铁路通信系统的研究论文

高速铁路信号是高速列车安全、高密度运行的基本保障。下面是我整理的高速铁路信号技术论文，希望你能从中得到感悟!

基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用

摘 要

高速铁路信号系统是高速列车安全、高密度运行的基本保障。无线通信技术在铁路信号系统的应用，不但减少了高速铁路的信号系统成本，还较好的确保了高速铁路的安全。随着科学技术的进步，高速铁路不断的向着智能信息化转变，这就给无线通信技术领域提出了更加严格的要求，为了适应高速铁路的快速发展，各国都在潜心研究基于无线通信技术的新一代的铁路信号系统。本文介绍了国外无线通信系统在高速铁路信号系统中的发展情况，分析了运用无线通信技术的高速铁路信号系统的特点和问题，并探讨了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。

【关键词】无线通信 高速铁路 信号系统

在整个高速铁路工程中，虽然信号系统的投资总额所占比率较小，但其起到的作用十分关键。由于轨道电路传输环境较差、传输信息的速率较低、设备更新维护费用高，所以基于轨道电路的列车控制系统已经不能满足高速铁路的快速发展要求。在80年代，国外开始研究基于无线通信的铁路信号系统TBS(Transmission Based Signalling)，希望通过无线通信技术的应用来提高铁路的管理职能、缩短列车间隔时间、节约能源、降低系统的成本。1995年在关于TBS的国际会议中，会议代表分析了无线通信技术在铁路信号系统应用的的可行性，并指出了无线通信技术可能给铁路信号系统带来的积极影响，表明了TBS将会成为未来铁路信号系统的发展方向。

1 国外TBS的发展情况

1.1 北美TBS的发展情况

1983年，美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息，并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装，节省了系统成本，还消除信号盲区，增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误，使列车行驶更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名的。

1.2 欧洲TBS的发展情况

1992年国际铁盟下属的欧洲铁路研究机构提出了一套欧洲的铁路运输管理系统，包括车票发售、各国铁路互操作性等多个方面，ETCS就是其中非常重要的一部分。在欧共体委员会设立标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS之前，欧洲各国铁路标准和模式不尽相同，轨距、信号设备、供电设备也不一样，因此各国只能使用自己的ATP、ATC系统。各国铁路制式上的差异使得欧洲铁路很难形成连续运输。在设立了标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS后，各国的铁路开始逐渐按照统一标准进行规范，并逐渐取代各国不同的列车自动控制系统和防护系统。ETCS的目标就是要实现欧洲铁路的统一，提高各国铁路的互操作性，使铁路控制系统的功能和设备更加规范。

1.3 日本TBS的发展情况

在日本铁路信号系统的发展历程中，先后出现了ATS、现行ATC、数字式ATC、计算机和无线通信辅助信息控制系统等。其中现行ATC作为一种列车超速防护系统，以良好的自动制动功能保护了列车的安全。但在系统工作时，采用的最强的自动制动，影响了乘客的舒适程度。在1987年，日本开始基于无线通信的铁路信号系统的研究，为CARAT的出现奠定了坚实的基础。CARAT的使用能够使列车连续测定自身位置和行驶速度，使地面系统能够很好的了解列车运行情况，保证列车的运输安全。

2 TBS的特点和问题

在速度比较高的高速铁路上，距离比较近时，可以采用红外、蓝牙等无线通信技术实现对列车的控制;在距离比较远时，则可以通过全球定位控制系统、信标、计轴装置等来测定列车的速度和位置。车载计算机可以通过无线收发装置将列车的速度、位置信息发送给调度控制计算机，通过调度控制计算机的处理，再将列车允许的最大速度等信息通过无线通信发回给列车计算机。列车司机可以根据车载计算机的提醒进行相应的操作，如果列车司机没有及时作出反应，信息控制系统还可以自行将车速降低到允许范围以内。

2.1 TBS的特点

(1)在TBS中，主控中心可以根据列车的运行状态和操作状态通过车载计算机来调整列车的运行，加大了高速铁路信号系统的管理职能，保证了列车的安全，提高了铁路线路的通行能力。

(2)在无线通信信号系统控制下，列车和地面的可靠信息量增大，列车运行变得更加稳定，且避免了不必要的加速和制动，节约了能源，也让旅客乘车变得更加舒适。

(3)无线通信技术的运用，省掉了大量的地面信号装备，大大减少了设备的安装、维护、修整费用。

(4)无线通信信号系统的适应能力极强，通过软件上的调整就可以使列车的运行速度提高，且能够自动调整运行图，大大的提高了铁路运输管理能力。

(5)无线通信信号系统还可以通过车地间的双向信息通道实现列车的闭锁控。

2.2 TBS的问题

(1)高铁信号系统使用轨道电路只能使用较低的信息发送频率，传输环境恶劣，很难让电码的传送速率满足高速铁路的运行速度要求。

(2)TBS通过环线设备和应答器件接受数据信息，列车进行操作可能会有时间上的延迟，可能会给列车的运行造成不良的影响。

(3)轨道间的电缆电线作为车地之间的双向信息通道，虽然传输信息量大，抗干扰能力强，但设备费用较高，且防盗能力很差，一旦丢失，后果严重。

3 无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用 3.1 微机联锁

无线通信技术在微机联锁方面运用的可行性还需进一步研究，但ATCS中提出，可以将检测到的道岔、信号机闭锁状态发送给主控中心，并利用道旁接口单元来接收主控中心的控制命令，以实现控制一组道岔、信号机动作的目的。另外道旁接口单元可以利用无线信道联系控制中心，通过电缆连接现场设备，从而检测并控制一些辅助的子系统。目前看来，无线通信技术用于微机联锁的现场设备可能会增加一些投资，且大型站场道岔众多，干扰较大，但还是具有较好的发展前景。

3.2 集中调度

在调度集中系统中，调度中心职要根据车站到发线占用情况和区段内闭塞分区大概了解列车运行的状况，并根据得到的信息排列进路。但利用TBS，控制系统就能够准确的了解列车运行的位置、速度，并根据沿线的信号系统情况发送列车控制命令，保证列车在最短的实践间隔内高速、安全、稳定的运行。无线通信技术赋予列车与控制中心的双线数据通信，给列车的运行带来了很大的方便，且实现了行车指挥自动化。

3.3 中继器

在高速铁路的实际运行中，我不可能在所有的高速铁路中都设这无线通信基站，这样不但增加了设备投资，还使无线通信铁路信号系统失去了存在的真正意义。有了中继器，基站就可以通过中继器接受和发送一些射频信号，从而使基站不仅可以管理基站区域范围内的站区，还能够将管理中继器管理的一些车辆和线路。

3.4 提高平交道口的通过效率

为了提高平交道口的防护能力和和通过效率，防止由于无线设备故障造成不必要的损失，主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息，可以计算列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样，列车通过平交道口就有了安全保障，而且还大大提高了道口的通过效率。

3.5 加强维修处防护

在高速铁路某路段需要进行维修时，维修部门可以通过移动终端将维修点输入到系统中，通过主控中心的传送，列车就可以很好的了解路段情况。在实际的运行中，列车可以根据了解到的维修点信息对列车进行操作，另外在列车接近维修点事，移动终端接受到地面系统的警报信号，以保证列车能够及时在维修段之前停车。

4 总结

随着高速铁路的不断发展，要确保列车的安全，先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的运用仍处于初期阶段，在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口，使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。

参考文献

[1]闵耀兴.我国铁路列车安全控制系统的现状[J].哈铁科技通讯，1997(04).

[2]姚丽娟.我国铁路信号系统的现状与发展[J].铁道通信信号，2003(04).

[3]步兵.基于通信的列车控制系统的可靠性分析方法[J].交通运输工程学报，2001(01).

[4]杨绚，陈德旺，陈荣高.速铁路列控系统主动安全控制的分析与思考[J].铁路计算机应用，2012(08).

作者简介

孙屹枫(1982-)，男，天津市人。中国民用航空大学大学本科毕业。研究方向：铁路信号。

作者单位

铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处 天津市 300251

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高铁通信系统是高铁的神经系统，是高铁重要的关键技术，是高铁发展的重要推动力。我整理了铁路通信系统技师技术论文，欢迎阅读!

高速铁路调度通信系统

摘要：高铁通信系统是高铁的神经系统，是高铁重要的关键技术，是高铁发展的重要推动力。高速铁道通信系统各子系统包括：传输系统、电话交换及接入系统、数据通信系统、专用移动通信系统、调度通信系统、会议电视系统、应急通信系统、综合网管系统、时钟及时间同步系统、通信电源、电源及环境监控系统、综合视频监控系统、通信防雷等系统。调度通信系统是高铁通信系统的核心之一，是指挥运输的重要基础设施，对铁路运输指挥与安全生产起着至关重要的作用。为适应在高速铁路GSM-R大环境下铁路有线、无线调度通信统一的要求，GSM-R调度通信系统中的固定用户接入系统(FAS)，得到了广泛的应用。

关键词：高速铁路 通信系统调度通信系统 FAS

Abstract: the high speed rail communication system is high iron nervous system, is the key technology of high iron important, is an important impetus of the development of the high iron. High speed railway communication system each subsystem including transport system, telephone exchange and access system, data communication system, special mobile communication system, scheduling communication system, meeting TV system, emergency communication system, integrated network management system, clock and time synchronization system, communication power supply, power supply and environment monitoring system, integrated video monitoring system, the lightning protection system such as communication. Scheduling communication system is the core of high iron communication system, was one of the important infrastructure command transportation, railway transportation command and safety production play a crucial role. In order to adapt to the high speed railway GSM-R environment railway cable, wireless scheduling communication uniform requirements, GSM-R scheduling communication system of fixed user access system (FAS), a wide range of applications.

Keywords: high speed railway communication system scheduling FAS communication system

中图分类号：U238 文献标识码：A文章编号：

一、铁路调度通信的发展简介

高速铁道通信系统把通信技术、计算机及网络技术结合在一起，构成了一个综合性的通信系统。高速铁道通信系统各子系统包括：传输系统、电话交换及接入系统、数据通信系统、专用移动通信系统、调度通信系统、会议电视系统、应急通信系统、综合网管系统、时钟及时间同步系统、通信电源、电源及环境监控系统、综合视频监控系统、通信防雷等系统。高速铁路调度系统是高铁通信系统核心之一。

铁路调度通信系统是运输指挥的重要基础设施，对铁路运输指挥与安全生产起着至关重要的作用。从二十世纪五十年代开始到今天，已经发生了巨大变化。其大致经历了以下几个阶段：第一阶段，从二十世纪五十年代开始，沿用苏联的机械式选叫设备(站场用KCC扳道电话)，持续了二十多年。第二阶段，二十世纪七十年代，推出了双音频选叫的音频调度电话，也就是大家所熟知的，现在还有局部在使用的YD-Ⅲ型音频调度总机(站场用CZH电话集中机)。到90年代初又推出了以“数字编码”取代“双音频”的DC-7程控调度电话总机，实际上还是属于模拟设备，第二阶段维持了将近三十年。20世纪90年代后期(可以说是铁路调度通信的第三阶段)，随着数字通信技术的发展，数字程控调度交换机得到了迅猛发展。

为适应在高速铁路GSM-R大环境下铁路有线、无线调度通信统一的要求，GSM-R调度通信系统中的固定用户接入系统(FAS)，得到了广泛的应用。在FAS系统中，由于有线用户和无线用户相互呼叫时车站FAS要占用数字环上时隙到MSC，因此一个数字环上能带的车站分系统数量一般在6~10个，与一般的数字调度通信系统相比数量大大减少，因此一条线路需要更多的数字环，要求主系统能带更多的数字环，有更大的交换容量。

二、系统构成

在高速铁路中，调度通信系统采用的是FAS固定用户接入系统。FAS调度系统分为调度所FAS和车站FAS。GSM-R及FAS调度通信系统的构成及组网方式如下图所示：

调度通信系统由调度所型调度交换机、车站型调度交换机、调度台、值班台、其他各类固定终端(电话分机)、网管终端及录音仪等设备组成。通过调度所调度交换机与GSM-R系统互连，实现有线和无线调度业务互通(列车及相关作业人员配置移动终端)。

三、系统方案

1. 数字环方式

调度交换机通过E1数字中继接口相连，主系统的下行E1口经过数字传输通道连接到分系统1的上行E1口，分系统1的下行E1口同样经过数字传输通道连接到分系统2的上行E1口上，如此串接到最后一个分系统的上行E1口，其下行E1口经过另外一条数字传输通道直接连接到主系统的上行E1数字接口上。这样，这n个分系统与主系统就构成了一个封闭的数字环。如下图所示：

数字调度系统有多达80对数字环E1接口，可以组成多达80个数字环，每个调度系统可以在多个数字环中，并且可以在有的数字环中作主系统，在有的数字环中作分系统。

(1)数字环自愈

在一般情况下，通信使用下行E1通道，系统实时监测2M口的通信状态，当检测到数字环下行E1通道的某处断开时，立刻切换至上行E1通道方向进行通信，从而保证数字环的任何一处断开都不会影响系统的正常通信，切换时间为毫秒级。

(2)时隙分配

一个2M数字环中共有32个时隙，其中TS0和TS16时隙为帧同步时隙和信令时隙，剩余的30个时隙中的3个时隙作为调度系统的内部通信时隙使用，其余的27个时隙可作为话音时隙使用。调度系统采用通话占用时隙的方式，每一组通话动态的占用一个空闲时隙，当通话结束时，该时隙通道被释放;在进行组呼或召开会议时，只占用数字环中的一个共线时隙。

(3)数字环中的车站数量

数字环组网时一次出局(出站，非站内)呼叫需要占用环中一个时隙，其中组呼和会议可以看作是一次呼叫，总共只占用一个数字环时隙。一个2M数字环共有27个中继时隙可作为话音时隙使用，为保证呼叫成功，一个数字环通常情况下可按6~10个车站设计。

(4)可靠性

系统的所有单板都能实现1+1热备份。此外，还能实现以下两种方式的系统1+1热备用。两种方式如图所示：

2. 组网举例

高速铁路数字调度通信系统中，保养点、信号线路所、牵引变电所、电力配电所、联络线节点的调度电话通信采用ONU用户延伸解决。

调度所各调度台及车站值班台均采用触摸屏式调度台，调度所调度台接入调度所调度交换机，车站值班台接入车站调度交换机。一般来说，各高铁分别设置列调、牵引电调、总调、计划调度、旅客服务调度、综合维修调度、动车底调度等调度台。

各站(段)调度分机设置：行车调度分机设于各车站值班室。

电力调度分机设置：设于各车站值班室、保养点、被控站(牵引变电所、AT所、分区所、开闭所、电力变配电所)。

动车底调度分机设置：设于各动车段、动车运用检查所值班室。

综合维修救援调度分机设置：设于各保养点。

旅客服务调度分机设置：设于各车站(越行站除外)售票室、广播室、客运值班室、监控室、公安值班室。

安全监控调度分机设置：设于各保养点。

调度通信系统纳入既有调度中心网元管理系统进行统一管理，网元管理设备向通信综合网管系统提供标准的接口。

调度系统网络结构如下图所示，沿线车站的车站型调度交换机设备组成3个2M数字环网，确保各项业务的通道资源需求，同时对调度所型调度交换机扩容要考虑同城异地容灾备份。

调度系统网络结构

四、结束语

高铁通信系统是高铁的神经系统，是高铁重要的关键技术，是高铁发展的重要推动力。通信系统有三方面的作用：第一个方面，为高铁客专列车控制系统、安全保障系统、客票及旅客服务系统、办公自动化系统、防灾及安防系统等，提供业务传送及组网通道;第二个方面，为高铁客专提供有线、无线一体化的移动调度指挥通信平台及运营维护公务联络通信手段;同时可以为高铁客专提供高质量会议图的业务，可以实现统一的办公。高速铁路通信系统的调度通信系统在高铁建设以及安全运行中起到至关重要的作用。

参考文献：

[1]佳讯飞鸿MDS3400调度指挥系统技术资料

[2]王�《铁路通信技术》中国铁道出版社 2008

[3]钟章队 信息通信网络是未来高铁的支撑技术 第四届亚洲制造业年会上的讲话

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