智能高速铁路信号技术发展研究

智能高速铁路信号技术发展研究

邢森荣,武绍冬,白玉,孙强

中国铁路呼和浩特局集团有限公司包头电务段 内蒙古包头市014000

摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，智能化发展十分迅速，在确保安全的前提下，高速铁路信号系统智能化能够进一步提高运输能力、提升服务水平、降低运营成本，是未来的发展方向。目前，世界各国高速铁路信号系统实现了部分自动化，但大部分工作仍然需要人工操作，亟需研究高速铁路信号系统智能技术，以保持和提升高速铁路技术核心竞争力。高速铁路信号系统的智能技术主要包括智能调度指挥、列车自动驾驶、电务大数据和智能运维等，实现调度指挥智能化、列车控制自动化、运维监控现代化。结合云计算、物联网、大数据、北斗定位、５Ｇ通信、人工智能等先进技术，简要阐述高速铁路信号系统智能技术的应用及其技术发展趋势。

关键词：智能高铁；信号系统；智能调度

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1概述

随着国内高速铁路的快速发展，铁路网日趋完善，按照《中长期铁路网规划》，到2025年，我国将建成一批重点项目并投产使用，铁路网规模扩大至17.5万km左右，其中高速铁路3.8万km，网络覆盖进一步扩大，路网结构更加优化。到2030年，基本打造形成以沿海、京沪等“八纵”以及陆桥、沿江等“八横”通道，实现相邻大中城市间1～4h交通圈。网络覆盖进一步扩大，路网结构更加优化，骨干作用更加显著，更好发挥铁路对经济社会发展的保障作用。中国高速铁路经过多年的发展，从参考和借鉴欧洲列车运行控制系统的原理和技术，到自主掌握核心技术，形成中国自主研发的列车运行控制系统。高速铁路技术日趋成熟，近些年来在一批高速铁路项目上启动和实施，例如京张高铁、京雄高铁等，搭载多项智能技术，标志着我国高速铁路进入智能化发展的新阶段。高速铁路自动驾驶、智能调度集中等技术在支撑高速铁路智能信号系统中发挥着关键作用。

1智能高速铁路信号系统的现状分析

1.1列控联锁一体化现状

列控中心和车站联锁设备是铁路信号系统中涉及行车安全的关键设备，实现列车在区间和车站的运行安全控制，安全完整性等级（SIL，SafetyIntegrityLevel）均为4级。目前，列控中心和联锁独立设置，通过接口传递大量的列车运行相关信息。国内科研单位研发的列控联锁一体化系统取得了阶段性成果，已在低密度线路上进行了相关试验验证工作。

1.2高铁正线与动车段（所）ATO系统一体化现状

高铁CTCS+ATO系统运用范围仅为高铁正线，尚没有高铁正线与动车段（所）的ATO系统一体化设计。列车进出动车段（所）在列车自动防护（ATP，AutomaticTrainProtection）安全监控下，采用司机人工驾驶模式。

2高速铁路信号产品生产流程概述

高速铁路信号产品生产流程可以分为以下6个阶段：（1）信息输入阶段；（2）生产过程策划阶段；（3）生产前期各项准备阶段；（4）产品正式生产阶段；（5）产品组装调试阶段；（6）包装交付阶段。确保高速铁路信号产品生产各环节有机联系，是提升铁路信号产品质量的关键因素，从而满足现阶段铁路运输高速重载的需求，符合新时期国家对于铁路信号产品相关的技术标准。高速铁路信号产品可以更好地保证铁路信号能够有效运行，使行车安全。在调节车站区间通过能力以及列车解编能力中发挥着重要作用。改善作业人员的劳动条件，按照应用场所的不同，可分为车站信号控制系统、编组站车调系统区间信号控制系统、行车指挥控制系统以及列车运行控制系统等。在车站连锁区间闭塞机车信号超速防护中，系统设备可以对铁路信号发出指示以及运行指令。在符合其特征的基础上，给出相关运行命令。保障机车以及调试安全有效联系，在具备行车安全条件时，才可允许列车或调车车列运行。在高速铁路信号运行过程中，调节整个车间车站通过能力、自动控制能力。高速铁路信号产品在接收方式中，包含了视觉信号以及听觉信号。其中，在视觉信号中，以铁路信号产品的灯光、颜色等进行传达。而在听觉信号中，则是根据其发出声音的强度、频率等进行表达。铁路信号产品在使用时间中，包含了夜间信号、昼间信号以及昼夜通用信号。昼间信号泛指日出至日落，而夜间信号则是指日落至日出。在遇降雾、降雪等情况时，还可使用全新的昼夜通用信号。

3智能高速铁路信号技术发展分析

3.1智能CTC系统、智能综合调度系统及智能供电调度系统一体化发展探讨

智能综合调度系统即运输调度管理系统（信息专业）和智能装备板块牵引供电领域智能牵引供电方向的智能供电调度系统（电气化专业）是我国铁路运输调度领域3个重要信息系统，均由国铁集团、铁路局集团公司和车站（或所亭）3层架构构成。3个系统设备由不同的服务商提供，软硬件资源相对独立，均为独立专网运行。目前，采用铁路运输管理信息系统与铁路运输调度指挥管理信息系统相结合（即T/D结合）的方式，实现CTC系统与TDMS间的资源共享；智能CTC系统还构建了系统间资源共享的行车信息大数据综合平台。综合调度系统担负着运输组织、保障重点运输、提高客运服务质量、确保运输安全的重要责任，对铁路运输企业完成铁路运输生产经营任务、提高运输效益起着重要作用。鉴于综合调度系统在高铁运输领域主要用于运输、计划等信息的处理和控制，结合高铁已尝试的工电供一体化综合运维的管理模式，建议先进行智能CTC系统和智能供电调度系统的一体化，在行车调度和供电调度一体化系统成熟运用的基础上，再规划实施行车调度、供电调度和综合调度的一体化，分步实现方式可有效提升方案的可实施性，有利于确保运输安全。智能运营板块中智能客运系统的客站旅客服务与生产管控平台创新应用实现了铁路旅客服务系统集成管理平台、客运管理信息系统、铁路客运设备管理应用和客运站应急指挥应用等的一体化部署。借鉴上述一体化方式，智能CTC系统、智能供电调度系统、智能综合调度系统实现一体化融合发展在技术上是可行，可有效打破运输组织领域的信息孤岛，实现计划协同编制，保障运输计划编制的同步性、准确性，全面提升运输组织整体管理水平，减员增效，节省投资成本。

3.2高精度虚拟仿真技术

通过高精度虚拟仿真技术提供丰富的高速铁路信号工程开通试验方式和高速铁路列车群实景化多环节强耦合运营场景，避免因试验不彻底导致的行车事故发生，从高速铁路信号工程项目建设初期就确保高速铁路运输安全；同时高精度虚拟仿真技术还通过信号设备故障、行车事故仿真等多种方式演示高速铁路信号系统“强安全、精细化、高集成”的显著特征，构建高速列车信号装备测试平台，建立智能化高速铁路培训平台，为培养高水平科研人才和高技能产业大军奠定基础。

结语

智能、绿色是人类社会发展的必然趋势，鉴于高速铁路天然的环保特征，智能高铁必将在第四次工业革命中占据重要地位。２０３５年中国将率先建成发达完善的以高速铁路为骨干的现代化铁路网，为实现社会主义现代化强国提供强大运输保障，进而使中国铁路成为社会主义现代化强国的重要标志和组成部分。高速铁路将向基于智能感知和车－车通信的移动闭塞，以及全系统、全过程智能化和高度自动化方向发展，高速铁路将会更加安全、更加高效、更加舒适、更加环保，在交通强国建设中独树一帜，并引领世界高速铁路的发展。

参考文献

[1]李红侠.京张高速铁路智能化技术应用进展[J].铁道标准设计，2021，65（5）：158-161.

[2]王东方，李红侠.京张高铁CTCS-3+ATO系统工程设计方案研究[J].铁道标准设计，2021，65（5）：162-167.