高速铁路运营安全保障系统调研报告.docx

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高速铁路运营安全保障系统调研报告

高速铁路运营安全保障系统调研报告

1概述

1.1高速铁路概论

高速铁路是社会经济发展到一定阶段的产物，与国家的整体经济实力和社会发展水平有关。

经过40多年的发展，高速铁路以其安全、可靠、技术创新和优质服务等特点为铁路的发展带来新的机遇和优势。

高速铁路已在日本、法国、德国、中国等国家投入运营。

结合目前高速铁路发展的实际情况，认为经过改造的既有线列车运行的旅行速度达到200~250km/h，或者最高速度超过300~350km/h的新建线路，都可以统称为高速铁路。

1.2高速铁路的优势和特点

与传统的铁路相比，高速铁路具有以下优势：

1.输送能力大

输送能力大是高速铁路的主要技术优势之一。

高速铁路列车最小行车间隔可达3min，列车行车密度可达20列/h。

2.速度快

高速铁路是陆上运行距离最长、运行速度最快的地面交通运输方式，因此速度是高速铁路技术水平的最主要标志。

3.安全性好

由于高速铁路是在全封闭环境中自动化运行，又配有一套完整的安全保障体系，大大提高高速铁路的安全性能。

4.受气候变化影响小、正点率高

高速铁路受环境气候条件的影响较小，除危及行车安全的自然灾害外，可以全天候运营。

同时，高速铁路系统设备的可靠性和较高的运输组织水平，可以做到旅客列车极高的正点率。

5.舒适、方便

高速铁路线路平顺、稳定，列车运行平稳，振动和摆幅很小。

同时，列车车内设施齐全，坐席宽敞舒适，减震、隔音性良好，车内安静、舒适。

6.能源消耗低

根据有关资料统计，在各种交通运输工具中，以高速铁路的平均能耗量最低，平均每人每公里的能耗量为571.2J。

随着高科技技术在高速铁路中的不断应用，使高速铁路具有高速度、技术构成复杂、集成化程度高、耦合程度高和组织管理一体化等特点，在安全性能上和传统铁路相比存在着本质上的差别，是一个人-机-环境-管理相互交融的动态复杂巨系统。

1.3国外高速铁路发展现状

目前，国外拥有高速铁路的国家主要有日本、德国、法国、英国、意大利、西班牙等。

在国外高速铁路发展过程中，由于各国原有铁路技术装备和线路状态的不同，各国所采用的方式和技术措施也不尽相同。

日本：

1964年10月，日本先于其他国家开通了世界第一条高速铁路-东海道新干线，采用0系电动车组，最高试验速度为256km/h，最高运行速度为210km/h。

日本加速修建这条标准较高的客用专线是由于日本工业生产迅速增长且绝大部分工业集中在东海岸地区。

1992年开始开发超高速电动车组，取名为STAR21型电动车组，创意为21世纪用的时速350km高级豪华列车。

由于日本铁路的既有线路弯曲较多，所以铁路高速化的途径是新建准客运专线，而不是利用既有线路改造。

法国：

法国高速线上采用的电动车组在牵引动力上的布置于日本不同。

日本是动力分散式，而法国是动力集中式，法国是创造铁路列车试验速度最高的国家，法国第一条铁路线（巴黎东南新干线）于1972年动工，1983年投入使用，最高运行速度为270km/h。

在巴黎东南新干线通车后，法国继续扩大高速铁路线，1990年大西洋新干线正式开通，最高行驶速度可达300km/h。

为了扩大高速铁路网和开通国际联运高速线，法国又修建第三条新干线—北方新干线，最高运行速可达300~350km/h。

法国实行按铁路高速化时，不利用既有线路，采用新建造新专用线的方法，与日本同属一个类型。

德国：

德国发展高速铁路未采用修新线的方式，仅对原技术状态较好的线路进行改造和加固，必要时才修几段新线，使其形成几条高速运行线。

其中最长的两条是：

汉诺威—维尔茨堡和曼海姆—斯图加特。

与日本、法国两国新修专用线的做法具有明显不同，属于改造旧线实现高速的模式。

英国：

英国铁路目前才有改造既有线路的方法来提高列车运行速度，与德国同属一个模式。

英国铁路几乎与法国同时开始规划铁路高速化，但走了弯路，现落在法国后面。

英国铁路目前正在进行西海岸电气改造，计划使用电动车组的牵引方式，最高运行速度250km/h。

意大利：

意大利采用了先改车（不改线），后建新线的方式来实现铁路高速化的。

意大利在上世纪70年代中期投入运用了带摆式车体的ERT401型的客车，最高运行速度为160~180km/h，上世纪80年代最高速度达到200km/h。

新建米兰—那不勒斯高速线，最高运行速度为275~300km/h。

采用ETR500型高速电动车组。

该列车由14辆车组成，采用交流异步电动机牵引。

西班牙：

西班牙发展高速铁路时采用多种手段。

先用摆式列车，后建新线的方法，建新线后仍不放弃摆式列车，这是两种轨距并存条件下采用的方针。

西班牙还为新线购置了全新的高速列车。

该高速列车是以法国大西洋新干线运用的TGV-A列车为基础，并考虑到在西班牙线路运用的特殊要求，局部进行修改设计制成的，列车设计最高运行速度为300km/h。

1.4国内高速铁路发展现状

我国高速铁路的发展是根据国内经济发展水平以及现有的铁路运营模式，采用了对既有线路的改造和引进国外先进的高速铁路建设技术，以及建设新干线，来逐步地推进我国高速铁路的发展。

1.既有线的改造提速建设

为了探索我国高速铁路的发展模式，1994年，中国第一条时速160km的准高速铁路广深准高速铁路正式建成通车，并逐渐扩大范围，实现了160km/h的行车速度，符合我国当时的机车车辆、线路、通信信号等设备的实际情况，并为我国铁路向高速发展及既有线提速提供了宝贵经验。

紧接着1997年至2004年间进行了五次大面积的提速，基本形成了京沪、京哈、京广、京九铁路组成的“四纵”以及陇海加兰新、沪杭加浙赣铁路组成的“两横”的快速铁路网络，总长达1.6万km。

并且最高时速200km的线路里程达1960km。

自2007年4月，我国铁路实施第六次大面积提速和新的列车运行图，最高时速可达250km，这也是既有线上的最高速度。

2.引进国外先进技术，消化吸收、再创新

为了实现我国高速铁路技术快速发展，先后从法国、德国、日本、加拿大等国引进先进动车组技术，铁道部引导组织铁路机车车辆生产企业、科研单位，联合了一批高校，以掌握核心技术为目标，把原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新结合起来，以产、学、研为一体开发制造了CRH系列动车组。

Ø200km/h级别：

CRH1、CRH5、CRH2-200

Ø300km/h级别：

CRH3、CRH2-300

CRH1：

产地为庞巴迪—四方—鲍尔，原型为庞巴迪Regina，能力为定员（人）670，最高运营速度200km/h，最高试验速度250km/h。

CRH2：

产地为南车四方（联合日本财团），原型为日本新干线E2-1000，能力为定员（人）610，最高运营速度为200km/h（具备提速到300km/h的条件），最高试验速度为250km/h。

CRH3：

产地为唐山+长春，原型为德国西门子公司ICE3，能力为最高运营速度330km/h，最高试验速度380km/h。

CRH5：

产地为北车集团长客股份公司，原型为法国阿尔斯通，能力为定员（人）602+2（残疾人），最高运营速度250km/h，（具备提速到300km/h）最高试验速度250km/h。

通过引进、消化、吸收、再创新，具有自主知识产权的和谐号动车组正式批量下线，并成功运用于高速铁路的运营。

3.建设新的干线

几年来，通过原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，我国高速铁路技术取得了迅速发展，在技术上与运营上积累丰硕。

1999年8月秦沈客运专线全面开工，2003年10月12日正式运营。

该客运专线是中国自己研究、设计、施工的时速200km的第一条快速客运专线。

2008年8月，具有自主知识产权、最高时速350km的CRH3和CRH2-300和谐号动车组正式在京津城际铁路投入运营。

京津城际铁路是我国最早开工建设并最先建成的第一条高标准铁路客运专线。

并且2008年4月，京沪高速铁路全面开工建设，于2011年投入运营。

到目前为止新建的干线还有石太客运专线、武广客运专线、郑西客运专线等等。

截至2010年6月，我国投入运营的高速铁路（包括新建高速铁路和既有线提速达到时速200~250km的线路）已超过6500营业公里，居世界第一位，时速200~350km的高速铁路有3676营业公里，并且形成了独有的运营模式。

1.5我国高速铁路发展趋势

随着经济的发展和社会的需求，将进一步推动高速铁路的快速发展，其主要体现在以下几个方面：

Ø不断提高运行速度

Ø提高高速列车可靠性、可用性、维修性和安全性

Ø降低高速列车的寿命周期费用

Ø动力配置方式向动力分散式方向发展

Ø高速列车更加注重环保

2高速铁路运营安全保障技术系统

高速铁路带来的变革，使其在安全保障、运输组织和管理的一体化、旅客服务三个方面的要求都远高于传统铁路，其中，安全是高速铁路运营的第一要素，它的安全性不仅要在规划、设计、建设和验收时给予充分考虑，并且在运营管理中也要不断研究、改进和提高。

因此，建立一套科学的、系统地高速铁路运营安全保障技术系统对保证高速铁路高效正常运营，最大限度地保障乘客的生命安全，减小损失，维护社会稳定和提高高速铁路经济效益具有重要的意义，已成为高速铁路安全管理工作的当务之急，必须给予重视和完善。

2.1总体框架

高速铁路运营安全保障技术系统是以保障高速铁路运营安全为总体目标，结合线路自身的特点，以运营安全相关的固定设施、移动设备等为检测、监控和管理对象，以先进、成熟、经济、适用、可靠的信息技术为支撑，以信息系统为管理手段，通过不断集成和创新形成的对高速铁路运营安全态势分析、对可能发生的事故进行预警以及事故发生后应急救援的有机整体，以此指导高速铁路运营安全保障的控制、管理和决策工作，其总体框架如图1所示

安全态

势分析

预警

应急

决策支持

…

目标

环境监测与

灾害预测

报警系统

列车运行控制系统

设施装备的

监测与在线

诊断系统

事故救援和减灾系统

手段

安全监

控技术

安全检

测技术

安全评估技术

预警技术

通信信号

移动设备

固定设备

技术

对象

图1高速铁路运营安全保障技术体系总体框架

2.2技术体系的构成

构建高速铁路安全保障技术体系应从高速铁路运营安全保障工作的系统性、复杂度和行车安全保障系统的大系统特征出发，着眼于人、设备、环境和管理四个方面来构建该技术体系。

为了保障高速铁路的运营安全，铁路部门采取了各种安全方法和手段。

基本上可以归纳为以下几个方面：

Ø基于预防和事故避免的高速铁路安全的监控和检测技术

Ø基于维护、维修的移动设备和固定设备的安全检测技术

Ø高速铁路运营安全管理技术

Ø应急救援与调查技术

Ø货运安全保障技术

根据以上几方面的技术，技术体系构建如图2所示的“全覆盖、立体化、高可靠”的我国高速铁路运营安全保障技术体系，为运营安全稳定提供可靠的保障。

无损检测技术

轨道几何形位不平顺检测技术

高速综合检测列车

大型养路机械设备

动车组的检测与维修

综合维修天窗

通信信号系统维修技术

对高速铁路设备运行状态的监控与监测技术

对环境的监控与监测技术

对人员的监控与检测技术

高速铁路运营安全保障技术体系

基于预防和事故避免的高速铁路安全的监控和检测技术

基于维护、维修的移动设备和固定设备的安全检测技术

高速铁路运营安全管理技术

应急救援与调查技术

货运安全与保障技术

规章制度与标准管理

高速铁路安全教育管理

高速铁路安全监督检查

高速铁路交通事故应急救援技术

高速铁路交通事故调查与处理技术

高速铁路交通事故预防技术

货车质量保障技术

货车装载加固技术

货运安全监控网络

图2高速铁路行车安全保障技术体系

2.3技术体系的特征

高速铁路运营安全保障技术体系的核心是信息技术的全面综合集成应用，主要体现在以下几个特征：

1.系统性

高速铁路运营安全保障技术体系要从安全系统工程的角度出发，一方面，要保证高速铁路各项基础设施和关键装备的先进性、可靠性和安全性基本要求；另一方面，高速铁路各子系统都是实现系统总体安全目标不可或缺的组分，都承担着特定的、不同方面的、不同层次的、分工明确的行车安全保障任务，该体系应该通过各子系统的功能集成获得最大的系统总功效。

2.综合性

综合开发和利用监控和检测到的高速铁路运营安全相关状态信息，有效地辨识系统中潜在的危险因素，从而能够客观地分析高速铁路运营安全态势，以便采取相应的对策来不断提高、改善高速铁路运营安全水平。

3.高效性

高速铁路运营安全保障技术体系应以运营安全信息流作为指导、协调和管理高速铁路运营的依据，加强车、机、工、电、辆各部门之间以及与系统外相关部门之间的协作效率，从而能够更全面实施控制，做出各个层次面的科学决策，保证高速铁路运营安全保障管理工作。

3高速铁路运营安全保障系统

高速铁路运营安全保障系统是一个包括多个独立运行并互相补充的集合体。

根据各个系统在高速铁路运营安全保障中所处的位置和所主要完成的功能的不同，一般把高速铁路运营安全保障系统分为列车实时运行控制、周边环境和灾害的监测与预警、各种设施的检测与诊断以及在发生突发事件情况下的救援和减灾等。

3.1设施装备的监测与在线诊断系统

设备装备的监测检测与诊断系统集中对全线的线路、桥梁、信号及相关的控制设备的状态进行综合检测，包括周期性、实时检测。

监视系统运行是否正常，各监测点及车站信息处理中心是否正常工作，确认各种主要设备的技术状态是否完好。

建立通信网管监视系统、各专业机房环境监测系统，及时掌握工务、电务设备及其工作环境的状态，合理安排维修，保证系统正常运转，防事故于未然。

主要包括：

轨温监测诊断系统、牵引供电安全在线监测诊断系统、机车走行部故障在线诊断系统。

设施装备的监测与在线诊断系统如图3所示。

图3设施装备的监测与在线诊断系统

3.2环境监测与灾害预测预警系统

环境检测与灾害预测预警系统，主要对可能发生的灾害、突发性灾害等各种可能发生的灾害，实施全面、准确、实时的安全监控。

对各类灾害监测的原始信息，通过灾害预测预警模块的数据处理、分析与判断后，根据灾害的性质和级别，对运动中的列车或实施预警、或限速运行、或中止行车，以确保高速列车运行安全。

主要包括：

雨量及洪水监测预警系统、强风监测预警系统、地震监测预警系统。

3.3事故救援和减灾系统

安全保障系统的作用是保护列车的安全，避免事故发生，尽管高速铁路为保证行车安全采取了各种措施，但仍可能有不可预见的事故发生。

因此，除了采取各种防范于未然的措施还应具备各种应急救援、事故处理、灾后恢复等设备和能力，还建立了一套完备的事故救援和减灾系统，对减少人员伤亡、减轻事故损失具有非常重要的意义。

主要包括：

应急救援指挥与信息发布系统、预案及事故资料管理系统、应急救援辅助决策系统、救援资源管理系统、应急演练管理系统。

3.4列车运行控制系统

这是一套保证列车安全运行的自动控制系统。

由综合调度指挥系统集中管理高速铁路上运行的所有列车，通过列车自动控制系统保证列车安全运行。

自动控制列车按预定的速度运行，利用程控或遥控系统控制车站的进路等。

目前普通列车上都装有LKJ2000型列车运行监控记录装置，是在LKJ-93型监控装置成功运用基础上，借鉴国内外先进列车超速防护及列车控制技术而研究开发的新一代列车超速防护设备，也是所谓的“黑匣子”。

该设备是采用了先进的32位微处理器技术、安全性技术以及数字信号处理技术等来保证列车行车安全的控制装置。

它是既有列车行车安全设备的升级换代产品。

LKJ2000型列车运行监控记录装置主要由查询答应器、速度传感器、压力传感器、主机、机车信号指令系统和确认按钮、速度显示和电控制阀组成。

另外还配有一个小巧的转接器，必要时往“黑匣子”的接口一插，只需要半秒钟，就可以把里面的全部信息调出来，输入到地面数据处理系统。

其内部数据存储器采用大容量非易失性数据存储器（可不带电池长期保存数据）。

转储器与车载主机的数据传输以及与地面微机的数据转录均采用RS232标准通信方式，通信具备数据校验功能。

转储器既可转储LKJ2000型监控装置数据，也可转储LKJ-93型监控装置数据，并能自动识别不同设备类型及记录数据格式。

设备的传感器可以把机车行驶的状态，各部位动作情况以及变化数据，送进黑匣子存起来。

存进去的信息包括：

每个区间列车行驶的速度、行程距离、机车信号、乘务员对信号的确认情况，柴油机或电动机的转速、燃料油或电力的消耗等。

同时记录出乘车日期、运行时间、机车型号、车次、乘务人员代号和列车种类等一共22项。

一次可以记录连续运行一万公里的信息。

而且能记录30分钟以内的最新列车运行状态数据（事故发生后将自动停止记录），并且其记录密度大大高于监控主机数据记录密度，列车走行距离超过5米时，将产生一次相关参数记录。

因此在发生严重事故后可提供详细、准确的列车运行状态数据。

高速列车采用的是基于GSM-R（铁路无线通信）的CTCS-3列控系统，如图4所示。

该系统由车载子系统和地面子系统组成，可以实现移动闭塞，列车位置及列车移动授权由GPS和GSM-R传输解决，列车完整性检查和定位校核分别由车载设备和点式设备实现，使室外设备减至最少。

我国的列车运行控制系统（CTCS）根据功能要求、运行速度和设备配置，分为0级～4级。

目前我国正在大力发展建设CTCS-3级列控系统。

除了速度上的差别外，与CTCS-2级列控系统相比，CTCS-3级列控系统增加了无线闭塞中心（RBC）来下达行车许可（MA），通过GSM-R网络通信实现了车-地间的双向通信。

CTCS-2是CTCS-3级列控系统的后备系统。

在一些特殊状况下，列车需要在运行中从CTCS-3级控车降级为CTCS-2级控车。

目前主要是分CTCS-2CTCS-3两种不同级别的车，CTCS-2又简称C2级别的是有LKJ接口的（LKJ主要是运营在CO级别的线路上）。

而C3级别的动车，没有同LKJ有接口。

地面设备主要检查列车在区间的位置，形成速度信号，向列车传送允许速度、线路参数等信息。

车载设备主要由天线、信号接收单元、控制制动单元、司机控制平台显示器、速度传感器等组成。

图4CTCS-3结构原理示意图

4近期动车事故调查及原因推断

仅7月一个月内，共发生动车组行车设备故障168件，因主机厂设计制造质量方面原因造成的设备故障106件。

其中北车集团尤占大头，北车旗下的长客股份发生故障56件，唐车公司30件。

北车旗下长客制造的CRH380BL型动车组发生故障28件，唐山厂制造的CRH380BL型发生故障14件。

铁道部运输局发给各铁路局、长客、南车四方等机车制造厂商的《关于7月动车组行车设备故障情况的通报》中显示超六成故障源于制造质量问题，7月1日-31日，全路共发生动车组行车设备故障168件，因主机厂设计制造质量方面原因造成的设备故障106件。

而在一份《广深港客运专线（广州至深圳段）复测完成项及存在的问题》的报告，该报告编制于8月12日，报告详细列出了广深高铁复测时发现的轨道、道岔、信号设备状态、接触网、通信系统、信号系统、客服系统、综合视频监控系统共计8大项57个问题。

在列举的这些问题中，通信系统和信号系统比重较大，编号6到24总计19个问题属于通信系统，编号25到44总计20个问题属于信号系统，二者相加总计39个问题，占所有问题的三分之二强。

在这些通信和信号系统的问题中，故障率比较频繁的突出表现在“无线通信超时”和车载DMI显示“ATPCU故障”和“NVMEM故障”。

对于“7•23”甬温线动车特大交通事故的具体原因，国务院组织的专家调查组还在进一步调查，目前还没有给出具体的事故原因报告。

5目前，高速铁路建设存在的不足

根据高速铁路目前运营状况，以及从各个渠道得到有关高速铁路的信息，可以推断高速铁路建设目前存在以下不足：

1.高速铁路设施设备的设计制造的质量不合格；

2.高速铁路运营安全保障系统的功能不完善；

3.高速铁路建设先进技术运用不够成熟。

6高速铁路应该加强三方面发展

从最近高速铁路营运状况来看，高速铁路安全问题令人担忧。

高速列车的可靠性和安全性究竟如何？

高铁安全保障技术体系如何完善？

铁路部门必须重新对现有的铁路设施设备以及运营安全保障系统进行重新定位，查找原因，进行整改，精益求精，提高质量和性能，完善系统功能，把高速铁路的建设引到良性发展的道路上，逐渐达到高速度、高稳定、高安全的高速铁路运营系统。

6.1高速铁路设施设备的质量和性能的提高

高质量、高性能的铁路设施设备是铁路运营安全的重中之重，质量低劣、性能一般根本就不能保障列车高速运行下的安全。

最近频繁发生的高速铁路事故，大部分是设计制造质量方面的原因，出现要求不高，把关不严，严重影响了列车的运行。

所以，应该把成熟的高铁技术运用到设施设备的研制中，不断地提高设施设备的质量和性能，才能为高速铁路的运营提供安全的保障。

因此，必须加强提高高速铁路设施设备的质量和性能，提高高速铁路建设技术。

6.2高速铁路运营安全保障系统的完善

由于高速铁路运营系统比较复杂，涉及面广，跨度大，采用技术多，集成度高，所以如何构建和完善高速铁路运营安全保障系统是一项非常艰难的任务。

它必须把人、机车、环境和管理全部考虑，统一规划，科学统筹，合理调度。

目前，由于我国高速铁路建设发展比较快，所以必须加快发展高速铁运营安全保障系统的建设和完善，使其满足高速铁路的发展速度，能够高效率、高安全地保障高速列车的运营安全以及应急救援和减灾措施，更好地保护人民生命和财产的安全。

6.3加强高速铁路建设先进技术的检验与试验

高速铁路建设的先进技术必须经过严格的反复检验、试验、综合试验以及磨合期的实践，待技术成熟后才能进行推广，否则将给高速铁路系统带来不可估量的损失。

目前，我国的高速铁路技术已经处于世界领先地位，因此，各种突破的新技术，必须经过更加严格的验证和实践，才能尝试地运用到实际当中，待技术完全成熟才能进行推广。

7结论

经过调查，目前，在高速铁路运营安全保障系统中列车运行控制系统的功能还不健全，不满足高速列车运行的安全保障，需要对现有装备进行升级改造。

而需要长期研究的是高速铁路各种监测数据的采集、处理和分析的方法。

因为为了保障列车运行安全，高速铁路运营安全保障系统需要对各分系统的工作状态进行实时动态或者周期性监测检测，采集有关的信息数据，并归纳、处理、积累，通过分析及时了解、评估和预测各分系统的工作状态。

导致高速铁路安全运营保障系统采集到的数据具有多源性、异构性、层次性。

因此，研究如何对这些与高速铁路安全相关数据进行归纳、处理，利用科学的数学模型和高效的算法对数据信息进行分析和信息融合，对各分系统的工作状态及突发事件做出准确的评估和预测，可以为列车运行安全提供有力的依据。