关键词：物联网、ZigBee、铁路信号系统、监测
一、铁路信号系统现状
1830年第一套机械式车站联锁控制设备诞生，1927年基于布线逻辑的继电联锁系统问世。由机械联锁发展到6502电气集中，是一次重大的飞跃，我国从70年代开始大规模使用6502电气集中联锁系统，6502继电联锁控制系统具有性能稳定、抗干扰性强、可靠性高等优点，但也有功能不完善、成本高、占地面积大等缺点。因此从上世纪90年代开始，6502电气集中联锁系统逐渐被计算机联锁系统所取代。
相比于传统的电气集中联锁，计算机联锁更能适应时代和技术的发展，也更顺应现代化管理的潮流。目前国家在基础设施建设尤其是铁路投资巨大，借“一带一路”的春风，中国的铁路企业接连中标印尼高铁、泰国高铁、匈牙利至塞尔维亚铁路等铁路项目，这对铁路信号系统来说是一个非常好的发展契机。
二、物联网技术在铁路行业的应用现状
物联网是利用各种感知技术，现代网络技术和人工智能与自动化技术聚与集成应用，构成万事万物互联的世界。简言之，物联网就是“物与物相连的互联网”。
近年来，我国高度重视物联网研究和应用，物联网是新一代信息技术自主创新突破的重点方向，中国物联网产业发展是以应用为先导，目前还处于前期的概念导入期和产业链逐步形成阶段，技术标准和技术体系还有待完善。
现阶段物联网已经逐步渗透到智能交通、智能家居、智能电网等领域，在铁路物流领域互联网也有应用，比如2001年全路推广的车号自动识别系统，目前广泛应用的单子客票系统、行车安全监控、运行环境监控等。
“十三五”期间，铁路部门对铁路物联网发展的目标是，全力推进铁路物联网建设，初步实现“泛在感知、全面连接、精细管控”的目标，打造新一代铁路应用基础设施。
三、信号系统与物联网结合前景的展望
3.1现有信号系统工程设计上存在的不足
目前国内使用的联锁系统无论是6502还是计算机联锁系统，均延续的是6502电气集中系统所谓“集中”的思想，即联锁系统的控制（微机联锁机柜）及驱动（继电器接口电路）均在信号设备房屋内，通过继电器接点，用信号专用电缆连接至室外的转辙机、轨道电路和信号机设备上。
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这样做有以下三项优势：一是设备集中便于维修维护；二是设备在室内，安全防盗；三是通过继电器隔离室内室外设备，对室内设备的雷电防护有很好的效果。
伴随国内多年信号系统的发展，我们逐渐也设计出一套适合于我们自身国情和路况的信号设备集中监测系统。通过对室内驱动部分的继电器接点开关量、轨道电路的模拟量、电源屏的电压电流等各种设备参数等的集中采集和分析，对室内外的信号系统进行全面监测，并动态分析系统可能出现的故障，及时排除，将可能由设备引起的运营风险将为最低。
现有的信号集中监测系统，尚未涉及到室外道岔转辙机、信号机、轨道电路等设备处，还需要额外设置道岔缺口监测系统及灯丝断丝报警系统、轨道测试盘等辅助系统。室外增加大量的电/光缆，目前信号设备的投资中，电缆占据很大比重，因此如果设法减少室外电缆使用，将对减少信号投资起到一定的作用。
3.2ZigBee（物联网的一种）的协议特点级网络拓扑结构
物联网的一个工业控制解决方案正适合这种应用场景，那就是ZigBee技术。
ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适用于自动控制及远程控制领域。
ZigBee网络主要由网络协调器、路由器和网络传感器三种节点组成。每个ZigBee网络至少由一个网络协调器节点，这类节点具备较强的计算能力和丰富的存储能力，负责路由节点和传感器节点的地址分配、网络组建、维护和网络管理能工作。
ZigBee网络协议可以自动组织网络互连，支持星形、簇状和网状三种网络结构，可以根据现场需要自由选择。
3.3 Zigbee信号室外联锁设备监控的组网方案
根据ZigBee传感器网络的特点，室外的设备由如下设备组成：
① 信号机点灯单元、转辙机内部、轨道电路变压器箱内设置网络传感器节点，通过相应的传感器采集信号机灯丝断丝、转辙机转动位置以及轨道电压、频率等信息。
② 咽喉区设备比较密集的位置设置路由器节点，对传感器节点采集的数据进行中继转发。
③信号楼附近设置网络协调器节点，收集传感器所传数据，通过数据电缆或无线通道将数据传送至信号机房微机监测总机或单独设置的ZigBee传感器网络终端处。
3.4系统的优势
ZigBee传感器网络都是低功耗片上系统，采集数据时工作，不采集数据时，系统自动进入休眠状态，以减少电能消耗，仅采用电池供电也能实现长时间的免人工维护。
采用无线节点组网，减少了室外电缆的敷设，节约工程投资，新网架设无需长时间要点施工。
四、结论和建议
信号系统是整个铁路系统中科技含量最高的系统，在保证安全的前提下，应该本着节约工程投资，减少施工难度等原则，积极采用新技术，顺应时代的进步和发展。
利用物联网进行信号室外设备的监测，也可以减少电务人员现场调查次数，提高生产效率，减少人员和工程的投入。
论文作者:孔令宽
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
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