【文章內(nèi)容簡介】 備,由此實現(xiàn)對列車運行速度的控制。歐洲是繼日本之后高速鐵路得到迅速發(fā)展的地區(qū)。除了法國、德國外,英國和意大利等歐共體國家均開行了高速列車,而且這些高速列車大都在既有鐵路上開行。由于目前歐洲各國鐵路采用的列車自動控制系統(tǒng)的制式不統(tǒng)一,高速列車要在各國鐵路上運行難以確保行車安全,因此,歐洲一些國家正在建立統(tǒng)一的列車自動控制系統(tǒng)(ETCS〉。ETCS是一種全新的列控系統(tǒng),它既適應(yīng)高速列車,也適應(yīng)常規(guī)列車安全運行的需要。該系統(tǒng)將運用最新的數(shù)字通信技術(shù)和微機控制技術(shù),列車不管行駛到哪個國家的鐵路,這種列控系統(tǒng)都能確保列車安全。日本是世界上開行第一條高速鐵路的國家,為了保障行車安全,高速鐵路首先采用全封閉、全立交的線路,從而徹底消滅了平交道口的事故。同時為了在人機系統(tǒng)中防范可能的人為錯誤,采取了以機控為主的控制方式,亦即在行車控制中,一旦得到報警和需要減速的信息后,不管司機處于何種狀態(tài),如果控制速度沒有降到應(yīng)降的速度,機器會進(jìn)行自動控制,自動減速,直至停車。以機控為主的列車自動控制系統(tǒng) (ATC)的采用,徹底杜絕了司機冒進(jìn)信號事故。 小結(jié)綜觀世界先進(jìn)國家的鐵路安全保障體系的特點,結(jié)合我國國情及鐵路的發(fā)展現(xiàn)狀,宜將我國鐵路行車安全保障體系的發(fā)展目標(biāo)概括為：高效可靠、實時準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、系統(tǒng)管理、責(zé)任清楚。在成功完成六次提速后，鐵路在跨越式發(fā)展的前提及保證行車安全的主導(dǎo)思想下，應(yīng)該盡快開發(fā)研制適應(yīng)當(dāng)前形勢下我國高鐵建設(shè)、管理所需的自動化新設(shè)備、新工藝，如LKJ—2000型監(jiān)控裝置、機車音、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、高速鐵路行車自動化指揮系統(tǒng)等，并借鑒國外先進(jìn)技術(shù)盡早研制出更加先進(jìn)并符合我國國情的高鐵自動化設(shè)備。用我們的努力迎接鐵路事業(yè)又一個春天的到來。 研究內(nèi)容根據(jù)當(dāng)前我國高鐵建設(shè)現(xiàn)狀及自動化設(shè)備在高鐵建設(shè)中的實際應(yīng)用，本研究將重點研究以下內(nèi)容：通過簡要介紹高速鐵路行車指揮自動化系統(tǒng)，明確構(gòu)造高速鐵路行車指揮自動化系統(tǒng)的基本思路、行車指揮自動化系統(tǒng)的主要功能、行車指揮自動化系統(tǒng)的組成、行車指揮自動化系統(tǒng)的實例、行車指揮自動化系統(tǒng)發(fā)展趨勢等內(nèi)容。通過對提速鐵路機車速度監(jiān)控系統(tǒng)的探討，了解我國鐵路當(dāng)前所裝備的自動化機車速度監(jiān)控系統(tǒng)。通過對高鐵運營調(diào)度系統(tǒng)的構(gòu)成及當(dāng)前在高速鐵路運營中的實際應(yīng)用情況，闡述高鐵運營調(diào)度系統(tǒng)在高速鐵路應(yīng)用中的各類細(xì)節(jié)。通過上述研究，對自動化設(shè)備的發(fā)展前景進(jìn)行分析、展望。 研究思路與論文結(jié)構(gòu)根據(jù)以上研究思路，本論文共分為六章。第一章簡要介紹選題背景、選題目的和意義、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、論文的研究思路和方法。第二章通過簡要介紹高速鐵路行車指揮自動化系統(tǒng)，明確構(gòu)造高速鐵路行車指揮自動化系統(tǒng)的基本思路、行車指揮自動化系統(tǒng)的主要功能、行車指揮自動化系統(tǒng)的組成、行車指揮自動化系統(tǒng)的實例、行車指揮自動化系統(tǒng)發(fā)展趨勢等內(nèi)容。第三章通過對提速鐵路機車速度監(jiān)控系統(tǒng)的探討，了解我國鐵路當(dāng)前所裝備的自動化機車速度監(jiān)控系統(tǒng)。第四章通過對高鐵運營調(diào)度系統(tǒng)的構(gòu)成及當(dāng)前在高速鐵路運營中的實際應(yīng)用情況，闡述高鐵運營調(diào)度系統(tǒng)在高速鐵路應(yīng)用中的各類細(xì)節(jié)。第五章通過上述研究，對自動化設(shè)備的發(fā)展前景進(jìn)行分析、展望。第六章對全文做了總結(jié)，并提出了本論文有待進(jìn)一步研究的問題。2 高速鐵路行車指揮自動化隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生產(chǎn)勞動經(jīng)歷了從手工勞動到使用簡單工具，從簡單工具進(jìn)入機械化，進(jìn)而發(fā)展到自動化的過程。鐵路也同樣經(jīng)歷了這樣的過程。傳統(tǒng)的鐵路行車施舍由鐵道部、鐵路局、車站的多級管理指揮系統(tǒng)。這種指揮系統(tǒng)采用的是以人為主、以設(shè)備為輔的集中統(tǒng)一調(diào)度方式。但是，隨著運量的加大，行車速度的提高，人為因素在行車指揮中所產(chǎn)生的不協(xié)調(diào)和聯(lián)絡(luò)中的失誤，對行車的調(diào)度與調(diào)整將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。尤其是在高速鐵路出現(xiàn)后，這種方式已不能很好地適應(yīng)高速鐵路行車指揮的需要。為改變這種狀況，許多國家逐步開發(fā)出了行車指揮自動化系統(tǒng)。 行車指揮自動化系統(tǒng)簡介鐵路運輸自動化及鐵路信號專家張錫弟認(rèn)為，鐵路行車指揮自動化（automation system for railway traffic control）是利用在線計算機和有關(guān)技術(shù)設(shè)備，自動收集信號設(shè)備狀態(tài)和列車運行的信息，按規(guī)定的算法和程序進(jìn)行處理，實時地發(fā)送出指揮列車運行的有關(guān)命令，安排列車進(jìn)路和調(diào)整列車運行，同時，將處理的結(jié)果予以記錄和顯示，這種集中控制和監(jiān)視系統(tǒng)稱。另外也有人認(rèn)為，行車指揮自動化是指以鐵路現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備為基礎(chǔ)，利用信息采集裝置收集列車運行的實時信息，由計算機自動進(jìn)行列車運行追蹤和管理，并根據(jù)未來運輸變化的需要，自動制定列車運行計劃，合理配備牽引動力、車輛及乘務(wù)員，傳達(dá)列車運行調(diào)整信息，自動完成調(diào)度監(jiān)督，提供列車進(jìn)路控制手段，自動進(jìn)行列車運行實跡的統(tǒng)計和分析。行車指揮自動化系統(tǒng)的采用可以顯著提高行車安全和正點率、充分發(fā)揮車站和線路的通過能力、提高調(diào)度水平、提高計劃和統(tǒng)計工作質(zhì)量，進(jìn)而可以獲得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。 構(gòu)造行車指揮自動化系統(tǒng)的基本思路行車指揮自動化系統(tǒng)以鐵路現(xiàn)代化設(shè)備為基礎(chǔ)，以計算機為輔助工具，系統(tǒng)開發(fā)過程中一般采用如下思路：(1)取消分散安裝在線路兩側(cè)的信號設(shè)備，將列車運行指揮控制集中于地面的調(diào)度中心。(2)在調(diào)度中心控制范圍內(nèi)，由車載計算機輔助司機操縱列車運行。(3)調(diào)度中心計算機自動跟蹤其控制范圍內(nèi)的列車運行并向列車傳遞運行計劃與調(diào)度命令。調(diào)度員監(jiān)督計算機的工作并給予必要的輔助調(diào)整。(4)利用有線與無線的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為調(diào)度中心與列車之間進(jìn)行雙向信息傳遞。(5)調(diào)度中心計算機在調(diào)整列車運行過程中，向車站各分機、分區(qū)、分時地下達(dá)列車運行計劃。(6)各車站的控制分機根據(jù)中心計算機的運行計劃，直接控制現(xiàn)場的有關(guān)聯(lián)鎖設(shè)備與進(jìn)路。 行車指揮自動化系統(tǒng)的主要功能 列車計劃的編制根據(jù)對運輸市場情況的把握，制定滿足運輸市場需求的列車運行計劃，并根據(jù)市場變化情況不斷調(diào)整運行計劃，以形成最終可以實施的實施計劃，主要包括：(1)根據(jù)運輸需要制定列車基本計劃(包括定期列車、季節(jié)列車、預(yù)定臨時列車)，并對未來列車開行需要進(jìn)行預(yù)測。(2)根據(jù)列車計劃和未來列車實際，制定與之相適應(yīng)的乘務(wù)員和車輛運用計劃。(3)根據(jù)運輸?shù)募竟?jié)性波動和施工作業(yè)等需要，對原計劃進(jìn)行追加、修改和調(diào)整，制定每日的運行實施計劃。(4)對運行實施計劃進(jìn)行整理、分類，向有關(guān)處所傳達(dá)。 列車運行管理列車運行管理是行車指揮自動化的基本任務(wù)，根據(jù)系統(tǒng)獲得的實時信息，完成對列車運行的監(jiān)督、控制和運行調(diào)整等任務(wù)，并將實時信息向有關(guān)部門傳達(dá)，主要包括：(1)列車運行調(diào)整。包括掌握列車運行狀態(tài)，檢出運行紊亂的列車和進(jìn)行緊急調(diào)整：進(jìn)行列車運行模擬，編制預(yù)測運行圖；制定必要且適度的調(diào)整(包括車底運用的變更)方案，為調(diào)度員作決策支持，然后向有關(guān)處所發(fā)布命令。(2)進(jìn)路控制。根據(jù)運行實施計劃和運行指令，自動設(shè)定列車進(jìn)路。(3)傳達(dá)列車信息。向有關(guān)處所(旅客向?qū)到y(tǒng)等)傳達(dá)列車及其運行狀態(tài)信息。 進(jìn)行統(tǒng)計分析對計劃及運行實績數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、統(tǒng)計和分析，并完成對基本計劃及其他計劃的反饋。 行車指揮自動化系統(tǒng)的組成各國鐵路行車指揮自動化系統(tǒng)雖然在功能方面有差異,但系統(tǒng)組成都是在現(xiàn)有信號設(shè)備(區(qū)間閉塞、車站聯(lián)鎖、調(diào)度集中控制等)的基礎(chǔ)上,增加車次跟蹤和計算機系統(tǒng)、通信設(shè)備以及故障檢測設(shè)備等，構(gòu)成高一級的具有智能性的行車指揮系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的不同要求，計算機的配置方法也不盡相同,基本上可分為:①單機系統(tǒng)，如美國鐵路有采用一臺計算機的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以人工操縱的調(diào)度集中控制總機作為備用系統(tǒng)；②雙機系統(tǒng)，其中又可分為并列雙機和待機雙機系統(tǒng)。前者兩機同步工作，并進(jìn)行比較后構(gòu)成輸出，后者為熱備用方式；③三機系統(tǒng)，其中又可分為三中取二多數(shù)表決系統(tǒng)和三機的二重系統(tǒng)。前者按三取二邏輯判決進(jìn)行工作，日本和聯(lián)邦德國已采用了這種系統(tǒng)。后者兩機按并列雙機工作，一機備用。計算機系統(tǒng)的外圍設(shè)備和接口，除了通用的以外，還有一些專用的，如同信號設(shè)備連接的專用接口設(shè)備，以及調(diào)度員與計算機對話的專用終端和車站值班員與計算機對話的遠(yuǎn)程終端設(shè)備等。自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件主要有列車追蹤、進(jìn)路控制和運行調(diào)整。其基本構(gòu)成方法和原則分述如下。①列車追蹤：計算機根據(jù)信號遙控遙信系統(tǒng)送來的信息，掌握列車位置的變化，在計算機內(nèi)設(shè)置對應(yīng)于線路設(shè)備和列車的存貯器，以及按列車車次分類的列車追蹤表；它隨時間的推移和發(fā)生的變化，按照程序設(shè)計的流程進(jìn)行處理，實現(xiàn)對列車的追蹤。有關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過進(jìn)一步處理后，用于繪制列車運行實跡圖和為進(jìn)路控制提供列車追蹤信息。②進(jìn)路控制：列車按運行圖行車，實現(xiàn)計算機控制進(jìn)路，首先要將管轄區(qū)段的運行圖存入計算機內(nèi)，然后根據(jù)設(shè)定進(jìn)路時間、列車位置、列車順序和信號設(shè)備鎖閉條件等，按照程序設(shè)計的流程，經(jīng)過分析、比較等處理過程后，輸出某一列車進(jìn)路的命令。③運行調(diào)整：列車運行按照預(yù)定的運行圖和車站作業(yè)計劃進(jìn)行，一旦運行圖被打亂，就要調(diào)整，調(diào)整內(nèi)容主要是變更列車順序，修改越行或會車地點和時間，找出恢復(fù)運行圖的最佳方案。 行車指揮自動化系統(tǒng)的實例目前國外已經(jīng)成功地開發(fā)了一些行車指揮自動化系統(tǒng)，如日本新干線的COMTRAC(COM—puter aided TRAffic Control system)行車調(diào)度指揮系統(tǒng)，德國法蘭克福的計算機輔助列車監(jiān)督系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)都是根據(jù)本國鐵路實際情況開發(fā)的，實踐證明是較為成功的系統(tǒng)。由于各國的行車組織模式各不相同，其開發(fā)的系統(tǒng)一般不能直接引入到我國，但其開發(fā)思想、關(guān)鍵技術(shù)仍對我國具有重要借鑒意義。 COMTRAC的構(gòu)成日本新干線的COMTRAC行車調(diào)度指揮系統(tǒng)是1972年岡山站營業(yè)時開始投入使用的。之后，隨著博多站開始營業(yè)(1975年)，東北、上越新干線開始營業(yè)(1982年)，系統(tǒng)的內(nèi)容不斷擴充，功能日益強大，為日本的新干線列車的運行組織作出了重要貢獻(xiàn)，是目前為止比較成功的行車指揮自動化系統(tǒng)。 COMTRAC的主要功能COMTRAC的主要功能分類和基本內(nèi)容如表11所示基本功能子系統(tǒng)名稱基本內(nèi)容計劃基本、臨時計劃編制、修改運行圖急運量波動時的列車、車輛及乘務(wù)員運用計劃實施計劃在基本、臨時計劃上編制每日列車、車輛運用計劃資源管理車輛運用車輛運用及檢修計劃人員使用乘務(wù)員運用在計劃的基礎(chǔ)上編制每日乘務(wù)員運用計劃并對當(dāng)日計劃用實際進(jìn)行處理運行管理信息處理監(jiān)視列車運行，進(jìn)行未來列車運行圖預(yù)測運行調(diào)整對列車運行線進(jìn)行調(diào)整信息傳輸將列車運行圖的變更、列車時刻表登信息傳輸給車站等，同時傳輸車輛和乘務(wù)員運用、資料管理以及信息管理的數(shù)據(jù)近路控制根據(jù)列車運行圖以及實際情況進(jìn)行進(jìn)路控制旅客向?qū)每拖驅(qū)鬏斄熊嚨臅r刻信息，控制車站自動廣播系統(tǒng)，控制發(fā)車指示牌資料管理統(tǒng)計每日列車等的運用實跡 COMTRAC的最新發(fā)展隨著新干線上列車種類的增加、列車運行密度的增大、列車運行速度的提高及原有計算機能力的限制和COMTRAC中一些針對單一線路的各種機能，COMTRAC開始表現(xiàn)出不適應(yīng)新干線發(fā)展的需要的情況，主要體現(xiàn)在以下幾方面：(1)不能適應(yīng)將要運營的秋田新干線、北陸新干線發(fā)展需要。(2)不能適應(yīng)速度提高、列車追蹤間隔時間縮短等新形式的需要。(3)不能充分發(fā)揮新型車輛的使用、運輸設(shè)備的改善及新車站開始營業(yè)帶來的效應(yīng)。(4)原有計算機能力有限，限制數(shù)據(jù)的有效利用。(5)運輸計劃、數(shù)據(jù)的輸入、系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換等效率較低。為了消除這些不利影響，日本對COMTRAC進(jìn)行重大的更新、改造，開發(fā)了新的行車指揮自動化系統(tǒng)——COSMOS(COmputerized，Safety，Maintenance and Operation Systems of Shinkansen)系統(tǒng)，并于1995年11月10日開始使用。新系統(tǒng)采用新的技術(shù)和設(shè)備，解決了上述問題，在保持COMTRtAC的全部功能的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)性能有了新的發(fā)展。新的COSMOS系統(tǒng)主要由運輸計劃子系統(tǒng)、運行管理子系統(tǒng)、安全保障子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)、電力控制子系統(tǒng)、信息集中管理子系統(tǒng)、車輛管理子系統(tǒng)和車輛基地作業(yè)計劃子系統(tǒng)等8個子系構(gòu)成。 行車指揮自動化系統(tǒng)發(fā)展趨勢行車指揮自動化系統(tǒng)是一個具有較強數(shù)據(jù)處理功能的監(jiān)控系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上可形成干線鐵路、樞紐地區(qū)以及較大范圍地區(qū)鐵路的控制中心，以更有效地組織鐵路運輸工作。此外，隨著微型計算機和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，行車指揮自動化系統(tǒng)將以微型計算機為基礎(chǔ)，構(gòu)成按功能劃分的模塊化的分布系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，增強系統(tǒng)功能和適應(yīng)性。3 高速鐵路機車速度監(jiān)控系統(tǒng)快速化、高速化是當(dāng)代鐵路技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。我國鐵路旅客列車最高運行速度長期徘徊在80～100km/h。20世紀(jì)90年代初。列車運行速度慢，是我國鐵路客運市場份額下降的重要原因。1990年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，鐵道部開始啟動以科技為先導(dǎo)的廣深準(zhǔn)高速鐵路建設(shè)，拉開了我國鐵路提速的帷幕。1997年4月1日中國鐵路進(jìn)行了第一次提速：提速主要在京廣、京滬、京哈三大干線進(jìn)行。允許時速超過120公里的線路延長為1398公里，時速超過140公里的線路延長為588公里，時速超過160公里的線路延長為752公里。提速的同時，還開行跨局特快列車8對，夕發(fā)朝至列車78列，以及一批貨運“五定”班列。鐵道部于1998年10月1日決定再一次大面積提速：提速范圍重點還是上述三大干線，三大干線提速區(qū)段快速列車最高運行速度達(dá)到140—160km/h，非提速區(qū)段快速列車最高運行速度達(dá)120km/h。允許時速超過120公里的線路延長為6449公里，時速超過140公里的線路延長為3522公里，時速超過160公里的線路延長為1104公里。全路旅客列車提速后，中國鐵路的特快列車增加到80對，夕發(fā)朝至列車達(dá)到116列，以北京為中心的1200公里左右范圍內(nèi)的大城市之間，基本實現(xiàn)夕發(fā)朝至。2000年10月21日第三次提速：提速范圍主要是隴海、蘭新、京九和浙贛線。允許時速超過120公里的線路延長為9581公里，時速超過140公里的線路延長為6449公里，時速超過160公里的線路為1104公里。提速后，全國特快