试论高速铁路___(通信1503班)

试论高速铁路

一、内容提要

为了满足日益增长的客运和旅客运输服务质量要求,高速铁路建设近年来开始打开。铁路客站是一辆客运火车交通枢纽还原、提供安全、舒适、便捷的服务,其主要目标是旅客,这是最重要的层面之一铁路运输。本文从系统构成、系统功能，技术，组成等多方面进行了分析。

二、关键

1>中国高速铁路概况与未来发展

2>高速铁路线路

3>高速铁路车站

4>高速铁路公司动车组

5>高速铁路信号技术

6>GSM-R 无线通信技术

7>高速铁路牵引供电系统

8>高速铁路行车组织

一、中国高速铁路概况与未来发展

中国的高速铁路的建设始于1999年所兴建的秦沈客运专线。经过10多年的高速铁路建设和对既有铁路的高速化改造，中国目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网。截止2010年10月底，中华人民共和国国内运营时速200公里以上的高速铁路运营里程已经达到7431公里。

我国高速铁路发展规划，是2004年经国务院批准的《中长期铁路网规划》确定的。2008 年，国家根据我国综合交通体系建设的需要，对《中长期铁路网规划》进行了调整。目前，中国是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。

一、中国高速铁路的创新为实现建设世界一流高速铁路的宏伟目标，中国铁路大力推进体制创新、管理创新、技术创新。中国铁路在体制创新方面，创建了合资建路的崭新模式。铁道部与31个省市自治区签订了加快铁路建设的战略合作协议，新线建设项目基本上都是与地方政府或战略投资者合资，广泛吸引各方面资金投资铁路建设，形成了集全社会之力建高铁、推进铁路现代化的生动局面。中国铁路在管理创新方面，充分发挥我国铁路路网完整、运输集中统一指挥的优势，统筹利用铁路内外的各方面科研力量和人力资源，形成强大合力。在铁路建设中，无论是工程管理部门，还是设计、

施工、监理单位，都协调行动，组织起了强大的工程建设队伍；在技术装备制造中，无论是运营单位，还是制造企业、科研院所，都统一步调，形成了强大的研发制造体系。这种科学高效的管理模式，大大提高了我国高速铁路网建设的效率和效益。中国铁路在技术创新方面，我们瞄准世界最先进水平，把原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新有机结合起来，立足于提高自主创新能力，统一组织，形成一个“拳头”，坚持整个铁路技术创新体系一盘棋，在引进和掌握先进技术的基础上，统一搭建了我国高速铁路的技术平台，走出了一条铁路自主创新的成功之路。我国高速铁路的工程建造技术、高速列车技术、列车控制技术、客站建设技术、系统集成技术、运营维护技术不仅达到了世界先进水平，而且形成了具有自主知识产权的高速铁路成套技术体系。

二、中国高速铁路现状与未来经过几年的不懈努力，目前，中国大陆投入运营的高速铁路已达到6920营业公里。其中，新建时速250～350公里的高速铁路有4044营业公里；既有线提速达到时速200～250公里的高速铁路有2876营业公里。我国高速铁路运营里程居世界第一位。正在建设中的高速铁路有1 万多公里。目前，我国高速铁路运营状况总体很好。

二、高速铁路线路

2004年《中长期铁路网规划》提出，到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，建设高速铁路1.2

万公里以上。

2008年修订的《中长期铁路网规划（2008年调整）》确定到2020年，全国铁路营业里程达到12万公里以上，建设高速铁路1.6万公里以上。

2011年《十二五规划》提出，建成“四纵四横”客运专线，建设城市群城际轨道交通干线，建设兰新铁路第二双线、郑州至重庆等区际干线，基本建成快速铁路网，营业里程达到4.5万公里，基本覆盖50万以上人口城市。

客运专线

其他普速铁路按中长期铁路规划，中国大陆的高速铁路网至少包括了5种类型的线路：“四纵四横”客运专线、城际客运系统、经提速改造后的既有线、完善路网布局和西部开发性新线，以及海峡西岸铁路。

四纵四横

中国大陆“四纵四横”客运专线是指省会城市及大中城市间的长途高速铁路。中国中长期铁路规划中，到2020年中国的四纵四横客运专线网络全长将达到16000公里。

“四纵”客运专线即: 一是北京～上海客运专线,包括蚌埠～合肥、南京～杭州客运专线,贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区;

二是北京～武汉～广州～深圳客运专线,连接华北和华南地区;

三是北京～沈阳～哈尔滨(大连)客运专线,包括锦州～营口客运专线,连接东北和关内地区;

四是上海～杭州～宁波～福州～深圳客运专线,连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。

“四横”客运专线。

一是徐州～郑州～兰州客运专线,连接西北和华东地区;

二是杭州～南昌～长沙～贵阳～昆明客运专线,连接西南、华中和华东地区;

三是青岛～济南～石家庄～太原客运专线,连接华北和华东地区;

四是南京～武汉～重庆～成都客运专线,连接西南和华东地区。城际高铁

以前的城际铁路包括高铁和快铁，《城际铁路设计规划2014年》规定将来的时速不高于200公里，因此将来新建的城际铁路都不属于高铁而属于快铁。

城际客运系统是指建设于各都市圈内部，尤其是人口稠密地区（如环渤海地区、珠江三角洲、长江三角洲等地区）的短途高速铁路，线路长度一般在500公里以下。一部分线路的时速可以达到200～250公里，例如青烟威荣城际铁路，另外一部分线路的时速可以达到350公

里以上，例如京津城际铁路。

西部新线

总体上，中国西部是建设快速铁路为主，建设高速铁路为次。

这些线路是以扩大中国西部铁路网为主，以适应西部地区的经济发展，规划建设的41000公里的高速铁路，主要规划在四川、重庆、广西、甘肃、陕西、新疆等西部省市。这些线路主要为客货混行铁路，也有部分客运专线。由于中国西部地区经济相对落后，而且西南地区四川、重庆、贵州、西藏等省（自治区、直辖市）地理条件复杂导致修筑难度较大，因此建设进度较慢。

三、高速铁路车站

铁路部门办理客、货运输业务和列车技术作业的场所，俗称火车站。按作业性质，一般可分为客运站、货运站和客货运站。按技术作业分为编组站、区段站和中间站。一般车站以一项业务和一项作业为主，兼办其他业务和作业。有的车站同时办理几项主要业务和作业。铁路车站

客运站主要办理售票、行李包裹运送、随身携带品寄存、旅客上下车等客运业务，以及旅客列车终到、始发、技术检查等行车工作和客车整备等作业。客运站的主要设备有:站房、站台、到发线等。办理大量始发、终到旅客列车的客运站，还设置供客车检修、清洗等作业用的客车整备场。

客运站按布置图型可分为通过式、尽头式和混合式。通过式客运站的正线和到发线是贯通的，站房一般设在铁路的一侧(图1a);尽头式客运站的到发线是尽头的,站房可设在到发线终端或一侧(图1b);混合式客运站是通过式和尽头式两种形式的结合。

货运站主要办理货物承运、交付、装卸以及货物列车到发、车辆取送等作业的车站。主要设备有:货物列车到发线、编组线、牵出线和货场(见铁路货场)等。货运站的布置图型有通过式和尽头式。一般中小型货运站多采用通过式。大型货运站多采用尽头式。

客货运站同时办理客、货运业务，视其业务量大小和是否进行列车和车辆的技术作业，配置相应的设备。

编组站专门办理大量货物列车编组、解体和列车、车辆技术作业的车站。主要设备有到发线(场)、调车线(场)、驼峰、牵出线以及机务段和车辆段等。

区段站设在铁路牵引区段分界处的车站，主要办理列车机车换挂、技术检查以及区段零担摘挂列车、小运转列车的改编等作业。主要设备有:到发线、调车线、牵出线、机务段、车辆段以及其他有关设备。布置图型按上、下行到发场相互位置可分为横列式和纵列式两种。

车站铁路

中间站主要办理列车会让(单线铁路)和越行(双线铁路)作业的车站。技术作业有:列车到发、会让和零担摘挂列车调车等。主要设备有到发线、货物线、牵出线和旅客乘降设备等。通常采用的中间站布置图型如图4。

此外，还有专为工矿企业服务的工业站，铁路与专用铁道衔接的联轨站,为港口水陆联运服务的港湾站,本国铁路与外国铁路衔接的国境站，在不同轨距铁路联结处办理旅客换乘、货物换装或客、货车辆换轮的换装站等。

四、高速铁路动车组

简单说就是每个车厢都带动力。传统的火车是由机车（火车头）带动列车前行，机车驱动轮有限，如果盲目提高功率将造成驱动轮与钢轨之间打滑。动车组把驱动电机分散做到列车的每一个车轮下，加速时各个车轮均匀出力，不但提高了牵引力，而且由于采用多组小型电机分散布置，减小了制造难度。动车组其实早就有，我国70年代投入运用的北京地下地道列车就是动车组。

高铁速度划分

（1）常速100~120 km/h

（2）中速120~160 km/h

（3）准高速160~200 km/h

（4）高速200~400 km/h

（5）超高速＞400 km/h

动车组优点

（1）动车组在两端都有驾驶室，大为加快运转的速度。

（2）动车组可以容易组合成长短不同的列车。其中动力分散的动车组优点特别明显：

①动力效率较高，特别是在斜坡上，动车组车卡的重量放置在各个带动力的车轮上，而不会成为拖在机车后面无用的负重。

②因为同样的原因，动车组上的动力轴对路轨黏著力的要求较低，每轴的载重亦较少。因此选用动车组的高速铁路路线，对路线的土木工程及路轨的要求都较为低。

③电力动车组因为有较多的电动机，所以再生制动能力良好。对于停站较多的近郊通勤铁路、地下铁路，该优点特别明显。

④因为动车组运转快、占地小，行走市郊的通勤铁路很多都是动车组。轻便铁路、地下铁路使用的亦几乎全是动车组。

五、高速铁路信号技术

无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用

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。

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、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。

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。

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。

六、GSM-R 无线通信技术

GSM-R

中文名：综合专用数字移动通信系统

外文名：Global System for Mobile Communications - Railway

简称：GSM-R

频段：上行885-889MHz，下行930-934MHz

类型：移动

属于专用移动通信的一种，专用于铁路的日常运营管理，是非常有效的调度指挥通信工具。GSM-R(Global System for Mobile Communications - Railway或GSM - Railway)系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。它在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能，如组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。

4MHz。GSM-R系统包括网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行和业务支撑子系统（OSS/BSS）和终端设备等四个部分。其中，网络子系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网（IN）子系统和通用分组无线业务（GPRS）子系统。GSM-R系统采用主从同步方式，

TMSC、MSC、HLR、SCP等设备应就近从BITS设备中获取定时信号，MSC至BSS间的G数字链路应兼作同步链路使用，BSS从MSC获取同步时钟信号，也可从就近的BITS设备或SDH设备提取同步时钟信号。GSM-R传输系统指的是为GSM-R系统各子系统之间的连接提供通道的数字传输系统，包括GSM-R系统为提供基本服务所必需的传输配套单元，如传输光、电缆和传输设备，但不包括直放站远端机和近端机之间的连接通道，也不包括天馈线等连接。

列车无线通信：

运行列车上的人员对地面的调度员或其他人员进行的通信。它包括列车无线调度电话和列车旅客无线电话。

列车无线调度电话：

调度员对沿线运行的机车进行调度指挥的无线电话。中国铁路的列车无线调度电话，用于调度员、车站值班员对沿线行驶的列车司机、运转车长进行调度指挥。铁路沿线的车站以带状分布在全国各地，各车站设置小功率无线电台和转接装置，机车上配有无线电台和控制盒。调度员通过有线或无线电路与车站电台（或固定电台）接续，然后再由车站电台（或固定电台）与其场强覆盖区内机车电台用无线信道接通，从而构成调度员与司机之间和车站值班员与司机之间相互通话。

列车无线调度电话使用150MHz和400MHz频段，频道间隔为25kHz,在运输业务不繁忙的区段采用单工通信方式，双方使用同一频率，交替地进行收发通话。这种制式具有组网灵活，设备简单等特点。在铁路运输日趋繁忙区段，无线电话使用量不断增多的情况下，为了

迅速可靠地接续，现在世界各国陆续使用不同频率进行发射和接收的双工或半双工通信方式。采用音频组合式或数字编码式的选择呼叫，并附有紧急呼叫功能和发送调度命令及各种指令信息的功能。列车无线调度电话覆盖区域的划分有两种形式：一是用于车流密度小、运输不繁忙区段的大区域方式；一是用于车流密度大、运输繁忙区段的小区域方式。此外，由于超高频频段的电波难以在隧道内传播，因此，早期采用平行波导线感应传播方式,但这种方式传输场强不均匀，常因绝缘不良,引起衰耗增加。特别是在电力牵引区段，会感应出很高的干扰电压，危及维修人员的安全。后来，许多国家使用漏泄同轴电缆，这种电缆在是同轴管外导体上开设一系列的槽孔或隙缝，使电缆中传输的电磁波的部分能量从槽孔中漏泄到沿线空间，场强衰减较均匀而无起伏，易为接收设备所接收。这种漏泄电缆传输频段较宽，既能通话，又能传输各种数据信息。在长隧道地区，由于漏泄电缆衰耗较大，需要在隧道内装设中继器，用以补偿传输损耗，中继器需远距离供给电源。

列车旅客无线电话

旅客利用列车上的无线电公用设备，通过沿线设置的地面无线电设备和转接装置，经过交换设备，即可与市话网接通有关用户，或经长途线路传输与远距离用户通话。

站内无线通信：

供铁路站场内进行作业指挥以及业务联系用的一种无线通信。主要有客、货运站无线电话和编组站无线电话。

客、货运站无线电话主要用于货运人员间运营作业和装卸作业，以及旅客运输业务人员间的通信联络。

编组站无线电话：

供编组站的到达场、编组场和出发场等各类作业人员如调车员、列车车辆检修员、铁鞋制动员、车号员、接发列车值班员以及在专用线上进行调车作业等的流动人员按各自不同的系统进行通信联络。根据作业性质和不同的需要分为十几个独立的无线通信系统，组成小区域通信网。在车辆间流动作业的人员使用的无线电话，由于电波传播受车辆、人体、便携式电台的天线高度和屏蔽效应等影响，因此应选用最佳通话频段。调车、检车等作业人员使用的便携式电话机具有体积小、耗电少、重量轻、可靠性高等特点，并能满足防雨、防冲击和全天候要求。

1、车次号传输与列车停稳信息的传送功能

车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的

意义，它可通过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS方式来实现。

2、调度命令传送功能

铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程，提高工作效率。

3、列车尾部装置信息传送功能

将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R通信系统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。

4、调车机车信号和监控信息系统传输功能

提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。5、列车控制数据传输功能

采用GSM-R通信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间双向安全数据传输通道。

6、区间移动公务通信

在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R作业手持台，作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以呼叫司机，与司机建立通话联络。

7、应急指挥通信话音和数据业务

应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部采用GSM-R 通信系统，建立语音、图像、数据通信系统。

七、高速铁路牵引供电系统

电气化铁路的组成

由于电力机车本身不带原动机：需要靠外部电力系统经过牵引供电装置供给其电能：故电气化铁路是由电力机车和牵引供电系统组成

的。

牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网两部分组成：所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的三大元件。

一、电力机车

；一，工作原理

电力机车靠其顶部升起的受电弓和接触网接触获取电能。电力机车顶部都有受电弓：由司机控制其升降。受电弓升起时：紧贴接触网线摩擦滑行：将电能引入机车：经机车主断路器到机车主变压器：主变压器降压后：经供电装置供给牵引电动机：牵引电动机通过传动机构使电力机车运行。

二，组成部分

电力机车由机械部分(包括车体和转向架)、电气部分和空气管路系统构成。

车体是电力机车的骨架：是由钢板和压型梁组焊成的复杂的空间结构：电力机车大部分机械及电气设备都安装在车体内：它也是机车乘务员的工作场所。

转向架是由牵引电机把电能转变成机械能：便电力机车沿轨道走行的机械装置。它的上部支持着车体：它的下部轮对与铁路轨道接触。

电气部分包括机车主电路、辅助电路和控制电路形成的全部电气设备：在机车上占的比重最大：除安装在转向架中的牵引电机之外：其余均安装在车顶、车内、车下和司机室内。

空气管路系统主要执行机车空气制动功能：由空气压缩机、气阀

柜、制动机和管路等组成

三，分类

干线电力牵引中：按照供电电流制分为~直流制电力机车和交流制电力机车和多流制电力机车。交流机车又分为单相低频电力机车(25Hz或16 2/3Hz)和单相工频(50Hz)电力机车。单相工频电力机车：又可分为交--直传动电力机车和交—直—交传动电力机车。

二、牵引变电所

牵引变电所的主要任务是将电力系统输送来的110kV三相交流电变换为27.5；或55，kV单相电：然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上：电压变化由牵引变压器完成。电力系统的三相交流电改变为单相：是通过牵引变压器的

电气接线来实现的。牵引变电所通常设置两台变压器：采用双电源供电。以提高供电的可靠性。变压器的接线方式目前采用的有三相Yd11接线：单相V/V接线：单相接线以及三相-两相斯科特变压器。牵引变电所还设置有串联和并联的电容补偿装置：用以改善供电系统的电能质量：减少牵引负荷对电力系统和通信线路的影响。

三、牵引供电回路

电力牵引供变电系统是指从电力系统接受电能：通过变压：变相后：向电力机车供电的系统。牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、地或回流线构成。另外还有分区亭、开闭所、自耦变压器站等。

一，开闭所；SSP，

电力牵引系统中的开闭所：实际上是起配电作用的开关站开闭所就是高压开关站：实际上从严格意义上讲是“高压配电”站：仅仅起配电作用：实现环网供电、双路互投等功能。

当枢纽地区的供电：分为“由里向外供”和“由外向里供”两种方式：前者在枢纽内设置牵引变电所。后者在枢纽内不设牵引变电所：为了增加枢纽地区供电的可靠性和缩小事故的影响范围：一般设开闭所。AT供电方式时：供电臂较长：在供电臂中部也设开闭所。开闭所应有来自不同牵引变电所的；单线区段，或同一牵引变电所的不同馈线段；复线区段，的两回进线。

开闭所应尽量设置在枢纽地区的负荷中心处：以减少馈线的长度和馈线与接触网的交叉干扰。

二，分区亭；SP，

为了增加供电的灵活性：提高运行的可靠性：在两个牵引变电所的供电区间常加设分区亭。分区亭常用于牵引网为双边供电：或复线区段牵引网为单边供电：但上下行接触网在末端并联时。这时：分区亭起到平时将两个供电臂或上下行接

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触网联络起来的作用：这样：当事故发生时：可缩小停电范围和实现越区供电。

三，自耦变压器站

电力牵引供电系统如采用自耦变压器供电方式时：在沿线每隔10-15公里设置一台自耦变压器。设置时尽量将自耦变压器设于沿铁

路的各站场上。同时：尽量与分区亭、开闭所合并：以便于运行管理。

四，牵引网

牵引网是由馈线、钢轨回流线、接触网组成的双导线供电系统：完成对电力机车的送电任务。BT供电方式时：还要有回流线。AT供电供电方式时：还有正馈线和保护线。

馈线~接在牵引变电所牵引母线和接触网之间的导线：即将电能由牵引变电所引向电气化铁路。

接触网一种特殊的输电线：架设在铁路上方：机车受电弓与其磨擦受电。

回流线~牵引变电所处的横向回流线：它将轨或与轨平行的其它导线与牵引变压器指定端子相联。

分相绝缘器；电分相，串在接触网上：目的是把两相不同的供电区分开：并使机车光滑过渡：主要用在牵引变电所出口处和分区处。

分段绝缘器；电分段，~分为纵向电分段和横向电分段：前者用线路接触网上：后者用于站场各条接触网之间。通过其上的隔离开关将有关接触网进行电气连通或断开：以保证供电的可靠性、灵活性和缩小停电范围等。

供电分区~正常供电时：由牵引变电所馈线到接触网末端的一段供电线路：也称为供电区。

八、高速铁路行车组织