试析通信设备与数字技术结合对铁路信号技术的促进

JoannAnton

摘 要：该文主要论述了通信设备、数字技术以及铁路信号的概念，分析了我国铁路信号技术的发展历程，并且简要阐释了通信设备与数字技术相结合对铁路信号技术的促进意义。简而言之，通信设备同数字技术科学合理的结合能够充分加强铁路信号技术的安全保障性，提升技术水平。
关键词：通信设备 数字技术 铁路信号技术 促进
中图分类号：TP277文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0020-02
我国自开展现代化建设以来，社会不断向前迈进，科学技术水平也愈见增长。我国铁路运输已经逐步实现了提速、重载以及车站、区间和列车联合控制的一体化运行等各种目标，然而仍存在长足的发展空间，其现代化、智能化、自动化还需要通过新兴的通信设备以及数字技术的科学结合来达成。
1 铁路信号技术以及通信设备、数字技术的概念
1.1 铁路信号技术的定义
铁路信号具体来讲是指利用一些指定的物体和设备等等使铁路的行车人员了解相关车辆的运行条件、行车设备的状态以及接收行车指令信息，通常采用灯等易识别的物品，通过改变其颜色、数量、形态或位置来传达信息，或是直接用仪表、音响设备等器械来传达。铁路信号技术的良好发展能够提高铁路的车站、区间通过能力，并且提高铁路员工工作效率，从而达到增加铁路经济效益的目标。
1.2 通信设备的定义及分类
通信设备，即Industrial Commun ication Device，包括有线通讯设备和无线通讯设备，主要用于工控环境。有线通讯设备包括路由器、光端机、交换机、modem、PCM等设备，主要解决工业现场的串口通讯、专业总线型的通讯、工业以太网的通讯以及各种通讯协议之间相互的转换；而无线通讯设备则包括无线网卡、无线网桥、无线AP、天线、无线避雷器等等设备。
1.3 数字技术的定义
数字技术，即Digital Technology，是指利用相关设备将图、文、声、像等各种信息转化成电子计算机能够识别的二进制数字0与1之后，再进行加工、储存、发送、传递、还原的一种现代技术，是同电子计算机相辅相成的一项科学技术。
2 我国铁路信号技术的发展进程和通信数字化
2.1 我国铁路信号技术的发展历程
随着我国铁路运输不断提速，铁路信号技术也有相应的变化、进步。
铁路运输的最初阶段主要采用人工闭塞的形式，通信设备制式杂乱无章，信号显示无法统一，通信装备少、技术水平也比较低下。
而改革开放为铁路信号技术的迅速发展提供了一定的机遇，使铁路制式的人工闭塞逐渐由半自动闭塞、三显示自动闭塞、四显示、多显示自动闭塞乃至准移动闭塞所取代，ZPW-2000系列轨道电路已经成为全路统一的轨道电路制式，与区间同制式的轨道在站内得以应用；现在营业线上的机车信号已经基本上都配置成功了，接近连续式和连续式机车信号都在迅速发展中，列车的超速防护系统也在部分区间进行了科学的试验；不同速度等级的ATP设备相继安装至CRH动车组，车载设备向更安全发展，比如CRH-200H、CRH-200C、CRH-300H、CRH-300S、CRH-300T等等；在一些大站以及主要干线的中间站上，车站联锁已逐步实现继电集中化，所研发出的不同型号的全电子式微机联锁也已经在现场逐步推广应用中；高速铁路上逐渐全面地采用调度集中系统，综合调度系统技术也正在推进；DMIS一期工程已经到了竣工阶段，这说明行车指挥现代化已经进入了实质阶段；提速道岔分动外锁闭转换设备已经上道应用了，这就基本保障了提速列车能够安全运行及提高过岔速度；CTCS-2、CTCS-3级列控系统已广泛应用于客运专线和高速铁路建设中，同系统相应的配套设备也都已经成功上道，如列控中心、临时限速服务器、无线闭塞中心RBC等；交流外锁闭转辙设备成为主要应用产品，如700K、ZDJ9、ZYJ7等；信号监测系统正在向集中化、智能化、网络化发展。迄今为止，我国铁路信号技术已经接近工业发达国家，而若要超过他们则需要进一步的努力，并且尤其需要在通信设备的数字化上更加下功夫。
2.2 通信设备与数字技术的结合对于我国铁路运输信号技术的促进意义
促进铁路运输的不断发展，使其达到提速、重载的目标，通信设备硬件质量和技术水平在其中起到了举足轻重的作用，是铁路信号技术的重要支撑。这一点在我国青藏线ITCS中GPS、高铁CTCS-3中GSM-R已然得到了充分的证明。为了促进铁路信号技术的发展，我们需要全面引进计算机技术，充分利用计算机的高速分析计算功能，而数字信号处理技术（DSP，Digital Signal Processing）就在此时适时出现了。
以往我国铁路运输中的信号技术不够纯熟，通信设备也不够高端，主要依托轨道电路来传达信息，在安全保障以及工作效率等方面还存在许多问题。
自21世纪起，在铁路运输的信号工作中就开始充分运用计算机设备和网络通讯技术，与早前的简单设备和模拟信号处理技术相比较而言，通信设备网络化、数字化的可靠性及实时性显然更高，通信质量更高，传播距离更长，保密性更强，设备更加小型化，运算精度以及抗干扰性能更加优化，功能也更多。现在铁路管理中数字化的通信系统具有集中管理、远程维护、故障自动诊断、自动切换等功能，还可以自动记录相关信息；不仅能够满足当前铁路调度、指挥的需求，还可以开展环境监测、电源检测及预留容量空间等工作；不仅能够实现全双工通信，还可以进行有效回波抑制、AGC自动增益控制、自行适应线路条件等，能够确保通信系统在强噪音环境之中正常运行；在拓扑结构之中的数字通信系统拥有数字环自愈保护功能，当采用网型网和环形网的时候，能保证数字环任意一处的断开都不会对系统的正常运行产生影响；数字通信系统还具有一定的兼容性，同有些区段仍在运行的模拟通信设备能够兼容，使数字通信方式和模拟通信方式能够起到互相备用的作用。
铁路信号技术中专用通信设备的数字化是铁路通信发展的必然趋势。通信设备数字化的根本原理即为将通信设备与数字技术结合起来运行，主要形式为把先进的计算机软件运用于列车的运行控制系统中，以将现代化的铁路通信设备与数字化控制系统科学地组合起来，从而达到建立新型信号操作系统开发平台的目的，最终促进铁路信号技术的充分发展。
3 通信设备与数字技术结合的发展趋势
虽然由于社会经济的发展速度越来越快以及铁路运输的需求压力越来越大，使对列车运营的速度和安全性的要求也越来越高，然而因为我国现代科学技术水平不断提高，使我国铁路信号技术也足以保障铁路运输的高效率、安全性。铁路信号技术的网络化能够保障铁路运输的安全运营及集中调度，依托高端的计算机网络技术，通过将现代化通讯设备与数字控制技术有效结合，促进铁路信号技术系统全面实现智能化、网络化、信息化。随着通信设备与数字技术结合的新发展，铁路信号技术中将陆续引入各种高新技术，包括ZFFT（ZOOM-FFT）、小波信号处理技术、现代谱分析技术等等。
3.1 通信设备与数字技术结合的智能化
智能化主要体现在两个方面，一是系统智能化，二是控制设备智能化。系统智能化是指铁路高层管理部门依托先进的计算机设备，依据铁路运输系统的自身实况来科学合理地控制列车的运行，优化铁路的整体通信技术系统，从而使铁路运输得到整体控制、科学管理；而控制设备的智能化则指建立高效能的执行机构，使其精确、迅速地获取道路指挥者所需信息，并且依据信息来指挥、控制列车的运营。
3.2 通信设备与数字技术结合的网络化
现代化的铁路通信技术不再是仅仅把各种通讯设备进行简单组合，信号技术系统内部的各项要素在各自独立进行工作的基础上还互相联系沟通、交换实时信息，共同组建功能完善、层次分明的铁路运输网络化结构及控制系统。铁路通信网络化便于运输指挥者迅速地、全面地获取辖区内的各种实时信息，从而下达正确、及时的指令，灵活配置系统资源，以保障信号系统的安全、高效工作，保证铁路运输和行车安全。
3.3 通信设备与数字技术结合的信息化
铁路信号技术发展的必然趋势即为以信息化带动铁路产业现代化。全面、有效、精准地获取交通线路上的各种信息才能够保证高速列车能够安全运营，现代铁路信号系统正在将各种先进的通信设备和通信技术投入使用中，比如光纤、无线、卫星通信与定位技术等。
在铁路通信技术未来的发展中，还需要提高数字通信设备的质量水平并优化其功能；进一步完善数字技术体系和技术标准；围绕优化数字通信系统以及提高信号设备的安全完整性等级（SIL）等方面进行相关的探究；通过创新数字技术或是引进、消化、国产化国际技术的方式，对不同等级的数字信号技术设备进行改善更新；发展联锁、闭塞和列车运营管理一体化技术；采用北斗卫星定位技术和云计算等先进技术来促进铁路的信号技术数字化发展；发展信号动静态检测、监控及智能分析技术等。
4 结语
总而言之，我国铁路的信号技术随着铁路的发展进程也在不断发生变化，并且达成了将列车、区间、车站三者共同控制的高效运作模式。而通过铁路通信设备与数字技术的结合，也促进了行车调度指挥自动化等技术领域的革新，让过去控制分散、功能单调以及通信信号相对独立的情况不再出现，从而使铁路信号技术逐渐趋向智能化、网络化、数字化，铁路操作系统亦更加完善。
参考文献
[1]朱婉婷.高铁信号系统中新技术的应用与发展[J].科技创新与应用，2013（11）.
[2]王蕊.铁路信号问题及对策研究[J].科技致富向导，2011（6）.
[3]杨杰.基于安全运行的铁路信号系统影响因素分析[J].科技资讯，2013（31）.
[4]孙彬.铁路通信信号技术与应用[J].科技资讯，2010（2）.
[5]马学霞.基于RFID技术的铁路信号设备巡检系统的研究与设计[D].兰州交通大学，2013.