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1、 数字信息化数字信息化查询查询/应应答系答系统统 专题专题可行性研究可行性研究报报告告专题编号：专题名称：数字化信息化查询/应答器系统承担单位：沈阳铁路信号工厂起始时间：2004 年 2 月-2006 年 12 月验收时间：2006 年 12 月2数字信息化数字信息化查询查询/应应答系答系统统 可行性研究可行性研究报报告告1 项目综述2 目的、意义3 国内外技术现状、发展趋势及市场需求分析4 与项目有关的前期工作情况、国内现有的工作基础5 项目攻关总体目标、考核指标6 主要研究内容、技术关键、创新点及实施的技术方案7 项目任务分解、专题设置及承担单位选择方式8 计划进度安排及年度考核指标9 项
2、目经费总预算、年度预算、来源渠道及支出情况10 项目的组织管理措施11 预期攻关成果及经济、社会效益和市场风险分析12 附件31 项项目目综综述述1.1 问题问题的提出的提出我国现有铁路总长 6 万余公里，牵引机车 5000 余台，编组旅客列车 3200 余列。近年来通过国家几次大规模投资改造，设备较为先进，但仍显得运力不足，不能满足日益增长的国民经济发展的需要。仅举“春运”高峰为例，沈阳北站日接送旅客 20 万人次，北京站日接送旅客 40 万人次，尽管铁路部门采取了应急措施，但仍有大批旅客滞留，甚至一些旅客提前 10 天买不到火车票。影响铁路运输的瓶瓶颈颈究竟在哪里？一句话，就是现代化信息技
3、术没有较好地在铁路运输中得到推广应用。1.2 影响影响铁铁路运路运输输效率的主要因素效率的主要因素人们常用“多拉快跑、当好先行”一词来描述铁路在国民经济发展中的重要地位。多拉快跑是提高现有铁路运输效率的唯一方法。但多拉快跑和行车安全构成矛盾。近 5 年来中国铁路（旅客列车）经过二次大规模提速，由过去的平均 60 km/h，分别提到 90 km/h、120 km/h（个别路段达 160 km/h），近期正在酝酿提速到 160km/h240 km/h。当列车时速超过 160 km/h 时，紧急制动距离需要 4km8 km才能保证停稳列车。可见列车提速后，安全问题将上升为主要矛盾。因此应用信息化技术
4、控制行车（含调度列车），提高控制列车的智能化水平（ATP 自动驾驶），减少人为干预，迫4在眉睫。目前影响运输效率的主要因素有如下几点：(1)尽管现有机车都安装了机车信号、无线列调、运行监控记录器等安全设备，但由于机车与地面之间不能实时有效的进行信息沟通，地面的线路数据、车站的调度命令等信息不能及时传向机车，机车因缺少地面数据支持不能实现自动驾驶。而人工驾驶高速列车，出现事故的概率很大，国内外事故资料统计表明，由于疲劳驾驶、放松警惕、错误操纵等原因造成的恶性事故，占总事故率的 70%。(2) 目前列车进站不能自动识别进路条件，完全被动地依赖于道岔的动向（司机心里没底），容易造成列车冒出信号机事故
5、。(3) 因信息传递不畅，各路局及铁道部不能实时的统一调度列车。1.3 研研发发数字信息化数字信息化查询查询/应应答系答系统统是提高运是提高运输输效率的主要效率的主要方法方法数字信息化查询/应答系统是一种新型点式大容量信息传递装置，应用在铁路上以解决机车与地面之间的通信，确保行车安全、提高运输效率。该系统主要由车载查询主机（嵌入式车载计算机）、机车天线及安装在地面的无源固定应答器(简称地面应答器)和地面可变应答器、车站编码器等设备共同组成。5其简要工作原理如下：车载查询主机通过机车天线向地面辐射电磁能量，当机车驶过地面应答器时， ，地面应答器接收电磁能量建立电源，并将地面数据通过无线方式传向机
6、车；机车天线收到地面信号后经过查询主机解调译码，最后将数据信息传送给列车控制系统(简称列控)，再由列控计算机生成控制列车运行的速度模式曲线，达到自动驾驶列车的目的（简称 ATP 系统）。地面固定应答器的主要功能是传递定点定位信息，和向机车传递大量的固定信息，如：线路参数、公里标、坡道、弯道、桥梁、隧道、限速值、限速距离等等。地面可变应答器可受车站调度中心控制，向机车提供随机的信息，如：列车进站股道号、地面信号机显示、车站调度命令等等。可变应答器还可实现车对地（地对车）的双方向信息传输，将车上的车次号、牵引状况等信息下载到地面车站，并送往路局及铁道部指挥中心。综上所述，要想提高运输效率、确保行车
7、安全，就要充分应用信息化技术提高设备的智能化控车能力，减少人为干预。在国外大部分发达国家是以设备控车为主，司机驾驶为辅。要提高智能化控车水平的技术关键，就是要在高速移动的列车与地面之间建立可靠的信息传递系统（即数字信息化查询/应答器系统），这就是本文要研究的主要内容。我们相信，随着数字信息化查询/应答器系统的研发及应6用，中国铁路的现代化建设，将进入一个崭新的局面，在近期内就可获得较好的经济效益和社会效益，应用信息化技术将迎来第三次铁路大提速，将进一步推进铁路跨越式大发展。2 目的、意目的、意义义2.1 研制数字信息化查询/应答系统的主要目的，就是要解决机车与地面之间的通信，提高列控系统的智能
8、化控车能力(ATP)，确保行车安全，提高运输效率。(1)向机车提供大量的固定线路信息及定点定位信息；(2)向机车提供大量的可变信息、随机的调度命令； (3)机车的牵引信息下载到地面车站，再通过 DMIS 数据平台传向路局和铁道部调度中心。2.2 研制该系统的主要意义是：实现列车自动运行控制，减少人为干预，确保行车安全、提高运输效率。(1) 允许列车时速 200 km/h350km/h,实现 ATP 自动驾驶;(2) 实现列车自动追综运行控制和管理，保证行车安全;(3) 铁道部和各路局可统一调度指挥列车。提高运输效率、确保行车安全不仅会带来巨大的经济效益，还将带来不可估量的社会效益，特别是在列车
9、不断提速的条件下，安全问题更显得尤为重要。3 国内外技国内外技术现术现状、状、发发展展趋势趋势及市及市场场需求分析需求分析73.1 国外情况国外情况在国外特别是欧洲，地面与机车之间的信息传递方式主要是靠点式查询/应答器系统来完成的，近而实现了 ATP 列车自动运行控制，列车时速达到 300km/h 以上。查询/应答器方案，最早由瑞典铁路提出，于 80 年代初期开始研制使用。由于采用编码方案，其信息量大，又因为地面应答器是无源的，只有机车驶过时才启动工作，所以抗干扰性强。继瑞典之后，德国、荷兰、日本、法国等都相继采用了这种查询/应答器方式作为地面机车的信息传送方式。瑞典铁路的点式应答器系统，信息
10、量为 32 位，传输速率 50Kit/s，能量频率：27MHz，信息载频: 4.5MHz，调制方式：调幅 ASK，应答器尺寸: 540mm500mm25mm，安装在两条钢轨中间；1996 年欧洲铁路为了实现跨国交通，提高运输效率，统一了点式应答器的技术标准。3.2 国内情况国内情况中国铁路与欧洲铁路略有不同，地面与机车的信息传递方式主要是靠连续式轨道电路来完成的，这种轨道电路方式能使列车获得连续的信息，但在钢轨上只能传递较低频的模拟信号，故信息量严重不足，不能实现信息化技术传输，而且对于曲线、坡道、弯道、道岔等限速点不能给出限速信息。8因而只有补充点式应答器系统才能更为完善，才能适应列控系统的
11、发展，才能满足列车提速的要求。铁科院于 1987 年开始研究查询/应答器系统，但至今仍存在信息量小、作用距离近的缺点，仍在试验。沈阳铁路信号工厂从 1991 年开始研制查询/应答器系统，1994 年 4 在铁科院环形铁道通过时速 182Km/h 的运行试验。后来又将样机安装在京沪线试运行，取得了初步满意的效果，积累了丰富的经验。在 2000 年以前铁道部在制定技术政策时， 没有把查询/应答器项目列为重点进行支持和投入，其原因是个别领导考虑到国情，怕在路面上安装器材存在丢失和防盗等问题，故在一段时间内迫使研发工作停止。但是，自 1997 年 4 月 1 日，中国铁路第一次提速后，1998 年进行
12、第二次大面积提速，2000 年 10 月又进行了第三次提速，一次次提速后，铁路信号对超速防护、列控技术更新换代的要求越来越迫切，沈信通过大量的市场调研与技术分析，认定查询应答技术，未来一定有较大的发展空间，2000 年作为技术储备项目又恢复了对查询应答技术的研发。目前铁路第五次提速迫在眉睫，而作为京沪高速铁路试验段的秦沈客运专线，采用了西门子的查询应答子系统，铁道部也组织专家多次论证，运用查询应答技术配合超防和列控方案已取得共识。2003 年铁道部把开发数字大信息量查询9/应答系统列为重点，并明确规定，列车运行速度超过160km/h 时，必须使用带有查询/应答系统的列控设备。因此，沈信近十年在
13、该领域的技术研发与储备到了开花结果的时候，2003 年下半年，我们又进一步加强了该项目的研发力度，并结合铁路跨越式发展，更加明确了研发目标。 4 与与项项目有关的前期工作情况、国内目有关的前期工作情况、国内现现有的工作基有的工作基础础4.1 前期研究工作基前期研究工作基础础沈信从 1991 年开始探讨研制该项目,具有一定的技术基础和物资基础。94 年第一批工艺样机通过“京九线专家测试组审查”，94 年 4 月通过 182km/h 准高速试验。96 年作为超速防护子系统获国家“八五”科技攻关项目重大成果特别奖。后来由于铁道部技术政策调整。项目暂停。2000 年重新启动后又研制了新一代数字信息化查
14、询/应答系统。该系统随设计院“新定位技术驼峰无线机车信号系统”及南昌局研制的“DKJ-2000 调车监控作业系统”通过部鉴定。目前设备在北京局、上海局、南昌局开通使用，而且推广速度较快。2003 年底，韩国和平株式会社对沈信现有的查询/应答系统产生浓厚兴趣，双方计划合作进入韩国铁路，目前样机已通过该公司的试验室测试，准备进入韩国铁路上道试验。伊朗铁路也拟采用该系统，目前沈信正就有关细节和对方磋商。104.2 国内国内现现有的工作基有的工作基础础沈阳铁路信号工厂，是研发和生产铁路器材的专业工厂，科研人员具有丰富的研发经验和极强的设计能力，查询/应答系统历经十多年的研发，一代产品在驼峰和调车场已推
15、广使用，适应高速铁路的新型数字信息化查询/应答系统沈信也做了大量的前期研发，设计方案已经过铁道部专家多次论证。目前各项研发工作正顺利进行。沈信电子产品设计生产能力经过近十年的培养与磨练，在中国铁路已得到广泛认可，目前是铁道部计算机联锁、微机监测、移频自动闭塞等多个电子产品生产加工基地，产品受到用户普遍好评。5 项项目攻关目攻关总总体目体目标标、考核指、考核指标标数字信息化查询/应答系统的总体目标是实现机车与地面之间的双向数据通信功能。5.1 系系统统的主要技的主要技术术条件如下：条件如下：a) 信息量（一帧报文长度）5121024 位；b) 传输速率：400kbit/s；c) 列车时速350k
16、m/h，信息量为 1024 位;列车时速350km/h，信息量为 512 位；d) 调制方式：采用数字调相 PSK；e) 地面应答器在 300 毫米水、冰、积雪覆盖条件下可靠11工作;f) 系统的 MTBF1106h，地面应答器寿命大于 10 年。5.2 考核指考核指标标考核 5.1 的全部内容。6 主要研究内容、技主要研究内容、技术术关关键键、 、创创新点及新点及实实施的技施的技术术方案方案6.1 主要研究内容主要研究内容 a) 机车查询器；b) 机车天线；c) 地面固定应答器；d) 地面可变应答器；e) 车站编码器。部分设备的外形初样如图 6.1、6.2 所示，部分设备的现场安装如图 6.36.6 所示。固定固定应应答器答器查询查询主机主机机机车车天天线线图 6.1 图 6.2126.2 技技术术关关键键及及创创新点新点6.2.1 技技术术关关键键地面无源固定应答器设备（内部没有电源）是按电感耦合的原理工作的，它完全依赖于机车驶过时，接收机车天线发出的电磁能量而获取电源来工作的。机车与地面应答器作用距离较短（1m），机车与地面应答器作用时间
