軌道交通信號系統(tǒng)可靠性與安全性淺析

王磊

【摘要】近些年，我國各大城市紛紛開展軌道交通建設(shè)，以緩解城市路面的交通壓力。而軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量不斷增多的同時，軌道交通的管理也更加復(fù)雜。作為保證軌道交通系統(tǒng)正常安全運行的一種重要手段，交通信號系統(tǒng)的可靠性與安全性設(shè)計就顯得很有必要，因此必須要重視并合理設(shè)計和利用軌道交通信號系統(tǒng)?，F(xiàn)本文就重點來談?wù)勡壍澜煌ㄐ盘栂到y(tǒng)的可靠性與安全性。

【關(guān)鍵詞】軌道交通；信號系統(tǒng)；可靠性；安全性

在軌道交通系統(tǒng)的運行中采用相應(yīng)的交通信號系統(tǒng)，不但能夠在最大程度上保證列車的安全正常行駛，解決各個列車行駛時間上的沖突和矛盾，避免追尾事件發(fā)生，還能夠極大的提高列車的運行效率，增大軌道交通建設(shè)的經(jīng)濟效益和社會效益。除此之外，軌道交通信號系統(tǒng)的使用還有利于實現(xiàn)列車運行自動化管理，對于提高城市交通管理現(xiàn)代化水平有著重要意義。而要使軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)揮其應(yīng)有的作用，就要確保其可靠性與安全性。以下本文筆者就結(jié)合自己對軌道交通信號系統(tǒng)的認識來探討其可安全性與可靠性問題。

一、軌道交通信號系統(tǒng)概述

軌道交通信號系統(tǒng)主要是由連鎖裝置與列車自動控制系統(tǒng)（ATC）組成。ATC系統(tǒng)又包括列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）、列車自動防護系統(tǒng)（ATP）及列車自動運行系統(tǒng)（ATO）。其中，ATS的主要作用是對列車的實際運行情況進行監(jiān)督與控制，這樣可以使行車調(diào)度工作者對整個線路的列車進行全面、系統(tǒng)、完整的管理。ATP的作用主要是對行駛中的列車進行監(jiān)控和安全防護，避免其出現(xiàn)連鎖設(shè)備或自身系統(tǒng)中出現(xiàn)問題故障而影響列車運行安全。ATO則主要是通過分析地面情況來對列車進行控制，這樣就可以避免列車在行駛中突然的加速或減速，提高列車運行的舒適性和節(jié)能性。這三個系統(tǒng)相互作用，相互影響，從列車、地面、控制中心三個方面對列車進行全方位的控制，確保列車的安全穩(wěn)定運行。目前的軌道交通系統(tǒng)是各種先進科技的共同產(chǎn)物，其不但技術(shù)密集程度較高，而且成本低，效益高，是一種高速度、高效率、高安全性的可靠控制系統(tǒng)。

二、軌道交通信號系統(tǒng)的安全性分析

對于軌道交通信號系統(tǒng)而言，安全性主要是指行車的安全和乘客的人身安全。在列車的行駛過程中，無論是因為設(shè)備出現(xiàn)故障，還是因為電路、軟件出現(xiàn)問題，都可能會影響到列車的正常行駛，而由此造成的誤動或錯誤操作，極有可能造成嚴(yán)重的安全事故。為此，在軌道交通信號系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用中，應(yīng)該將以故障為導(dǎo)向的安全性能放在首要地位。在此過程中，需要解決的問題主要包括軌道數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)热齻€方面的故障-安全問題?？梢圆捎卯?dāng)前先進的計算機技術(shù)，如容錯技術(shù)、故障檢測和診斷技術(shù)以及多重化技術(shù)等，均能夠為提高軌道交通信號系統(tǒng)的安全性提供技術(shù)支持。以下主要對列車自動控制系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的安全性進行分析。

1、ATS系統(tǒng)

（1）在控制中心設(shè)立兩套ATS系統(tǒng)，互為熱備份，即其中的一個系統(tǒng)在線時，另一個系統(tǒng)也在不斷更新其數(shù)據(jù)信息，當(dāng)出現(xiàn)故障需要切換時，熱備份系統(tǒng)在很短時間內(nèi)完成對軌旁信息的掃描，從而保證系統(tǒng)獲取最新的數(shù)據(jù)。

（2）控制中心ATS主機與車站ATS設(shè)備間采用雙通道（主、備）或環(huán)路方式構(gòu)成系統(tǒng)（由通信專業(yè)提供），以保證某點或某段通信信道發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍能正常工作。

（3）當(dāng)系統(tǒng)中某些單元出現(xiàn)故障或運營過程中出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)具備降級運行的功能，由調(diào)度員人工介入設(shè)置進路，對列車運行進行調(diào)整，如在車站可以完成自動進路調(diào)整或根據(jù)列車識別號進行自動信號控制。

（4）當(dāng)列車運行偏離運行圖時，系統(tǒng)自動生成調(diào)整計劃或自動調(diào)整列車的停站時間、區(qū)間運行時間。當(dāng)偏離誤差較大時，可由調(diào)度員人工介入，指定列車的停站時間和區(qū)間運行時間，或?qū)ο到y(tǒng)實施運行圖進行調(diào)整。

（5）通過列車識別裝置（PTI）能自動完成全線監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的列車跟蹤（服務(wù)號、目的地號、車體號、車次號）。隨著列車的運行，跟蹤顯示從一個軌道區(qū)段向下一個軌道區(qū)段移位、顯示。

2、ATP系統(tǒng)

由于ATP系統(tǒng)主要是對列車的設(shè)備和系統(tǒng)進行安全監(jiān)控，因此其安全性設(shè)計應(yīng)該將重點放在保證設(shè)備系統(tǒng)安全上。首先，ATP系統(tǒng)可以利用雙層網(wǎng)絡(luò)與全冗余的模式來進行設(shè)計，將系統(tǒng)中的所有設(shè)備都設(shè)置相應(yīng)的冗余接口，并做好備份，以保證系統(tǒng)某個節(jié)點出現(xiàn)故障后系統(tǒng)也可以不受影響而正常運行。其次，編碼軟件也可以利用冗余技術(shù)，且編碼中不可出現(xiàn)循環(huán)語句，這樣是為了保證某個編碼控制程序出現(xiàn)中斷后可以繼續(xù)對系統(tǒng)進行控制，且不會形成死循環(huán)的問題。第三，為了進一步的保證系統(tǒng)的安全性與可靠性，對于一些較為重要或者較為容易出現(xiàn)故障的設(shè)備，應(yīng)該進行雙重備份。同時，為了避免強信號對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還要在電路中設(shè)計一定的防沖擊電路和防干擾措施。這樣才可以很好的保證系統(tǒng)的安全運行。

3、ATO系統(tǒng)

作為以地控車的控制系統(tǒng)，ATO系統(tǒng)應(yīng)該能夠在列車超速運行時給予一定的警告，并利用系統(tǒng)中的車載設(shè)備采取一定制動措施。正常情況下ATO系統(tǒng)是自動運行，但是如果其因故障無法自動運行，應(yīng)該要能夠盡快轉(zhuǎn)入人工操作的程序中，以保證列車安全運行。同時，在系統(tǒng)的運行中需要大量的實時數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)該首先循環(huán)傳送。為了保證行駛中的列車和地面工作站點之間可以隨時聯(lián)系溝通，在列車出站之前，要對ATO系統(tǒng)進行檢查，尤其是要對接口處進行仔細檢查，以保證系統(tǒng)的安全工作。

三、軌道交通信號系統(tǒng)的可靠性分析

要充分發(fā)揮軌道交通信號系統(tǒng)的作用，不但要保證其安全性，還要保證其可靠性。因為只有確保系統(tǒng)的可靠，才能保證其高安全性。尤其是在實踐中，可靠性是評價軌道交通信號系統(tǒng)安全性的重要指標(biāo)。在國際上目前已經(jīng)提出了定量可靠性性分析指標(biāo)，并規(guī)定列車超速防護的車上設(shè)備的平均無故障時間（MTBF）不低于104h，地面設(shè)備的平均無故障時間不低于105h。

在城市軌道交通中由于ATP系統(tǒng)在正常駕駛模式下使用，是惟一能連續(xù)控制列車運行，并長期確保列車安全運行的駕駛模式。降級駕駛模式是ATP系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況下，在限速條件以人工駕駛來降低列車運行風(fēng)險所采用的一種駕駛模式。不過，該模式并不能避免所有風(fēng)險，所以要求正常駕駛模式必須非常穩(wěn)定可靠，以盡量減少采用降級駕駛模式。鑒于上述因素，在國外城市軌道交通工程中，提出ATP系統(tǒng)正常駕駛模式的可靠必須高于99.99%。

四、結(jié)語

總之，在現(xiàn)代城市軌道交通事業(yè)的發(fā)展中，加強列車運行的安全控制是非常重要的。這就需要合理的設(shè)計和運用軌道交通信號系統(tǒng)，從每個子系統(tǒng)的角度出發(fā)來確保其安全性與可靠性，為人們出行提供安全可靠的交通設(shè)施。

參考文獻

[1]何泳斌.城市軌道交通信號控制方式研究[J].交通世界，2004（09）.

[2]章?lián)P，陳輝，田源.地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維修性、安全性設(shè)計[J].城市軌道交通研究，2009（04）.

[3]郜春海，燕飛，唐濤.軌道交通信號系統(tǒng)安全評估方法研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2005（10）。