地铁信号系统的安全性技术探析

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摘要:本文以长沙轨道交通2号线一期工程为例，主要从信号系统概述、地铁信号系统安全性的预防原则、采用的安全性技术、采取的安全措施及安全规章制度保障几个方面进行了详细地分析与探讨，以供参考 。

关键词：地铁；信号系统；安全技术；

中图分类号：U231文献标识码： A

一、地铁信号系统概述

长沙轨道交通2号线一期工程提供的信号系统基于成熟的、可靠的、已验证的、有CBTC全功能开通业绩的SIRIUS系统。无论是在连续式通信还是点式通信的条件下，SIRIUS系统的列车自动防护和列车自动驾驶（ATP/ATO）子系统均能保证对列车的安全和连续监督。SIRIUS系统在驾驶室连续显示当前的驾驶指令（移动授权）并且连续的监督车速。SIRIUS系统使用最小保护区段方式来保障列车之间安全间隔，从而实现最佳行车间隔。使用SIRIUS系统可以提高线路的利用率。与基于联锁的固定闭塞信号系统（基于轨道区段的间隔）相比，它可以实现更短的行车间隔。SIRIUS系统（如下图）是一个高性能的基于无线通信和移动闭塞原理的列车控制系统，并拥有现有高效自动化列车控制系统应有的所有特性：

1、能提供小于90秒的运行间隔；

2、支持大于80公里/小时的列车运行时速；

3、提供的高效行车间隔，仅受限于线路条件、列车特性和所需的停站次数的影响；

4、多列列车运行时，系统的实际性能不会随着列车数量的增加而下降；

5、采用高可维护性的设计，大大优化列车的能耗、缩短了旅行时间并提高旅客舒适度；

6、通过无线通信的方式实现车 - 地间双向数据传输：

（1）列车向轨旁设备报告它们的位置；

（2）列车从轨旁设备接收移动授权；

（3）轨旁设备往列车上发送线路数据库。

7、采用基于“扩频”技术的数字无线通信网络，具有高抗噪性和高可用性；

8、可提供有人驾驶、有人监督自动驾驶等行车模式；

9、支持CBTC列车和非CBTC列车同时在线路上混跑的混合运营模式，并具有后备或降级运营模式；

10、采用模块化的设计和开放的通信传输协议，包括标准的以太网、Profibus、TCN和IP协议，从而使系统可灵活配置并具备可扩展性。

二、 地铁信号系统安全性的预防原则

地铁作为当今大多数发达城市的主要交通工具，其交通速度性、便捷性等都是城市公交所无法比拟的，地铁系统的运行主要通过信号系统进行全面的控制。然而，在当今地铁信号系统中，对安全性却存在很多的影响因素，对此，必须加强对地铁信号系统安全性实施预防措施，要根据地铁信号系统的运行形式制定相应的预防原则。

1、要清楚的认识到地铁信号系统的运行核心在哪，安全性贵为地铁信号系统运行的核心，在系统设计中要做全面做好系统安全性设计，尤其是在研发的过程中，要充分考虑到实际环境对地铁信号系统造成的影响，同时要对理论性依据进行校验，保证地铁信号系统的安全性。

2、要对地铁信号系统的安全性进行有效的风险评估，要对信号系统中设备的安装、调试、验收等环节进行全面的评估，将风险因素排除，进一步提高地铁信号系统运行的可靠性。地铁信号系统的安全性不仅要在设计中做好相应的保障工作，同时在施工、运营、维护等都要做好相应的监督工作，一方面要提高地铁环境下使用设备的寿命，另一方面要全面保证地铁信号系统运行的安全性，一旦发现问题要及时解决，必要的时候要更换设备或改进系统。

下图为长沙轨道交通2号线的SIRIUS系统构成如下图所示，它是由车载ATP/ATO 、BP（闭塞处理器）、联锁、ATS、PAC（站台ATO控制器）等设备以及连接这些设备相应的网络及与信息传输通道所构成一个完整的CBTC信号系统。

图 1长沙轨道交通2号线SIRIUS系统构成示意

三、 地铁信号系统采用的安全性技术

（一） 故障软化技术

故障软化技术在当今地铁信号系统中被广泛的应用，地铁信号系统在运行的过程中，经常会因为某些原因而引发系统故障，会导致信号系统某部分功能停用，对地铁运营的安全性造成极为严重的影响，而通过故障软化技术可以在地铁信号系统出现故障时，使故障形式减弱，能保证整体的通信系统依然维持运行，只不过功能上可能会稍弱一点，例如，导引信号，如果地铁信号系统故障引起的地铁正线信号机不能正常运行，或侧面保护条件不能满足时，乃至不能提供相应的保护区段，无法给出正常的前进信号时，通过导引信号的使用可以发出正确的引导列车前行的信号，并降低列车前行的速度，使列车低速行进车站，确保列车的行驶安全；信号灯光转移，地铁列车信号灯经常会因为灯泡丝烧断，而使得信号灯的黄灯或绿灯无法做出正确的响应，而在这个时候，可以利用信号灯光转移的方式，红灯直接做出响应，给出列车停车的红色信号灯，对信号机具有保护进路的功能；强行解锁，地铁列车通信系统出现故障时，很有可能造成轨道电路通信故障，使得列车的进路不能正常解锁，对列车运行带来一定的安全隐患，而这时可以采用故障软化技术的强行解锁功能，需要在保证安全的条件下，进行强行解锁，主要包含强行解锁道岔命令、强行解锁区段等。

（二）冗余技术

冗余技术主要是一种备份系统，通过系统额外的备份装置可以提高系统的安全性和可靠性，一旦地铁信号系统发生故障，可以通过备份系统及时代替原有的故障，确保地铁通信系统的正常运行，例如，地铁信号灯泡，主要采用双灯丝的备份方式，如果信号灯灯丝烧断的话，可以用另一个灯丝进行替换，能保证信号灯的正常显示命令；信号电源的双路电源，避免信号电源出现故障而导致信号系统停止运行，主要是通过正线西门子引进的UPS先进的电源设备，是通过相应数量的蓄电池所组成的电源；ATS（即列车自动控制系统）双套冗余系统，其中另一套系统就是作为系统的备份，避免ATS系统出现故障而导致通信系统的整体故障。另外，地铁信号系统还可以采用 2312 系统承载网络，实现双网系统，进一步保证地铁通信系统运行的可靠性（如图2所示）：

图2 CBTC系统承载网络的双网通信系统结构

四、地铁通信系统主要采取的安全措施

地铁通信系统在发生故障时，会对列车的行驶进程造成一定的问题，就算通过多种技术能更好的保证地铁信号系统的安全性，但是，为了防止意外发生，还是要对地铁通信系统安全故障采取相应的措施。

（一）自动监控系统采取的安全措施

为了避免地铁通信系统的故障对列车的正常运行造成影响，应在地铁车站列车的自动监控设备以及控制设备中心之间的自动监控主机上设置双通道构成系统或环路构成系统，这样可以进一步保障地铁通信故障下列车运行的安全性；在地铁信号系统故障时，调度员应做好对列车的调度工作，避免受到故障的影响；如果地铁通信系统故障导致列车与实际运行线路出现较小的偏差时，要通过应急系统对其偏差及时矫正，如，运行时间、停站时间等，如果偏差较大时，调度人员应及时对其运行列车的区间列车进行调度，同样要通过运行时间、停站时间来进行调整。

（二）列车的自动驾驶系统采取的安全措施

在很多情况下地铁通信故障的发生不能及时发现以及解决，而对于这类情况需要做好相应的安全措施，尤其是地铁列车的行驶，可以通过自动驾驶系统来保证列车运行的安全性。例如，一旦地铁信号通信系统出现问题，导致列车车速超限的话，可以利用列车自动驾驶系统来发出相应的显示警告，并执行相应的减速信号，而且，到车站的出发站会发出停站信号，确保列车的正常停站，避免信号系统故障对其列车停站的干扰。

五、安全规章制度保障

据调查显示，当今我国地铁通信系统中主要采用的信号设备是按照德国的标准设计的，而有些通信命令会直接绕过联锁条件，在使用这样的命令时，对设备运行的安全会有着一定的影响，而通过人为的控制，能有效地避免故障的发生，因此，在地铁信号系统运行的过程中，要加强对工作人员控制设备的安全规章制度的建立。尤其是在地铁信号系统的联锁系统中的安全命令，通常都是甩开联锁条件，需要调度人员来保证其命令的安全性，如果在这个环节出现问题的话，可能会造成地铁列车的事故发生，甚至是列车的颠覆事故，因此，制定相关的安全规章制度也显得非常重要，而且，要保证安全规章制度的严密性，同时要严格要求工作人员在操作的过程中，要认真核对命令以及命令提示，确保地铁列车的行车安全性。

结束语：

综上所述，伴随着我国社会经济的不断发展，也相应的促进了城市轨道交通的发展，在地铁实际的运行中，需要运用相应的安全技术，才能够实现安全的运行。文章主要针对地铁信号系统采用的安全性技术进行了具体的分析，通过文章的探讨，可以了解到，通过采用有效的安全技术和安全措施，能够显著的提高地铁信号系统的安全性，确保地铁的运行安全。

参考文献：

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[2]叶鹂君. 地铁信号系统采用的安全性技术[J]. 通讯世界,2014,04:15-16.

[3]张滔. 广州地铁3号线信号系统的安全性应用及分析[J]. 城市轨道交通研究,2010,06:55-58+62.