城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全策略與可靠性分析論文
【摘 要】隨著我國城市軌道交通的迅猛發(fā)展，信號系統(tǒng)作為控制運行安全的核心設備，對其安全、可靠性的分析評價顯得尤為重要，本文從列車檢測方式、機車信號選擇、設備控制方式等方案的主要方面對描述了城巾軌道交通中信號系統(tǒng)的安全策略及可靠性分析。
【關鍵詞】城市軌道 信號系統(tǒng) 安全策略 可靠性
1前言
隨著我國城市軌道交通的迅猛發(fā)展，運量日益增長，列車運行密度不斷加大，為了保障運營系統(tǒng)的安全、高效，配置一套科學、合理的信號系統(tǒng)成為大家關注的核心。
目前，對于信號系統(tǒng)設計方案的取舍，注重其功能的實現(xiàn)和價格的高低，而很少甚至沒有從安全和可靠性方面進行分析比較，其結果是造成系統(tǒng)性能和用途不協(xié)調，投資大小和投資方向的準確性下降，通俗地說不是“大馬拉小車”就是“小馬拉大車”。本文將從列車檢測方式、機車信號選擇、設備控制方式等的安全和可靠，陛方面進行分析，希望能夠對信號系統(tǒng)的方案設計提供—些借鑒。
2 系統(tǒng)方案的安全策略
信號系統(tǒng)的安全性體現(xiàn)在兩個方面，即方案的安全性和設備的安全性�！话闳藗冎蛔⒅亓嗽O備的安全性，而忽視了方案的安全性比較，也就是說在不同沒備提供同樣的安全性指標時，巾于方案選擇的不同，也會造成整個信號系統(tǒng)安全性能的差異。
2．1 列車檢測方式的選擇
實時安全的列車檢測是實現(xiàn)列車安全運行和其他系統(tǒng)安全工作的基礎，合理選擇列車檢測方式也就成為確保運營安全、高效的關鍵課題。列車檢測的方法有模擬軌道電路、音頻數(shù)字軌道電路、查詢應答器、感應電纜環(huán)線、計軸以及無線通信等。
傳統(tǒng)的模擬軌道電路用于檢測列車位置，雖然具有較高的安全性，但是由于不能提供“車—地’傳輸?shù)淖銐蚨嗟男畔�，較長的應變時間也無法把行車間隔時間進一步縮短，而且存在鋼軌絕緣接頭，增加了維修工作量，并影響乘坐的舒適性，所以已幾乎不在城市軌道交通的正線中運用。
音頻數(shù)字軌道電路采用微處理器對地面信息進行數(shù)字編碼，再傳遞到鋼軌上，由于其編碼可包含的信息量大，不僅可以檢測列車位置，還可以作為“車—地’通信的方式，對列車進行較精確的控制，并且由于數(shù)字軌道電路的高度靈敏度和可靠性，所以該系統(tǒng)的安全性能是很高的。另外取消了鋼軌絕緣接頭，已使之成為城軌交通工程中采用的ATP系統(tǒng)的主要方式。 查詢應答器也屬于較實用的系統(tǒng)，在國外有較多的運用，我國上海莘閔輕軌交通工程已設計采用此方式。該系統(tǒng)工程造價較低，維護成本低，使之具備較強的競爭力。雖然查詢應答器系統(tǒng)不能提供緊急制動功能以及鋼軌的.斷軌檢測功能，但是城市軌道交通屬于封閉線路，一般能夠進行良好的行車組織、車站管理和線路維護等工作，在一定程度上彌補了上述不足之處。當然，在繁忙的線路上，這種不連續(xù)的列車檢測方式將降低整個運營系統(tǒng)的安全陛和效率，在系統(tǒng)設計時應充分考慮采用相應的補充設備，譬如在必要地點設置電纜環(huán)線。
感應電纜環(huán)線的檢測列車的方法大多被用于移動閉塞系統(tǒng)中，它可以實現(xiàn)“車—地”的雙向通信，并可以非常精確地定位列車的位置。目前，正在建設中的武漢輕軌一號線就是采用的這種設備。但與查詢應答器一樣，它也無法對鋼軌的完整性進行檢測，所以其本身是存在安全性缺陷的，當然可在采用這種系統(tǒng)時，增加軌道電路作為補充，可以提高運行的安全性。另一個問題是，感應電纜環(huán)線存在串碼干擾問題，特別是在某段環(huán)線被損壞時，而環(huán)線的鋪設也對工務維修帶來不便，這些因素都是設計時應考慮的。
計軸設備一般作為主設備故障情況下的備用設備使用，它的安全性缺點在于無“記憶性”道區(qū)段有車占用情況下，當停電再恢復供電時，計軸信息會丟失，造成軌道區(qū)段無車的假象使用計軸設備時，一定要采用不停電措施或者其他手段以保證運行安全。
無線通信則由于技術和管理上的因素，目前尚難以在城市軌道交通工程中運用。
2．2 機車信號的選擇
由于在城市軌道交通的正線運營中，已基本取消地面信號，列車憑借ATP機車信號運行。依據(jù)ATP機車信號的“車—地”信息傳輸方式，可分為連續(xù)式還是點式ATP系統(tǒng)，雖然點式ATP系統(tǒng)和連續(xù)式ATP系統(tǒng)都屬于“故障—安全”系統(tǒng)，并且在信息量、信息傳輸速度，信息碼可靠性等技術參數(shù)均能滿足城市軌道交通的需求，但是兩者的區(qū)別仍對運行的安全性和行車效率產生影響。
點式ATP系統(tǒng)意味著“車—地”之間的信息傳遞是不連續(xù)的，顯然這樣造成了后續(xù)追蹤列車無法及時得知前行列車的運行區(qū)段，也就不能及時改變運行速度，以保證列車運行的安全性并提高線路的通過能力。另一方面，由于“車—地”之間的信息傳遞是間斷的，反過來，將對“車—地，’通信的設備的可靠性要求更高，以免遺漏某個點的信息。點式ATP系統(tǒng)對列車的高密度運行、加速效率以及緊急停車等都是不利。但考慮到工程投資和維護成本的約束，點式ATP在低密度等項目中仍具備一定的優(yōu)勢。
連續(xù)式ATP系統(tǒng)克服了點式ATP的缺點，能夠及時得知前方區(qū)段占用或故障情況，以及時改變運行速度，保證運行的安全和高效。連續(xù)式ATP系統(tǒng)即能適用于固定閉塞，也能適用于移動閉塞。
需要指出的是，為了確保行車安全，“車—地”的信息傳輸可以是間斷的或連續(xù)的，但列車的速度檢測必須是連續(xù)的，只有連續(xù)的速度檢測才能保證列車運行速度實時地控制在安全范圍內。另一方面，在配有ATO系統(tǒng)的列車上，雖然ATO系統(tǒng)具備很高的可靠性，但其本身不是“故障—安全’設備，所以仍需要ATP系統(tǒng)的車載設備能夠提供列車行進速度和安全速度的指示信息，以便司機監(jiān)視和控制。
2．3 設備控制方式
設備控制方式指的是對沿錢各種信號設備控制點的設置方式，一般分為集中控制和分散控制兩種。雖然控制方式的不同選擇對設備本身的可靠性并不會產生變化，但對于整個系統(tǒng)運行的可用性帶來影響。
采用設備集中控制方式，可以減少系統(tǒng)維護工作，并且減少沿線工區(qū)和人員配置；而采用設備分散控制，則可以減小系統(tǒng)故障時的影響面，從而提高全線運營的保障性。由此在系統(tǒng)設計時，可依據(jù)設備不同的重要性來選擇，例如：ATS設備的故障—般不會對全線運行安全產生巨大影響，采用集中控制方式有利于發(fā)揮其優(yōu)勢；而ATP中央設備的故障可能造成全線范圍的停運，其的后果是嚴重的，所以對于可靠性不是很高的ATP系統(tǒng)采用采用分散控制方式是個明智之舉，即便設備故障其影響也是局部的，可以容忍的。
2．4 系統(tǒng)的通信
現(xiàn)代化的信號系統(tǒng)依賴于計算機之間大量的信息傳遞，所以系統(tǒng)通信的安全、可靠性必須得到保障。通信網(wǎng)絡運行的安全問題是一個綜合、復雜的問題，值得注意的是除了提供商所描述的系統(tǒng)功能外，用戶必需關注系統(tǒng)的安全通信接口、升級能力、失敗/恢復技術以及我國對密碼進口的制度等等。
3 系統(tǒng)的可靠性分析
在信號系統(tǒng)的設計時，除了系統(tǒng)安全性外，可靠性評估也是非常重要的，高度的可靠性也是高安全性的一個重要保障。為了能夠放心地在實際中運用，設計一個完善的信號系統(tǒng)必須定量地分析出系統(tǒng)的可靠性指標。例如：在國鐵規(guī)范中，已明確了列車超速防護的車上設備的平均無故障時間(MTBF)不低于104h，地面設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險所采用的一種駕駛模式。不過，詼漠式并不能避免所有風險，特別是不能保護列車不闖關閉的信號機，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％。其中，月為系統(tǒng)可靠性概率；T為系統(tǒng)設計壽命；MTBF為平均無故陶司隔時間。
4小結
系統(tǒng)的安全、可靠性都應以整個系統(tǒng)為對象，而不是某個具體設備。這就要求系統(tǒng)設計、設備制造和設備維護三位一體，以保證系統(tǒng)使用中的性能指標。 在許多發(fā)達國家都設有專門的系統(tǒng)安全工程師在方案設計時對整個系統(tǒng)的安全、可靠性作出科學的評價。我國雖然沒有專門的系統(tǒng)設計安全工程師，但不應輕視對于信號系統(tǒng)的安全、可靠性分析，正確的分析有助于系統(tǒng)設計、設備選型以及科學投資，并為維修工作量的確定和日常維護的重點提供參考。
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