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行车安全装备功能分析学士学位论文
行车安全装备分析
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摘要
通信技术要由模拟向数字转化，实现程控数字交换，发展宽频带信息传输和智能网络管理。
铁路运输系统为一复杂的机具组合体,整个系统需要庞大的工作人员共同合作才能促使列车正常运转.铁路列车的运输必须建立起一套完整的行车制度,让司机员及系统上的相关人员得以共同遵守,以确保铁路之行车安全.
通信设备是指挥列车运行、组织运输生产及进行公务联络等的重要工具。
应能做到迅速、准确、安全、可靠，使全国铁路的通信系统能成为一个完善与先进的铁路通信网。
铁路信号设备是铁路信号、联锁、闭塞等设备的总称。
它的主要作用是保证列车运行与调车工作的安全和提高铁路通过能力。
同时对增加铁路运输经济效益、改善铁路职工劳动条件也起着重要作用。
本章前半部将对於铁路行车制度的发展沿革与列车自动控制系统加以详细介绍,后半部则将介绍铁路之运输能力及其容量之计算与影响因素.
关键字：
程控数字交换行车通信设备闭塞铁路运输
目录
摘要I
引言1
概述2
1铁路行车制度之发展过程与分类3
1.1人工向导阶段3
1.2隔地法3
1.3铁路行车分类4
1.4列车自动控制系统的发展9
1.5列车速度自动控制装置9
2铁路之运输能力与路线容量12
2.1站间距离13
2.2设备维修与故障13
2.3轨道之设置13
3区间闭塞设备18
3.1概述18
3.2半自动闭塞18
3.2.1半自动闭塞设备19
3.2.2工作原理19
3.2.3半自动闭塞的主要优缺点20
3.3自动闭塞20
3.3.1自动闭塞基本原理20
3.3.2四显示自动闭塞21
3.3.3自动闭塞的主要优缺点22
3.4道口信号22
3.4.1道口安全防护设备的分类22
3.4.2道口自动信号机的显示方式及距离22
3.4.3道口接近段长度23
4行车调度及列车运行控制系统24
4.1调度集中及调度监督系统24
4.1.1调度集中系统24
4.1.2调度监督系统26
总结27
致谢28
参考文献29
引言
铁路信号设备是铁路信号、联锁、闭塞等设备的总称。
它的主要作用是保证列车运行与调车工作的安全和提高铁路通过能力。
同时对增加铁路运输经济效益、改善铁路职工劳动条件也起着重要作用。
铁路列车的运输必须建立起一套完整的行车制度,让司机员及系统上的相关人员得以共同遵守,以确保铁路之行车安全.在铁路信号设备微型计算机化的进程中,综合公共服务铁路采用各种容错技术提高计算机系统的可靠性和安全性,以满足铁路运输现代化的要求。
铁路信号，是向有关行车和调车人员发出的指示和命令；联锁设备，用于保证站内行车和调车工作的安全和提高车站的通过能力；闭塞设备，用于保证列车在区间内运行的安全和提高区间的通过能力。
铁路信号技术的发展应逐步实现微机化、综合化、集成化和智能化。
通信设备是指挥列车运行、组织运输生产及进行公务联络等的重要工具。
应能做到迅速、准确、安全、可靠，使全国铁路的通信系统能成为一个完善与先进的铁路通信网。
通信技术要由模拟向数字转化，实现程控数字交换，发展宽频带信息传输和智能网络管理。
本论文围绕行车闭塞的使用方法和分类,仔细进行选材.着眼于行车闭塞的基本概念,基本知识和基本技术理论,并突出故障安全技术,这就是编写本论文的指导思想.
概述
铁路信号按感官可分为视觉信号和听觉信号两大类。
视觉信号是以物体或灯光的颜色、形状、位置、数目或数码显示等特征表示的信号。
例如用信号机、机车信号、信号旗、信号牌、火炬等表示的信号就是视觉信号；听觉信号是以不同声响设备发出音响的强度、频率、音响长短和数目等特征表示的信号。
例如，用号角、口笛、响墩发出的音响及机车、轨道车鸣笛等发出的信号，都是听觉信号。
铁路信号通常用不同的颜色来显示其意义。
我国规定有红、黄、绿三种基本颜色。
其代表意义如下：
红色－停车；
黄色－注意或减速行驶；
绿色－按规定速度行驶；
要求停车的信号叫做禁止信号或停车信号。
要求注意或减速运行的信号以及准许按规定速度运行的信号，都叫做进行信号。
铁路信号是指示行车和调车运行条件的命令，行车和调车人员必须执行信号显示的要求，才能确保安全和提高生产效率。
用手拿信号灯、信号旗或用手势显示的信号叫手信号；把临时设置的信号牌、信号灯等叫移动信号，如为防护线路施工地点临时设置的方形红牌、圆形黄牌等；在固定地点安装的信号设备叫固定信号。
固定信号是铁路信号的主要信号。
1铁路行车制度之发展过程与分类
1.1人工向导阶段
在西元1825年英国人史帝文生（Stephenson）建造了世界上第一条公共服务铁路时,仅以「人工骑马」并手持红旗於列车前方担任向导任务.
隔时法（TimeInterval）
避免列车运转时发生冲撞与追撞的危险,铁路业者使用了「隔时法」（timeinterval）与「隔地法」（spaceinterval）等两种方法,来促使列车彼此保持一个相当的安全空间.
所谓「隔时法」是依据事先排定的列车时刻表（TimeTable）,规定列车须按此时刻表行车,或临时加开列车须依调度员之临时「行车命令」（TrainOrder）於规定时间经过特定地点,以达成列车彼此交会之目的.
每班列车都必须严格遵守时间,已达成列车运转顺利,列车上的列车长与调度所内的调度员都必须具备良好的判断能力,以控制列车在一定时间内到达交会点,此种行车方法又称为「列车本位」制,易产生命令传送上之人为错误,安全性较低,一般仅用於车次少,速度不快之铁路.
1.2隔地法
「隔地法」,是将整条铁路线上划分成若干个闭塞区间（block）,在同一个时间中,每一闭塞区间内只允许一部列车通过,以避免发生撞车之危险,由於此一制度刚开始实施时,是以每两个车站之间为一单位的闭塞区间,所以此一行车制度又称为「车站本位」制.此法之安全性较高,世界各铁路皆采用之,台铁亦然.
区间闭塞制又可分为绝对闭塞区间制（absoluteblocksystem,ABS）,即在区间内仅容许一列车行驶,其他列车绝对禁止进入,一般适用於客车之调度.
绝对闭塞区间之限制过严,故有权宜区间闭塞制（PermissiveBlockSystem,PBS）之产生,即当列车遇险阻号志时,可略作小停,并可检速缓行,以便望见前行列车时,可随时停止,通常已货运为主之铁路较常使用之.
1.3铁路行车分类
闭塞区间的行车观念,因有助於列车行车自动化的提高,而且较为安全,并配合行车时刻表的实施而发展出最新式的中央控制行车制度（CentralizedTrafficControl,CTC）,回顾铁路的整个行车制度发展过程,如图:
向导闭塞行车制度（PilotBlockSystem）
此乃属於「人工闭塞制」（manunalblocksystem）
通讯闭塞行车制度（CommunicationBlockSystem）
两相邻车站与区间（block）都必须具备有完善之通讯设备,才能彼此交换列车通行的讯息,此行车制度称为通讯区间闭塞制.
牌券闭塞行车制度（StaffandTicketBlockSystem）
行车命令（trainorder）予以具体化,每一列车在开出站之前都必须先取得此一许可牌卷,司机员若是没有取得牌卷就无法将列车开出,因此可以使行车安全获得初步的保障.
电器路牌闭塞行车制度（ElectricTabletBlockSystem）
「电气路牌闭塞器」,如下图所示,其使用方法是在两站均装设此机器,若有一站欲开出列车时,必须两站相互配合按下路牌机,取得一枚路牌,交予司机员将列车开出.
图5-2（a）饼型电路牌闭塞器
下图为台铁过去曾经使用过的饼型电气路牌,此种「电气路牌闭塞」行车方式虽已经较前者进步,但其闭塞器之操作方法与两站闭塞器内之路牌手续仍然相当繁杂,所以每日所能容许之列车行车密度仅能达七十车次左右,上述两种皆属於「凭证闭塞制」（tokenblocksystem）之行车制度.
无证闭塞行车制度（TokenlessBlockSystem）
美国人发明了轨道电路（trackcircuit）系统,开启了铁路行车方式的新时代,此种行车制度是在相邻两站均设置简易的联动闭塞器,若有一站欲开出列车,必须先取得邻站之同意并搬下电键,使出发站之出发号志灯显示「平安」讯息,列车将到达站之出发号志灯则显示「险阻」,表示已经完成闭塞。
唯一的缺点是仍需人工彼此担任联系与按下联动闭塞器的工作,此乃属於「联动闭塞制」.（interlockedblocksystem）
联锁闭塞制度（ControlledManualBlockSystem）
两站间之号志同时受「电气磁锁」之控制,而此项电锁号志,不受本站人员之控制,而由前一站人员控制.
例如某列车驶近甲站,甲站即通知乙站,若前次列车已驶出乙站,则乙站电开启甲站之号志柄,使甲站之号志置於平安位置,於是列车通过甲站,甲站之号志随即归於险阻位置,乙站既知列车将到,亦须向丙站询问,乙丙站间路线是否无列车行驶（clear）,丙站须将乙站之号志柄开启以便开通路线,则列车可直驶无阻,所以甲站非得乙站许可,不能再将号志置於平安位置.
自动闭塞行车制度（AutomaticBlockSystem）
班次愈来愈繁密,人工协调与控制的简易联动闭塞制已无法再试用,「轨道电路」自动闭塞之控制方法,如下图所示.
「轨道电路」系指利用轨道作为电气回路,选择一适当长度之闭塞区间,将钢轨之间用铜线连接,使电流畅通而构成.
图5-3自动区间闭塞之轨道电路（TrackCircuit）示意图
一旦车辆行驶在设有轨道电路之闭塞区间时,利用电流走「最短路径」之原理,则钢轨将与列车钢轮形成一回路,并配合「继电路」之作用,使号志的灯光变换,完成号志机的显示.
行车方法是在轨道上装设了自动感应装置,列车未驶入闭塞区间前,号志机将显示绿灯,以表示「平安」讯号允许列车进入闭塞区内,列车车轮若压过感应器,就会促使号志机显示红灯,以表示「险阻」,以禁止任何列车再进入此一闭塞区间,待列车离开此一闭塞区间,号志机又会自动恢复绿灯.
中央行车控制制度（CentralizedTrafficControl,CTC）
铁路的闭塞方法发展到自动区间闭塞制度时,已趋於完备,但是,列车管理人员对於整个系统的即时状态仍无法予以全盘控制,而且对於安排列车行驶轨道的转辙器亦无法统一集中管理,因此业者首先完成转辙器与相关号志之间互相联动之「连锁」（interlocking）工程,并将同时控制转辙器,号志与路线调度的工作,统一集中於控制中心办理,而发展出最新式的中央控制行车制度.
「中央行车控制制度」之适当定义为:
「列车在一定地段之单线,复线或多线轨道上行驶,其经过闭塞区间或交会车站等种种行动,完全受到号志之指示.在原属绝对闭塞之行车区间,不再使用路牌;在原属权宜闭塞区间,不再使用行车命令及列车优先权.而将路线上所有进出口的号志机及重要转辙器均由一固定定点统一操纵之.」融合了「隔时法」与「隔地法」之优点
台铁在纵贯线（基隆-高雄）之间皆采用中央控制行车制;同时在运务处内部设有调度总所,下辖四个调度所.其中台北调度所管辖苏澳新站-竹南站,彰化调度所管辖竹南站-台南站,高雄调度所管辖台南站-台东新站,花莲调度所管辖台东新站-苏澳新站.目前台铁正考虑予以全部集中调度.
1.4列车自动控制系统的发展
铁路运输系统发展出CTC中央控制行车制度以后,铁路的行车方式在命令传达上与资讯显示,已可达到即时状态;但是,对於在铁道上行驶的列车则完全缺乏直接控制能力,所以才有铁路行车自动控制的构想产生,铁路在行车自动控制的发展过程,兹分述如下:
列车自动警告及停车装置（AutomaticTrainWarning/AutomaticTrainStop,ATW/ATS）
此设施已可初步达成列车自动控制之目标,可在列车冒进时,自动将列车煞车装置启动,迫使车辆停止下来.
号志前方约1500~1800公尺处,装设一警告用感应器（W）,并於号志机前方150公尺处装设一停车感应器（S）,当号志机显示「危险」讯号时,列车一经过W点会发出声响警告司机员,司机员必须在四秒内按钮确认,否则列车将自动启动煞车装置,迫使列车停止下来,若是列车超过了感应器（S点）未停车,则列车亦将自动煞车停止前进,如此则可确保列车遵守号志而行.
1.5列车速度自动控制装置
此项装置最初使用於1964年日本新干线高速铁路上,不仅可控制列车冒进,更可控制列车依照各行车区间之限制速度前进,若是司机员超速,则列车会自动减速以达限制速度.
列车自动运转装置（AutomaticTrainOperation;ATO）
此项装置是要达到列车之运转完全自动化,无论是调度或行车都可经由CTC控制中心之电脑加以控制.
列车自动控制系统（AutomaticTrainControlSystem;ATC）
此种自动控制系统并不同於1964年日本新干线所使用之列车速度自动控制装置,而是一种将列车运转过程全部加以整合,并采自动控制方式营运的系统,是目前世界上最新进的列车营运控制系统.此一系统共包括下列三个子系统:
图5-5列车自动控制系统之子系统
列车自动监督系统（AutomaticTrainSupervision,ATS）
此一子系统的主要功能是能帮助控制中心的调度员,监督整个系统是否依其时刻表或班距运转
列车自动防护系统（AutomaticTrainProtection,ATP）
此一子系统的主要功能是能监督轨道的状况及列车的行驶速度,以保证列车在最安全的状况下行驶,其次要功能是要能对列车司机提供适当的资讯和警告信号,并保持适当的煞车距离,以防止车辆追撞或进入未经许可之区间.
列车自动操作系统（AutomaticTrainOperation,ATO）
此一子系统的最终目标是要达成列车
控制和营运上都完全自动化,不仅列车无需人员驾驶,调度上也全由控制中心统一完成,操作上完全采用自动化
由上述列车自动控制系统之子系统看来,整个系统共具备了下列四项功能
监视（或侦测）∶由调度员从显示板来监督列车行驶
指挥∶调度员可透过CTC的系统来指挥各连锁系统
执行（或操作）∶列车经由号志,转辙器之现场操作,以及车上之操作,完成调度中心的行车命令
回馈∶若有任何问题,可由司机员立刻回报到调度中心即时处理,如图所示:
2铁路之运输能力与路线容量
铁路运输系统多节车厢（vehicles）联挂成一部列车,所以运输能力极为庞大,运输能力为单一车辆运送方式的n倍.
「路线容量」（linecapacity）为影响铁路运输能力之最主要因素.
铁路的运输能力:
Q=P×C（5-1）
Q=运输能力（旅客数或吨数/单位时间）.
P=一列车平均载运之旅客人数或货物吨数（旅客数/列车或吨数/列车）.
C=路线容量（车次/单位时间）,表单位时间所能通过之最多车次或班次数.
路线容量（LineCapacity）之影响因素
一般所谓铁路之路线容量乃指在单位时间内,某区间所能行驶之列车次数,其大小受下列因素影响∶
轨道性质（TrackQualityCharacteristics）
钢轨之形式与重量,轨枕之质料与排列密度,道碴之品质与厚度,轨距之宽窄等种种因素都可能会影响列车行车速度,进而影响路线容量.
路线坡度（Grades）
列车所行驶之路线若遇上坡路段,势必降低行驶速度,若遇下坡路段,则必须减速以求安全,货运路线由於载重庞大,在坡度要求上必须较为平坦,以德国所完成之高速铁路为例,由於必须兼顾货运需求,固坡度要求均在150/00以下,藉以提高速度及路线容量.
路线曲度（Curvature）
列车行驶若遇曲道,由於离心力之故,势必降低行车速度,曲率半径愈小,曲度愈大,愈会对行车速度产生阻力,降低铁路线容量.高速铁路的曲率半径约在4500~5100公尺左右,较一般铁路捷运系统的180~300公尺为大.
机车性质（Locomotives）
各型机车由於其调度性及牵引力之不同均会影响行车密度
车辆之种类（TypeofVehicles）
客车与货车因配备不同,均会影响行车速度,进而使得路线容量无法充分利用.
路线内所行驶之列车等级与特性（TrainTypeandCharacteristics）
路线内所行驶之列车的种类与等级若是相当庞杂,势必影响整个路线内系统之正常运转及路线之容量
号志与通讯系统（SignalandCommunicationSystem）
由於铁路行车首重安全,因此良好的号志与通讯系统,均有助於行车速度的提升与路线容量的增大.
行车制度（TravelRegime）
不同之行车制度与安全管制方式,将会严重影响路线容量.一般而言,采用中央行车控制及列车自动控制系统之行车制度,可大幅提高行车安全与路线容量
2.1站间距离
站间距离若较长,较能充分发挥列车的行驶速率.
站场轨道与终点站设施之配置（TrackConfigurationandTerminalCharacteristics）
站内轨道之数目与分类,月台数目与长度,出入口位置,侧线（siding）数目及终点站特性（terminalcharacteristics）等因素均会影响站内作业时间,以致影响路线容量.
2.2设备维修与故障
铁路之设备维修,故障及发生事故,均会降低路线之容量,故需将其列为重要之影响因素.
2.3轨道之设置
不同轨道之设置,如单线,复线或双单线均会影响路线容量.
理想铁路路线容量之计算方式
一般考虑铁路行车区间内之路线容量,以闭塞区间支持度为主要考虑因素,区间越长,列车行驶其上,愈要愈久的时间,决定行车区间长度之因素,则为列车之煞车距离加上列车彼此之安全距离.
若A,B两站之间为一行车区间,列车长达1英哩,列车煞车距离为2英哩,安全距离亦为2英哩.
实际路线容量之计算公式
由於在实际状况下,行车区间并非一直处於忙碌状态,故区间内列车容量会受路线使用率,行车制度效率及不同轨道设置之路线区间的影响.
（一）单线区间之公式
所谓单线区间乃指某一行车区间,仅有单一线路供上,下行双向列车通行之用,其行车区间之列车容量公式如下:
（二）复线自动闭塞区间
所谓复线自动闭塞区间乃指两站间为双线,但每一单线仅能单方向行驶列车,并采轨道电路使用自动闭塞行车方式,司机员依路侧号志行车.其行车区间内之列车容量公式如下:
（三）CTC双单线区间
所谓CTC「双单线区间」乃指在两站间为双线,每一单线可因营运之需要,双向调度,并以CTC为行车制度.其行车区间内之列车容量公式为:
3区间闭塞设备
3.1概述
闭塞设备是用来保证列车在区间内运行安全，并提高区间通过能力的区间信号设备。
在单线铁路上，为防止一个区间内同时进入两列对向运行的列车而发生正面冲突，以及避免两列同向运行的列车（包括复线区间）发生追尾事故，铁路上规定区间两端车站值班员在向区间发车前必须办理的行车联络手续，叫做行车闭塞（简称闭塞）手续。
用于办理行车闭塞的设备叫闭塞设备。
闭塞设备必须保证一个区间内，在同一时间里只能允许一个列车占用这一基本原则的实现。
行车闭塞制式大致经历了：
电报或电话闭塞－路签或路牌闭塞－半自动闭塞－自动闭塞的发展过程。
闭塞方法，主要有下列两种：
1、半自动闭塞：
此种闭塞需人工办理闭塞手续，列车凭出站信号机的进行显示发车，但列车出发后，出站信号机能自动关闭，所以叫半自动闭塞。
2、自动闭塞：
通过列车运行及闭塞分区的情况，通过信号机可以自动变换显示，列车凭信号机的显示行车，这种闭塞方法完全是自动进行的，故叫自动闭塞。
随着列车速度的提高，密度的加大，其闭塞方法则采用列车运行间隔自动调整。
这种制式不需要将区间划分成固定的若干闭塞分区，而是通过地面处理机提供的与前面列车的间隔距离等信息，控制列车速度，达到自动调整运行间隔，使之保持一定的距离。
这种方式可以提高区间内的行车密度，大幅度提高区间通过能力，是今后发展的方向。
3.2半自动闭塞
半自动闭塞是我国铁路广泛采用的一种闭塞方式。
采用半自动闭塞时，列车占用区间的行车凭证是出站信号机（线路所为通过信号机）的进行显示。
出站信号机不能任意开放，它受半自动闭塞机的控制。
只有当区间空闲，经过办理手续后，出站信号机才能开放。
还应注意，出站信号机既要防护列车区间运行的安全，又要防护出发列车在站内运行的安全。
所以它既要受闭塞机的控制，又要受到车站联锁设备的控制，即受到双重设备控制。
3.2.1半自动闭塞设备
1、闭塞机
采用半自动闭塞的区间两端车站上各设一台闭塞机，一段轨道电路和出站信号机，它们之间用通信线路相连接，用来控制出站信号机并实现相邻车站之间办理闭塞。
半自动闭塞设备的组成框图如下图所示。
半自动闭塞设备组成框图
闭塞机包括电源、继电器、操纵按钮、表示灯和电铃等。
2、出站信号机
出站信号机是指示列车能否由车站开往区间的信号机，它受到闭塞机和车站联锁设备的双重控制。
3、轨道电路
轨道电路应设在车站进站信号机内方适当地点，用以监督列车的出发和到达，并使双方闭塞机的接发车表示灯有相应的表示。
专用轨道电路的长度一般不少于25米。
3.2.2工作原理
现在用上图为例，来说明半自动闭塞的基本工作原理。
现甲乙区间空闲，由甲向乙站发车。
甲站值班员用接在通信线路中的专用电话L向乙站联系请求发车，乙站值班员接受请求后，甲站值班员可按下闭塞按钮，此时甲站发车表示灯亮黄灯，乙站的接车表示灯也亮黄灯。
乙站值班员按压闭塞按钮，此时乙站接车表示灯由黄灯变为绿灯，甲站发车表示灯也由黄灯变为绿灯。
甲站即可办理发车进路，开放出站信号机，列车从甲站出发。
当列车驶入轨道电路区段后，甲站发车表示灯由绿灯变为红灯，出站信号机自动关闭。
乙站接车表示灯也由绿灯变为红灯。
此时甲站出站信号机不能再次开放，当然甲站就不能再向乙站发车了，由于区间处于闭塞，乙站也不能向甲站发车，这也就保证了该区间只准许有一列列车运行。
乙站为接车站，接到甲站已发车电话后，可将接车进路办妥并开放进站信号机。
当列车接近乙站驶入轨道电路区段时，乙站发车表示灯与接车表示灯均亮红灯，表示列车到达。
乙站值班员确认列车完整到达停妥后，将接车手柄恢复定位（进站信号机恢复定位），拔出闭塞按钮，表示灯即熄灭，乙站闭塞设备复原。
甲站铃响，闭塞设备复原。
就可以重新再办理发车了（注：
闭塞机类型不同办理略有差异）。
3.2.3半自动闭塞的主要优缺点
采用半自动闭塞时，由于出站信号机受到对方站闭塞机的控制，因而在保证行车安全方面有一定的优越性。
但是，当铁路的运量不断增大，要求进一步提高区间通过能力时，半自动闭塞也有它自己的局限性；而且，当区间线路发生故障，钢轨折断时，半自动闭塞设备也不能作出反映并由故障导向安全。
因此，在一定条件下，又必须采用自动闭塞来代替半自动闭塞。
在我国铁路上，在单线区段，应采用半自动闭塞，繁忙区段可根据情况采用自动闭塞。
3.3自动闭塞
自动闭塞是由运行中的列车自动完成闭塞任务的一种设备。
将两个相邻车站之间的区间正线划分成若干个小段——闭塞分区（其长度一般为1200～1300米），
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