机车信号车载系统在铁路行车中的应用研究

2022.10.07

高志强

摘要：本文首先对机车信号车载系统的概述进行简要分析，再就机车信号车载系统在铁路行车中发展现状展开探讨，最后就机车信号车载系统在铁路行车中的设计与实现进行研究，以期为铁路事业的健康、稳定、高效发展献出微薄之力。

关键词：机车信号；车载系统；铁路行车；应用研究

随着社会经济的发展，铁路运营的能力与速度不断的得到了提升，传统的铁路调度是以人工作业为主，已不能满足高速发展的铁路运输事业的需要，对铁路运行中机车信号车载系统的研究成为了当前铁路未来发展和提升的主要方向。机车信号车载系统的研究是为了确保铁路运输行车过程中的安全性和高效性，机车信号通过接受相关信息指令控制铁路运行的线路、速度等，使铁路行车系统逐步向自动化和智能化趋向发展。

1机车信号车载系统的概述

1.1机车信号车载系统的传输

在铁路行车中机车信号车载系统的传输方式主要有轨道电路传输、电缆传输、点式设备传输和无线传输四种类型。其中轨道电路传输和电缆传输是依靠电路和电缆的传统传输方式，其中电缆则是采用双向信息传输的模式。点式设备传输主要包含了点式应答器和点式环线两种，是现阶段广泛应用于铁路行车中的一种铁路控制系统的信息传输方式。无线传输则是基于无线信息技术发展而来的GSM-R无线系统车地双向传输，具有较高的发展前景。

1.2机车信号的各种制式

1.2.1交流计数信号

交流计数信号最早引入我国是从上世界50年代开始，这是一种具有周期性的信号，具有载频和0、1码型时间持续的特点，在一个周期内0、1码会出现交替现象，而信号的接收则是根据这种时间与空间顺序的交替性形成的。在交流技术信号的载频中，电气化区段采用25Hz，非电气化区段则采用50Hz。同时还存在各种各样的码型，例如，U码、UU码等，由于码型分布的差异性与误差性，交流计数信号已经不能满足当前铁路运输的需求，已经逐渐被铁路行车中的新信号制式所代替。

1.2.2移频信号

移频信号又是键控移频信号，实际上属于相位连续信号，在移频自动闭塞的信息中存在4信息、8信息和18信息三种，相比与最后一种信息，前两种信息的技术相对落后，可靠性与安全性较差，搜集的信息量有限，反应时间较长，抗干扰能力不高，已逐渐被18信息所替代。18信息是在原移频信息的基础上进行了数字信号以及其他相关技术的处理，从而提高了低频信息的采集量，弥补了相关技术缺陷，实现信号传输的稳定性。

1.2.3UM71信号和TVM430信号

UM71信号是一种相位连续键控移频信号，其频谱能量在载频中形成较为明显的单峰阈值，集中在中心频率附近，正是由于这种信号的频载频率较高使得其电气化干扰的抗性也具有较大的优势，但是其缺点就在于传输的损耗也相对较大。TVM430信号是数字编码信号，属于数字调频信号的一种，是通过对20多个幅度各一的信号进行叠加而生成，这些信息为具有不同的信息指代，例如，路网码、速度码、闭塞分区长度码、坡度码、纠错码和占用码等信息位的指代意义。

2机车信号车载系统在铁路行车中发展现状

在铁路运输业中，传统的通信发生大多采用的是自动闭塞方式，是通过交流技术电码、极性频率脉冲和移频三种方式实现的。不管是何种方式，都存在信息搜集较少、可靠性较低、抗干扰较弱的特点，无法对全面提速的铁路运输业进行适配。随着研究的深入，对自动闭塞的研究进入了一个新的阶段，即是将国外引进的UM71和TVM300进行优化再开发，从而达到适配我国铁路客运与货运复杂的局面，使得4信息、8信息和18信息移频自动闭塞随之诞生，直到DSP技术的不断推广。DSP技术是当前广泛认知的数字信号处理技术，利用先进的计算机科学进行信息的处理与利用，将信号以数字的形式进行采集、转化、增加、压缩、传输、识别等步骤，实现信号的高效传输。在日趋发展的当今环境中对机车信号车载系统的研究则更多的趋向高速、封装更小、价格更低、功能更全、硬件更简化、软件更多样等表现特点，而这些要求为机车信号车载系统在铁路运行中的研究提供了更全面的要求。

3机车信号车载系统在铁路行车中的设计与实现

3.1机车信号车载系统在铁路行车中的模拟设计

对机车信号车载系统在铁路行车中的模拟设计需要从数据处理核心预计处理器控制核心的角度进行相关设备的选择，并针对整个信息的传送、接受、解读、执行的过程进行有效的控制。对模拟系统进行功能性划分可分为信息传送与信息接收两个部分，而其中所涉及到的有信号发送、放大、钢轨传输、接收、解码五种设备，其中还需要对信号的采样电路、控制电路、上灯控制电路、通信控制电路进行模拟设计，以此作为模拟系统设计的硬件设计基础。对机车信号车载系统的软件设计则需要参考硬件设计的基础和需要达到的功能要求展开设计研究。在车载系统中的信号接收部分，需要对时域和频域进行分析，从机车信号制式的层面进行载频信息的检测与确认，再通过不同的制式实现解调，一般采用抗干扰能力较强、稳定性较高、信息载频量较大的频谱识别方案。

3.2机车信号车载系统在铁路行车中功能指标

对铁路行车中的机车信号车载系统设计的功能指标研究需要对一定功能进行实现，例如，在系统传输中需要利用一定的放大设备对电压信号进行放大，同时将Iv电压转换成IA电流信号；对系统进行中心频率和调制频率的相关检测，针对交流技术信号的各种码型、特殊信号的码字信息、信号电频幅值、上灯执行系统等进行检测；在系统许可下接收信号的偏移中调制频率的判定偏移一般为±0.19Hz；机车信号轨道信号电压需进行灵敏度的阈值设定，一般移频信号或交流计数信号电压灵敏度指标在10.0±1.39mV；针对机车信号车载系统接收信号做出反应的时间需要进行一定程度的调整，不能太快也不能太慢，太快可能导致其可靠性下降，太慢则无法达到铁路运行的要求，一般情况下在移频区段应在2-4s，在交流技术区段信息转换应在≤6.9s，信息转换过渡≤8.9s。

3.3機车信号车载系统在铁路行车中系统测试

机车信号车载系统在铁路行车中的模拟设计完成后需要对其进行模拟系统的测试，主要是针对铁路模拟轨道信号与实际信号的相关陛展开的系统测试，检测模拟系统中的制式的识别和信号传输的正确性，针对解调的结果的满意性进行完整度检测。模拟需要对标准铁路的轨道信息进行精确的解调，以此保证铁路信息的正确性和准确性。从主要参数的解调来看，例如，对0、1码型解码允许误差在3-5ms之间，属于较小区间误差，同时还需要对现场信号进行测试，通过识别不同制式的信号进行现场信号的检测，其主要参数结果的准确性能确保上灯操作的准确。

4建议与小结

在对机车信息车载系统的相关研究中，还需要建立较为完善的故障应急机制模块，从可靠性的角度实现铁路运输的高效与稳定，对铁路行车中故障对象设定一个安全预测输出值，实现故障安全系统的构建，将人为因素、环境因素等多重因素进行纳入并展开因素间影响的组合，增加故障安全系统的有效性，为系统的稳定运行提供重要的保障机制。随着电子信息通信技术的高速发展，铁路行车中的数据搜集、处理控制等步骤已经融为一体，机车信号车载系统正在发生着巨大的变革，预示着现代化铁路事业正在与时俱进的稳定发展。