铁路信号与铁路提速发展回顾及启示

刘伯鸿

（兰州交通大学 自动化与电气工程学院，副教授，甘肃 兰州 730070）

铁路信号的作用是保证铁路列车运行安全，提高铁路运输效率，及时和准确地提供铁路列车运行信息等。就铁路信号的学科定位而言，铁路信号是以电子技术、通信技术、计算机技术、控制技术等为手段，根据铁路的特点而形成的一门应用性极强的综合性学科。同时，铁路信号技术的发展也是随着铁路运输发展和科学技术的进步而发展的。铁路信号的发展与铁路运输模式有关，特别与铁路提速休戚相关〔1-4〕。

1 铁路信号的组成及其发展

1.1 铁路信号的组成 铁路信号包括信号显示、信号设备和信号系统等，如图1所示。

图1 铁路信号示意图

1.2 铁路信号的发展回顾 根据铁路信号的发展，按时间可分为以下3个阶段。

1.2.1 第1阶段 第1阶段以20世纪80年代至90年代（“六五”、“七五”期间）内涵式发展为主的扩大再生产方式阶段。

“八五”期末铁路通信信号装备率，除电气集中、无线机车电台等装备率有了大幅度的提高外，自动闭塞占营业线比重也提高不少。与此同时，电务技术装备的发展，产生了显著的宏观效益。

1.2.2 第2阶段 第2阶段为20世纪90年代至21世纪初期间。为了实现铁路从传统产业向现代产业的转变，加快了铁路信息化进程，而实现铁路信息化必须首先实现铁路信号的现代化。

回顾改革开放以来信号专业的发展，铁路在信号安全技术装备方面有了很大的改善和提高。在普及车站电气集中技术的基础上，计算机联锁逐步完善，以外锁闭为代表的提速道岔控制技术的应用取得成功；以运输调度指挥管理信息系统（DMIS）为代表的传统铁路信号3段式结构（车站、区间、编组场）向网络信号3层式结构（调度指挥中心、域控制中心、远端控制模块）转轨；以频率优化为代表的轨道电路技术和微机计轴技术等铁路信号传感技术向多元、多手段发展。

这一时期铁路信号、信息技术、通信技术发展很快。就铁路信号而言，计算机联锁系统、站内电码化、新型移频自系统动闭塞、机车信号车载装置、调度集中、信号微机监测系统等方面，发展迅速。就信息技术而言，TIMS、DIMS工程建设相继启动。

1.2.2.1 计算机联锁系统 在车站联锁领域，随着计算机技术的迅速发展，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术正趋成熟并大力推广使用。

1.2.2.2 站内电码化 20世纪80年代，开始实施“25 Hz交流技术电码化”技术。1991年，“车站股道电码化”通过部级鉴定。车站股道电码化技术这一安全措施的实施，实现正线、侧线股道电码化，使运输安全情况大大好转，全路“两冒”事故率连年大幅下降。

1.2.2.3 新型移频自系统动闭塞 为了适应电气化铁路的需要，铁道部采用引进、消化、吸收、再创新的政策。1989年，在京广线郑武段电气化工程中引进了法国的UM 71和TVM 300。并在UM 71国产化的进程中，我国自行开发了具有自主知识产权的WG-21 A和ZPW-2 000A、ZPW-2 000 R无绝缘移频自动闭塞系统。

1.2.2.4 机车信号车载装置

自动停车装置、机车信号、列车运行监控记录装置、列车自动防护系统在不同阶段的应用推广，使列车运行安全效果逐步提高。

1.2.2.5 调度集中 20世纪90年代引进美国的调度集中系统，并开始研制适合我国国情的调度集中系统。但由于我国铁路客货混运，交放权频度过多等原因，传统调度集中发展缓慢。

1.2.2.6 信号微机监测系统 信号微机监测系统是随着计算机技术的发展而发展的，是经过十几年艰苦探索发展起来的。1997年铁道部组织专家对信号微机监测系统进行了大规模的调查研究，并在此基础上，制定了技术原则，组织了联合攻关，研制开发了第一代TJWX信号微机监测系统。

1.2.3 第3阶段 第3阶段为21世纪初至今期间。21世纪初，以计算机联锁、新一代调度集中、列车运行控制系统CTCS、信号微机监测网、编组站综合自动化系统等为代表的铁路信号新技术分进入快速的发展时期。

1.2.3.1 以计算机联锁 目前，国内干线铁路主要以二乘二取二计算机联锁及三取二计算机联锁、双机热备型的计算机联锁为主。

1.2.3.2 分散自律调度集中 根据铁道部大发展的总体思路，我国铁路以TDCS为平台，以调度集中（FZ-CTC）为核心，构建现代化的调度指挥管理信息系统，以现代运输的理念大推动铁路运输调度指挥系统建设。

2003年，为了满足我国铁路运输发展的需要，提高铁路运输调度自动化水平，铁道部组织有关单位制定了《分散自律调度集中系统技术条件（暂行）》。

2002年，新一代调度集中系统在青藏线西宁－哈尔盖开通运行。2007年结合我国铁路第六次大面积提速，在胶济、龙海、沪昆线等提速干线和其他干线推广应用。目前，分散自律调度集中系统已经作为客运专线信号集成的主要子系统之一广泛使用。

1.2.3.3 列车运行控制系统 中国列车运行控制系统（简称CTCS），是借鉴国内外信号新技术的基础上，自主建立而成。CTCS分为CTCS－0、CTCS－1、CTCS－2、CTCS－3、CTCS－4五个等级。

在建立CTCS过程中，铁道部领导高瞻远瞩，在科学发展观的指导下，运用现代知识工程，首先组织专家多次论证，建立CTCS技术路线，宣贯CTCS技术，然后实施CTCS技术，并逐步完善和修订CTCS技术标准。

1.2.3.4 信号微机监测网 随着计算机技术、通信技术、网络技术的发展，为了更好的适应列车提速、行车密度增加和列车运行保障系统的要求，在微机监测系统、电源屏监测、列车运行状态监控等基础上，铁路局已形成了微机监测网和铁路信号集中监测系统。

2 铁路提速发展回顾

安全生产是铁路永恒的主题，深化体制改革是铁路面对的重大课题，提速是铁路面对的又一重大课题〔5-7〕。

2.1 铁路提速 铁路提速包括既有线大提速和高速铁路建设。

1）铁路提速工作起步于90年代初开始的广深线准高速铁路建设。1994年12月，我国第1条速度为160 km/h的广深准高速铁路建成，为铁路普遍提速奠定了基础在此之后，沈大，沪宁，京秦郑武等繁忙干线提速实验相继取得成功。从1997年开始，全路掀起了大规模的提速热潮。经过1997年、1998年、2000年、2001年、2004年、2006年和2008年7次提速（如表1所示），全路提速线路延展总里程超过1万km，初步形成了覆盖全国主要地区的提速网络在提速的带动下，中国铁路的面貌发生了深刻的变化。

表1 我国铁路近年提速一览表

通过提速，提升了铁路科技创新的水平；通过提速，促进了铁路整体工作水平的提高，并初步建成以北京、上海、广州为中心，连接全国主要城市的快速客运网；通过提速，铁路在适应市场需求方面取得了重大突破。铁路部门以提速为支持，市场为导向，开发了快速列车“夕发朝至”列车、行包专列、“五定”班列等运输新产品，增强了铁路运输的竞争能力，实现了经济效益和社会效益双丰收。铁路这些年之所以取得了较好的经济效益和社会效益，提速功不可没。

铁路提速推动了信号技术的大发展，信号技术的发展坚持了引进、消化、吸收和自主创新相结合的原则，符合国际信号技术发展的趋势，并具有我国特色。铁路先后进行的7次大规模提速，为铁路信号带来了良好的发展机遇。铁路信号技术装备不仅在数量上有了大幅度的增长，而且在技术含量上也有了明显的提升，一定程度上实现了铁路信号技术设备的更新换代。提速道岔分动、多点牵引、外锁闭转换设备全面上道，大号码道岔的运用有了信号配套，车站计算机联锁得到规模发展；新一代ZPW-2000系列无绝缘轨道电路大规模应用，四显示自动闭塞迅速推广；主体机车信号系统的标准制定，全路机车信号信息定义已经逐步统一，主体机车信号车载设备研制成功；我国CTCS技术规范总则和CTCS-2、CTCS-3级技术条件已经发布，自主研制和技术引进工作正在实施；全路运输调度指挥系统（TDCS）工程在继续全面实施，新一代智能型调度集中（FZ-CTC）技术条件已经发布，多段线路已经开通。

2）自2004年《铁路中长期规划》和2008年《铁路中长期规划（修订）》发布以来，我国高速铁路真正进入实质性发展阶段，先后建了成京津城际铁路、武广客运专线，郑西客专等线路，CTCS-2、CTCS-3列控系统逐步得到实施。

2.2 提速的技术路线 铁路线路可分为既有线路和新建线路，新建线路又可分为常规线路和高速铁路。因而铁路提速可概括为两条主线，即铁路大提速和高速铁路建设两条线索（如图2所示）。既有线路、新建常规线路，在提高设备装备率的同时，应用新技术，保证列车运行安全。

图2 铁路提速的技术路线

2.3 高速铁路信号技术大厦 虽然我国高速铁起点底，但起步高。铁道部通过组织专家多次反复论证，根据铁路科学技术的发展，前瞻性规划了高速铁路的发展路径，在有能力解决好高铁固定设施、动车组和电气化牵引技术的前提下，借鉴国内外信号新技术，尤其是借鉴欧洲列车运行控制系统（ETCS）的基础上，架构了中国列车运行控制系统（CTCS）技术体系。

高速铁路信号技术大厦（如图3）作为CTCS的一部分，不是空中楼阁，是在既有信号技术的基础上，立足于国情，构建而成。当然，高速铁路运行管理委托铁路局管理，其运营体制、维修体制也与既有线路管理大不一样。

图3 高速铁路信号技术大厦

3 启示

通过对铁路信号与铁路提速发展回顾，对我们的启示主要有以下3点。

3.1 铁路信号现代化是实现铁路信息化的基础铁路要实现从传统产业向现代产业的转变，必须加快铁路信息化进程，而实现铁路信息化必须首先实现铁路信号的现代化。因此铁路信号现代化是实现铁路信息化的基础，要通过加快电务信号技术发展以促进铁路信息化建设。

3.2 集信息与控制于一体是铁路信号发展的必然从信号专业亦即信息控制专业的观点看，我们首先要把行车运输组织的“信、联、闭”过程既看成“物理流”过程，又看成“信息流”过程，而且是从对信息流的处理着手，完成对物理流的控制。集信息与控制于一体是现代铁路信号发展的必然，因此，传统信号学向现代信号学的转轨，说到底就是现代网络信号，就是铁路运输列车调度指挥信息与铁路运输控制技术的结合。

3.3 提速模式促进了运输模式向高层次的提升传统铁路的运输模式的特点是“大重量、高密度、低速度、客货混跑”；既有线路的运输模式的特点是“快速度、高密度、大重量、客货混跑”；而高速铁路的运输模式的特点是“高速、重载、高密度”。

随着铁路中长期规划和东北、西北、西南铁路网“一主两辅”的实施，我国铁路提速正日渐步入正规，对铁路提速工程的认识也不断深入。

中国铁路客货列车共线运行，各种列车的速度、密度、重量三者之间相互影响、相互制约的效应十分明显。多年的提速实践，形成了以技术创新、运输组织创新、安全控制创新为主要手段，以“深度挖潜”为目的的“提速模式”，既实现了提速，又增加了客货运量，还提高了行车密度。也就是说，这种“提速模式”促进了我国铁路“运输模式”向更高层次—“快速度、高密度、大重量”提升。同时，高速铁路建设，正在极大的提升我国铁路运输自动化技术，从而有效缓解铁路运输压力。铁路运营管理正在发生深刻变化，铁路信号技术已由对信号设备的控制转变为对移动体的控制，高铁“提速模式”和高铁“运输模式”相互对应，相互配合。

4 结束语

铁路信号技术与铁路提速二者是紧密关联、相互促进的。但是，更重要的是市场经济的需求，国家战略的需求。离开了这些，再好的想法和技术也无济于事的。铁路信号技术的发展与铁路提速，首先是经济发展的迫切需求。

〔1〕胡耀华.铁路信号现状及发展方向〔J〕.中国铁路，2002（4）

〔2〕傅志寰.中国铁路提速工程管理的探索与创新〔J〕.中国工程科学，2002（4）

〔3〕李萍.加强DIMS建设管理推进铁路调度指挥现代化〔J〕.铁道通信信号，2004（12）

〔4〕傅世善.大提速推动铁路信号技术发展〔J〕.中国铁路，2006（9）

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〔6〕国家发展和改革委员会综合运输研究所.中国交通运输发展改革之路〔M〕.北京:铁道出版社，2009

〔7〕左辅强.日本新干线高速铁路发展历程及其文化特征研究〔J〕.城市轨道交通研究，2012（11）