关于信号检测论文

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生物医学信号处理方法论文

生物医学信号处理是指据生物医学信号特点，应用信息科学的基本理论和方法，研究如何从扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，并对它们进步分析、解释和分类。以下是我精心准备的生物医学信号处理方法论文，大家可以参考以下内容哦！

摘 要： 生物医学信号是人体生命信息的集中体现，深入进行生物医学信号检测与处理的理论与方法的研究对于认识生命运动的规律、探索疾病预防与治疗的新方法都具有重要的意义。

关键词： 生物医学信号 信号检测 信号处理

1 概述

1。1 生物医学信号及其特点

生物医学信号是一种由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，属于强噪声背景下的低频微弱信号，信号本身特征、检测方式和处理技术，都不同于一般的信号。生物医学信号可以为源于一个生物系统的一类信号，这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息。生物医学信号种类繁多，其主要特点是：信号弱、随机性大、噪声背景比较强、频率范围一般较低，还有信号的统计特性随时间而变，而且还是非先验性的。

1。2 生物医学信号分类

按性质生物信号可分为生物电信号（Bioelectric Signals），如脑电、心电、肌电、胃电、视网膜电等;生物磁信号（Biomagnetic Signals），如心磁场、脑磁场、神经磁场;生物化学信号（Biochemical Signals），如血液的pH值、血气、呼吸气体等;生物力学信号（Biomechanical Signals），如血压、气血和消化道内压和心肌张力等;生物声学信号（Bioacoustic Signal），如心音、脉搏、心冲击等。

按来源生物医学信号可大致分为两类：（1）由生理过程自发产生的主动信号，例如心电（ECG）、脑电（EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电（EGG）等电生理信号和体温、血压、脉博、呼吸等非电生信号;（2）外界施加于人体、把人体作为通道、用以进行探查的被动信号，如超声波、同位素、X射线等。

2 生物医学信号的检测及方法

生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质和成分等信息进行检测和量化的技术，涉及到人机接口技术、低噪声和抗干扰技术、信号拾取、分析与处理技术等工程领域，也依赖于生命科学研究的进展。信号检测一般需要通过以下步骤（见图1）。

①生物医学信号通过电极拾取或通过传感器转换成电信号;②放大器及预处理器进行信号放大和预处理;③经A/D转换器进行采样，将模拟信号转变为数字信号;④输入计算机;⑤通过各种数字信号处理算法进行信号分析处理，得到有意义的结果。

生物医学信号检测技术包括：（1）无创检测、微创检测、有创检测;（2）在体检测、离体检测;（3）直接检测、间接检测;（4）非接触检测、体表检测、体内检测;（5）生物电检测、生物非电量检测;（6）形态检测、功能检测;（7）处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状态下的生物体检测;（8）透射法检测、反射法检测;（9）一维信号检测、多维信号检测;（10）遥感法检测、多维信号检测;（11）一次量检测、二次量分析检测;（12）分子级检测、细胞级检测、系统级检测。

3 生物医学信号的处理方法

生物医学信号处理是研究从扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息的特征并作模式分类的方法。生物医学信号处理的目的是要区分正常信号与异常信号，在此基础上诊断疾病的存在。近年来随着计算机信息技术的飞速发展，对生物医学信号的处理广泛地采用了数字信号分析处理方法：如对信号时域分析的相干平均算法;对信号频域分析的快速傅立叶变换算法和各种数字滤波算法;对平稳随机信号分析的功率谱估计算法和参数模型方法;对非平稳随机信号分析的短时傅立叶变换、时频分布（维格纳分布）、小波变换、时变参数模型和自适应处理等算法;对信号的非线性处理方法如混沌与分形、人工神经网络算法等。下面介绍几种主要的处理方法。

3。1 频域分析法

信号的频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x（t）变换为频域信号X（f），从而将时间变量转变成频率变量，帮助人们了解信号随频率的变化所表现出的特性。信号频谱X（f）描述了信号的频率结构以及在不同频率处分量成分的大小，直观地提供了从时域信号波形不易观察得到频率域信息。频域分析的'一个典型应用即是对信号进行傅立叶变换，研究信号所包含的各种频率成分，从而揭示信号的频谱、带宽，并用以指导最优滤波器的设计。

3。2 相干平均分析法

生物医学信号常被淹没在较强的噪声中，且具有很大的随机性，因此对这类信号的高效稳健提取比较困难。最常用的常规提取方法是相干平均法。相干平均（Coherent Average）主要应用于能多次重复出现的信号的提取。如果待检测的医学信号与噪声重叠在一起，信号如果可以重复出现，而噪声是随机信号，可用叠加法提高信噪比，从而提取有用的信号。这种方法不但用在诱发脑电的提取，也用在近年来发展的心电微电势（希氏束电、心室晚电位等）的提取中。

3。3 小波变换分析法

小波分析是传统傅里叶变换的继承和发展，是20世纪80年代末发展起来的一种新型的信号分析工具。目前，小波的研究受到广泛的关注，特别是在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理及众多非线性科学等应用领域，被认为是近年来在工具及方法上的重大突破。小波分析有许多特性：多分辨率特性，保证非常好的刻画信号的非平稳特征，如间断、尖峰、阶跃等;消失矩特性，保证了小波系数的稀疏性;紧支撑特性，保证了其良好的时频局部定位特性;对称性，保证了其相位的无损;去相关特性，保证了小波系数的弱相关性和噪声小波系数的白化性;正交性，保证了变换域的能量守恒性;所有上述特性使小波分析成为解决实际问题的一个有效的工具。小波变换在心电、脑电、脉搏波等信号的噪声去除、特征提取和自动分析识别中也已经取得了许多重要的研究成果。

3。4 人工神经网络

人工神经网络是一种模仿生物神经元结构和神经信息传递机理的信号处理方法。目前学者们提出的神经网络模型种类繁多。概括起来，其共性是由大量的简单基本单元（神经元）相互广泛联接构成的自适应非线性动态系统。其特点是：（1）并行计算，因此处理速度快;（2）分布式存贮，因此容错能力较好;（3）自适应学习（有监督的或无监督的自组织学习）。

参考文献

[1] 邢国泉，徐洪波。生物医学信号研究概况。咸宁学院学报（医学版），2006，20：459～460。

[2] 杨福生。论生物医学信号处理研究的学科发展战略。国外医学生物医学工程分册，1992，4（15）：203～212。

铁路信号技术论文(2)

　　铁路信号技术论文篇二
　　浅谈铁路信号问题

　　【摘　要】铁路信号是保证铁路运输基本设备。对铁路网上各种行车的设备状况、信息传输、调度指令控制起着重要的作用。本文通过对铁路信号存在问题的分析，提出了解决问题的对策，指出了我国铁路信息的发展方向。

　　【关键词】铁路信息;信息化;网络化

　　1.铁路信号的含义

　　所谓铁路信号是用特定的、有标志性的物体、仪表或音响设备等向铁路行车人员传达相关的信号，包括车辆运行状况，行驶条件，铁路的状况等等。近年来，随着铁路信号的广泛应用和铁路信号技术的不断发展，使铁路信号也变成了增加铁路运输线路，改善铁路员工劳动条件提高车站和铁路区间的通过能力等等有效手段。

　　2.铁路信号的现状

　　2.1铁路信号的安全性能不够高

　　由于自动化程度的限制，我国的调度指挥仍旧依赖于人工作业，采用落后的一张图、一支笔、一部电话的调度指挥模式。对地面信号的观察与判断，也仍旧于依赖司机。随着列车的提速和密度的不断增加，行车调度的指挥工作将会越来越繁忙，调度员在长时间的工作中也难免出现疏略，这样不仅会降低工作效率，更会影响到列车的安全运行。并且当车速达到一定的程度的时候，单单依靠司机的视力根本无法保证列车的行车安全。另外由于列车运行中的变化因素过多，一次性按照计划运行图来指挥列车运行的可能性较小，因此，在我国铁路推广使用调度集中装置是还办不到的。

　　2.2管理方面出现纰漏

　　重点表现于管理分散和管理水平的落后。铁路系统基本上是一个整体，在不同的时间和地区的情况差异性较大。现在的铁路虽然安装了微机监测系统，但是由于通信手段的落后，处理信息的速度较慢，致使安装的系统无法真正的发挥作用，无法在整体上将资料进行整合。从管理水平来看，铁路系统一直掌控在政府部门的手里，并且现行的管理机制使系统人员臃肿，营销手段落后，资源不能得到合理的利用。在市场经济的引导下，铁路系统应当由企业统一整个管理，来作为物流环节中的重要部分，从而提高效率，增加效益。

　　2.3铁路信号系统的自动化水平较为低下

　　在新中国成立以来，继电技术得到了不断的发展，但是继电技术采用的设备体积大，对于实现联网集中监测和智能的控制还是有一定难度的。特别是微电子技术的发展后，在一些工业控制行业，这类技术已经趋于淘汰的趋势了，取而代之的是一些智能控制技术。在铁路系统方面，虽然也开始采用了智能控制技术，但是大范围内仍旧采用的是继电控制技术，发展的速度较为缓慢，优化资源和提高效率方面还是相对于落后的。

　　2.4现代铁路信号设备中存在的若干问题

　　随着经济、信息技术的不断发展，铁路信号系统作为保证铁路安全运行的部分，虽然铁路设备信号的要求也在不断的增高，但是从某些信号设备来看仍旧存在着一些安全隐患。

　　2.4.1枢纽调度监督设备

　　这个设备是一个发展较快的设备，是使枢纽内的调度更加准确直观，保证枢纽的畅通。但是枢纽内的作业模式是采取分散作业，这样一来必定影响了总体的发挥，并且降低了运输的效率。因此，在货运量加大，或者大面积提速时，信号技术装备如何保证枢纽内的畅通就是一个很大的问题。

　　2.4.2车站联锁设备

　　这种设备也是目前铁路系统中常见的设备之一。这种设备在列车提速后出现了许多问题。例如，战线和列车基本等长，并且在进出站口处没有过走保护区段，不利于列车的速度控制。另外，信号机间的安全距离是不够的，没有能够提供安全距离的信息，对列车的运行控制都带来了安全的隐患。

　　2.4.3列车运行控制与机车装置

　　今年来，新安装的运行监控器代替了自动停车装置(即安全性能差，随安全防护器辅助作用的装置)。并且采用了模式曲线的方式来监控车速，对超速进行保护。但是由于形成的是速度模式曲线，依靠的是事先储存的线路数据以及人工输入的数据，没有考虑故障-安全原则，无法保证安全。

　　2.4.4信号显示制式

　　铁路现实信号中，除了红灯有确定的定义之外，其他的显示信号都没有明确的速度值，在不同的地区，显示为不同的含义，主要依靠司机的自行判断，因此指挥能力较差，在提速之后无法满足需要，安全性能较差。

　　2.4.5区间信号

　　单线区段来看，采用的是办理效率较高的继电半自动的装置，看起来是能够满足提速后的行车需要的。但是却存在着一个有待改进的安全性隐患，即并没有设置区间的检查设备。这不能满足行车的安全性。

　　3.增强铁路信号的对策研究

　　3.1通信、信号一体化

　　当代铁路的高速发展，铁路通信、信号系统等都必须不断的加强。铁路通信、信号技术的相互融合，以及调度指挥自动化等等技术，打破了控制分散、功能单一、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信、信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。组建一个以铁路局为主要单位的电务设备动态检测中心，装备一台动态的检测车，按一定时间对自动闭塞的机车信号或地面信号，无线列调等设备进行动态的检测，实现了移动体对地面静态设备的检测。

　　3.2制定发展规划

　　在建设新的线路时，起点必须要高。铁路建设的投资额较大应该考虑到今后的发展。虽然现有铁路信号设备、调度手段等都较为安全，但是当提速的时候都没法达到要求。因此在建设时要考虑到未来的发展，提高建设标准，采用新技术。借鉴国外的闭环计算机控制系统。这样为以后的竞争做好准备，也为以后铁路信号的建设提供经验。根据我国铁路的运输特点，实现以铁路调度管理信息系统作为基础，以指挥自动化为目标，来构建现代铁路化的运输调度指挥管理系统。实现全路运输的集中管理，提高效率。

　　3.3铁路无线数字通信技术的应用

　　在铁路提速，重载不断发展的今天，以分立元器件与模拟信号处理技术为基础的传统铁路信号设备已经满足不了安全的要求。然而数字信号处理技术很好的解决了铁路信息信号产生的问题。数字信号处理的频域分析的优点是运算精度高和抗干扰性能好，具有相对实用性和可靠性。因此，全面应用数据处理的新技术，利用计算机的高速分析和计算等功能，来提高信号设备的技术水平。

　　3.4采用计算机网络技术

　　由于网络技术的快速发展，网络化管理已成为实现管理的客观要求和必然趋势。铁路信号系统的网络化是实现铁路运输系统内部各功能单元之间的信息交换。在网络化的基础上实现全面、准确获得线路上的信息，保证列车的安全运行，从而实现系统的智能化与控制设备的智能化管理。因此有效的采用计算机技术是解决铁路信号系统若干问题的途径。

　　4.结论

　　随着铁路运输提速、重载的发展，基于分立元器件和模拟信号处理技术的传统铁路信号设备越来越满足不了铁路运输安全性和实时性的要求。因此，全面引进计算机技术，利用计算机的高速分析计算功能，来提高信号设备的技术水平已非常紧迫。数字信号处理技术的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。铁路信号按其作用可分为指挥列车运行的行车信号和指挥调车作业的调车信号;按信号设置的处所可分为车站信号、区间信号，以及行车指挥和列车运行自动化等;按信号显示制式可分为选路制信号和速差制信号;按结构可分为臂板信号、色灯信号、灯列信号(中国大陆不采用)以及机车信号机。铁路信号在元部件制造方面正向着小型化、固态化和高可靠性发展;在设计方面向着故障自动检测、自动诊断、高可用度、与计算机或微处理机相结合的方面发展;在安装施工方面正向着模块化和工厂施工化的方向发展;在使用方面正向着无维修或少维修、高度自动化或智能化的方向发展。

　　【参考文献】

　　[1]林瑜筠.铁路信号新技术概论[M].北京：中国铁道出版社，2005.

　　[2]铁道部.铁路电务管理信息化规划[M].北京：中国铁道出版社，2006.

　　
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高速铁路信号技术论文

高速铁路信号是高速列车安全、高密度运行的基本保障。下面是我整理的高速铁路信号技术论文，希望你能从中得到感悟!

基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用

摘 要

高速铁路信号系统是高速列车安全、高密度运行的基本保障。无线通信技术在铁路信号系统的应用，不但减少了高速铁路的信号系统成本，还较好的确保了高速铁路的安全。随着科学技术的进步，高速铁路不断的向着智能信息化转变，这就给无线通信技术领域提出了更加严格的要求，为了适应高速铁路的快速发展，各国都在潜心研究基于无线通信技术的新一代的铁路信号系统。本文介绍了国外无线通信系统在高速铁路信号系统中的发展情况，分析了运用无线通信技术的高速铁路信号系统的特点和问题，并探讨了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。

【关键词】无线通信 高速铁路 信号系统

在整个高速铁路工程中，虽然信号系统的投资总额所占比率较小，但其起到的作用十分关键。由于轨道电路传输环境较差、传输信息的速率较低、设备更新维护费用高，所以基于轨道电路的列车控制系统已经不能满足高速铁路的快速发展要求。在80年代，国外开始研究基于无线通信的铁路信号系统TBS(Transmission Based Signalling)，希望通过无线通信技术的应用来提高铁路的管理职能、缩短列车间隔时间、节约能源、降低系统的成本。1995年在关于TBS的国际会议中，会议代表分析了无线通信技术在铁路信号系统应用的的可行性，并指出了无线通信技术可能给铁路信号系统带来的积极影响，表明了TBS将会成为未来铁路信号系统的发展方向。

1 国外TBS的发展情况

1.1 北美TBS的发展情况

1983年，美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息，并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装，节省了系统成本，还消除信号盲区，增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误，使列车行驶更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名的。

1.2 欧洲TBS的发展情况

1992年国际铁盟下属的欧洲铁路研究机构提出了一套欧洲的铁路运输管理系统，包括车票发售、各国铁路互操作性等多个方面，ETCS就是其中非常重要的一部分。在欧共体委员会设立标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS之前，欧洲各国铁路标准和模式不尽相同，轨距、信号设备、供电设备也不一样，因此各国只能使用自己的ATP、ATC系统。各国铁路制式上的差异使得欧洲铁路很难形成连续运输。在设立了标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS后，各国的铁路开始逐渐按照统一标准进行规范，并逐渐取代各国不同的列车自动控制系统和防护系统。ETCS的目标就是要实现欧洲铁路的统一，提高各国铁路的互操作性，使铁路控制系统的功能和设备更加规范。

1.3 日本TBS的发展情况

在日本铁路信号系统的发展历程中，先后出现了ATS、现行ATC、数字式ATC、计算机和无线通信辅助信息控制系统等。其中现行ATC作为一种列车超速防护系统，以良好的自动制动功能保护了列车的安全。但在系统工作时，采用的最强的自动制动，影响了乘客的舒适程度。在1987年，日本开始基于无线通信的铁路信号系统的研究，为CARAT的出现奠定了坚实的基础。CARAT的使用能够使列车连续测定自身位置和行驶速度，使地面系统能够很好的了解列车运行情况，保证列车的运输安全。

2 TBS的特点和问题

在速度比较高的高速铁路上，距离比较近时，可以采用红外、蓝牙等无线通信技术实现对列车的控制;在距离比较远时，则可以通过全球定位控制系统、信标、计轴装置等来测定列车的速度和位置。车载计算机可以通过无线收发装置将列车的速度、位置信息发送给调度控制计算机，通过调度控制计算机的处理，再将列车允许的最大速度等信息通过无线通信发回给列车计算机。列车司机可以根据车载计算机的提醒进行相应的操作，如果列车司机没有及时作出反应，信息控制系统还可以自行将车速降低到允许范围以内。

2.1 TBS的特点

(1)在TBS中，主控中心可以根据列车的运行状态和操作状态通过车载计算机来调整列车的运行，加大了高速铁路信号系统的管理职能，保证了列车的安全，提高了铁路线路的通行能力。

(2)在无线通信信号系统控制下，列车和地面的可靠信息量增大，列车运行变得更加稳定，且避免了不必要的加速和制动，节约了能源，也让旅客乘车变得更加舒适。

(3)无线通信技术的运用，省掉了大量的地面信号装备，大大减少了设备的安装、维护、修整费用。

(4)无线通信信号系统的适应能力极强，通过软件上的调整就可以使列车的运行速度提高，且能够自动调整运行图，大大的提高了铁路运输管理能力。

(5)无线通信信号系统还可以通过车地间的双向信息通道实现列车的闭锁控。

2.2 TBS的问题

(1)高铁信号系统使用轨道电路只能使用较低的信息发送频率，传输环境恶劣，很难让电码的传送速率满足高速铁路的运行速度要求。

(2)TBS通过环线设备和应答器件接受数据信息，列车进行操作可能会有时间上的延迟，可能会给列车的运行造成不良的影响。

(3)轨道间的电缆电线作为车地之间的双向信息通道，虽然传输信息量大，抗干扰能力强，但设备费用较高，且防盗能力很差，一旦丢失，后果严重。

3 无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用 　　3.1 微机联锁

无线通信技术在微机联锁方面运用的可行性还需进一步研究，但ATCS中提出，可以将检测到的道岔、信号机闭锁状态发送给主控中心，并利用道旁接口单元来接收主控中心的控制命令，以实现控制一组道岔、信号机动作的目的。另外道旁接口单元可以利用无线信道联系控制中心，通过电缆连接现场设备，从而检测并控制一些辅助的子系统。目前看来，无线通信技术用于微机联锁的现场设备可能会增加一些投资，且大型站场道岔众多，干扰较大，但还是具有较好的发展前景。

3.2 集中调度

在调度集中系统中，调度中心职要根据车站到发线占用情况和区段内闭塞分区大概了解列车运行的状况，并根据得到的信息排列进路。但利用TBS，控制系统就能够准确的了解列车运行的位置、速度，并根据沿线的信号系统情况发送列车控制命令，保证列车在最短的实践间隔内高速、安全、稳定的运行。无线通信技术赋予列车与控制中心的双线数据通信，给列车的运行带来了很大的方便，且实现了行车指挥自动化。

3.3 中继器

在高速铁路的实际运行中，我不可能在所有的高速铁路中都设这无线通信基站，这样不但增加了设备投资，还使无线通信铁路信号系统失去了存在的真正意义。有了中继器，基站就可以通过中继器接受和发送一些射频信号，从而使基站不仅可以管理基站区域范围内的站区，还能够将管理中继器管理的一些车辆和线路。

3.4 提高平交道口的通过效率

为了提高平交道口的防护能力和和通过效率，防止由于无线设备故障造成不必要的损失，主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息，可以计算列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样，列车通过平交道口就有了安全保障，而且还大大提高了道口的通过效率。

3.5 加强维修处防护

在高速铁路某路段需要进行维修时，维修部门可以通过移动终端将维修点输入到系统中，通过主控中心的传送，列车就可以很好的了解路段情况。在实际的运行中，列车可以根据了解到的维修点信息对列车进行操作，另外在列车接近维修点事，移动终端接受到地面系统的警报信号，以保证列车能够及时在维修段之前停车。

4 总结

随着高速铁路的不断发展，要确保列车的安全，先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的运用仍处于初期阶段，在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口，使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。

参考文献

[1]闵耀兴.我国铁路列车安全控制系统的现状[J].哈铁科技通讯，1997(04).

[2]姚丽娟.我国铁路信号系统的现状与发展[J].铁道通信信号，2003(04).

[3]步兵.基于通信的列车控制系统的可靠性分析方法[J].交通运输工程学报，2001(01).

[4]杨绚，陈德旺，陈荣高.速铁路列控系统主动安全控制的分析与思考[J].铁路计算机应用，2012(08).

作者简介

孙屹枫(1982-)，男，天津市人。中国民用航空大学大学本科毕业。研究方向：铁路信号。

作者单位

铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处 天津市 300251

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轨道交通信号安全论文

轨道交通信号安全论文

轨道交通是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统。最典型的轨道交通就是由传统火车和标准铁路所组成的铁路系统。下面我们来看一下关于轨道交通信号的论文吧。

摘 要： 城市轨道交通是缓解现代城市交通压力的重要方式。近年来，我国各大城市纷纷加快了轨道交通的投资与建设，以此提高城市公共交通运输能力缓解地面交通压力。在地铁工程建设与发展中,轨道交通系统作为大容量公共交通工具,其安全性直接关系到广大乘客的生命安全,信号系统是城市轨道交通的重要基础设施之一，作为保证列车安全、正点、快捷、舒适、高密度不间断运行的重要技术装备在轨道交通系统中有着举足轻重的地位，同时也是关系到列车行驶安全的关键。现就城市轨道交通信号系统进行简要论述，主要介绍信号系统的构成、功能、控制模式、在我国的应用情况以及存在的不足和发展对策。

关键词：轨道交通；信号系统；现状；发展趋势

一、城市轨道交通信号的发展

1.1轨道交通信号的发展背景

轨道交通通起源于英国，最早的列车指挥是由一位带绅士礼帽、穿黑大衣和白裤子的铁路员工骑马在前引导运行的，他边跑边以各种手势发出信号指挥列车的前进和停止。

为确保安全，人们开始研究使用固定的信号设备：用一块长方形的板子，横向线路是停车信号，顺向线路是行车信号。可是顺向线路的板子实际上很难观察，故又在顶端加块圆板。当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车信号，白色灯光表示行车信号。

1841年，英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦车站，这是铁路上首次使用臂板式信号机。而慢慢随着科技的发展出现了色灯信号机渐渐代替了臂板信号机，直到现在的列车自动控制系统。

1.2轨道交通信号的发展现状

众所周知，城市轨道交通系统因基建成本高，往往采用高速度、高密度方式运营，这样就必须依靠先进的通信信号设备来进行控制和管理。城市轨道交通的信号系统，已从早期的固定闭塞发展到了准移动闭塞，正在向移动闭塞方向发展。传统的信号系统即以地面信号显示为依据，司机按行车规则操纵列车运行。现代信号系统有6个基本目标：以安全的方式控制列车有条件地前进；使本列车与前行车或股道尽头保持安全距离；防止出现列车冲突进路；使列车能够按要求的时间间隔运行；使列车能够按时刻表速度运行，以便最大程度地避免危及安全的各种干扰；保证关键点闭锁在正确位置。目前世界各国的城市轨道交通信号系统大都采用列车自动控制系统（ATC），已基本上满足上述基本目标。

我国轨道交通的ATC系统目前大多采用进口设备，主要来自德国SIEMENA、英国WESTINGHOUSE、美国US&S、法国ALSTON等公司。国产信号系统由于多种原因尚未形成完整的产品，近年来ATP系统等开始逐步在正线得到应用。

1.3城市轨道交通的发展趋势

当下我国城市轨道交通建设正处于高速发展阶段，各种各样交通信号系统纷纷踏入中国轨道交通市场，那么如何选择先进、安全、可靠、经济、使用性的信号系统成为了当前我国城市轨道交通的一项重要课题。当前国外主流的城市轨道交通通信系统主要有数字轨道电路系统、分析模拟轨道电路系统和基于通信的列车运行控制系统模式，我们要结合国内外各类轨道交通信号的优缺点，寻找出适合我国国情的城市轨道交通信号系统，在未来城市轨道交通系统国产化建设才是正确的发展方向。城市轨道交通国产化，不仅能降低建设成本（国产的CBTC比引进国外的系统造价低20％），而且能降低运营成本，更重要的是促进我国城市轨道交通技术水平的大幅提升，有利于人才培养。并且参与国际竞争。

那么，参与技术服务，国内硬件加工，逐步吸收熟悉国外技术是首要的。其次，通过技术引进，掌握系统功能单元间接口协议和技术标准，最后要积极跟踪并参与CBTC的研究。

城市轨道交通的信号系统，已从早期的固定闭塞发展到了准移动闭塞，正在向移动闭塞方向发展。传统的信号系统即以地面信号显示为依据，司机按行车规则操纵列车运行。现代信号系统有六个基本目标：以安全的方式控制列车有条件地前进；使本列车与前行车或股道尽头保持安全距离，防止出现列车冲突进路；使列车能够按照要求的时间间隔运行；使列车能够按时刻表速度运行，以便最大程度地避免危及安全的各种干扰，保证关键点锁闭在正确位置。

ATP的主要作用是根据故障-安全原则，执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、安全开关门的监督和进路的安全监控等功能，确保列车和乘客的安全；ATO主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能；ATS的主要作用是监督列车状态、产生列车时刻表、自动调整列车运行时刻和保证列车按时刻表正点运行、生成运行报告和统计报告、向旅客向导系统提供信息等。

由于通信技术的发展，ATC系统中ATS子系统的功能也越来越强，已不仅仅是传统意义上的“列车自动监督”，ATS子系统正在向集成化方向发展；维修管理更加重要为了提高系统的可靠性、减少维护费用，信号系统的监控管理以及维修管理信息系统都非常重要。

二、城市轨道交通系统的构成及功能

2.1 列车自动监控子系统（ATS）

ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能：

（1）通过ATS车站设备，能够采集轨旁及车载ATP提供的轨道占用状态、进路状态、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。

（2）根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成输出进路控制命令，传送至车站联锁设备，设置列车进路、控制列车停站时分。

（3）列车识别跟踪、传递和显示功能。系统能自动完成正线区段内列车识别号（服务号、目的地号、车体号）跟踪，列车识别号可由中央ATS自动生成或调度员人工设定、修改，也可由列车经车—地通信向ATS发送识别号等信息。

（4）列车计划与实迹运行图的比较和计算机辅助调度功能。能根据列车运行实际的偏离情况，自动生成调整计划供调度员参考或自动调整列车停站时分，控制发车时间。

（5）ATS中央故障情况下的降级处理，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人工进行进路控制。

（6）在计算机辅助下完成对列车基本运行图的编制及管理，并具有较强的人工介入能力。通过设在车辆段的终端，向车辆段管理及行车人员提供必要的信息，以便编制车辆运用计划和行车计划。

（7）列车运行显示屏及调度台显示器，能对轨道区段、道岔、信号机和在线运行列车等进行监视，能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。

（8）能在中央专用设 备上提供模拟和演示功能，用于培训及参观。能自动进行运行报表统计，并根据要求进行显示打印。

（9）能在车站控制模式下与计算机联锁设备结合，将部分或所有信号机置于自动模式状态。

（10）向通信无线、广播、旅客向导系统提供必要的信息。

2.2 列车自动防护子系统（ATP）

ATP系统由地面设备、车载设备组成，监督列车在安全速度下运行，确保列车一旦超过规定速度，立即施行制动，主要实现以下功能：

（1）自动连续地对列车位置进行检测，并向列车发送必要的速度、距离、线路条件等信息，以确定列车运行的最大安全速度。提供列车速度保护，在列车超速时提供常用制动或紧急制动，保证前行与后续列车之间的安全间隔，满足正向行车时的设计行车间隔和折返间隔。对反向运行列车能进行ATP防护。

（2）确保列车进路正确及列车的运行安全。确保同一径路上的不同列车之间具有足够的安全距离，以及等防止列车侧面冲撞。

（3）防止列车超速运行，保证列车速度不超过线路、道岔、车辆等规定的允许速度。

（4）为列车车门的开启提供安全、可靠的信息。

（5）根据联锁设备提供的进路上轨道区间运行方向，确定相应轨道电路发码方向。

（6）任何车—地通信中断以及列车的非预期移动（含退行）、任何列车完整性电路的中断、列车超速（含临时限速）、车载设备故障等均将产生安全性制动。

（7）实现与ATS的接口和有关的交换信息。

（8）系统的自诊断、故障报警、记录。

（9）列车的.实际速度、推荐速度、目标速度、目标距离等信息的记录和显示。具有人工或自动轮径磨耗补偿功能。

2.3 列车自动驾驶子系统（ATO）

ATO子系统是控制列车自动运行的设备，由车载设备和地面设备组成，在ATP系统的保护下，根据ATS的指令实现列车运行的自动驾驶、速度的自动调整、列车车门控制。

（1）自动完成对列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动的控制，以较高的速度进行追踪运行和折返作业，确保达到设计间隔及旅行速度。

（2）在ATS监控范围的入口及各站停车区域（含折返线、停车线）进行车—地通信，将列车有关信息传送至ATS系统，以便于ATS系统对在线列车进行监控。

（3）控制列车按照运行图进行运行，达到节能及自动调整列车运行的目的。

（4）ATO自动驾驶时实现车站站台定点停车控制、舒适度控制及节省能源控制。

（5）能根据停车站台的位置及停车精度，自动地对车门进行控制。

（6）与ATS和ATP结合，实现列车自动驾驶、有人或无人驾驶。

信号ATC系统依据控制方式以及信息传输方式的不同，系统结构组成和配置方式也完全不同，在工程设计中选择何种配置，须根据行车组织、车辆性能、车站规模、线路条件等，以安全性、可靠性为基本原则，兼顾成熟性、经济性、合理性，以发挥最大效能为目标，并需适当考虑先进性等。

三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

2.4联锁系统

在铁路车站上，为了保证机车车辆和列车在进路上的安全，有效利用站内线路， 高效率地指挥行车和调车，改善行车人员的劳动条件，利用机械、电气自动控制和远程控制、计算机等技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系，这种关系称为联锁。为完成联锁关系而安装的技术设备称为联锁设备。

（1）联锁的基本内容

防止建立会导致机车车辆相互冲突的进路；必须使列车或调车车列经过的所有道岔均锁闭在与进路开通方向相符合的位置；必须使信号机的显示与所建立的进路相符合。进路上各区段空闲时才能开放信号；进路上有关道岔在规定位置时才开放信号；敌对信号未关闭时，防护该进路的信号机不能开放。同时这三点也是联锁最基本的三个个技术条件，只有在满足了这三点条件，联锁才能成立，列车进路与调车进路才能安全进行。

（2）联锁设备

控制车站的道岔、进路和信号机，并实现它们之间的联锁关系的设备，称之为联锁设备。联锁设备是轨道交通的重要信号设备，用来在车站和车辆段实现联锁闭塞关系，建立进路，控制道岔的转换和信号机的开关，以及进路解锁，以保证行车安全。联锁设备分为正线车站联锁设备合车辆段联锁设备。联锁设备早期为机械联锁，后来发展成为继电器集中联锁。随着3C技术的快速发展，计算机联锁已经成为联锁设备的主要发展方向。

三、结 论

城市轨道交通信号系统是技术含量高，行车指挥自动化和保障安全的重要技术装备，就现在我国的情况而言，城市轨道交通是人们普遍会选择的交通出行方式，安全是我们首要考虑的问题，就目前而言，我国在世界的大发展中还是处于较为落后的局面。对我国城市轨道交通现代信号国产化进程滞后的现状，必须引起高度关注，尽快提高我国信号装备的技术水平，取长补短，吸取国外先进经验，发展具有中国特色的城市轨道交通现代信号系统，使中国的轨道交通通信信号系统处于国际的前沿。

致 谢

本文是在王静老师的精心指导和支持下完成的，所以首先要感谢我的论文老师王静。通过老师的精心指导以及我这一阶段的努力，我的毕业论文《浅谈城市轨道交通通信系统》终于完成了，这同时也意味着大学三年的生活即将结束。

在大学阶段我在学习上和思想上都受益非浅这除了自身的努力外与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中我的导师王静老师倾注了大量的心血从选题到开题报告从写作提纲到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题严格把关循循善诱在此我表示衷心感谢。同时感谢我的爸爸妈妈焉得谖草言树之背养育之恩无以回报你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际我的心情无法平静从开始进入课题到论文的顺利完成有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助在这里请接受我诚挚谢意。

参 考 文 献

〔1〕肖宝弟。 对我国城市轨道交通信号系统发展战略的思考。 [J]。现代城市轨道交通 , 2004

〔2〕何蕾 。 城市轨道交通运营管理。[M]。北京：中国铁道出版社 ，2007

〔3〕徐金祥。 城市轨道交通信号基础。[M]。北京：中国铁道出版社 ，2014

〔4〕颜景林 。城市轨道交通设备。[M]。成都：中国铁道出版社 ，2004

〔5〕吕永宏 。刘红燕 。3种城市轨道交通控制系统。[J]。甘肃科技：，2008

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〔8〕林瑜筠 。城市轨道交通信号设备。[M]。北京：中国铁道出版社 ，2006

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〔10〕赵祎 。地铁CBTC信号系统。〔DB/OL〕2010

〔11〕蔡爱华 季锦章 。地铁信号系统的现状及发展趋势。电子工程师。[J]2000