轨道交通信号系统大全11篇

轨道交通信号系统篇（1）

随着城市的不断发展，交通压力越来越大，轨道交通逐渐成为缓解城市交通压力的重要方式。为了确保轨道交通的运行安全，必须要确保交通信号设备的安全、稳定运行。基于此，目前很多城市纷纷建立了信号支持系统，用于保障和维护城市轨道交通信号设备的良好运行。这样，才能够进一步提升城市轨道交通运行的安全性和高效性，对于城市立体交通的发展，以及城市经济的可持续发展都有着十分重要的意义和作用。

1信号维护支持系统的作用

在城市轨道交通当中，信号系统是最为重要的技术设备之一，负责对轨道列车的运行进行指挥，以提升运输效率、确保行车安全。在信号系统当中，主要包括了列车自动监控系统、列车自动驾驶系统、数据通信系统、电源屏系统、车辆停车场联锁系统、正线计算机联锁系统、列车自动防护系统等部分构成，主要的设备由轨道电路、转辙机、信号机、计轴等。在信号系统当中，由信号维护支持系统负责进行维护与监测，利用通信技术和计算机网络技术，集中监视信号系统设备的运行状态，对发生的故障进行迅速定位和报警[1]。同时对故障原因、故障时间、故障维修等进行管理和指挥，从而对故障进行有效控制，确保信号系统的良好运行。利用综合维护平台进行流程化、智能化、专业化的管理，能够提升信号设备维护管理的效率和效果，从而确保城市轨道交通的安全运行。

2信号维护支持系统的现状

在车辆停车场中，采用了微机连锁信号系统，同时配备了微机监测系统。在列车自动监控系统界面，汇集列车自动驾驶、自动防护、自动监控系统的设备报警信息，同时对部分信号设备的报警信息进行提供。利用故障和周期性维护的方式对信号设备进行维修和维护，但是在很多系统当中，对于电源屏、转辙机等设备的监测有所不足。另外，正线采用了以通信为基础的列车运行控制系统，在自动监控系统界面，汇集了列车自动驾驶、自动防护、自动监控系统的设备报警信息。全列车自动控制系统的报警和维护信息，也在自动监控系统中进行提供。将智能电源屏配备在全线信号电源中，从而形成专用的电源屏监测网络。

3信号维护支持系统的应用

在设计信号维护支持系统的过程当中，要对网络的单一性和独立性加以考虑，从而对于不同系统供应商所提供的信号系统，都能够加以适应。在配备设备的时候，应尽量采用模块化或小型化的设备。这样，对于城市轨道交通当中较为零散的车辆段、停车场、集中站等，就能够通过控制中心统一进行管理。在建立信号维护支持系统的时候，应当应用较为先进的技术和方法，确保信号设备能够始终维持良好的运行状态。对于监测范围、数据传输系统机、不间断电源信号机、数据记录等，都要实时进行监测[2]。在信号维护支持系统当中，应当根据城市轨道交通的运行要求，设置高效的监督系统、屏蔽门系统、以及记录信号系统等。在实际应用信号维护支持系统的过程中，为了防止其它信号对信号设备的干扰和影响，在被监测设备和信号设备之间，应当进行隔离，从而确保真实有效的采集数据。应将其它的系统与采集信息系统建立联系，从而提高信息资源共享的效率。在信号维护支持系统模拟量采集器投入实际应用之前，应当进行细致的校验，确保其能够符合相应的技术标准。在信号维护支持系统中，对于信号设备的工作信息，能够实现迅速的采集，然后对大量的信息数据利用智能化系统进行分析和整理。一旦发现信号系统发生故障，能够立即进行报警，从而提高维修效率。信号维护支持系统主要是为了严格的监测设备信号监测设备的运行效果，同时分类设备的故障类型[3]。同时，在信号维护支持系统当中，应当具备良好的故障诊断功能，如果信号设备发生故障，根据信号设备的状态信息，分析和查找发生故障的位置和类型，从而第一时间采取措施进行处理。在信号维护支持系统的运行当中，容易受到外界因素的影响和干扰，因此，在设计和建立信号维护支持系统的过程中，应当重视对其抗干扰能力的加强。

4信号维护支持系统的发展

在城市轨道交通当中，随着对信号维护支持系统相关研究的不断深入，对于信号系统中不同的维护信息数据和信息接口，可进行标准化的处理，从而使整个系统的维护能力得以加强。这样，可以统一的管理操作界面，从而强化信号维护管理系统的完整性，降低了维护人员的工作量。由于信号维护系统当中具备故障诊断、状态监测、数据分析等功能，因而信号系统的运行效率和质量都能够得到有效的提高，并且也能够降低信息系统的维护成本。一旦信号设备发生故障，根据其具体的运行数据，系统能够进行快速的分析和报警，从而尽快完成故障的发现和维护，尽可能的降低损失[4]。随着城市的不断发展，城市交通系统的压力不断增大，轨道交通量系统也面临着更大的挑战。客流量不断提升，行车之间的间距也不断减小，因而对信号维护提出了更高的要求。但是，在我国当前很多城市轨道交通系统当中，信号维护设备普遍存在着一定的问题和不足。基于此，应当不断加强对维护信息的整理与归纳，建立和不断强化信号维护支持系统的性能和效率，并且建立便捷、可靠的城市轨道交通信号维护支持系统，对轨道交通的信号设备进行更好的维护，以确保城市轨道交通的行车效率和行车安全。

5结语

在当前的城市交通网络当中，随着交通流量的不断增加，城市轨道交通也面临着越来越大的压力。不同与其它交通方式的是，轨道交通的良好运行，需要很多系统的支持。其中，信号设备十分关键，负责指挥轨道交通的运行。因此，必须建立和完善城市轨道交通信号维护支持系统，更好的监控和维护信号设备系统的运行状态，从而确保城市轨道交通的安全、稳定、高效的运行。

参考文献：

[1]陈琦,张冲,孙冀东,李文祥.城市轨道交通信号维护支持系统与信号系统同步设计的可行性及实践[J].中国铁路,2014.

[2]李国锋,李建朝.城市轨道交通信号维护支持系统电缆绝缘测试改进方案[J].中国铁路,2014.

轨道交通信号系统篇（2）

2城市轨道交通信号系统方案

通常情况下在城市交通疏解任务中城市轨道交通线路承担着十分重要的任务，为确保人们出行的安全性，应采用完整的、先进的、高效的列车控制系统作为地铁信号系统。正线信号系统采用完整的列车自动控制（ATC）系统，由ATS、ATP、ATO、联锁设备组成。车辆段/停车场由联锁设备、微机监测设备、ATS分机等主要设备组成。目前城市轨道交通的信号系统主要有准移动闭塞和移动闭塞系统选择。

2.1基于目标距离模式的准移动闭塞ATC系统通常选用音频数字无绝缘轨道电路作为目标距离模式，这种模式的主要特点为信息传输量较大及抗干扰能力很强。列车车载设备依据由钢轨传输而接收到的联锁、轨道电路编码、线路参数、控制管理等报文信息，连续对列车追踪运行及折返作业进行速度监督，最大限度对其进行超速防护，控制列车运行间隔，以满足规定的通过能力。由于音频数字轨道电路具有极大的传输信息量，可以将目标速度、目标距离、线路状态等信息提供给车载设备，为计算出列车相适应的运行模式速度曲线，将ATP车载设备与固定的车辆性能数据进行充分地结合。

2.2基于通信的移动闭塞系统（CBTC）基于通信的移动闭塞列车控制系统具有极为先进的发展技术，是列车控制技术的发展趋势，是国际ATC先进水平的代表。是独立于轨道电路的高精度列车定位。CBTC系统为实现车与地、地与车间之间的双向数据通信，可以选用自由空间无线天线、交叉感应电缆环线、漏泄电缆以及裂缝波导管等方式进行有效通信。依据列车的位置信息及进路情况轨旁ATP设备可以有效对每一列车的移动权限进行准确计算，同时根据列车位置速度的变化不断更新数据，利用连续车地通信设备向列车进行信息的发送。依据接收到的移动授权及本身的运行状态车载设备可以对列车运行速度曲线及防护曲线进行有效计算，在ATP子系统的保护防御过程中，在该速度曲线下ATO子系统或人工驾驶控制列车可以正常运行。可以最大限度地实现后续列与前行列车尾部的紧密性，并始终处于安全距离范围内。在确保安全的基础上，CBTC系统可以实现区间通过能力的有效提高，同时不受轨道电路区段分割的限制。虽然CBTC系统在调试时因对现场环境要求高、调试周期较长等一些不尽如人意的地方，但是CBTC系统在具有自身优越性的同时已经成为城市轨道交通信号系统的首选方案。其相对于准移动闭塞系统的优越性是不可取代的。

3城市轨道交通信号系统通信设备的传送方式

3.1通过轨道电路进行传送轨道电路不仅可以检测列车占用情况，也可以传递报文信息给车载设备。在轨道电路不忙的情况下，将轨道电路信息传送给联锁系统，当列车对轨道进行占用时，利用装置切换，并将发送轨道电路信息的作业进行停止，开始采用轨旁设备将ATP报文信息连续向钢轨进行发送，将接收和发送设备装置在列车底部，可将接收到的信息向车载设备进行传递，同时也可以向地面发送列车信息。

3.2通过轨间电缆传送单独沿着钢轨铺设一条线路，专门用于传送ATP报文信息，此方法安全可靠，但费用较高。

3.3通过点式应答器传送在轨道电路的部分地方进行应答器的设置，应答器的设置主要有两种形式：固定数据应答器与可变数据应答器。用于存储固定数据的应答器为固定数据应答器，可变应答器通过对中心进行控制来取得数据，将接收和发送天线安装在列车底部，当列车运行在应答器位置经过时可以感应到应答器的信息，然后进行双向数据交换，因为这种信息的传送不具有连续性，只能在一定位置才能进行接收，因此这些位置被叫做点式ATC。

3.4通过无线方式进行传送无线车地通信主要采用无线方式，由控制中心来实现车载ATP/ATO的功能，利用无线交换器和轨旁无线单元AP与车载无线通信设备进行时时数据的交换。一般情况下一个控制中心可以实现对一条线路上所有车站的控制，当控制中心设备发生故障时，为了确保整条线路不出现瘫痪现象，可以将车站现地工作站和车站ATS远程控制单元设置在车站。这样当控制中心出现故障之后，车站工作人员可通过车站现地工作站进行操作来实现联锁计算机的功能，ATS远程控制单元可代替中央ATS系统向联锁系统和轨旁设备发送相关信息，此时ATS远程控制单元所具有的信息不全面，但能够保证列车在本站的正常运行。

轨道交通信号系统篇（3）

Abstract: Urban Transit system is an extensive use of public transport, and its security is directly related to the personal safety of commuters. The signaling system is to ensure the safety of the train, comfortable, run by high-density technology and equipment, its reliability and security continue to improve and perfect, so as to effectively guarantee the safe operation of the rail transportation. In this paper, the design of Urban Transit signal system and CBTC is analyzed。

Keywords: Urban Transit; signal system; CBTC

中图分类号：U239.5 文献标识码：A

1轨道交通系统信号系统

城市轨道交通信号系统是保证列车安全运行，实现行车指挥和列车现代化运行，提高高效运输的关键系统设备。城市轨道交通信号系统一般由列车自动控制系统（Automatic Train Control，ATC）组成。ATC系统由列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）、列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，ATP）和列车自动运行系统（Automatic Train Operation， ATO）三个子系统组成。

由列车自动防护系统来完全保证行车安全。列车自动运行系统可以完成列车站间自动运行、定位停车、接收控制中心运行指令从而实现列车运行速度的自动调整，使整套信号系统能够满足列车高速和高密度运行的需求。

2 CBTC信号系统

基于通信的列车自动控制系统CBTC（communication based train control system）是一种连续的列车自动控制系统，采用高精度的列车定位，独立于轨道电路，连续、大容量、双向车-地数据通信，车载及轨旁处理器能够实施安全功能的信号控制系统。ATS子系统包括中央至车站的数据传输子系统，通常分布在运营控制中心OCC (operation control center)及车站。ATP/ATO子系统包括车-地传输子系统，ATP子系统设备由联锁和列控设备组成。ATP/ATO子系统设备分布在车站、轨旁及列车上。

2.1 CBTC系统的列控原理

基于系统确定的列车移动授权、列车运行的速度、列车运行的线路等数据，CBTC系统实现对列车的控制。CBTC系统对列车的控制是由地面设备和车载设备共同完成，其基本原理如下：

（1）地面设备（轨旁设备）周期性地接收本控制范围内所有列车传来的列车识别号、列车位置、列车运行方向和速度信息，通过计算确定各列车的移动授权，并向本控制范围内的每列列车周期性地发送移动授权(安全防护点)的信息。由前行列车的位置及运行速度来确定移动授权，随着前行列车的移动，移动授权将逐渐前移。

（2）车载设备接收到由地面设备发送的列车移动授权信息以及列车运行的最大限制速度命令、线路技术参数、紧急制动的建立和反应时间等数据，根据这些数据计算出列车的紧急制动触发曲线和紧急制动曲线，从而控制列车在紧急制动曲线下运行，以确保列车的运行安全。

2.2 CBTC系统的闭塞原理

在CBTC系统中，基于对最大运行速度、制动曲线和线路上相邻列车的动态位置计算出列车间的安全间隔距离。因为列车频繁的向地面设备发送其位置，地面设备频繁的向列车传送更新的移动授权信息，系统对列车的定位分辨率可以达到10m以下的精度。随着前行列车的移动，后续列车运行的移动授权的范围总是实时变化。基于相关区段的最大允许速度、在安全制动距离范同内安全地靠近前一列车尾部最后一次确定的位置，车载设备制定列车的运行曲线，从而尽可能缩短追踪列车的运行间隔。将随前行列车的运行位置和运行状态而变化追踪运行列车间的安全间隔距离的闭塞方式称为移动闭塞。

信号系统通过在车载和地面设备之间连续和高速的数据通讯来实现移动闭塞。在CBTC系统中，随前行列车的移动，列车从地面设备获得的移动授权的目标点总是变化，其后续列车运行的安全保护停车点总是在前行列车占用的闭塞分区轨道电路入口的前方。从而移动闭塞信号系统可大大缩短运行间隔，提高列车的运输效率。

2.4 CBTC系统的分类

随着数据通信技术的快速发展和应用，以及城市轨道交通对信号系统设备标准化的要求，通用数据通信系统快速应用于CBTC系统中，CBTC系统的车-地信息主要有交叉感应电缆环线、漏泄电缆、漏泄波导管和无线电台等传输媒介。

采用交叉感应电缆环线作为车-地数据通信媒介，车-地间直接通过电磁感应方式交换信息。采用漏泄电缆、漏泄波导管、无线电台作为传输媒介的车地数据通信系统，一般采用通用的无线扩频通信技术，因此CBTC系统按车-地数据通信媒介可分为：

（1）基于交叉感应电缆环线的CBTC系统，即CBTC-IL(inductive loop)；

（2）基于无线扩频通信技术的CBTC系统，即CBTC-RF(radio frequency)。

基于交叉感应电缆环线传输车-地信息的CBTC-IL系统有传输特性好，抗干扰能力强等优点。基于交叉感应电缆环线传输方式的缺点：需要在道床上安装感应电缆环线，受土建安装条件限制；数据传输速率比较低；数据传输需采用专用通信协议。

基于漏泄电缆、漏泄波导管、无线电台传输车地信息的CBTC-RF系统，其车-地间的无线扩频传输采用通用的IEEE 802.11系列标准，无线扩频传输是将要传输的数据信号转换为无线信号，当接收方接收到无线信号后将其还原为数据信号，数据信号和无线信号间的转换由无线网卡来实现。

3 CBTC应用现状及存在的问题

CBTC系统中采用当前先进的计算机技术和数据通信技术。与基于轨道电路的传统信号系统相比，CBTC信号系统有自动化程度高、轨旁设备少、运营能力大、高安全性和高可靠性等特点。其优点还有不与牵引供电争轨道，有利于牵引供电设备的合理布置；不需要在轨道上安装设备，易于形成疏散通道。正是由于CBTC系统的诸多优势，其开发和应用正在朝着互联互通和兼容性的方向发展，代表着城市轨道交通信号系统的发展方向。目前国内城市轨道交通信号系统选型采用CBTC信号系统作为主流制式，在轨道交通建设和改造过程中得到了广泛应用。

目前国外厂商都在结合工程实践不断完善CBTC系统，开通投入商业运营的线路并不多。开通和运营过程中主要存在以下技术问题，需要在今后的研制和工程实施中加以解决。

（1）由于CBTC系统中的列车定位和移动授权依赖于无线信息传输。如果某列车或地面某点发生无线通信中断或故障，就会失去对列车的定位，将对运营造成较大的影响，而且故障处理将比原来的轨道电路系统复杂。因此一旦发生通信故障时，如何保障行车安全和减小对运营的影响是一个技术瓶颈。为此绝大多数采用CBTC系统的工程都配置了后备信号系统，以解决上述问题。

（2）目前CBTC系统采用的IEEE 802.11系列的WLAN标准使用的是一个开放的无线频段。该频段不限制其他用户使用，因此用户较多时容易造成相互干扰。特别是在高架开放区段，抗外部干扰问题也是一个技术难题。

（3）从地面的一个AP切换到另一个AP时，列车信息传输会有中断，导致了一定程度的丢包现象，如何提高信息传输的可靠性也有待继续研究。

3 结束语

随着我国城镇化过程的不断深入，城市交通拥堵和环境问题与城市现代化发展的矛盾日益尖锐。城市轨道交通作为一种大容量、环保的交通方式，逐步成为解决此类问题的关键。CBTC系统为保障城市轨道交通运营的安全和高效至关重要。随着各大城市轨道交通基础设施的建设，CBTC系统将得到更大的完善和更广泛的应用。

参考文献

[1] 杜平.城市轨道交通信号系统的发展[J].铁道通信信号，2010，46(5).

轨道交通信号系统篇（4）

关键词： CBTC；闭塞；车地通信；自动控制

1.背景

我国大多数普速铁路的闭塞方式是固定闭塞，而移动闭塞更多地应用于高铁、地铁和轻轨。随着通信技术的应用，采用开放空间无线方式是车地通信的发展方向。目前城市轨道交通中最常用的信号系统为两大类：准移动闭塞和移动闭塞信号系统。两者都是基于传统的电气集中联锁控制技术发展而成，区别在于后者在外部传输媒介上采用的是无线通信技术。

CBTC系统得益于计算机技术和通信方式的发展，信号的概念已经改变：从被动反应到主动检测，从轨旁设备控制到列车自我控制，车地通信具备了思考和对话的能力。

2.概念

信号系统的列控方式有两种：基于轨道电路的列车控制方式和基于无线通信的列车控制方式。前者是传统的信号系统，后者是基于前者衍生的CBTC系统。它们的区别在于传输媒介的不同，后者是无线传输。

CBTC系统的定义：一个连续的列车自动控制系统，它利用高分辨率的列车位置确定方式，不依赖于轨道电路；高容量的车地双向数据通信；以及能够实现“故障―安全”功能的车载和轨旁处理器。

3. CBTC系统构架

基于CBTC移动闭塞的ATC系统，具备ATP防护、ATO驾驶和后备模式的点式ATP防护功能。它主要的子系统包括：区域控制器（MAU+PMI）、接口继电器、计轴ACE、ATS子系统、ATP子系统、ATO子系统、车载控制器以及连接各子系统的数据通信系统 （DCS）。

3.1 区域控制器（MAU+PMI）

区域控制器-MAU，是冗余校验的三取二配置，具备“故障―安全”的功能，每个联锁区域设一套MAU。它实现与所控区域内所有列车的安全信息交互，同时向所辖区域内每辆列车移动授权LMA，并实现对屏蔽门（PSD）的监督与控制。

区域控制器-PMI，是冗余校验的2x2oo2配置，也具备“故障―安全”的功能，每个联锁区域设一套PMI。它实现与所控区域内除屏蔽门（PSD）外的所有联锁控制，并监督屏蔽门（PSD）状态。

3.2接口继电器和计轴ACE

接口继电器用于区域控制器（MAU+PMI）与现场设备的接口，如：信号机、道岔、紧急停车按钮、屏蔽门等。计轴ACE用于检测区段的占用、出清和受扰。

3.3 ATS子系统

ATS子系统主要实现对列车运行的监督和控制，辅助调度人员对全线列车进行管理，其功能包括：调度区段内列车运行情况的集中监视与控制，监测进路控制、列车间隔控制设备的工作，按行车计划自动控制道旁信号设备以接发列车，列车运行实迹的自动记录，时刻表自动生成、显示、修改和优化，运行数据统计及报表自动生成，设备运行状态监测，设备状态及调度员操作记录，运输计划管理等，还具有列车车次号自动传递等功能。

ATS子系统包括控制中心设备和ATS车站、车辆段分机。控制中心ATS设备有中心计算机系统、工作站、显示屏、绘图仪、打印机、UPS等。每个控制站设一台ATS分机，用于采集车站设备的信息和传送控制命令，并实现车站进路自动控制功能。车辆段ATS分机用于采集车辆段内库线的列车占用情况及进/出车辆段的列车信号机的状态。它采用的是“集中后备”的结构，其组成框图如图所示。

3.4 ATP子系统

ATP子系统的功能是对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输人，与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。

ATP子系统不断将从地面获得的前行列车位置信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等通过轨道电路等传至车上，由车载设备计算得到当前所允许的速度，或由行车指挥中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行，以缩短列车运行间隔，保证行车安全。

采用轨道电路传送ATP信息时，ATP子系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成，并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。

3.5. ATO子系统

ATO子系统主要用实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返，根据控制中心的指令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，传送车门和屏蔽门同步开关信号。

使用ATO后，可使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此明显提高了乘客的舒适度，提高了列车正点率并减少了能量消耗和轮轨磨损。

ATO子系统包括车载ATO单元和地面设备两部分。地面设备有站台电缆环路、车地通信设备（TWC）以及与ATP，联锁系统的接口设备。

3.6 车载控制器

车载控制器是冗余校验的三取二配置，具备“故障―安全”的功能，每辆车设一套车载控制器。它实现与轨旁设备的安全信息通信，根据移动授权实现安全距离计算、车门控制等功能。

3.7 数据通信系统DCS

DCS采用独立双网的架构，两张网络完全独立且配置基本相同。车地通信使用无线空间波，采用802.11g协议，使用UDP/IP作为设备之间的通信协议。控制中心至车站的骨干网是一个完全冗余的通道；车站至每个轨旁无线单元的信息通过两个不同的路径传送；轨旁无线单元的配置遵循完全冗余的无线覆盖原则。所有数据同时在双网中传输，保证了系统的可靠性和可用性，单网络故障时无需切换时间。

4.系统维修

系统维修分为三级：计轴设备的特点主要提现在以下两个方面：

（1）一级维修：现场轨旁设备的故障修复，部件的更换、维修和测试；

（2）二级维修：提供一个环境仿真器用以检测并隔离故障板。

轨道交通信号系统篇（5）

CBTC系统需要高度依赖列车、轨旁以及控制中心之间的高速双向通信传输，因此，必须拥有一套可靠性、稳定性高的车地无线传输系统。组建一个无线通信系统必须充分考虑无线电波的传播问题。下面将针对车地无线传输系统的实现方式展开探讨。

1 漏缆

由于城市轨道交通的特点使得它必须是线性无线覆盖，并且要在列车行驶的线路上均匀覆盖。对于使用漏缆或漏泄波导管作为传输介质的网络有先天性的优势，因为它们的特性使它们非常容易在复杂的传输环境中与钢轨形成一个平行的无线覆盖网络。

漏缆一般由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。电磁波从发射端通过同轴电缆传至另一端。电磁波在漏缆中传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波；而外界的电磁场则通过漏缆上的槽孔感应到漏缆内部并传送到接收端。漏缆的频段覆盖在450 MHz～2 GHz以上，能够适应现有的各种无线通信体制。与传统的天线系统相比，漏缆天线系统具有以下优点。

（1）适用频率宽，场强覆盖均匀稳定。

（2）漏缆衰减等传输参数更加均匀稳定，对安装环境适应能力强。

2 漏泄波导管

目前，北京地铁2号线就是利用此种方式来实现CBTC功能。波导管是一种用于传导高频电磁波的元件，是一种空心、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子，在其表面每隔一段距离刻有一条细微的裂缝，使无线电波从此裂缝中向外传送超高频电磁波。波导管物理特性和衰减性能很好，最大传输距离可达1 600 M，能够呈现良好的方向性分布，可在隧道及弯曲通道中传输。通过它脉冲信号可以以极小的损耗被传送到目的地。波导管具有以下优点。

（1）无线场强覆盖均匀，抗干扰能力较强，衰耗小。

（2）传输速率大、传输距离长，可以减少列车在各AP之间进行漫游和切换。

3 无线电台

目前，西安地铁1、2号线、北京地铁10号线均使用此种方式来实现CBTC功能。国内大多数地铁都采用此类信号系统，工程投资少，列车运行间隔短，轨道交通运输能力高，满足了大客流和运能的需求。它是根据IEEE802.11无线局域网的标准建立起的一套宽带通信系统。由轨旁、车载、骨干三部分网络组成。无线传播是目前使用最广泛的一种传播方式。它以无线信道作传输媒介的计算机局域网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。它利用电磁波在空气中从车载天线到轨旁天线双向传递行车数据。这种空间自由传播的方式能够节省大量的轨旁设备，在轨道交通狭窄的隧道安装上具有特殊的优势。相对于有线网络，具有安装简单、灵活性强、终端设备可移动和可扩展等优点，已成为几乎所有行业网络便携式、固定式终端设备的接入标杆性应用。无线电台具有以下优点。

（1）设备安装位置限制较少，受其他因素影响小。

（2）AP数据传播速率较高，可实现网络冗余覆盖。

（3）安装、维护容易，成本较低。

4 交叉感应环线

由交叉感应环线构成的双向通信系统主要用于车地设备之间的无线双向通信。系统内包括环形电缆、车载设备及轨旁设备。环形电缆需要沿着钢轨的中心对称进行敷设，每隔一段进行一次交叉。车地间传输的数据通过直接数字频率合成技术转换为信号，在经过功率放大器的放大后输送至环线上，与车载设备进行车地无线通信。交叉感应环线具有以下优点。

（1）使用经验成熟，施工工艺成熟，环线使用寿命较长。

（2）环线设备及施工投资较少。

5 结语

众所周知，电波在隧道中的传播特性和自由空间不同。当隧道直线距离短、弯道多时，直射波传播将受到环境因素的影响。另外，由于隧道内有吸收衰减和多径效应，使传播衰减大大增加。因此，空间自由传播的方式在工程实施时必须提前进行勘察，设备布置的不确定性较大。在开放空间的区段（如高架桥，车辆段区域），因存在其他的民用WLAN，传输更加容易受到污染。该文仅从现有车地无线传输方式中进行比对，列举了目前各信号系统供应商及投入使用的信号系统无线传输系统各自的优点，下面将这几种方式的缺点统一列出。

（1）漏缆缺点：在地面和高架段施工安装时工艺复杂、美观效果差、漏缆采购价格较高。

（2）波导管缺点：工程施工难度较高，需全线安装，安装精度要求较高。设备造价较高，后期养护投入较大。

轨道交通信号系统篇（6）

中图分类号： {TN913.22} 文献标识码： A 文章编号：

信号系统是轨道交通的中枢系统，指挥着列车安全、正点、有序的运行。信号系统一个重要特点就是与之接口的专业非常多，不仅与建筑、轨道、供电等专业互相配合，提交各种设计资料，预留安装接口条件，还与车辆、综合监控等诸多机电系统实现安全可靠的接口，以满足控制、监视等功能需求。不同的专业与厂商，其信息如何交互，成为接口设计过程中的一个关键。本文通过对安萨尔多公司CBTC信号系统与相关机电系统电气接口的技术分析，以便加深对接口重要性的认识，为实现信号系统与相关机电系统安全、可靠的接口提供帮助。

1系统概述

安萨尔多公司的CBTC信号系统架构主要分为：ATO子系统、ATS子系统、ATP子系统、联锁子系统、数据通信子系统，如图1所示。

图1CBTC信号系统框图

2正线联锁系统

2.1系统组成

正线联锁系统采用双机热备，差异与自检的故障-安全的MicroLok II联锁控制器。MicroLok II安全处理器是一个专为铁路安全应用而设计的基于微处理器的逻辑控制器，其基本功能是根据一个标准的执行程序和一个专为安全功能而设计的应用程序，来处理输入量并生成相应输出，达到控制安全联锁的功能。

2.2与相关系统的接口

MicroLok II采用分布式联锁控制方式，通过将线路划分为若干个联锁区，每个联锁区包括有岔站和无岔站，由位于设备集中站的MicroLok II联锁控制器进行控制。

2.2.1 联锁系统间的连接

设备集中站与非设备集中站之间利用电缆进行连接，各个设备集中站的MicroLok II联锁控制器通过两张独立的以太网的方式实施冗余连接。

2.2.2 与屏蔽门间的接口

正线联锁系统与屏蔽门系统通过继电方式实现接口，接口分界面在各站的站台屏蔽门设备室屏蔽门PSC的接口端子盘上。

当列车停车误差满足精度的要求，即±0.5m以内时，信号系统将向屏蔽门系统发送持续稳定的开门命令，后者将根据信号系统发送的开门命令控制相应的门单元打开。在停站结束后，信号系统发出关门命令，车门和屏蔽门按信号系统指令进行动作，屏蔽门所有门都关好后，向信号系统发送持续稳定的“所有门关闭且锁紧”信号，信号系统收到此信号后，才允许列车进入站台或从站台发车。当列车的停车误差超过±0.5m时，信号系统将实施保护功能，不允许打开车门和屏蔽门。

当屏蔽门系统自身故障不能向信号系统发送屏蔽门状态信息时，站台工作人员可在站台端部的屏蔽门控制盘上通过人工向信号系统发送“互锁解除”信息。信号系统此时将不再检查屏蔽门的状态，直接允许列车进入站台或从站台发车。

2.2.3 与车辆段联锁间的接口

正线联锁系统与车辆段联锁通过继电方式实现接口。接口电路用于与联锁设备相互传递安全信息，它的所有输入和输出都采用双断方式。正线联锁和车辆段联锁相互传递的每个信息都由两个单独的接点所完成，该单独的接点由一个安全继电器控制，这两个接点将使一个联锁的复示继电器吸起。出入段转换轨被纳入正线控制范围，按照双线双向运行的方式设计。为了满足与正线一致的追踪间隔、进出段能力要求，出入段线装设与正线相同的ATP/ATO设备，以完成列车的筛选、CBTC运行模式。

2.2.4 与其他线联络线联锁系统间的接口

联络线之间通过继电方式实现接口，联锁关系按照照查原理设计，所有的输入和输出继电器电路采用双断方式，保证联络线上列车进路的安全。在联络线上分别设置接车信号机，本线控制通往本线的接车信号机。

3 列车自动监控ATS系统

3.1 系统组成

3.1.1中央ATS系统

中央ATS子系统由主机服务器、通信服务器、接口服务器、调度工作站、磁盘阵列等设备构成。ATS子系统通过DCS网络与其他CBTC子系统交换数据和命令。中央ATS基于32位英特尔构架，强大、可靠的Linux系统平台，符合POSIX接口标准。LAN网络由冗余的100/1000BaseTX以太网交换机组成。每台服务器都接入到两张独立的数据通信网络（DCS），并访问其他所有服务器的数据。

3.1.2车站ATS系统

一套ATS主机服务器、通信服务器和接口服务器位于某一设备集中站，作为后备站。当中央ATS服务器不可用时，这些服务器为中央ATS提供第三级备份服务，用于紧急状态下的应急控制。

ATS车站工作站位于设备集中站。该工作站提供列车运行的本地显示，在取得授权后，实现对本联锁区域的控制。设备集中站的ATS工作站与联锁系统的本地控制工作站合用，通过接入交换机接入DCS网络，并通过串口直接接入到联锁设备。

3.2与相关系统间的接口

3.2.1与综合监控系统的接口

ATS系统与综合监控系统间采用2路冗余的网口连接，它们之间的数据传输是双向的。ATS系统向综合监控系统发送信号设备状态（信号机状态、区段占用情况等）、列车运行信息（车次号、车体号等）、站台信息等，以上信息通过综合监控系统提供给广播系统和乘客信息系统，用来在站台向乘客提供列车预告等服务。除此之外，ATS系统还向综合监控系统发送区间阻塞信息。若列车在隧道内某一区段占用时间超过一个非计划停留时间的上限，ATS将发送该列车的阻塞信息给综合监控，以启动相应隧道通风设备。

综合监控系统向ATS系统发送牵引供电信息，以使ATS系统显示相应牵引供电的状态，为行车组织提供参考信息。当无数据发送时，必须每秒互发一条心跳信息，以便系统确认通讯链路连接状态。

接口界面在通信专业设备机房的通信配线架上。

3.2.2与大屏幕系统的接口

ATS系统和大屏幕系统通过2路冗余的网络接口方式进行连接，通信协议采用TCP/IP、X11R6。ATS系统显示工作站的操作平台是Linux系统，通过运行X Server软件可在大屏幕系统中的多屏处理器上产生一个X显示窗口，该窗口可仿真显示LINUX系统桌面或应用程序。ATS系统的应用程序使用LINUX 系统X-WINDOW协议中的显示重定向功能将画面显示到X窗口中。该显示方式可充分利用大屏幕高分辨率的特点，并可在屏幕上任意位置显示图像。

接口界面在大屏幕显示控制器的网络接口处。

3.2.3与时钟系统的接口

控制中心主时钟系统与ATS系统采用2路RS422串行链路连接，2路信息分别接入ATS系统的两台主机服务器。该链路为单向驱动，无需应答，传输速率为9600bps。主时钟系统侧采用RJ45接口，ATS系统侧采用RS422接口。

通过主时钟系统传输时间信息，使ATS系统能够利用该信息同步信号系统内各子系统的时间。当主时钟信号发生故障时，信号系统内部则通过ATS主机服务器的时钟来实现同步。

接口界面在通信专业设备机房的通信配线架上。

3.2.4 与无线系统的接口

在控制中心，ATS系统通过2路RS422接口链路为无线调度系统提供列车的各种信息：如列车位置信息、车组号、车次号、车站ID，链路速率为9600bps。ATS系统向无线调度系统发送的信息在两个串行链路之间每隔2秒进行一次信息交互。信息首先通过链路A发送，两秒后再通过链路B发送，下两秒再通过链路A发送，依次类推。无线调度系统收到ATS系统发送的列车信息数据包之后，需要向ATS系统回复确认信息。

接口界面在通信专业设备机房的通信配线架上。

3.2.5与车辆段联锁系统的接口

ATS系统和车辆段计算机联锁系统采用4路RS422串行链路接口，通信方式为异步双工，采用屏蔽电缆连接，通讯速率为19200kbps，校验方式为CRC校验，采用接收应答和超时重传机制保证通讯的可靠性。

通过与车辆段联锁系统的接口，可以完成车辆段站场实时信息显示、命令执行结果等向ATS系统的传递，以便正线行车调度员了解车辆段车场的情况。

接口界面在计算机联锁系统主机侧。

4列车自动防护ATP和列车自动驾驶ATO系统

4.1系统组成

ATP/ATO系统由轨旁设备和车载设备共同组成。

ATP子系统车载设备主要由车载控制器（CC）、速度传感器、加速度计、应答读取器天线、司机操作显示屏（TOD）、移动电台（MR）和天线组成。ATO子系统与ATP子系统共用车载硬件设备。ATO子系统的软件安装在与车载ATP子系统共用的车载计算机中，但使用独立的CPU。CC通过速度传感器、加速度计和应答读取器采集到的数据来实时计算列车的位置，通过DCS网络将该信息发给区域控制器（ZC），然后根据ZC计算出的移动授权点结合车载线路地图，计算列车的ATP防护曲线，并根据该曲线进行列车的速度监督和超速防护。

ATP子系统轨旁设备由数据存储单元和基于3取2冗余结构的轨旁分布式区域控制器组成。每个ZC通过DCS网络和CC接口。ZC通过运用CBTC移动闭塞理念，基于已知的障碍点和列车位置，确定预定义区域内所有列车的移动权限，确保列车的安全运行。数据存储单元给CC提供轨道数据描述，同时也采集ZC和CC的维护信息。数据存储单元也提供允许从ATS系统到ZC和CC通信的接口，实现由行车调度员设置区域临时限速、跳停、扣车及禁止驾驶模式等功能。

4.2与车辆的接口

信号系统向车辆方提供所有车载设备的外形尺寸、数量、安装及配线工艺要求、相应的资料和图纸等。车辆方根据信号系统提出的信号设备安装要求，设计并提供车载设备的安装空间和条件并负责安装。按照信号系统的要求敷设电缆，进行屏蔽处理，提供电磁兼容保护等。接口分界面通常位于CC机柜接线端子插座处。

CC通过与车辆的接口，实现对车辆运行状态的监督与控制，CC的主要功能结构图如图2所示：

图2CC功能结构图

对于CC来说，车辆提供的输入信号有两种：一种是安全输入信号，如司机室激活、方向手柄位置、运行模式开关、列车完整性等，这种信号符合故障安全导向逻辑；另一种是非安全输入信号，如门模式开关、常用制动实施等。CC给车辆提供的输出信号也有两种，一种是安全输出信号，如车门使能、牵引使能，保证当CC故障时，所有的安全输出均进入受限状态；另一种是非安全输出信号，如开车门、关车门。

5结论

城市轨道交通信号系统与相关专业接口多，接口技术，交互信息复杂且涉及到行车安全，如何保证各接口的正确性与可靠性成为地铁信号系统设计的难点。其接口的实现贯穿于整个系统的招投标、合同签订、设计联络、安装调试、运营维护等所有实施阶段，充分熟悉并理解信号系统与其他相关专业的接口关系，对各个阶段工作的顺利开展有着重要的意义。

参考文献

轨道交通信号系统篇（7）

中图分类号：C913文献标识码： A

所谓城市轨道交通的“互联互通”，是指列车可以在包含不同厂商设备的线路或网络中安全运营。若买现路网间的联通、联运，轨道交通的建设、运营、管理就可以买现资源共享，减少轨道交通的建设、维修和运营成本等优点。还有利于不同车辆的共线混跑;有利于不同线路的车辆综合备用;有利于线路改造及延长。

1城轨互联互通实现的条件

城市轨道交通线路之间运营互联互通是一个系统工程，涉及土建、轨道、车辆、行车组织、供电、信号、安全门/屏蔽门等多个专业，需要各线路统一标准，协同配合才有可能买现(如图1)。

2城轨信号系统互联互通的优点

可以独立于轨旁设备，自由的采购车载设备;列车能够在多条线路上运行，而只装备一套车载ATC设备;对于既有线路的延长，能够有具有竞争力的报价;可提供替代设备的供应商数量增加;降低了信号系统全生命周期成本;由于标准化，降低了培训的成本。

3城轨信号系统互联互通方案

目前，随着我国城轨信号系统核心技术设备从自主研发已走向成熟应用，使得我国城轨信号系统之间实现互联互通已不再是雾里看花，根据国铁互联互通成功实施的经验，城轨实现互联互通已完全成为可能。但我们需要清晰地看到目前已经研发出来的几家国产化信号系统由于设计理念和设计标准的不统一，使得虽然实现的系统功能基本相同，但系统的结构、子系统的功能分配、子系统间的接口等存在着诸多的不同点，这就需要制定统一的信号系统互联互通相关标准，结合各家的开放的接口，进行二次开发，实现真正意义上的信号系统互联互通。

3.1从众共性的基础设备

实现城轨信号系统互联互通首先要实现基础设备的设计标准的统一，基础设备的统一是互联互通的前提条件、基础设备的统一不是狭义的统一生产厂家，而是统一基础设备的类型、性能和设计规范统一基础设备采取的原则为“从众共性”的原则，保证基础设备的选择满足大多数供货商的设备选型需求，从而减少大多数供货商实现互联互通的工作量和实现难度。基础设备主要包括:通用基础设备(包括信号机、计轴、转辙机等)、应答器、无线通信设备等。

3.2统一标准的信号系统解决方案

3.2.1互联互通需求分析

在实现信号系统间的互联互通前，必须统一地进行功能需求分析，所有需要互联的子系统必须有统一的功能需求书。然后通过功能需求细分，进而将整个信号系统的功能变成各子系统的功能，从而得到大家都认同的系统需求书，并对系统间的接口进行详细定义。按照目前信号系统的组成，大致可以分为轨旁系统、车载系统、车地通信系统和列车自动监督系统、实现互联互通的基础是列车和轨旁ATP的相互通信和安全功能的共同实现，还有列车和ATS系统的相互通信和非安全调整功能的共同实现。可以通过系统功能分配，建立各子系统需求书。

(1)车载系统需求

线路间识别能力;存储所有线路的地图数据，且和轨旁系统的地图数据必须完全兼容;同一类型车载系统可以和不同供应商提供的轨旁ATP通信;车载系统和不同供应商提供轨旁系统的数据交换可以保证列车的运行安全;车载系统可以适应不同类型的列车性能和线路条件，保证列车安全和列车自动运行。

(2)轨旁系统需求

同一类型轨旁ATP系统可以和不同供应商提供的车载系统通信;和不同供应商提供车载系统的数据交换可以保证列车的运行安全;和不同供应商提供车载系统的地图数据必须完全兼容;和不同供应商提供轨旁系统的数据交换可以保证列车在跨区时运行安全。

(3)车地通信系统需求

车地通信系统必须是选明传输;必须建立统一的开放标准和协议，并采用共同认可的通用制式、

(4)ATS系统需求

ATS系统可以和不同供应商提供的车载系统通信;和不同供应商提供车载系统的数据交换可以保证列车的运行调整;可以识别不同供应商提供车载系统的位置报告;可以和不同供应商提供轨旁ATP系统通过通用标准进行通信。

3.22互联互通接口要求

CBTC系统是模块化设计的现代化系统.提供了灵活的接口。图2展示了互联互通接口

（1）通信接口条件

CBTC互联互通包括以下通信接口:

车载设备与轨旁ATP设备接口;轨旁ATP设备与相邻轨旁ATP设备接口;ATS与轨旁ATP设备接口;ATS与车载设备接口。

(2)轨旁连续式通信

建议轨旁连续式通信系统依据开放无线局域网(WLAN)标准，并以选明传输方式支持所有IP协议。对于ATC设备，车地通信系统就像是两个冗余的标准连接的路由器。连续通信系统允许如下的直接通信:车载系统和 ATS系统;车载和轨旁ATP系统。连续式通信系统必须完全独立于ATC系统，只是为ATC系统提供一个传输通道。

(3)轨旁点式通信

根据国内业主的需求和互联互通的需求对应答器报文预留字段的补充定义，制定统一的国内应答器报文标准。使用主流产品S供应商提供的欧式应答器即可实现互联互通。

3.2.3统标准的信号系统解决方案

目前轨道交通信号系统通常具有三种控制级别，分别是联锁控制等级，点式控制等级和连续式控制等级。从这三个等级方面，各家信号系统供应商可以通过统一的标准来实现信号系统的互联互通。互联互通标准按照控制等级可以划分为联锁控制等级互联互通标准，点式控制等级互联互通标准和连续式互联互通控制等级标准。这些标准制定的完成和信号基础设备的统一将成为互联互通实现的关键。

(1)联锁控制等级互联互通标准

联锁控制等级属于互联互通标准中最低等级的标准，其他两个等级能够向下兼容本控制等级，由于本控制等级只由基础的信号设备构成，因此基础的信号设备及信号设计的统一即能满足本控制等级的互联互通，例如统一信号机的显示制式，统一设计保护区段、接近区段等，因此本控制等级最容易实现互联互通，该控制等级能够满足装备列车和非装备列车混跑的功能需求。由于没有车载ATP的防护，这种互联互通方式效率和安全性比较低。此方式只运用到非运营时段的列车跨线调车中。

(2)点式控制等级互联互通标准

点式控制等级是基于点式应答器及轨道检测设备的列车运行控制信息的点式系统，本控制等级的信号设备是通过联锁控制等级增加点式信号设备来实现点式控制等级，点式控制等级的地面设备由轨道检测设备、点式应答器设备、联锁设备以及列车自动监督设备组成，车载设备由车载ATP设备及设备构成。速度传感器、HMI、信标天线等)，系统的机构如图3所示。

互联互通需要确定和分配的主要功能如下:

列车定位功能;点式下列车安全防护功能(包括接近锁闭和解锁，保护区段锁闭和解锁，进路和道岔保护等);点式下的屏蔽门联动功能;点式下的临时限速功能;点式下列车自动驾驶功能。

其中列车定位和列车安全防护功能是强制需求，其他功能是可选需求，可以根据具体用户需求确定。对于上面的功能实现，需要各供应商共同协商和制定统一的功能需求书和接口说明书。

轨道交通信号系统篇（8）

1. 概述

随着社会进步、城市规模不断扩大、人口密度迅速增加，交通拥堵日趋严重已成为制约城市经济发展的一大障碍。由于城市轨道交通具有运量大、安全正点、快捷舒适及污染小等特点，建立以城市轨道交通为主的城市交通系统是解决城市交通拥堵问题的重要途径。人们对于城市轨道交通的要求越来越高，如何实现列车安全、快速、高效的运行是目前轨道交通领域亟待解决的根本性问题，作为保证行车安全、提高运营效率的轨道交通信号系统在提高运输效率、保证行车安全及旅客舒适度等方面具有决定性作用。

轨道交通信号系统是运用技术手段保证行车安全。它包括车站信号控制系统（车站联锁系统）和区间信号系统以及机车信号系统几个部分。信号系统的主要功能是保证行车安全、提高运营效率。信号系统虽然在工程投资中并不占很高的比重，但是由于信号系统担任着指挥列车安全运行的任务，关系到成千上万乘客的生命和财产安全，为此，需要专门考虑在系统出现故障，或操作人员不慎进行错误操作的情况下，系统仍能最大限度地维护乘客安全。目前无论是国产轨道交通信号系统还是国外设备国产化的推广应用所遇到的共同问题就是：国内开发的轨道交通信号系统缺乏权威的安全认证机构进行认证。而国际通行的方法都要求有安全认证这一步，这样国内开发的信号系统就难以参加相关项目的招投标。通过安全评估可以系统地从计划、设计、制造、运行等全过程中考虑信号系统的安全技术和安全管理问题，发现系统开发过程中固有的或潜在的危险因素，搞清引起系统灾害的工程技术现状，论证由设计、工艺、材料和设备更新等方面的技术措施的合理性学习。研究国际安全标准和相关的安全评估和认证体系，并结合中国轨道交通发展的实际情况建立轨道交通信号系统的安全评估和认证体系势在必行！

2. 相关的国际标准

世界发达国家的城市轨道交通系统已经有了百余年的发展历史，他们不断总结经验教训，完善管理，已经形成了一整套科学的安全评估、认证、管理体系，制定了一系列切实可行的安全评估的技术标准。

iec61508是国际电子电工委员会（iec）制定的《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》国际标准，是进行轨道交通安全评估和论证重要的参考标准。

在铁路运输领域里，人们对安全相关系统的研究主要集中于铁路信号控制系统中，首先于1963-1965年在日本由信号保安协会开展起来，所进行的研究是以“电子技术信号设备的研究”为主体展开的，提出了相应的报告。

国际铁路联盟研究实验所（ore）a118课题在1969年至1977年期间共出版了13个报告和2个技术文件，系统地考证了“电子技术在铁路信号系统中的应用”， a155课题在1982年至1988年期间发表了“在铁路信号设备中电子元器件的应用”报告，在a155课题的基础上，1990年1月，国际铁路联盟（uic）了738r规程，给出了安全信息的处理和传输的一系列建议。

欧洲国家在宣传和介绍iec61508国际标准的同时，以iec61508国际标准为基础，吸收该标准的精髓，制订行业标准。欧洲电气化标准委员会（cenelec）下属sc9xa委员会，制定了以计算机控制的信号系统作为对象的铁道信号标准，它包括以下4个部分。

（1） en－50126铁路应用：可靠性、可用性、可维护性和安全性（rams）规范和说明。

（2） en－50129 铁路应用：安全相关电子系统。

（3） en－50128 铁路应用：铁路控制和防护系统的软件。

（4） en－50159.1铁路应用：通信、信号和处理系统。

它们的相互关系和涉及到的具体信号领域见图2-1。

2.1 iec61508标准

iec61508国际标准规范了电气/电子/可编程电子安全相关系统软硬件生存周期的各个阶段的任务和目标，提供一个制定安全需求规范的方法。它由7个部分组成：

第1部分 总的要求

第2部分 电气/电子/可编程电子系统的需求

第3部分 软件需求

第4部分 定义和缩略语

第5部分 决定安全完整性级别的方法实例

第6部分 应用iec61508－2和iec61508－3指南

第7部分 技术和方法总论

其主要目标：

1) 对所有的包括软、硬件在内的安全相关系统的元器件生命周期范围提供一个安全监督的系统方法。

2) 提供一个确定安全相关系统安全功能要求的方法。

3) 建立一个基础标准，使其可直接应用于所有工业领域，同时，亦可指导其他领域的标准，使这些标准的起草具有一致性（如基本概念、技术术语、对规定安全功能的要求等）。

4) 让使用者和维护者放心使用以计算机为基础的技术。

5) 建立一个概念统一、协调一致的标准。

在iec61508中有个重要的概念：安全生命周期。安全生命周期是指从方案的确定阶段开始到所有的电气/电子/可编程电子安全相关系统、其它技术的安全相关系统、外部风险降低设备不再可用时为止，这个时间周期内发生为实现安全相关系统所必需的活动。图2-2是iec61508描述的系统安全生命周期流程图。

2.2 en标准

2.2.1 en50126

该标准定义了系统的rams（reliability、availability、maintainability和safety），即可靠性、可用性、可维护性和安全性，并且规定了安全生命周期内各个阶段对rams的管理和要求。但是在该标准中，未定义rams的具体的定量目标。此处的生命周期和iec61508中安全生命周期是一个概念。

rams作为系统服务质量衡量的一个重要特征，是在整个系统安全生命周期内的各个阶段通过设计理念、技术方法而得到的。为了达到规定的rams，必须针对前面的rams影响因素，在整个系统的生命周期内有效控制rams的影响因素，即系统的随机故障和系统故障。en50126要求在整个安全生命周期进行rams管理，针对每个阶段给出应需要完成的rams任务，同时给出相关的具体文档和要求。

2.2.2 en50128

由于在信号系统中采用计算机（包括微机、单片机）越来越广泛，由软件来承担安全性需求的比重越来越大，因此软件安全性问题变得更加突出。为此en50128针对软件的安全保证提出了相关的规范和设计标准。在该标准中，对铁路控制和防护系统的软件进行了安全完善度等级的划分，针对不同的安全要求制订了相应的标准，按不同等级对整个软件开发、检查、评估、检测过程包括对软件需求规格书、测试规格书、软件结构、软件设计开发、软件检验和测试、软硬件集成、软件确认评估、质量保证、生命周期、文档等提出相应的程序与规范的要求。

2.2.3 en50129

这个标准定义了为了保证安全相关的铁路信号电子系统/子系统/设备安全所必须满足的条件。这些条件包括：

1) 质量管理措施

2) 安全管理措施

3) 功能和技术安全措施

4) 安全接受和论证

作为一个安全相关系统要作到系统的安全能够得到接受和论证，必须经过前三个步骤。 en 50129就是针对一个安全事例来指导系统研究开发人员在整个系统

研制开发生命周期内所要完成的质量管理、安全管理和相关的技术安全措施的实施。对于安全管理，引入iec61508提出的安全生命周期概念，就是说对于安全相关系统的安全部分，在设计时按照该步骤进行设计，并且需要进行全程的安全评估和验证，目的是进一步减少和安全相关的人为失误，进而减少系统故障风险。图2-3将系统各个层次的开发和评估论证对应起来，描述的是“v”字型系统安全生命周期。

2.2.4 en50159.1en－50159.1

铁路应用：通信、信号和过程控制系统在铁路中应用第一部分：封闭传输系统中安全相关通信。这个标准适用于采用封闭传输系统实现通信目的的安全相关系统。对安全相关设备和传输系统的通信接口信息传输提出安全要求。

3. 国外的安全评估体系

欧美国家开展轨道交通信号系统的安全研究比较早，目前已经形成了比较完善的安全评估体系，如英国cass安全评估框架，德国tuv评估体系等，它们主要以en铁路标准为基准，依托第三方评估机构，对已有线路和在建项目的信号系统进行安全性论证。下面以英国cass安全评估框架为例进行详细说明。

3.1 英国cass 安全评估框架

cass是英国工商部（department of trade & industry）和健康安全部门（health & safety executive）制定的一个安全评估认证框架项目，为此还成立了cass策划公司，它的任务和目标是为基于iec61508标准的安全相关系统开发一个标准的认证框架。

在cass框架中，评估员由权威部门考核和认证，并要求独立于运营商和系统制造商。评估员对认证机构负责，认证机构对客户负责。政府相关监督部门由具有安全认证经验的专家组成，cass也有自己的技术委员会，确保满足技术发展的需要，cass相关的标准和规范会根据iec61508的修订进行修改。在英国ukas是唯一授权安全论证

的机构，进行cass框架认证的机构都要向ukas申请授权。系统制造商再向这些ukas承认认证机构申请评估。cass公司会对评估员进行考核，监督评估过程[12]。

3.2 英国铁路工程安全评估原则和方法

目前英国在铁路安全管理中普遍应用alarp原则（as low as reasonable practicable）[13]，它是将安全相关系统的风险分成以下三类：

1) 足够大的风险，我们不能接收；

2) 足够小的风险，我们可以忽略；

3) 介于以上两种风险之间的风险，我们必须采取适当的、可行的、合理成本下的方法将其降到可以接收的最低程度。

对于第三种风险，我们采用alarp（as low as reasonably practicable）原则进行风险的减低，该原则的含义是采用尽可能低的成本、合理的、可行的方法进行风险降低。我们将以上三种风险在图3－2中进行描述。

在图3－2的最上层，即高于不可接收风险等级，该部分的风险被认为是不可接收的风险，在任何情况下都不能，必须拒绝；

在不可接收风险等级以下，我们采用alarp原则进行风险的减低，在该阶段，必须对风险减低而花费的代价进行评估，在风险和代价

之间进行平衡。在可接收区域边缘以下，该区域的风险有些微不足道，可以忽略。我们不需要采用任何方式或方法去减低它，当然我们必须将该区域的风险始终保持在该等级水平上。

在railtrack铁路咨询公司出版的工程安全管理黄页[13]中把安全评估过程分为两部分：安全审核和安全认证。

安全审核是要检查工程的安全管理是否完善，能否和安全计划保持一致。评估员应该检查一下安全计划里说明的标准和步骤是不是被正确的执行了，看一下工程行为和安全计划是不是具有继承性。安全审核最后要有一个安全审核报告，这个报告应该包括：对项目和安全计划一致性的评价、认为安全计划可行的评价和计划相符或是有所改进的建议。

安全认证是一个判断和系统相关的风险扩大或者减小到一定等级的过程。系统的安全要求是安全认证的核心。评估员应该根据产品制造商提供的安全事例（safety case）回顾一下安全需求规范以评价它对控制系统风险是不是已经足够，以及系统能不能满足安全需求规范。进行安全认证的目的就是收集足够的信息来证明系统的风险是可以接受的。

4.我国轨道交通信号系统安全评估与认证体系框架设想

我们设想中的轨道交通安全评估与认证体系参照的是cass框架，由轨道交通主管部门牵头，组织专家组制定安全认证标准和方法，相关单位可以据此申请成为第三方认证机构，聘请评估员对于安全相关系统进行安全认证，包括安全认证机构、安全标准、安全认证方法以及相关各方（政府、设备生产企业、运营单位、认证机构）之间的制约关系、权利和义务等等。如图4－1所示。

可以概括为以下四个层次：

第一层次：在体系建立初期，政府主管单位集中安全、质量、科技、生产等管理部门成立轨道交通信号系统安全评估体系领导小组；

第二层次：安全评估体系领导小组组织权威专家和相关技术人员成立权威机构，进行安全评估相应标准和规范的制订工作；

第三层次：进行安全评估者的资格论证，考核独立的个人或机构进行安全评估的资格，这些个人或机构应独立与轨道交通信号系统的研制开发、生产、销售等业务；可以批准多个评估机构，但每年论证机构必须对这些评估机构或个人进行资格审查或评估；

第四层次：对参与信号系统设计、生产、维护、测试的主要人员进行安全设计、安全管理、安全测试和安全生产方面的培训和评估，保证在整个体系中，安全意识得到整体体现。

图4-1 我国轨道交通安全评估与认证体系设想

5.结论

借鉴国外先进方法建立我国轨道交通信号系统安全评估与认证体系具有重大意义，可以迅速缩小和国际先进水平的差距，同时轨道交通信号系统的研制开发和应用也可以逐步走向规范化、系统化，切实保障轨道交通的运行安全。

参 考 文 献

【1】. cenelec pren50129，railway applications：safety related electronic system for signaling，1999

轨道交通信号系统篇（9）

1. 概述

随着 社会 进步、城市规模不断扩大、人口密度迅速增加，交通拥堵日趋严重已成为制约城市 经济 发展 的一大障碍。由于城市轨道交通具有运量大、安全正点、快捷舒适及污染小等特点，建立以城市轨道交通为主的城市交通系统是解决城市交通拥堵 问题 的重要途径。人们对于城市轨道交通的要求越来越高，如何实现列车安全、快速、高效的运行是 目前 轨道交通领域亟待解决的根本性问题，作为保证行车安全、提高运营效率的轨道交通信号系统在提高运输效率、保证行车安全及旅客舒适度等方面具有决定性作用。

轨道交通信号系统是运用技术手段保证行车安全。它包括车站信号控制系统（车站联锁系统）和区间信号系统以及机车信号系统几个部分。信号系统的主要功能是保证行车安全、提高运营效率。信号系统虽然在工程投资中并不占很高的比重，但是由于信号系统担任着指挥列车安全运行的任务，关系到成千上万乘客的生命和财产安全，为此，需要专门考虑在系统出现故障，或操作人员不慎进行错误操作的情况下，系统仍能最大限度地维护乘客安全。目前无论是国产轨道交通信号系统还是国外设备国产化的推广 应用 所遇到的共同问题就是：国内开发的轨道交通信号系统缺乏权威的安全认证机构进行认证。而国际通行的方法都要求有安全认证这一步，这样国内开发的信号系统就难以参加相关项目的招投标。通过安全评估可以系统地从计划、设计、制造、运行等全过程中考虑信号系统的安全技术和安全管理问题，发现系统开发过程中固有的或潜在的危险因素，搞清引起系统灾害的工程技术现状，论证由设计、工艺、材料和设备更新等方面的技术措施的合理性 学习 。 研究 国际安全标准和相关的安全评估和认证体系，并结合 中国 轨道交通发展的实际情况建立轨道交通信号系统的安全评估和认证体系势在必行！

2. 相关的国际标准

世界发达国家的城市轨道交通系统已经有了百余年的发展 历史 ，他们不断 总结 经验教训，完善管理，已经形成了一整套 科学 的安全评估、认证、管理体系，制定了一系列切实可行的安全评估的技术标准。

IEC61508是国际 电子 电工委员会（IEC）制定的《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》国际标准，是进行轨道交通安全评估和论证重要的 参考 标准。

在铁路运输领域里，人们对安全相关系统的研究主要集中于铁路信号控制系统中，首先于1963-1965年在日本由信号保安协会开展起来，所进行的研究是以“电子技术信号设备的研究”为主体展开的，提出了相应的报告。 欧洲国家在宣传和介绍IEC61508国际标准的同时，以IEC61508国际标准为基础，吸收该标准的精髓，制订行业标准。欧洲电气化标准委员会（CENELEC）下属SC9XA委员会，制定了以 计算 机控制的信号系统作为对象的铁道信号标准，它包括以下4个部分。（2） EN－50129 铁路应用：安全相关电子系统。

（3） EN－50128 铁路应用：铁路控制和防护系统的软件。

（4） EN－50159.1铁路应用：通信、信号和处理系统。

它们的相互关系和涉及到的具体信号领域见图2-1。

2.1 IEC61508标准

IEC61508国际标准规范了电气/电子/可编程电子安全相关系统软硬件生存周期的各个阶段的任务和目标，提供一个制定安全需求规范的方法。它由7个部分组成：

第1部分 总的要求

第2部分 电气/电子/可编程电子系统的需求

第3部分 软件需求

第4部分 定义和缩略语

第5部分 决定安全完整性级别的方法实例第7部分 技术和方法总论

其主要目标：

1) 对所有的包括软、硬件在内的安全相关系统的元器件生命周期范围提供一个安全监督的系统方法。

2) 提供一个确定安全相关系统安全功能要求的方法。

3) 建立一个基础标准，使其可直接应用于所有 工业 领域，同时，亦可指导其他领域的标准，使这些标准的起草具有一致性（如基本概念、技术术语、对规定安全功能的要求等）。

4) 让使用者和维护者放心使用以计算机为基础的技术。

5) 建立一个概念统一、协调一致的标准。

2.2 EN标准 该标准定义了系统的RAMS（reliability、availability、maintainability和safety），即可靠性、可用性、可维护性和安全性，并且规定了安全生命周期内各个阶段对RAMS的管理和要求。但是在该标准中，未定义RAMS的具体的定量目标。此处的生命周期和IEC61508中安全生命周期是一个概念。

RAMS作为系统服务质量衡量的一个重要特征，是在整个系统安全生命周期内的各个阶段通过设计理念、技术方法而得到的。为了达到规定的RAMS，必须针对前面的RAMS 影响 因素，在整个系统的生命周期内有效控制RAMS的影响因素，即系统的随机故障和系统故障。EN50126要求在整个安全生命周期进行RAMS管理，针对每个阶段给出应需要完成的RAMS任务，同时给出相关的具体文档和要求。

2.2.2 EN50128

由于在信号系统中采用计算机（包括微机、单片机）越来越广泛，由软件来承担安全性需求的比重越来越大，因此软件安全性问题变得更加突出。为此EN50128针对软件的安全保证提出了相关的规范和设计标准。在该标准中，对铁路控制和防护系统的软件进行了安全完善度等级的划分，针对不同的安全要求制订了相应的标准，按不同等级对整个软件开发、检查、评估、检测过程包括对软件需求规格书、测试规格书、软件结构、软件设计开发、软件检验和测试、软硬件集成、软件确认评估、质量保证、生命周期、文档等提出相应的程序与规范的要求。

2.2.3 EN50129

这个标准定义了为了保证安全相关的铁路信号电子系统/子系统/设备安全所必须满足的条件。这些条件包括：

1) 质量管理措施

2) 安全管理措施

3) 功能和技术安全措施

4) 安全接受和论证

作为一个安全相关系统要作到系统的安全能够得到接受和论证，必须经过前三个步骤。 EN 50129就是针对一个安全事例来指导系统研究开发人员在整个系统

2.2.4 EN50159.1EN－50159.1

铁路 应用 ：通信、信号和过程控制系统在铁路中应用第一部分：封闭传输系统中安全相关通信。这个标准适用于采用封闭传输系统实现通信目的的安全相关系统。对安全相关设备和传输系统的通信接口信息传输提出安全要求。

3. 国外的安全评估体系

欧美国家开展轨道 交通 信号系统的安全 研究 比较早， 目前 已经形成了比较完善的安全评估体系，如英国CASS安全评估框架，德国TUV评估体系等，它们主要以EN铁路标准为基准，依托第三方评估机构，对已有线路和在建项目的信号系统进行安全性论证。下面以英国CASS安全评估框架为例进行详细说明。

3.1 英国CASS 安全评估框架

CASS是英国工商部（Department of Trade & Industry）和健康安全部门（Health & Safety Executive）制定的一个安全评估认证框架项目，为此还成立了CASS策划公司，它的任务和目标是为基于IEC61508标准的安全相关系统开发一个标准的认证框架。

在CASS框架中，评估员由权威部门考核和认证，并要求独立于运营商和系统制造商。评估员对认证机构负责，认证机构对客户负责。政府相关监督部门由具有安全认证经验的专家组成，CASS也有自己的技术委员会，确保满足技术 发展 的需要，CASS相关的标准和规范会根据IEC61508的修订进行修改。在英国UKAS是唯一授权安全论证 的机构，进行CASS框架认证的机构都要向UKAS申请授权。系统制造商再向这些UKAS承认认证机构申请评估。CASS公司会对评估员进行考核，监督评估过程[12]。

3.2 英国铁路工程安全评估原则和 方法

目前英国在铁路安全管理中普遍应用ALARP原则（As Low As Reasonable Practicable）[13]，它是将安全相关系统的风险分成以下三类：

1) 足够大的风险，我们不能接收；

2) 足够小的风险，我们可以忽略；

3) 介于以上两种风险之间的风险，我们必须采取适当的、可行的、合理成本下的方法将其降到可以接收的最低程度。

对于第三种风险，我们采用ALARP（As Low As Reasonably Practicable）原则进行风险的减低，该原则的含义是采用尽可能低的成本、合理的、可行的方法进行风险降低。我们将以上三种风险在图3－2中进行描述。

在图3－2的最上层，即高于不可接收风险等级，该部分的风险被认为是不可接收的风险，在任何情况下都不能，必须拒绝；

在不可接收风险等级以下，我们采用ALARP原则进行风险的减低，在该阶段，必须对风险减低而花费的代价进行评估，在风险和代价

之间进行平衡。在可接收区域边缘以下，该区域的风险有些微不足道，可以忽略。我们不需要采用任何方式或方法去减低它，当然我们必须将该区域的风险始终保持在该等级水平上。

在Railtrack铁路咨询公司出版的工程安全管理黄页[13]中把安全评估过程分为两部分：安全审核和安全认证。

安全审核是要检查工程的安全管理是否完善，能否和安全计划保持一致。评估员应该检查一下安全计划里说明的标准和步骤是不是被正确的执行了，看一下工程行为和安全计划是不是具有继承性。安全审核最后要有一个安全审核报告，这个报告应该包括：对项目和安全计划一致性的评价、认为安全计划可行的评价和计划相符或是有所改进的建议。

安全认证是一个判断和系统相关的风险扩大或者减小到一定等级的过程。系统的安全要求是安全认证的核心。评估员应该根据产品制造商提供的安全事例（Safety Case）回顾一下安全需求规范以评价它对控制系统风险是不是已经足够，以及系统能不能满足安全需求规范。进行安全认证的目的就是收集足够的信息来证明系统的风险是可以接受的。

4.我国轨道交通信号系统安全评估与认证体系框架设想

我们设想中的轨道交通安全评估与认证体系参照的是CASS框架，由轨道交通主管部门牵头，组织专家组制定安全认证标准和方法，相关单位可以据此申请成为第三方认证机构，聘请评估员对于安全相关系统进行安全认证，包括安全认证机构、安全标准、安全认证方法以及相关各方（政府、设备生产 企业 、运营单位、认证机构）之间的制约关系、权利和义务等等。如图4－1所示。

可以概括为以下四个层次：

第一层次：在体系建立初期，政府主管单位集中安全、质量、 科技 、生产等管理部门成立轨道交通信号系统安全评估体系领导小组；

第二层次：安全评估体系领导小组组织权威专家和相关技术人员成立权威机构，进行安全评估相应标准和规范的制订工作；

第三层次：进行安全评估者的资格论证，考核独立的个人或机构进行安全评估的资格，这些个人或机构应独立与轨道交通信号系统的研制开发、生产、销售等业务；可以批准多个评估机构，但每年论证机构必须对这些评估机构或个人进行资格审查或评估；

第四层次：对参与信号系统设计、生产、维护、测试的主要人员进行安全设计、安全管理、安全测试和安全生产方面的培训和评估，保证在整个体系中，安全意识得到整体体现。

图4-1 我国轨道交通安全评估与认证体系设想

轨道交通信号系统篇（10）

在轨道交通系统的运行中采用相应的交通信号系统，不但能够在最大程度上保证列车的安全正常行驶，解决各个列车行驶时间上的冲突和矛盾，避免追尾事件发生，还能够极大的提高列车的运行效率，增大轨道交通建设的经济效益和社会效益。除此之外，轨道交通信号系统的使用还有利于实现列车运行自动化管理，对于提高城市交通管理现代化水平有着重要意义。而要使轨道交通信号系统发挥其应有的作用，就要确保其可靠性与安全性。以下本文笔者就结合自己对轨道交通信号系统的认识来探讨其可安全性与可靠性问题。

一、轨道交通信号系统概述

轨道交通信号系统主要是由连锁装置与列车自动控制系统（ATC）组成。ATC系统又包括列车自动监控系统（ATS）、列车自动防护系统（ATP）及列车自动运行系统（ATO）。其中，ATS的主要作用是对列车的实际运行情况进行监督与控制，这样可以使行车调度工作者对整个线路的列车进行全面、系统、完整的管理。ATP的作用主要是对行驶中的列车进行监控和安全防护，避免其出现连锁设备或自身系统中出现问题故障而影响列车运行安全。ATO则主要是通过分析地面情况来对列车进行控制，这样就可以避免列车在行驶中突然的加速或减速，提高列车运行的舒适性和节能性。这三个系统相互作用，相互影响，从列车、地面、控制中心三个方面对列车进行全方位的控制，确保列车的安全稳定运行。目前的轨道交通系统是各种先进科技的共同产物，其不但技术密集程度较高，而且成本低，效益高，是一种高速度、高效率、高安全性的可靠控制系统。

二、轨道交通信号系统的安全性分析

对于轨道交通信号系统而言，安全性主要是指行车的安全和乘客的人身安全。在列车的行驶过程中，无论是因为设备出现故障，还是因为电路、软件出现问题，都可能会影响到列车的正常行驶，而由此造成的误动或错误操作，极有可能造成严重的安全事故。为此，在轨道交通信号系统的设计与应用中，应该将以故障为导向的安全性能放在首要地位。在此过程中，需要解决的问题主要包括轨道数据处理、数据采集与驱动以及数据传输等三个方面的故障-安全问题。可以采用当前先进的计算机技术，如容错技术、故障检测和诊断技术以及多重化技术等，均能够为提高轨道交通信号系统的安全性提供技术支持。以下主要对列车自动控制系统的各个子系统的安全性进行分析。

1、ATS系统

（1）在控制中心设立两套ATS系统，互为热备份，即其中的一个系统在线时，另一个系统也在不断更新其数据信息，当出现故障需要切换时，热备份系统在很短时间内完成对轨旁信息的扫描，从而保证系统获取最新的数据。

（2）控制中心ATS主机与车站ATS设备间采用双通道（主、备）或环路方式构成系统（由通信专业提供），以保证某点或某段通信信道发生故障时，系统仍能正常工作。

（3）当系统中某些单元出现故障或运营过程中出现异常情况时，系统具备降级运行的功能，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，如在车站可以完成自动进路调整或根据列车识别号进行自动信号控制。

（4）当列车运行偏离运行图时，系统自动生成调整计划或自动调整列车的停站时间、区间运行时间。当偏离误差较大时，可由调度员人工介入，指定列车的停站时间和区间运行时间，或对系统实施运行图进行调整。

（5）通过列车识别装置（PTI）能自动完成全线监控区域内的列车跟踪（服务号、目的地号、车体号、车次号）。随着列车的运行，跟踪显示从一个轨道区段向下一个轨道区段移位、显示。

2、ATP系统

由于ATP系统主要是对列车的设备和系统进行安全监控，因此其安全性设计应该将重点放在保证设备系统安全上。首先，ATP系统可以利用双层网络与全冗余的模式来进行设计，将系统中的所有设备都设置相应的冗余接口，并做好备份，以保证系统某个节点出现故障后系统也可以不受影响而正常运行。其次，编码软件也可以利用冗余技术，且编码中不可出现循环语句，这样是为了保证某个编码控制程序出现中断后可以继续对系统进行控制，且不会形成死循环的问题。第三，为了进一步的保证系统的安全性与可靠性，对于一些较为重要或者较为容易出现故障的设备，应该进行双重备份。同时，为了避免强信号对系统产生干扰，还要在电路中设计一定的防冲击电路和防干扰措施。这样才可以很好的保证系统的安全运行。

3、ATO系统

作为以地控车的控制系统，ATO系统应该能够在列车超速运行时给予一定的警告，并利用系统中的车载设备采取一定制动措施。正常情况下ATO系统是自动运行，但是如果其因故障无法自动运行，应该要能够尽快转入人工操作的程序中，以保证列车安全运行。同时，在系统的运行中需要大量的实时数据，因此数据传输应该首先循环传送。为了保证行驶中的列车和地面工作站点之间可以随时联系沟通，在列车出站之前，要对ATO系统进行检查，尤其是要对接口处进行仔细检查，以保证系统的安全工作。

三、轨道交通信号系统的可靠性分析

要充分发挥轨道交通信号系统的作用，不但要保证其安全性，还要保证其可靠性。因为只有确保系统的可靠，才能保证其高安全性。尤其是在实践中，可靠性是评价轨道交通信号系统安全性的重要指标。在国际上目前已经提出了定量可靠性性分析指标，并规定列车超速防护的车上设备的平均无故障时间（MTBF）不低于104h，地面设备的平均无故障时间不低于105h。

在城市轨道交通中由于ATP系统在正常驾驶模式下使用，是惟一能连续控制列车运行，并长期确保列车安全运行的驾驶模式。降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。不过，该模式并不能避免所有风险，所以要求正常驾驶模式必须非常稳定可靠，以尽量减少采用降级驾驶模式。鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的可靠必须高于99.99%。

四、结语

总之，在现代城市轨道交通事业的发展中，加强列车运行的安全控制是非常重要的。这就需要合理的设计和运用轨道交通信号系统，从每个子系统的角度出发来确保其安全性与可靠性，为人们出行提供安全可靠的交通设施。

参考文献

轨道交通信号系统篇（11）

一、前言

国内轨道交通正处于跨域式发展的阶段历程中，然而在城市轨道交通在成为广大市民出行最便利的方式之一的同时，其信号控制系统设备种类繁多、耗电量巨大、运行成本很高的弊端也逐渐呈现在人们眼前。为了保证城市轨道交通高效安全运行的需要，本文对轨道交通信号控制系统的发展进行分析。

二、城市轨道交通信号控制系统的发展现状

从采用交流50Hz二元二位式相敏轨道电路开始，我国城市轨道交通信号系统经历了几代的发展。随着客流量的不断增多，列车运行速度的不断提高，传统信号系统已远远不能满足运营的需要，为此需要采用先进的信号技术，如符合电磁兼容要求的数字化轨道电路DTC（Digital Track Circuit）技术，基于通信技术（ODBC）的列车自动控制（ATC）系统等。同时信号系统作为列车运行的神经中枢，直接关系到乘客的生命安全，因此各系统必须具备相应的安全措施。目前，在城市轨道交通系统中广泛采用ATC列车速度自动控制系统，采用ATC信号系统可以大大的提高行车的安全性，使得因人为的疏忽、设备的故障而产生的事故率降至最低。此外，采用ATC列车速度自动控制系统还可以避免不必要的突然减速和加速，这不仅可以提高行车的稳定度，还对节能具有重要的作用。使列车始终处于最佳速度状态，可节能15%左右。

三、ATC列车自动控制系统概述

列车自动控制（ATC）系统包括列车自动保护子系统（ATP）、列车自动监控子系统（ATS）、列车自动驾驶子系统（ATO）。

ATP（列车自动保护）子系统负责列车间的安全间隔、超速防护及车门控制，主要包括轨旁设备，联锁设备、车载设备

等，ATP地面设备以一定间隔或连续地向列车传递信息，车载ATP根据地面传递的信息进行计算， 提供控制信息，使列车在限制速度下运行，列车开门前必须经过ATP检测，条件满足后，方可操作。ATP按“车-地”信息传输方式分为连续发码方式和点式发码方式。连续发码方式的ATP系统设备利用数字轨道电路或连续敷设电缆向车载接收设备持续地传递地面信息，其特点是信息实时性、安全性很高，行车间隔小，但技术复杂、造价昂贵。点式发码方式ATP 系统设备利用地面应答器或点式环线将地面信息传至列车。这种方式实时性较差， 行车间隔大，但技术简单、造价低廉。考虑到我国现有的城市轨道交通中，存在运客数量大、行车密度高、隧道内驾驶条件差等特点，均采用连续发码方式。

ATO（自动驾驶）系统负责自动调整列车车速，形成平滑控制牵引力和制动力的指令、引导列车运行、在一定精度范围内对位停车等。ATO设备主要包括控制器，接收/发送天线，标志线圈等。ATO有利于列车节能并提高旅客乘坐的舒适度和减轻司机的劳动强度。包括自动驾驶、自动调速、自动停车、定点停车、车门控制等几大部分。

ATS（列车自动监控）子系统实现对列车运行的监督，负责运行列车的道岔自动转换，排列进路，根据列车运行计划与实际客流等情况合理地调度列车，选定并维护运行图，自动或人工调整停站或区间运行时间，并向列车提供由控制中心传来的监督命令。ATS 子系统主要由位于OCC（控制中心）的中央计算机及相关显示设备，控制与记录设备，现场设备（包括车站、车辆段、停车场）以及传输通道组成。ATS 系统的安全、可靠地运行，对于整个交通系统的运营效率至关重要。

对于ATC列车自动控制系统来说，轨道电路对列车占用的判别方式仍然采用固定闭塞，影响车辆占用的效率，同时也存在着安装设备较多，设备之间的通信方式复杂，列车占用检测实时性较差，故障点较多的不足，为了解决这一局限性，实现移动闭塞。近年来大部分城市轨道交通信号系统都采用了基于通信的列车控制系统（CBTC）。

四、基于通信的列车控制系统（CBTC）概述

近年来大部分城市轨道交通信号系统都采用了基于通信的列车控制系统（CBTC）引进“信号通过通信”的新理念，实现对列车连续控制，它摆脱了轨道电路对列车占用的判别方式，突破了固定闭塞的局限性，可以实现移动闭塞，一般CBTC系统包括地面无线闭塞控制中心、列车车载设备、地一车双向信息传输系统和列车定位系统。

无线CBTC 采用无线通信系统，强调系统应用层和开发层的独立性，通过模块化的结构、强有力的接口设计和事件描述，制定对子系统透明的接口标准。CBTC通过采用基于IP 标准的列车控制结构，可以在实现列车控制的同时附加其它功能（如安全报警、员工管理及乘客信息等）。

无线CBTC系统工作方式完全不同于传统的信号系统，当分配某线路为使用状态后，立即通知线路管理中心，编制程序并输入该线路有关数据，线路管理中心计算列车的速度分布，数字化无线设备向列车发出控制命令，当列车进入测试区段时，列车向中心发出“进入区段”信息。如果列车超过预定速度，则驾驶室显示屏上显示“警告”，必要时可自动刹车。

无线CBTC具有卓越的技术经济优势， 在对既有的点式ATP系统的改造中，采用无线CBTC对其车载设备和轨旁设备进行一定的改造后（主要是增加网络接口和无线控制子系统），可实现既有信号系统与无CBTC的叠加，从而达到既有线路与新的无线CBTC 线路的互联互通（Interoperability，包括列车接口间的控制安全标准、导轨的模型化以及列车控制信息传递协议等），从而大大的节省了改造费用。目前，国际上不少城市开始采用CBTC系统，对现有列车控制系统进行更新。如北京、广州、上海、武汉、沈阳等。

五、结语

随着城市轨道交通信号系统的迅速发展，基于通信技术的列车控制（CBTC）移动闭塞系统代表着当前世界上轨道交通列车运行控制系统的发展趋势，是近年来国际国内推荐使用的一种闭塞制式。（CBTC）移动闭塞系统采用了先进的通信和计算机技术，可以连续控制、监测列车运行。它摆脱了使用轨道电路判别闭塞分区的占用，突破了固定（或准移动）闭塞需要固定的区间分区的局限性 ，较以往系统具有更大的技术优越性。CBTC系统能迅速、准确获得列车实时信息，在保证地铁安全、高效运营的同时，可大大提高旅客服务水平，因此基于通信的列车运行控制系统（CBTC）是轨道交通信号及列车控制的发展方向。

参考文献

[1]吴汶麒.城市轨道交通信号与通信系统[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2]林瑜筠.铁路信号新技术概论（修订版）[M].北京：中国铁道出版社，2007.