鐵路信號系統新技術的發展趨勢
編輯：秋菡 [ 2011-4-23 9:08:13 ] 文章來源：數字標牌網
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導讀: 隨著鐵路運輸提速、重載的發展，基于分立元器件和模擬信號處理技術的傳統鐵路信號設備越來越滿足不了鐵路運輸安全性和實時性的要求。
近20多年來，在運輸市場激烈競爭的壓力下，各國鐵路，特別是發達國家鐵路為實現提速、高速和重載運輸，積極引進采用新技術，大幅度提高了現代化通信信號設備的裝備水平，新型技術系統不斷涌現。
故障-安全技術的發展。隨著計算機技術、微電子技術和新材料的發展，故障—安全技術得到了飛速發展。高可靠性、高安全性的故障—安全核心設備出現了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同結構形式，其同步方式有軟同步和硬同步。西門子公司、阿爾斯通公司、日本京山公司、日本日信公司等推出了不同類型的采用硬件同步方式的安全型計算機。故障—安全技術的提高為高可靠和高安全的鐵路信號系統的發展打下堅實的基礎。
高水平的實時操作系統開發平臺。實時操作系統（RTOS,Real Time Operation System）是當今流行的嵌入式系統的軟件開發平臺。RTOS最關鍵的部分是實時多任務內核，它的基本功能包括任務管理、定時器管理、存儲器管理、資源管理、事件管理、系統管理、消息管理、隊列管理、旗語管理等，這些管理功能是通過內核服務函數形式交給用戶調用的，也就是RTOS的應用程序接口（API,Application Programming Interface）。在鐵路、航空航天以及核反應堆等安全性要求很高的系統中引入RTOS，可以有效地解決系統的安全性和嵌入式軟件開發標準化的難題。在鐵路這樣惡劣工作環境下的計算機系統，對系統安全性、可靠性、可用性的要求更高，必須使用安全計算機，以保證系統能安全、可靠、不間斷地工作。而安全計算機系統的軟件核心就是RTOS。目前，英國的西屋公司（Westinghouse）已經在列車運行控制系統中采用了RTOS，瑞典也有很多鐵路通信和控制系統采用OSE實時操作系統。
隨著鐵路運輸提速、重載的發展，基于分立元器件和模擬信號處理技術的傳統鐵路信號設備越來越滿足不了鐵路運輸安全性和實時性的要求。因此，全面引進計算機技術，利用計算機的高速分析計算功能，來提高信號設備的技術水平已非常緊迫。數字信號處理技術（DSP,Digital Signal Processing）的出現為鐵路信號信息處理提供了很好的解決方法。
與模擬信號處理技術相比較，數字信號處理技術具有更高的可靠性和實時性。數字信號處理的頻域分析和時域分析的兩種傳統分析方法有著各自的優缺點。頻域分析的優點是運算精度高和抗干擾性能好，而缺點是在強干擾中提取信號時容易造成解碼倍頻現象，例如將移頻的低頻11Hz誤解成22Hz；時域分析的優點是定型準確，而缺點是定量精確地剔除帶內干擾難度大。隨著數字信號處理技術的新發展，在鐵路信號處理中引入了新的實用技術，如ZFFT（ZOOM-FFT）、小波信號處理技術、現代譜分析技術等。目前，我國的軌道電路的信號發送、接收以及機車信號的接收普通采用了數字信號處理技術，日本的數字ATC和法國UM2000數字編碼軌道電路也都采用了數字信號處理技術。
隨著當代鐵路的發展，鐵路通信信號技術發生了重大變化，車站、區間和列車控制的一體化，鐵路通信信號技術的相互融合，以及行車調度指揮自動化等技術，沖破了功能單一、控制分散、通信信號相對獨立的傳統技術理念，推動了鐵路通信信號技術向數字化、智能化、網絡化和一體化的方向發展。
從鐵路信號系統縱向發展看，德國已經形成從LZB、FZB發展到ERTMS的發展趨勢。LZB利用軌道電纜環線傳輸列車運行控制系統行車指令和速度指令機車信號，取消地面閉塞信號機，保留閉塞分區，列車按固定閉塞方式（即FAS）運行。FZB是基于無線的列車運行控制系統，是新一代移動自動閉塞系統（即MAS），其目的是實現低成本、高性能的列車運行控制系統，并已加入ETCS。ERTMS/ETCS（歐洲鐵路運輸管理系統/歐洲列車控制系統）是歐盟支持的統一的行車控制系統，采用GSM—R作為傳輸系統，其成功應用將進一步推動鐵路通信信號的技術進步，加快實現鐵路通信信號一體化的進程。從信號系統的橫向發展來看，日本新干線在1995年成功開發和投入運行的COSMOS系統，則是通信信號一體化的又一個成功案例。該系統包含運輸計劃、運行管理、維護工作管理、設備管理、集中信息管理、電力系統控制、車輛管理、站內工作管理等8個子系統，以通信信號一體化技術，實現中心到車站各子系統的信息共享，并使系統達到很高的自動化水平。另外成功地應用了安全光纖局域網，使之成為聯鎖系統、列車運行控制系統的安全傳輸通道，達到通信技術與信號安全技術的深度結合，實現了通信信號一體化。通信信號一體化是現代鐵路信號的重要發展趨勢，鐵路信號技術發展所依托的新技術，如網絡技術，與通信技術的技術標準是一致的，屬于技術發展前沿科學，為通信信號一體化提供了理論和技術基礎。在借鑒世界各國經驗的基礎上，結合中國國情、路情，我國已制定了中國統一的CTCS技術標準（暫行）。
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