法国高速铁路通信信号技术.doc

7.4 法国高速铁路专用通信系统 法国高速铁路专用通信系统主要包括：
(1)区段数据通信
高速铁路设有综合调度中心，在车站信号室内有调度集中分机，在工务、电务、机务、水电维修部门也设有分机或控制终端，在各牵引变电所—分区亭设有电力遥控终端。他们之间通过主干传输系统提供数字通道互联，形成专用通信。
上述调度系统专用的数据通信再加上传统的调度电话业务和图像业务综合成区段通信。高速铁路区段通信采用现代数据通信技术(如IP技术、VPN技术等)，实现多媒体业务无疑是最佳选择。
(2)区间通信(区间光环用户环路)
高速铁路站间距一般可达20～70km，区间通信更为必要，主要包括：
①车站信号室间、车站信号室与区间信号室间或区间信号室间列控安全数据传输；
②区段联锁系统主站与相邻从站或区间渡线控制点间的安全数据传输；
③天气、地震、线路安全监测站与车站终端的数据传输；
④列车轴温监测站数据传输；
⑤电力遥控终端数据传输；
⑥区间公务人员及应急抢险通信；
⑦常设线路监视系统及救灾监视用图像传输；
⑧通信、信号维护用通信通道等。
采用光纤用户环路再配合光纤/射频传输系统，可以很好地解决区间通信的问题。
(3)高速列车无线数据通信
实现高速列车与地面的无线数据传输将有利于高速铁路的行车安全、运输管理、旅客服务。可能的业务有：
①文本方式的调度命令；
②车次号、列车速度，列车位置核查；
③列车运行时的安全状态；
④车辆维修信息；
⑤旅客服务信息等。
(4)专用基础网络
近年开发了信号专用光纤网，把联锁和列控系统、列控系统各信号室设备之间、联锁系统主站与分站间、以及CTC各系统之间用网络联系起来，称为CTC—LAN、EL—LAN和ATC—LAN。
TGV大西洋线、TGV东南线和法国其他高速线所用的传输媒体几乎相同，现描述如下。
7.4.1 干线通信电缆
法国高速铁路干线电缆采用综合光缆结构，内含4根单模光纤，42个对称四芯组（0.8mm铜线），分布在6个芯线束中，每个芯线束中含有7个四芯组，其结构如图2—7—15。
〖ＴＰＴＩＥＴ２７１５，＋５３ｍｍ。１１１ｍｍ，ＢＰ，ＤＹ＃〗图2—7—15 TGV大西洋通信电缆断面图 (1)单模光纤
单模光纤供多路复用系统使用，利用4根单模光纤中的2根，开通专门设计的140Mbit/s1920路TN4数字系统；４根光纤被放置在6个螺槽塑料芯的4个之中，槽内填有以硅为基材的凝胶，以便防潮。每根光纤至少比槽长3‰，以便光纤插入后有允许的铺设余量，即光缆可以在此6　０00N大的拉力下对光纤不会有任何损害。
(2)对称四芯组
星形四芯组中除部分高频四芯组外，其余大部分均进行加感，大约每隔1　500m左右加入88mH的加感线圈，介于轻加感与重加感之间，用来改善音频线的传输电气特性。为了保证音频电话质量，TGV大西洋线平均35km设置一个音频放大（增音）中心，其位置放在路旁的继电器箱内，全线共设有6个放大中心。对称四芯组的缆芯为直径0.8mm的铜线，每个四芯组有两个50nF/km的电容电路。导线用两层塑料绝缘，一层为蜂窝状聚乙烯，另一层是高密度聚乙烯薄层，铜导线周围用硅脂胶环绕，以防潮气侵入电缆后使电路特性改变。电缆还用粘在大于1.5mm厚的聚乙烯护套上的薄铝带（铝+聚乙烯）保护，以防潮气进入。
(3)再生中继
在路旁信号箱或中间联锁装置处，设有再生中继，再生中继之间的最大距离为27km（直线上可更长一些），在巴黎至图尔间共有12个再生中继，装备有供解调和音频转换的设施。
(4)热轴探测器系统
这是一个自动红外线测温网，法国TGV高速铁路在沿线每25km设测轴温的检测点，列车通过检测点时能自动地探查轴温情况，采集的数据经地面信道传送给中心由计算机集中处理；它除了起到发生事故的热轴探测器作用外，该系统还能实时向维修部门提供非常有用的关于轴箱温度发生不正常改变的预防性数据。
有关通信电缆电路配置示于图2—7—16。
7.4.2 运输调度通信
运输调度电话采用共线方式（Party line），即在一个区段内所有电话机均并联在运输调度专用电路上，采用威斯坦码以1 024Hz音频进行呼叫。威斯坦码的组合码相当于一组三脉冲群，脉冲群的总数为常数，其分布则可选择所需的电话（如图2—7—17所示）。
此种电话系统与我国过去的音频选号调度或各站选号电话系统相类似，通常称之为集中选择联结方式，用于中央调度台和线路台之间的呼叫，个别呼叫、群呼叫（同时呼叫所有接入的台站）是通过中央调度台来实现的。线路台向中央调度台的呼叫是口头进行的（摘下话筒，压下话筒交流发生器踏板，〖ＴＰＴＩＥＴ２７１６，＋７５ｍｍ。１２２ｍｍ，Ｘ，ＢＰ，ＤＹ＃〗图2—7—16 TGV大西洋线通信电缆电路配置图即可与中央调度台联系）。每位处理此类通信的调度员（或助理调度员）均有一个供发送呼叫用的12个键的十进制键盘，每个线路台由一个两位数字码来辨别，呼叫指示器装在键盘上，当发送装置失灵时，可使用备用呼叫装置，还可使用程控电话或无线调度电话。
除运输调度通信外，还有牵引告警通信和维护通信，它们都是含有中央调度台的发送呼叫装置，总是由铁路沿线的电话机直接到中央调度台，采用四线方式来实现告警和维护通信。
〖ＴＰＴＩＥＴ２７１７，＋７０ｍｍ。１２２ｍｍ，ＢＰ＃〗图2—7—17 威斯坦码组合图解 7.4.3 无线通信系统
(1)TGV东南线的无线通信系统
地面与列车的无线通信，用来供司机与调度员之间的联络、无线告警和紧急制动的告警识别信号使用。通过无线告警设备可向列车进行呼叫，并发出告警信号，直至司机开始动作为止；紧急制动的告警识别信号能自动地发出司机出现疏忽的信号。
上述3种通信均由同一条话路进行传输，通过这条话路将中央调度台和沿线各固定（基站）台联结起来；各固定台承担每个无线区域的无线发送和接收，每个固定台均有二位数字呼叫编码；光学控制板（也称为备用的T.C.O，全称为法文Tablean　de　cantrole　optigue），用来检查地面与列车相对应的无线区段电路是否工作正常。地面与列车无线电路的信号被捕捉后，就启动磁带记录器，以记录当时的通话。其原理示于图２—7—18。
①中央调度台进行呼叫
〖ＴＰＴＩＥＴ２７１８，＋５５ｍｍ。９６ｍｍ，Ｘ，ＢＰ＃〗图2—7—18 列车无线通信原理图 根据与有线调度通信相似的威斯坦联合码原理，使用1　024Hz音频传送呼叫。此时，调度员（或助理调度员）使用12个键的十进制键盘拨无线区域号码来发出呼叫。同样，调度员通过动作相应的按钮来捕捉来自区段的呼叫。
②沿线台呼叫中央调度台
除了与发出呼叫区域有关的信号灯（设置在备用板上）显示“亮灯”以外，无线通信呼叫的接收和有线调度通信方式相同；固定台的辨别和所接收的呼叫类型，即无线电话呼叫、无线告警呼叫或紧急制动的告警呼叫，都是通过频率信号区分的。
沿线固定台在电路上能发送：
ａ.无线电话呼叫频率F1（低频480Hz、1 380Hz）； ｂ.无线告警呼叫频率F2（高频1 440Hz、2 340Hz）；
ｃ.紧急制动告警信号频率F1+F2。
F1和F2频率在各个台之间是不同的，以使中央调度台能识别它们。
③调度室与固定台的持续联系
只要中央调度台在地面与列车无线信道上发送1 960Hz的频率信号，固定台的无线设备就一直在工作（保持双向联系）。最终由调度员决定何时把已建立的联系中断。有关运输调度员操作台如图2—7—19所示。
有关调度分机（沿线固定台）控制台示于图２—7—20。
④试验检测装置〖ＴＰＴＩＥＴ２７１９，＋８７ｍｍ。１００ｍｍ，ＢＰ，ＤＹ＃〗图2—7—19 运输调度员操作台简图 位于备用光学控制板上的按钮可使调度员（或助理调度员、操作者）检验固定台、中央调度台的地面和列车上的无线设备，并检测铁路沿线通信设备的工作是否正常。
检验过程如下：
a.调度员按下所需要的固定台检验按钮；
b.用6条有线成对电路发送试验的威斯坦联合码；
c.固定台通过发送以下信号进行回答：
在接收线对上，发送2 280Hz的频率信号；
在6条有线电路的信号线对上，发送F1和F2特定频率信号。
(2)TGV大西洋线的无线通信系统
与TGV东南线一样，TGV大西洋线的无线系统也采用400MHz（450/470MHz）系列，有以下一些区别：
a.与东南高速线相比较，由于强化了计算机的应用，使容纳供操作（调度）人员操作的设备空间可以更小。
b.调度室已重新设计，加设了多个视频显示器，当数据经由传输系统（从地面向列车）发送时，各车载移动装置是由它们在显示屏上的号码来识别的。
c.调度中心与司机间的通信，地面至列车的无线系统均增加了数据传输功能设计，以便在同一个数据载波设备上，灵活使用压扩时分多路复用方式，可同时发送数据和话音。
d.扩大了数据传输的应用范围，数传设备也具备了适应多种业务应用的需求，从列车准备工作的遥控、存储和远程写入，到传递监视主要列车部件的实时系统。
e.增加了旅客电话新设备。
f.保留了线路修建时的施工无线通信系统；新设大西洋线15km隧道LCX（漏泄同轴）和宽带中继器等。
①地面至列车的无线通信
〖ＴＰＴＩＥＴ２７２０，＋６２ｍｍ。９７ｍｍ，ＢＰ，ＤＹ＃〗图2—7—20 调度分机控制台简图 TGV大西洋线地面与列车的无线通信网示于图2—7—21。
〖ＴＰＴＩＥＴ２７２１，＋６４ｍｍ。７０ｍｍ，ＢＰ＃〗图2—7—21 地面与列车无线通信（含数据传输）系统示意图此外，新建大西洋线施工现场装有无线通信链路，它是一个在高处装设的中继系统，在线路主要部分竣工后，现场继续保留该无线系统，用它作为备用和维修手段。
TGV大西洋的移动台通过快速有效的网络，联结到车载计算机系统，路旁电台与本区域内的TGV列车相互联系，并与车上移动无线台对话；联结地面各无线电台和职能中心（车站、车间等）为多点结构，用专用通信接口实现用户之间的对话。有关通信接口示于图2—7—22。
〖ＴＰＴＩＥＴ２７２２，＋４４ｍｍ。６９ｍｍ，ＢＰ＃〗图2—7—22 通信接口示意图由图可见，主要通信接口有：
a.司机用的通信接口；
b.列车乘务员用的通信接口；
c.供运营和维修人员用的通信接口；
d.旅客通信接口：这个接口是独特的，它主要由设在每个车辆上（在车辆的联结走廊中，外面两个和里面一个）的列车到达指示器所组成，其液晶显示器可示出：列车的车次号和列车名称、车辆的编号、终到站、中途停站名等；
列车乘务员也可用联结走廊的显示器传送100个字符以内的任何类型的信息。
此外，还有告警信号也通过此接口，如果旅客在列车编组任何地方告警，司机室内就有告警音响，并在司机控制台显示车辆号码；也给整个列车触发一种音响信号，以通知列车员，并在每节车辆的设备上显示出告警车辆的编号。安装在车辆设备架中的电子盒能被激活（activated），以取代列车广播系统。
②旅客无线通信
在TGV大西洋线，旅客可以经过名为Radiocom2000的公用蜂窝式无线网，与公用电话网上的24对用户通电话，这是法铁充分利用国家既有通信资源，使铁路无线专用网与国家无线公用网相兼容所取得的成果。
③强化了原TGV东南线的无线通话功能
在TGV东南线，无论何时设在信号箱内或车站上的固定无线通信站、列车无线台及手提式无线通信设备之间，利用基地无线通信站的转播功能均可以通话；TGV大西洋线除保留此功能外，在设备小型化、轻量化以及功能方面都有加强和改善。
7.4.4 车载通信网
TGV高速列车上有一个完善的内部通信网，列车上的所有计算机和数字处理器，都经由它收集和交换数据。车载大约39个处理机的数据流，则以同步方式有序地传送。该车载内部通信网具有以下特点：
(1)精确的定时控制
由统一的计算机来负责处理数据内部交换的定时控制，并且以数据包的形式有序地送至网内的各装置。
(2)环形结构
为了防止网路上设备发生故障，或传递信息的链路出现中断或短路以确保网络的可靠性而采用了环形结构，一旦出现故障，此种环形结构可重新组合成有双向收、发的总线；这和法国TGV高速铁路沿线电缆系统配置所采用的结构一致。
(3)网络具有可扩充性
TGV大西洋列车组单个或成对编组运用。当两个列车组挂接在一起时，它可以打开每个列车组上两个独立的网路，并把它们联结在一起，以构成单一的车载网路。
(4)采用了HDB3传输码型
为防止铁路环境的电磁干扰和振动影响，TGV大西洋采用了高密度双极性3码型。理论分析表明，该码型是一种窄频谱线码，能量相对比较集中，定时提取也十分方便，具有较好的抗干扰性能。
(5)采用大规模集成电路
为保障设备重量轻、体积小和耗电省，采用了大规模集成电路，选用的是HCMOS（高密度互补金属氧化物半导体器件）军用逻辑门阵列电路的集成电路。
(6)按HDLC帧结构同步方式发送信息
高级数据链路控制规程HDLC（High Data Link Control）是ISO的标准。分组交换网所使用的X.25规程，仅仅是HDLC中的一个子集（LAMP—B），两者的重要区别之一是：X.25规程中的地址字段为2bit，而HDLC的地址字段可以扩展，对无线组网时要求地址较多的车载通信网十分方便。有关信息格式如表2—7—5所示。
由表可见，法国铁路利用HDLC规程，但又不完全一致，而是根据其实际需要来灵活使用。表2—7—5 每个信息组构成HDLC的帧结构
〖ＢＨＤＦＧ３，ＷＫ７，Ｋ７。３，Ｋ８。３Ｗ〗消息开始收信人消息形式发送器地址信 息误码检验消息终止8ｂｉｔ8ｂｉｔ8ｂｉｔ8ｂｉｔ最大120字16ｂｉｔ8ｂｉｔ7.5 高、中速信号设备兼容技术 铁路信号系统的结构与配置取决于运输组织。就高速铁路来讲，有3种运输组织模式：一是普通列车与高速列车在高速线上混跑，这是意大利和德国高速线的情况。二是将高速旅客动车组延伸到普通线路上去，这是法国的模式。三是高速线上只跑停站不同的高速列车，运输组织与其他线路完全分开，这就是日本新干线高速铁路的模式。
TGV列车在普通线路上运行，速度只能按既有线具体情况考虑，通常为160～220km/h。以TGV东南线为例，全长417km，但包括延伸到普通线路的TGV列车通达里程达到2 560km；大西洋线全长280km，而包括延伸的高速列车通达里程达到2 380km；这种运输组织模式对缩短旅行时间和吸引客流具有明显的好处。
在考察了世界各国高速铁路的运营情况之后可以发现，几乎大部分高速铁路均组织混跑，法国TGV高速线虽是客运专线，但TGV高速列车也延伸至普通线路运行；法国为韩国设计的高速线，也考虑了混跑的需求。
(1)法国TGV高速线出入口信号设置
假定普通列车的最高允许速度不超过160km/h（中速），并且在区段内安装有自动闭塞传统制式的色灯信号，那么不大于160km/h速度的普通列车司机应按地面信号来驾驶运行。TGV线路列车的驾驶应按速差式机车信号来进行。在高速线路与常规线路相连之处要建立速差式机车信号与色灯信号系统之间的过渡区。在进入和驶出TGV高速线路的过渡区的前“过渡点”与后“过渡点”，要设置进入或驶出TGV线路的点式信息传输设备，以使能及时打开或关闭TGV机车信号。列车进入和驶出TGV高速线的速度控制及信号系统（含点式信号）的配置，分别示于图2—7—23和图2—7—24。
〖ＴＰＴＩＥＴ２７２３，＋３０ｍｍ。６８ｍｍ，ＢＰ＃〗图2—7—23 列车进入TGV线路
Ar—进入TGV线路信息定点传输设备；
v—速度，km/h；
LBA—色灯信号控制的最后一个闭塞分区；
EBA—使用机车信号的TGV线路的第一个闭塞分区；
KS—传统信号系统的色灯信号机；
S—带有TGV字样的信号标记，或其他意义。(2)法国铁路为韩国汉城—釜山线设计的混跑信号配置方案
韩国这条高速线路是引进法国TGV高速线TVM430系统，为了适应韩国的特殊要求，特将TVM430做了适当的修改。
〖ＴＰＴＩＥＴ２７２４，＋４２ｍｍ。７０ｍｍ，ＢＰ＃〗图2—7—24 列车驶出TGV线路(单位：km/h)
FS—带有“TGV结束”字样的信号标记；
DE—驶出TGV线路信号的定点传输装置；
VL—允许以最高速度运行；
VA—提醒下一个色灯信号机是关闭显示，或者是其他意义。①考虑到韩国的牵引电力系统频率为60Hz，因此将上下行轨道电路的载频选择进行了调整：
轨道Ⅰ(下行线) 2　040Hz 2　760Hz 2　040Hz 2　760Hz
轨道Ⅱ(上行线) 2　400Hz 3　120Hz 2　400Hz 2　130Hz
27bit编码分配不变，仍然是：
6bit用于校验（核）码；
4bit用来传输16种坡度；
6bit用于64种距离的传输；
8bit用于256种可能的速度组合的传输；
3bit用于8种可能的操作方式等。
②根据韩国既有信号的具体情况，对TVM的信息做了必要的调整，以便与现存信号相适应。有关现存信号与TVM信息间的对比，示于表2—7—6。
③进入高速线和离开高速线的过渡区示意图如图2—7—25和图2—7—26所示。
在图2—7—25中，在LGV相对于TGV高速的普通列车进入方向，TVM430必须递送大量供路旁信号使用的ATC系统与既有线关联的命令。
在图2—7—26中，在LGV离开方向，接存既有线路侧的有关信号指示（或许通过自动停车系统传递），以便TVM系统利用。
在上述两种情况下，其目标是从一种类型的信号过渡到另一种类型，应保证信号相互间的连续性。
表2—7—6 韩国既有信号与TVM信息的对比图〖ＢＨＤＦＧ１６／７，ＷＫ１６，Ｋ１０，ＳＫ１６，Ｋ１０Ｗ〗既有信号TVM信息既有信号TVM信息〖ＢＨＤＧ１６／７，ＷＫ５，Ｋ１１，Ｋ５。２，ＳＫ５，Ｋ１１，Ｋ５。２Ｗ〗信号方式自动停车速度控制VcTVM信号方式自动停车速度控制VcTVM〖ＢＨＤＧ３２，ＷＫ２６，ＳＫ２６Ｗ〗〖ＢＨＤＧ１５２，ＷＫ５，Ｋ１１，Ｋ５。２Ｗ〗G(绿)150km/h300V270V270A230A230E170A170E130A110A100A90A80A170
170
170
170
170
170YG（黄绿）105km/h130E
110A
110E
100A
100A
90A
90A
80A
80A
60A（1）
60A
60A
30A（1）１３０１３０１１０１３０１１０１３０１１０１３０１１０１７０１３０１１０１７０〖ＢＨＤＧ６４，ＷＫ５，Ｋ１１，Ｋ５。２Ｗ〗YG（黄绿）105km/h30A
30A
0（1）
0
0１３０１１０１７０１３０１１０T(黄)65km/h90A
90E
80A
80A
80E
60A
60A
60A
30A
30A
30A
0
0
0１００９０１００９０８０１００９０８０１００９０８０１００９０８０YY(黄黄)25km/h60E
30A
30E
0
0６０６０３０６０30R(红)0km/hR0 注：表中有（1）的信息，是通过信号的YG方式进行预告，来对司机告警。
〖ＴＰＴＩＥＴ２７２５，＋６０ｍｍ。７０ｍｍ，ＢＰ＃〗图2—7—25 进入高速线(单位：km/h)〖ＴＰＴＩＥＴ２７２６，＋６０ｍｍ。７０ｍｍ，ＢＰ＃〗图２—7—26 离开高速线(单位：km/h)7.6 法国TGV高速铁路在通信信号方面的特点 法国TGV高速铁路在通信信号等方面的特点有：
(1)法国采用“人控优先”的控制原则。列车正常运行由司机驾驶，只有在司机失误并可能出现危险的情况下列控设备才强迫列车制动。法国铁路认为这种人机关系有利于发挥司机的技术能力，加强其责任感。日本新干线ATC系统采用“设备优先”的控制原则。列车减速一般由设备完成，当列车速度减到３０ｋｍ／ｈ以下需要在车站停车时，才需要由司机操纵以保证列车停在正确位置。
列控设备制动后，当列车速度低于目标速度后只给出允许缓解的表示，由司机进行缓解操作。日本新干线ATC当列车速度低于目标速度后自动缓解，这种方式要求列车制动系统连续多次制动后制动力不衰竭。
(2)为确保高速列车的运行安全，以“人控优先”为原则，广泛采用了冗余（多重）技术，发送设备双套，而接收设备也是双套，但采取双套接收系统比较后相互一致才输出。在技术实施上是将一路输出传送至二路输入，进行比较后再输出。
(3)轨道电路内传送的ATC信息，经信源编码和调制后，在发送侧经富氏变换处理后，再进行发送；在接收侧，车载接收系统采用快速富氏变换进行接收，即采用了频谱识别技术，来确认不同的信息。
(4)法国高速铁路站间距长，每隔25～30km设置了区间渡线。法国列控系统具有完善的区间渡线安全防护功能，在特殊情况下允许列车像单线自动闭塞那样组织反向行车。
(5)法铁十分注重工程实际需求，他们认为：工程与科研密切相关，但又有所区别，满足工程设计和使用方便是首要的问题。因此，他们的综合调度中心无论在房屋建筑空间方面，还是在设备配置上均没有日本铁路那么“富丽壮观”。
(6)重视既有系统的充分利用，也是法铁的独特之处。以TGV高速线无线系统来说法国采用450～470MHz系统，并采用多种措施，使铁路无线与法国国家公用无线网相兼容，实现了旅客与公用电话用户直接进行通话。
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