在所有機車推廣使用。隨著鐵路運輸?shù)娜蝿?wù)越來越重，列車運行速度越來越高，特別是高速鐵路、客運專線的發(fā)展，保證運輸安全的問題也越來越突出。完全靠人工瞭望、人工駕駛列車已經(jīng)不能保證行車安全了，即使裝備了機車信號和自動停車裝置，也只能在列車一般速度運行條件下保證安全，無法實現(xiàn)高速列車的安全保證，因為它們不能防止超速行車和冒進信號的現(xiàn)象。因此，需要研究列車運行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對列車間隔和速度的自動控制，提高運輸效率，保證行車安全。要實現(xiàn)上述目標(biāo)，不是簡單的設(shè)備改進可以完

7、成的，需要解決許多關(guān)鍵技術(shù)問題，例如：車地之間大容量、實時、可靠信息傳輸，列車定位，列車精確、安全控制等。需要車載設(shè)備、軌旁設(shè)備、車站控制、調(diào)度指揮、通信傳輸?shù)认到y(tǒng)良好的配合才能實現(xiàn)，以現(xiàn)代列車運行控制技術(shù)為核心的信號系統(tǒng)可以稱為現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)。為了適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，2003年10月，鐵道部主持制定了中國列車控制系統(tǒng)(CTCS)技術(shù)規(guī)范總則(暫行)和相應(yīng)CTCS技術(shù)條件，以分級的形式滿足不同線路運輸需求，在不干擾機車乘務(wù)員正常駕駛的前提下有效地保證列車運行的安全oCTCS劃分為5個等級，依次為CTCS0CTCS4級，以滿足不同線路速度需求。 CTCS0級為既有線的現(xiàn)狀，即由目前使用的通

8、用式機車信號和運行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成。 CTCS1級為面向160km/h以下的區(qū)段，由主體機車信號和加強型運行監(jiān)控記錄裝置組成。它需在既有沒備的基礎(chǔ)上強化改造，達到機車信號主體化的要求，增加點式設(shè)備，實現(xiàn)列車運行安全監(jiān)控。 CTCS2級為面向干線提速區(qū)段和200-250KM/H客運專線，采用車地一體化設(shè)計，基于軌道電路傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)。適用于各種限速區(qū)段，機車乘務(wù)員憑車載信號行車，地面一般設(shè)置通過信號機。 CTCS3級為面向300-350KM/H及以上客運專線和高速鐵路，基于無線通信網(wǎng)GSM-R傳輸列控信息，并采用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運行控制系統(tǒng)。點式設(shè)備主要傳送定位信息。

9、 CTCS4級為面向高速鐵路或特殊線路，是完全基于無線傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)。地面可取消軌道電路，不設(shè)通過信號機，由RBC和車載驗證系統(tǒng)共同完成列車定位和完整性檢查.，實現(xiàn)虛擬閉塞或移動閉塞。上述技術(shù)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，為我國列控系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。2007年我國研制的CTCS2級列控系統(tǒng)也開始成功應(yīng)用于膠濟線160KM/H提速線路和合寧線、合武線等200-250KM/H客運專線，CTCS-3D（ETCS-1系統(tǒng)疊加CTCS2功能）成功應(yīng)用于北京至天津城市客運專線，CTCS-3級列控系統(tǒng)即將應(yīng)用于武廣、鄭西等300KM/H以上的客運專線。鐵路信號已經(jīng)從最初階段提供“視力”的傳統(tǒng)信

10、號逐步演變成為一個列車閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。圖1列車控制技術(shù)發(fā)展歷程三、區(qū)間閉塞技術(shù)的發(fā)展在鐵路運輸中，為了解決安全行車間隔問題，產(chǎn)生了閉塞技術(shù)及相關(guān)區(qū)間信號技術(shù)。1949年以來，我國區(qū)間信號技術(shù)經(jīng)歷了電氣路簽、電氣路牌閉塞，二十世紀六十年代，我國信號專家采用繼電電路設(shè)計了64D型繼電半自動閉塞，提高站間閉塞的效率，保障了列車運行安全。為了提高運輸能力，行車密度逐步增加，我國相繼研制了4信息移頻自動閉塞、交流計數(shù)自動閉塞、極頻自動閉塞，使得組織追蹤運行成為可能，增加了列車密度。雙線自動閉塞提高通過能力尤為明顯,按8min、7min、6min間隔計算，每晝夜平行運行能力，由半自動閉塞的70對分別提高

11、至到180對、205對、240對，目前在裝備有CTCS2級列控系統(tǒng)的四顯示多信息自動閉塞可以使追蹤間隔縮短至3min。目前中國鐵路自動閉塞區(qū)段已超過3萬公里，占全國鐵路運營里程的40%以上。我國青藏鐵路采用無線定位方式（衛(wèi)星定位GPS）來進行列車定位并通過GSM-R實時連續(xù)無線通信方式進行車地間信息交換，實現(xiàn)了不設(shè)軌道占用檢查的虛擬閉塞。目前我國鐵路正在武廣、鄭西等300KM/H以上的客運專線安裝基于無線通信自動閉塞的CTCS-3系統(tǒng)，用無線通信技術(shù)取代軌道電路實現(xiàn)信息傳輸，列車通過相應(yīng)的地面設(shè)備，如信標(biāo)燈、應(yīng)答器，可以獲知自身的位置及速度等信息，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將位置、車次、列車長度、實際速

12、度、制動潛能、運行狀況等信息以無線的方式發(fā)送給地面控制中心或無線閉塞中心RBC；地面控制中心追蹤列車并發(fā)送移動權(quán)限、允許速度、限速、緊急停車等命令，實現(xiàn)基于無線通信的自動閉塞?？梢匀∠孛嫘盘枡C。四、車站聯(lián)鎖技術(shù)的發(fā)展車站是列車交會和避讓的場所，在車站內(nèi)有許多線路，這些線路的兩端，都以道岔連接著。根據(jù)道岔的不同位置而組成不同的進路，列車或車列是否能進入進路，是用信號機來指揮的。如果信號機顯示的信號與道岔的開通位置不同，就有可能發(fā)生行車事故。為了保證安全，就必須使信號機、進路和道岔三者之間有著一定相互制約關(guān)系，這種關(guān)系稱為聯(lián)鎖。1949年以前，我國鐵路主要是非集中聯(lián)鎖或采用機械槽口技術(shù)，咽喉通過

13、能力低且安全性很低，1949年以后，我國鐵路經(jīng)歷了機械槽口技術(shù)及電氣銜鐵聯(lián)鎖技術(shù)，二十世紀六十年代，我國信號專家采用繼電安全型繼電器技術(shù)設(shè)計了6501、6502型電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)，并逐步淘汰了機械聯(lián)鎖方式，成為我國車站聯(lián)鎖的中流系統(tǒng)，電氣集中與非集中聯(lián)鎖比較，使我國鐵路咽喉通過能力提高50%-80%，到發(fā)線通過能力提高15%-20%。20世紀80年代，鐵道部科學(xué)研究院、通信信號總公司研究設(shè)計院等單位相繼展開了計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的研制工作。1984年，通信信號總公司研究設(shè)計院研制生產(chǎn)出了國內(nèi)第一個車站計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，并成功地應(yīng)用于地方鐵路，填補了我國計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的空白。1989年，鐵道

14、部科學(xué)研究院研制生產(chǎn)的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在鄭州北編組站開通使用，使計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)首次應(yīng)用于國有鐵路。1994年，鐵道部科學(xué)研究院、通信信號總公司研究設(shè)計院研制的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)分別在哈爾濱鐵路局平房站和上海局交通站開通使用，這是我國鐵路首次將國有的計算機聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)用于鐵路客貨列車通過的車站。目前，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)已經(jīng)處于實用階段，隨著實踐經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)的性能也在不斷提高，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)裝備了近2000個車站。五、編組站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展鐵路編組站是鐵路樞紐的核心，是車流集散和列車解編的基地，常有“列車工廠”之稱。據(jù)統(tǒng)計，貨車一次全周轉(zhuǎn)時間中，在車站作業(yè)和停留的時間約占70%。貨

15、車從裝車到卸車，平均要進行56次調(diào)車作業(yè)，其中在編組站作業(yè)停留的時間占30%以上。因此，鐵路編組站調(diào)車控制設(shè)備的發(fā)展，對于提高作業(yè)效率和縮短車輛周轉(zhuǎn)時間有重大意義。1913年美國研制的調(diào)整車組溜放速度的第一臺減速器問世,使駝峰調(diào)車技術(shù)設(shè)施有了突破性發(fā)展。我國1958年利用“平地起包”開創(chuàng)了重力調(diào)車技術(shù)，隨著我國車輛減速器研制成功，1960年，蘇家屯建成我國第一個機械化駝峰；由于電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，調(diào)車駝峰上的技術(shù)裝備也不斷更新發(fā)展，1970年，豐臺西建成我國第一個半自動化駝峰，1984年，南翔建成我國第一個利用國產(chǎn)小型計算機控制的自動化駝峰；1989年，鄭州北建成我國第一個自動化編組站

16、，其中的自動化駝峰利用微機控制；19921994年，TWK-1型駝峰溜放速度控制系統(tǒng)、駝峰微機分線控制系統(tǒng)、微機可控頂調(diào)速系統(tǒng)相繼通過鑒定；隨后TBZK系統(tǒng)、TW組態(tài)系統(tǒng)和FTK等駝峰過程控制系統(tǒng)逐步成熟并推廣；2003年，全新概念的成都北綜合自動化編組站開始建設(shè)；2006年，武漢北綜合自動化編組站動工。根據(jù)鐵路“跨越式發(fā)展”的總體目標(biāo)：2010年全國路網(wǎng)性編組站建成綜合自動化，2020年全國中、小能力的駝峰建成自動化。六、調(diào)度指揮技術(shù)的發(fā)展鐵路運輸效率的提高不僅需要良好的車站、列車控制設(shè)備，還需要良好的調(diào)度指揮系統(tǒng)的組織與管理。以前，調(diào)度員依靠一臺電話、一張圖、一支筆的傳統(tǒng)手工方式來編制運行計劃并組織行車的，調(diào)度效率低，限制了運輸效率的提高，影響了鐵路能力的發(fā)揮。二十世紀六十年代以后，為了使調(diào)度中心（調(diào)度員）能夠?qū)崟r掌握管轄區(qū)段范圍內(nèi)的列車動態(tài)并能夠?qū)π盘栐O(shè)備進行集中控制，我國相繼開發(fā)應(yīng)用了DD1、DD2、D4D調(diào)度集中系統(tǒng)，后來由于可靠性有效性等問題，這些系統(tǒng)陸續(xù)下道，改革開放以來，我