轨道交通信号故障安全的安全态

2015-04-13刘继政

中国科技纵横 2015年3期

关键词：可用性信号系统轨道交通

刘继政

(苏州高新有轨电车有限公司,江苏苏州　215000)

轨道交通信号故障安全的安全态

刘继政

(苏州高新有轨电车有限公司,江苏苏州215000)

现如今,交通安全问题越来越受到人们的普遍关注。由于轨道交通信号故障问题时有发生,不仅给交通事业带来严重的影响,同时也造成了严重的经济损失,人们的生命财产安全也受到了严重的威胁。在轨道交通信号出现故障的问题时,会出现一种安全态。本文主要对这一安全状态进行深入介绍和分析。

轨道交通信号故障安全态

在轨道交通运行的过程中，故障安全问题的重要性不言而喻，信号灯要严格按照故障导向安全的原则来进行，具体来说，就是在轨道交通信号系统出现故障问题时会自动处于一种安全的状态，也就是安全态。只有对交通信号故障的安全态进行详细地了解，才能保证交通运行的安全性和稳定性。

1　安全确认型故障安全原则

从传统的轨道交通信号故障的历史上可以看出，安全确认型故障安全原则起到至关重要的作用。在世界上第一条铁路通车时，为了防止列车之间发生冲突，相互撞击，工作人员在站内点燃蜡烛，如果蜡烛处于燃烧的状态，则说明站内有车。如果蜡烛熄灭则代表站内没有列车。所以，司机只需要根据烛光来进行判断，有烛光就代表有危险，所以需要立即停车。这就是传统的危险检出型的安全原则。但是烛火很可能被熄灭，那么就会造成严重的交通事故，可见这种安全原则不属于故障安全的安全状态。在以后列车运行的过程中，故障安全的原则不断地被利用和推广，而且技术人员将烛光变成了信号灯，在一定的时间内发挥了积极的作用。

通过对这一安全原则进行深入的分析可以看出，其中包含着一种重要的安全原理。那就是人们常说的安全确认型原则。首先，只有信号人员在保证车站是安全的状态下才点燃蜡烛，所以，司机只有在确认蜡烛是点亮的时候才进入车站。其次，司机在看不到烛光的情况下，就不能对安全性进行确认，因此不能判断站内是否安全，所以需要停车不前。针对这一原理，产生了一种车站的连锁设备，使得这种安全性得到了有效地保障。这种安全原则在以后铁路行业发展的过程中得到了有效地运用，与此同时，信号技术也得到了高效地发展。

2　使信号显示红灯即绝对禁止信号作为安全侧

从安全确认型故障安全原则的应用中可以看出，交通信号基本上采用的都是红灯作为指引，将红灯作为安全测。在列车进路的过程中，只有保证了信号灯的正确致使，确认行车安全的情况下，才可以行车。其中只有保证进路空闲、道岔位置正确、没有建立敌对进路或者是进路锁闭以及闭塞空间空闲等情况，才能够开放信号机。这些安全的信号条件缺一不可。所以，检测的结果是安全的，真实的。在实际的行车过程中不会出现任何安全隐患。

具体来说，在对空闲环节的故障检测时，可能会有多种不同的情况:第一，轨道区段是空闲的，但却出现了安全侧故障，即检测结构为占有。第二，轨道区段实际被列车占用，但是检测结果为空闲。第三，检测任务受到多种因素的制约，无法进行。可见，为了避免出现严重的交通事故，需要将检测系统检测出的交通故障作为危险侧故障处理。同时要保证安全检测系统能够直接对故障进行处理，并且能够保证信号灯运行的高效性。也就是所，在以后的检测过程中，将安全检测的结果作为信号灯开放的基本条件。

在震惊全国的“温州动车事故”中，由于采集电路出现了故障问题，虽然想控制中心发出了故障报告，但是却没有将采集到的信息传递给主机，使得主机仍然显示原来的信息。故障信息得到了转发，但是却没有从根本上采用解决问题的措施，造成严重的动车事故。

通过这一典型的例子可以看出，可以得出以下几点结论:(1)如果信号系统出现了危险侧故障，需要立即显示红灯。另外，要根据相关的规定和原则来对信号故障进行控制和处理，同时要寻求符合发生危险侧故障信号要求原则，不能对交通安全问题有所忽视。在这一信号系统进行设计的过程中，将采集到的设计信息如实地传递到检测终端，所以，设计者不应该承担任何责任，主要是由于相关的规定和标准出现了严重的问题。(2)在信号系统发生故障问题的过程中，需要利用信号灯自身的红色指示来确定信号，不能在其中掺杂人工的操作。然后在这种情况得不到满足的情况下，再考虑信号控制工作人员对其进行维护。(3)如果某一子系统出现了永久性的故障，就需要将其视为危险侧故障，应该及时采用驱动单元来对信号灯进行控制，进而保证行车运行的安全性。

3　使信号系统仍能正常运行作为安全状态

现如今，机电装置是信号设备的重要组成部分，在危险侧故障发生时才使得信号机处于显示红灯的状态，列车不可以运行，进而保证了行车的安全性。通常情况下，人们将这一安全问题成为非功能安全。但是从实际的行车指示的过程中可以看出，这种状态还存在着严重的问题:列车处于停止状态，其安全系数也不是很高。比如在气候条件较为恶劣的情况下，列车停在暴雨中，不仅会出现严重的泥石流现象，还会造成车辆的追尾。同时列车的停运会造成秩序混乱，影响交通运输的效率，带来一定的经济损失。因此，轨道交通需要体现出一定的安全性、可靠性以及可用性特点。其中将安全性和可用性作为重点，明确指出这两种指标之间的联系性相对较大，如果一方面出现了严重的问题就会影响到运输的效率。另外，可用性就是指在实际的工作中，交通信号系统具有能够执行相应的功能的能力，同时可以对信号系统的工作时间进行有效地测量。从理论上来讲，可用性的百分比与平均故障间隔时间和平均修复时间之间都存在着较为密切的联系。提高铁路信号系统的可靠性就可以在某种程度上提高其可用性，同时还可以为信号系统提供一定的可用性条件。

在容错计算技术高度发展的今天，在当今微型计算机化的轨道交通信号系统中，只要合理地融入容错计算技术，使其具有很强的在线检错和校正能力，就可以做到在铁路信号系统发生故障时使其用很小的平均修复时间，自动地迅速恢复到正常工作状态，正确地执行它的规定功能，从而给出止常的信号显示，使列车正常运行。这种安全叫功能安全。

1997年，法国科技工作者就提出了可用的故障安全系统概念和轨道交通信号系统中实现的具体方案，开启了故障安全容错轨道交通信号系统的研究，并取得了成绩。其成绩主要表现在两个方面:

(1)故障安全容错CPU。在日本，实用的I型电子联锁装置sM ILE就是采用了3模容错结构的故障安全计算机;几年之后又公布了在单片FPGA芯片上实现了2模一3模故障安全容错CPU，其故障安全2模用的是比较技术。在欧洲，捷克的科技T作者就已经在单片FPGA芯片上实现了2模一3模容错故障安全CPU，其故障安全2模用的是并发自校验技术，也把它用于电子联锁系统。使用大规模集成电路FPGA芯片易于实现在线检测、结构重组等容错技术，有利于实现故障安全和容错技术的组合，其功能增强了，但体积没加大，可用性却

············显著提高。

(2)故障安全容错软件。20年前，S.Kulkarni就提出了在线检测和在线校正。这是软件容错的两个基本部件。微型计算机化的轨道交通信号系统硬件和软件都要具有故障安全容错特性。

4　安全技术的可信性故障

值得一提的是，在现代轨道交通领域，列车控制系统由中心、车站、轨旁和车载等多系统构成，系统间通过并发、协同、分布控制列车安全运行。采用单一的“故障一安全”措施并不一定能够带来系统的安全性，如在高速运行中的列车，紧急刹车会带来危害。所以在现代信号控制系统，“故障一安全”的措施也是多层面的、多场景的多级控制模式，即要求能够实现多系统协同联锁完成列车的安全控制。这就要求在不同的危害场景下，系统应该采用不同故障一安全的措施，其总体技术方案是:针对每类安全关键设备，依据危害场景，制定平滑的故障一安全降级措施。面向列车运营场景，确定系统整体、局部的安全侧，并制定安全侧的系统协同联锁动作。“故障一安全”的处理过程共有三级模式:正常运行、故障一运行和故障停止。