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城市軌道交通信號系統(tǒng)安全技術(shù)研究

2024-01-26 21:05:39李守輝趙樹洋
今日自動化 2023年10期
關(guān)鍵詞:信號燈信號系統(tǒng)軌道交通

李守輝,趙樹洋

(青島地鐵運(yùn)營有限公司,山東青島 266035)

隨著我國軌道交通事業(yè)的發(fā)展,很多先進(jìn)技術(shù)開始被應(yīng)用于鐵路系統(tǒng)中,其中信號系統(tǒng)是整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的中樞神經(jīng),控制著整個(gè)交通的順利運(yùn)行,所以,對軌道交通信號系統(tǒng)安全技術(shù)進(jìn)行充分研究意義重大。

1 軌道交通信號系統(tǒng)簡述

CBTC(Communication-Based Train Control)和TACS(Train Automatic Control System)是目前國內(nèi)先進(jìn)軌道交通信號系統(tǒng)中常用的列車自動控制系統(tǒng),這兩個(gè)系統(tǒng)基于通信技術(shù),可通過無線通信和數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)列車的自動控制和監(jiān)控。CBTC 系統(tǒng)利用無線通信技術(shù),將列車與信號設(shè)備間的通信實(shí)現(xiàn)無線化,極大提高了信號傳輸?shù)目煽啃院托?。其通過實(shí)時(shí)監(jiān)測列車位置和速度等信息,可實(shí)現(xiàn)列車的精確控制和調(diào)度,提高了軌道交通的運(yùn)行效率和安全性。TACS系統(tǒng)是一種基于通信的列車自動控制系統(tǒng),其通過無線通信和數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)列車的自動駕駛和控制。其可實(shí)時(shí)監(jiān)測列車的位置、速度和運(yùn)行狀態(tài)等信息,并根據(jù)預(yù)設(shè)的運(yùn)行計(jì)劃和安全規(guī)則,自動控制列車的運(yùn)行和停車,其還可以提高列車的運(yùn)行效率和安全性,減少人為操作的錯(cuò)誤和事故風(fēng)險(xiǎn)。CBTC 和TACS 系統(tǒng)的引入,使得軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行更加智能化和自動化,并通過無線通信和數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)了列車的精確控制和調(diào)度,提高了軌道交通的運(yùn)行效率和安全性,為乘客提供了更加便捷和可靠的出行體驗(yàn)。

2 軌道交通信號系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題

軌道交通信號系統(tǒng)運(yùn)行中存在的一些問題會影響交通的安全性、效率和準(zhǔn)時(shí)性,以下為常見的一些問題。

(1)信號故障。信號燈模式作為后備模式,在自動運(yùn)行模式下處于長滅狀態(tài),即在自動運(yùn)行模式下,信號燈將不會發(fā)出任何信號,保持燈光長時(shí)間熄滅。這種模式通常用于緊急情況或其他需要暫時(shí)關(guān)閉信號燈的情況。在這種模式下,駕駛員需要依靠其他交通標(biāo)志和規(guī)則來進(jìn)行導(dǎo)航和行駛。

(2)信號沖突。在軌道交通系統(tǒng)中,不同線路的列車可能會在交叉口或分岔口處相遇,如果信號系統(tǒng)不能正確判斷列車的位置和行駛方向,會導(dǎo)致信號沖突,增加事故的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)信號延遲。軌道交通信號系統(tǒng)中的信號燈或者信號機(jī)出現(xiàn)延遲問題,即信號的切換速度較慢,導(dǎo)致列車的行駛速度受限,影響交通的準(zhǔn)時(shí)性和效率。

(4)信號優(yōu)化。軌道交通信號系統(tǒng)中的信號燈或信號機(jī)的設(shè)置不夠科學(xué)合理,使得交通流量難以得到最優(yōu)化的調(diào)度,造成交通擁堵或交通流動性差的問題出現(xiàn)。

(5)信號通信。軌道交通信號系統(tǒng)中的信號設(shè)備間需要進(jìn)行通信,如果通信系統(tǒng)存在故障或不穩(wěn)定,造成信號信息傳遞不及時(shí)或錯(cuò)誤,將影響交通的安全性及準(zhǔn)時(shí)性。

(6)信號人為操作錯(cuò)誤。軌道交通信號系統(tǒng)的操作人員會出現(xiàn)操作錯(cuò)誤,例如誤判信號、誤操作信號設(shè)備等,導(dǎo)致列車的行駛方向錯(cuò)誤或信號顯示錯(cuò)誤,增加了事故風(fēng)險(xiǎn)。

為解決以上問題,需要對信號系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)、優(yōu)化,并加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)監(jiān)督,以確保軌道交通的安全、高效、準(zhǔn)時(shí)運(yùn)行。

3 軌道交通信號系統(tǒng)安全技術(shù)

3.1 保護(hù)數(shù)據(jù)完整性

數(shù)據(jù)完整性保護(hù)在CBTC/TACS 通信中至關(guān)重要,因?yàn)閭鬏數(shù)臄?shù)據(jù)包含了列車位置、速度、指令等關(guān)鍵信息。如果數(shù)據(jù)被篡改或丟失,會導(dǎo)致列車運(yùn)行出現(xiàn)嚴(yán)重問題,甚至造成事故。為確保數(shù)據(jù)的完整性,可采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)。數(shù)據(jù)加密是一種將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為密文的過程,只有具備解密密鑰的合法接收方才能解密并使用數(shù)據(jù),經(jīng)過加密傳輸?shù)臄?shù)據(jù),即使被攻擊者截獲,也難以解密和篡改數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)加密技術(shù)可采用對稱加密或非對稱加密。對稱加密使用相同的密鑰進(jìn)行加密和解密,速度較快,但密鑰的安全性需要得到保證。非對稱加密使用公鑰和私鑰進(jìn)行加密和解密,安全性較高,但速度較慢。在CBTC/TACS 通信中,可根據(jù)實(shí)際需求選擇適合的加密算法和密鑰管理方式。除數(shù)據(jù)加密,還可采用數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)技術(shù),其是通過計(jì)算數(shù)據(jù)的校驗(yàn)值,并將其與接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,以驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否被篡改。常用的數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)算法包括CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))和哈希函數(shù)等。綜上所述,保護(hù)數(shù)據(jù)完整性是CBTC/TACS 通信中的重要任務(wù)。通過采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)和數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)技術(shù),可有效防止數(shù)據(jù)被篡改或丟失,確保通信的安全性和可靠性。

3.2 列車控制系統(tǒng)

(1)列車控制系統(tǒng)依賴于準(zhǔn)確的位置和速度信息,使用各種傳感器和測量設(shè)備,系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取列車的位置和速度數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)娇刂浦行?,用于?jì)算列車間的安全間隔,并確定適當(dāng)?shù)男盘枱魻顟B(tài)。

(2)列車控制系統(tǒng)按照列車的位置和速度信息,自動調(diào)整信號燈的狀態(tài)。當(dāng)列車接近一個(gè)信號燈時(shí),系統(tǒng)會根據(jù)列車的速度和位置,判斷是否需要改變信號燈的狀態(tài),如果列車需要減速或停車,系統(tǒng)會相應(yīng)地改變信號燈為紅色,以防止其他列車進(jìn)入同一區(qū)段。相反,如果列車能夠安全地繼續(xù)前進(jìn),系統(tǒng)會將信號燈改為綠色,允許列車通過。

(3)列車控制系統(tǒng)能根據(jù)列車的位置和速度信息,進(jìn)行列車的調(diào)度和優(yōu)化,系統(tǒng)按照列車的實(shí)際運(yùn)行情況,動態(tài)調(diào)整列車的運(yùn)行速度和位置,以最大程度地提高列車的運(yùn)行效率和安全性。例如,系統(tǒng)通過列車的實(shí)際到達(dá)時(shí)間和預(yù)定的發(fā)車時(shí)間,調(diào)整列車的運(yùn)行速度,以確保列車能夠按時(shí)到達(dá)目的地。

(4)列車控制系統(tǒng)可與其他列車控制系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行通信協(xié)調(diào),通過與其他系統(tǒng)的無縫集成,其能充分協(xié)調(diào)列車間的運(yùn)行,防止碰撞和其他安全問題的發(fā)生。

總之,列車控制系統(tǒng)是一種關(guān)鍵的技術(shù)系統(tǒng),可通過使用信號系統(tǒng)控制列車的運(yùn)行速度和位置,以確保列車間的安全間隔。該系統(tǒng)利用列車的位置和速度信息,自動調(diào)整信號燈的狀態(tài),從而保證列車的安全運(yùn)行。通過準(zhǔn)確的位置和速度信息、自動調(diào)整信號燈狀態(tài)、列車調(diào)度和優(yōu)化及與其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào),列車控制系統(tǒng)能夠提高列車的運(yùn)行效率及安全性。

3.3 防護(hù)裝置

道岔鎖閉裝置是一種常見的防護(hù)裝置,被安裝在軌道上的道岔處,其主要功能是防止列車在道岔處發(fā)生脫軌事故,當(dāng)列車接近道岔時(shí),道岔鎖閉裝置會自動鎖定道岔,確保其保持在正確的位置,這樣,即使列車以較高的速度通過道岔,也不會發(fā)生脫軌的危險(xiǎn)。信號系統(tǒng)中的緊急制動裝置也是一種重要的防護(hù)裝置。在緊急情況下,如列車發(fā)生故障或遇到危險(xiǎn)情況時(shí),緊急制動裝置可迅速停車。該裝置通過與信號系統(tǒng)相連,可及時(shí)接收緊急停車指令,一旦接收到指令,緊急制動裝置會立即啟動,施加大力矩到列車的制動系統(tǒng)上,使列車能夠迅速停下來,以避免任何潛在的危險(xiǎn)。此外,防護(hù)裝置還包括其他技術(shù)設(shè)備,如列車防撞裝置和列車防火裝置。列車防撞裝置通過使用傳感器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng),可檢測列車間的距離和速度差異。一旦檢測到潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn),防撞裝置會自動觸發(fā)緊急制動裝置,以避免碰撞事故的發(fā)生。而列車防火裝置則通過使用火災(zāi)探測器和自動滅火系統(tǒng),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并撲滅列車上的火災(zāi),保護(hù)乘客的生命安全??傊?,防護(hù)裝置在軌道交通信號系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,其通過使用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備,可確保列車和乘客的安全。道岔鎖閉裝置、緊急制動裝置、列車防撞裝置和列車防火裝置等都是防護(hù)裝置的重要組成部分,共同工作,以確保軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3.4 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)通過先進(jìn)的通信技術(shù),使列車可向信號控制中心報(bào)告自身的位置和狀態(tài),包括列車的準(zhǔn)確位置、速度、加速度及其他相關(guān)參數(shù)。通過及時(shí)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù),信號控制中心能夠準(zhǔn)確了解列車的運(yùn)行情況,從而做出相應(yīng)的調(diào)度及控制決策。同時(shí),通信系統(tǒng)允許信號控制中心向列車發(fā)送指令和警告信息,包括列車的行駛速度、停車位置、換軌指示等。通過及時(shí)傳遞這些指令,信號控制中心能夠?qū)崟r(shí)控制列車的運(yùn)行,保證列車按照預(yù)定的路線和時(shí)刻表運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)高效的通信,通信系統(tǒng)嘗試融入多種技術(shù)手段,其中包括無線通信技術(shù),如無線電通信和衛(wèi)星通信,以及有線通信技術(shù),如光纖通信和電纜通信。通信系統(tǒng)還具備一定的容錯(cuò)能力和安全性,可通過冗余設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)加密等手段,提高系統(tǒng)的可靠性及安全性。總之,軌道交通信號系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)可通過實(shí)現(xiàn)列車與信號控制中心間的高效信息交換,確保列車運(yùn)行的安全性和順暢性。通過及時(shí)傳輸列車的位置和狀態(tài)信息,以及向列車發(fā)送指令和警告信息,通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對列車的實(shí)時(shí)控制與調(diào)度,提高軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率及安全性。

3.5 故障檢測與診斷系統(tǒng)

故障檢測與診斷系統(tǒng)利用先進(jìn)的傳感器技術(shù),對信號設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,傳感器能夠監(jiān)測信號設(shè)備的電氣參數(shù)、溫度、振動等關(guān)鍵指標(biāo),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、處理,系統(tǒng)能準(zhǔn)確判斷出信號設(shè)備是否存在故障。一旦故障被檢測到,故障檢測與診斷系統(tǒng)會立即通過聲音、光線、文字等多種形式進(jìn)行報(bào)警,以確保相關(guān)人員能夠及時(shí)獲得故障信息。同時(shí),系統(tǒng)還會將故障信息傳輸給維修人員,以便他們迅速響應(yīng)并進(jìn)行修復(fù)工作。在故障修復(fù)過程中,故障檢測與診斷系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。系統(tǒng)會按照故障類型和位置,提供詳細(xì)的診斷信息,幫助維修人員快速定位故障原因,同時(shí),系統(tǒng)還能夠提供修復(fù)方案和操作指導(dǎo),以確保修復(fù)工作的高效進(jìn)行。此外,故障檢測與診斷系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)記錄和分析功能,系統(tǒng)會將故障發(fā)生的時(shí)間、位置、原因等信息進(jìn)行記錄,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。通過對這些數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)故障的規(guī)律和趨勢,可為信號設(shè)備的維護(hù)和改進(jìn)提供有價(jià)值的參考??傊?,故障檢測與診斷系統(tǒng)是確保軌道交通信號系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要技術(shù)系統(tǒng)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測、及時(shí)報(bào)警和修復(fù),系統(tǒng)能夠保證信號系統(tǒng)的可靠性和安全性。同時(shí),系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)記錄和分析功能,可為信號設(shè)備的維護(hù)和改進(jìn)提供有力支持。

3.6 數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)在軌道交通信號系統(tǒng)中起著至關(guān)重要作用。該系統(tǒng)通過收集和分析列車運(yùn)行數(shù)據(jù),全面評估信號系統(tǒng)的性能和安全性,通過對數(shù)據(jù)的深入分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患,并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

(1)數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)收集列車運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù),包括列車位置、速度、加速度、制動力等。這些數(shù)據(jù)通過傳感器和監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行采集,并以數(shù)字化的形式存儲在數(shù)據(jù)庫中,以便系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地記錄列車的運(yùn)行狀態(tài),為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供可靠的基礎(chǔ)。

(2)數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)能夠?qū)κ占降臄?shù)據(jù)展開深入分析。運(yùn)用各種數(shù)據(jù)分析算法和模型,系統(tǒng)可從海量的數(shù)據(jù)中提取出有價(jià)值的信息。例如,分析列車的運(yùn)行速度和加速度數(shù)據(jù),評估信號系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和準(zhǔn)確性。同時(shí),分析列車的位置數(shù)據(jù),檢測列車是否存在偏離軌道的情況,以及評估信號系統(tǒng)的位置控制能力。

(3)數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)通過比對歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),可進(jìn)行異常檢測和預(yù)警,并建立一系列的數(shù)據(jù)模型和規(guī)則,用于監(jiān)測列車運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化趨勢。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況,系統(tǒng)會及時(shí)發(fā)出警報(bào),以便相關(guān)人員能夠采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理,從而有效提高信號系統(tǒng)的安全性和可靠性。

(4)數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)可為信號系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化提供有力支持,通過對歷史數(shù)據(jù)的回顧和分析,發(fā)現(xiàn)信號系統(tǒng)存在的問題和瓶頸,并提出相應(yīng)的改進(jìn)方案。同時(shí),系統(tǒng)能夠模擬不同的運(yùn)行場景,評估改進(jìn)方案的效果和影響,幫助工程師和決策者做出科學(xué)的決策,提高信號系統(tǒng)的性能和效率。

4 結(jié)束語

軌道交通信號系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要,對于保障乘客和行人的生命安全具有重要意義,需要不斷加強(qiáng)研究和創(chuàng)新,以確保軌道交通信號系統(tǒng)的安全性能不斷提升。

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