鐵路信號系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展趨勢
編輯：秋菡 [ 2011-4-23 9:08:13 ] 文章來源：數(shù)字標(biāo)牌網(wǎng)
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導(dǎo)讀: 隨著鐵路運(yùn)輸提速、重載的發(fā)展，基于分立元器件和模擬信號處理技術(shù)的傳統(tǒng)鐵路信號設(shè)備越來越滿足不了鐵路運(yùn)輸安全性和實(shí)時(shí)性的要求。
近20多年來，在運(yùn)輸市場激烈競爭的壓力下，各國鐵路，特別是發(fā)達(dá)國家鐵路為實(shí)現(xiàn)提速、高速和重載運(yùn)輸，積極引進(jìn)采用新技術(shù)，大幅度提高了現(xiàn)代化通信信號設(shè)備的裝備水平，新型技術(shù)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。
故障-安全技術(shù)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和新材料的發(fā)展，故障—安全技術(shù)得到了飛速發(fā)展。高可靠性、高安全性的故障—安全核心設(shè)備出現(xiàn)了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)。故障—安全技術(shù)的提高為高可靠和高安全的鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
高水平的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)平臺。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS,Real Time Operation System）是當(dāng)今流行的嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺。RTOS最關(guān)鍵的部分是實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，它的基本功能包括任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊(duì)列管理、旗語管理等，這些管理功能是通過內(nèi)核服務(wù)函數(shù)形式交給用戶調(diào)用的，也就是RTOS的應(yīng)用程序接口（API,Application Programming Interface）。在鐵路、航空航天以及核反應(yīng)堆等安全性要求很高的系統(tǒng)中引入RTOS，可以有效地解決系統(tǒng)的安全性和嵌入式軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的難題。在鐵路這樣惡劣工作環(huán)境下的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對系統(tǒng)安全性、可靠性、可用性的要求更高，必須使用安全計(jì)算機(jī)，以保證系統(tǒng)能安全、可靠、不間斷地工作。而安全計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件核心就是RTOS。目前，英國的西屋公司（Westinghouse）已經(jīng)在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中采用了RTOS，瑞典也有很多鐵路通信和控制系統(tǒng)采用OSE實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
隨著鐵路運(yùn)輸提速、重載的發(fā)展，基于分立元器件和模擬信號處理技術(shù)的傳統(tǒng)鐵路信號設(shè)備越來越滿足不了鐵路運(yùn)輸安全性和實(shí)時(shí)性的要求。因此，全面引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)的高速分析計(jì)算功能，來提高信號設(shè)備的技術(shù)水平已非常緊迫。數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP,Digital Signal Processing）的出現(xiàn)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(shù)相比較，數(shù)字信號處理技術(shù)具有更高的可靠性和實(shí)時(shí)性。數(shù)字信號處理的頻域分析和時(shí)域分析的兩種傳統(tǒng)分析方法有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。頻域分析的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算精度高和抗干擾性能好，而缺點(diǎn)是在強(qiáng)干擾中提取信號時(shí)容易造成解碼倍頻現(xiàn)象，例如將移頻的低頻11Hz誤解成22Hz；時(shí)域分析的優(yōu)點(diǎn)是定型準(zhǔn)確，而缺點(diǎn)是定量精確地剔除帶內(nèi)干擾難度大。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的新發(fā)展，在鐵路信號處理中引入了新的實(shí)用技術(shù)，如ZFFT（ZOOM-FFT）、小波信號處理技術(shù)、現(xiàn)代譜分析技術(shù)等。目前，我國的軌道電路的信號發(fā)送、接收以及機(jī)車信號的接收普通采用了數(shù)字信號處理技術(shù)，日本的數(shù)字ATC和法國UM2000數(shù)字編碼軌道電路也都采用了數(shù)字信號處理技術(shù)。
隨著當(dāng)代鐵路的發(fā)展，鐵路通信信號技術(shù)發(fā)生了重大變化，車站、區(qū)間和列車控制的一體化，鐵路通信信號技術(shù)的相互融合，以及行車調(diào)度指揮自動化等技術(shù)，沖破了功能單一、控制分散、通信信號相對獨(dú)立的傳統(tǒng)技術(shù)理念，推動了鐵路通信信號技術(shù)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和一體化的方向發(fā)展。
從鐵路信號系統(tǒng)縱向發(fā)展看，德國已經(jīng)形成從LZB、FZB發(fā)展到ERTMS的發(fā)展趨勢。LZB利用軌道電纜環(huán)線傳輸列車運(yùn)行控制系統(tǒng)行車指令和速度指令機(jī)車信號，取消地面閉塞信號機(jī)，保留閉塞分區(qū)，列車按固定閉塞方式（即FAS）運(yùn)行。FZB是基于無線的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，是新一代移動自動閉塞系統(tǒng)（即MAS），其目的是實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，并已加入ETCS。ERTMS/ETCS（歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)/歐洲列車控制系統(tǒng)）是歐盟支持的統(tǒng)一的行車控制系統(tǒng)，采用GSM—R作為傳輸系統(tǒng)，其成功應(yīng)用將進(jìn)一步推動鐵路通信信號的技術(shù)進(jìn)步，加快實(shí)現(xiàn)鐵路通信信號一體化的進(jìn)程。從信號系統(tǒng)的橫向發(fā)展來看，日本新干線在1995年成功開發(fā)和投入運(yùn)行的COSMOS系統(tǒng)，則是通信信號一體化的又一個(gè)成功案例。該系統(tǒng)包含運(yùn)輸計(jì)劃、運(yùn)行管理、維護(hù)工作管理、設(shè)備管理、集中信息管理、電力系統(tǒng)控制、車輛管理、站內(nèi)工作管理等8個(gè)子系統(tǒng)，以通信信號一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中心到車站各子系統(tǒng)的信息共享，并使系統(tǒng)達(dá)到很高的自動化水平。另外成功地應(yīng)用了安全光纖局域網(wǎng)，使之成為聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的安全傳輸通道，達(dá)到通信技術(shù)與信號安全技術(shù)的深度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了通信信號一體化。通信信號一體化是現(xiàn)代鐵路信號的重要發(fā)展趨勢，鐵路信號技術(shù)發(fā)展所依托的新技術(shù)，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與通信技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是一致的，屬于技術(shù)發(fā)展前沿科學(xué)，為通信信號一體化提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。在借鑒世界各國經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情、路情，我國已制定了中國統(tǒng)一的CTCS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（暫行）。
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