城市軌道交通信號冗余技術(shù)分析

【摘要】隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，提高計算機系統(tǒng)的安全可靠性是計算機技術(shù)發(fā)展的必要條件，而冗余技術(shù)便是一種提高計算機安全可靠性的有效手段。冗余技術(shù)分為實踐冗余、信息冗余、結(jié)構(gòu)冗余和冗余附加技術(shù)四種，其中結(jié)構(gòu)冗余技術(shù)按照工作方法可以分為靜態(tài)冗余、動態(tài)冗余和混合冗余三種。城市軌道交通信號系統(tǒng)是依靠計算機技術(shù)來保證列車運行的安全，實現(xiàn)行車指揮和列車運行現(xiàn)代化，提高運輸效率的系統(tǒng)設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；信號系統(tǒng)；冗余技術(shù)；系統(tǒng)分析

列車指揮和運行對城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全可靠性有著極高的要求，不僅僅要求采用安全可靠性高的元件、器件和軟件，而且還要求城市軌道交通信號系統(tǒng)具有故障導(dǎo)向安全的特征。冗余技術(shù)是提高計算機系統(tǒng)安全可靠性的手段中最有效的一種手段，也是提高城市軌道交通信號系統(tǒng)安全可靠性的最有效的方法之一。一般情況下，城市軌道交通信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用中采用冗余技術(shù)，并且對系統(tǒng)配置一些實用的部件，在城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)生故障時，重復(fù)配置的部件就會介入并且承擔(dān)故障部件的工作，這樣就可以減緩城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)生故障的時間，從而達(dá)到提高城市軌道交通信號系統(tǒng)安全可靠性的目的。在《城市軌道交通信號系統(tǒng)通用技術(shù)條件》章程中，對城市軌道交通信號系統(tǒng)的總則系統(tǒng)、基本功能、技術(shù)要求和環(huán)境條件提出了相應(yīng)的規(guī)定。對于城市軌道交通信號系統(tǒng)中運用冗余技術(shù)的相關(guān)方面做了全面的介紹，明確了冗余技術(shù)對于提高城市軌道交通信號系統(tǒng)安全可靠性的重要性，認(rèn)為合理的冗余技術(shù)將會大大提高信號系統(tǒng)的安全可靠性。冗余技術(shù)在城市軌道交通信號系統(tǒng)中的運用，加強了列車運行的安全性，促進(jìn)了列車指揮和運行的現(xiàn)代化進(jìn)程。筆者就城市軌道交通信號系統(tǒng)和冗余技術(shù)進(jìn)行了全面的介紹，對城市軌道交通信號冗余技術(shù)進(jìn)行了全面分析，指出了冗余技術(shù)對提高城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全和可靠性的深刻影響。

一、城市軌道交通信號系統(tǒng)簡介

城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運行安全，實現(xiàn)行車指揮和列車運行現(xiàn)代化，提高運輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備。城市軌道交通信號系統(tǒng)一般是由列車的自動控制系統(tǒng)組成，列車的自動控制系統(tǒng)的英文簡稱為ATC，列車自動控制系統(tǒng)包括列車自動監(jiān)控系統(tǒng)、列車自動防護(hù)子系統(tǒng)和列車自動運行系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。這三個子系統(tǒng)是通過信息交換網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)地面控制與車上控制相結(jié)合、地面控制與中央控制相結(jié)合，構(gòu)成了一個以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運行調(diào)整和列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統(tǒng)。城市軌道交通信號系統(tǒng)分為列車自動控制系統(tǒng)、固定閉塞ATC系統(tǒng)和移動閉塞ATC系統(tǒng)。其中，列車自動控制系統(tǒng)按照閉塞布點方式可以分為固定式和移動式；按照機車信號傳輸方式可以分為連續(xù)式和點式；按照各系統(tǒng)設(shè)備所處地域可以分為控制中心系統(tǒng)、車站及軌旁子系統(tǒng)、車載設(shè)備子系統(tǒng)和車場子系統(tǒng)。城市軌道交通信號系統(tǒng)的運營模式分為列車自動監(jiān)控模式、調(diào)度員人工介入模式、列車出入車場調(diào)度模式、車站現(xiàn)地控制模式、車場控制模式、列車運行控制模式以及列車折返模式等。

二、冗余技術(shù)

1.冗余技術(shù)簡介

冗余技術(shù)又稱為儲備技術(shù)，是利用系統(tǒng)的并聯(lián)模型來提高系統(tǒng)安全可靠性的一種有效的手段，冗余技術(shù)可以分為工作冗余和后背冗余兩種技術(shù)。其中，工作冗余是一種或者兩個或以上的單元并行工作的并聯(lián)模型，一般情況下是由各處單元平均負(fù)擔(dān)工作，因此工作能力有冗余；后背冗余一般情況下只需要一個單元工作，另一個單元是冗余的，用于待機備用。就以計算機為案例來介紹冗余技術(shù)，計算機的服務(wù)器以及電源等重要的設(shè)備，都是采用一用二備甚至是一用三備的配置，在計算機正常工作時，幾臺服務(wù)器可可以同時工作，互為備用，電源也是同樣的工作。但是，一旦遇到通電或者是計算機故障，服務(wù)器或者電源就會自動轉(zhuǎn)到正常的設(shè)備上繼續(xù)工作，這樣就能確保系統(tǒng)不停機，數(shù)據(jù)不丟失。

2.軟件冗余技術(shù)

計算機軟件冗余技術(shù)指的是在一臺計算機的主機內(nèi)擁有兩套獨立程序，也就是所謂的帶有比較結(jié)果的一硬二軟技術(shù)。主機內(nèi)的兩套程序都能獨立完成對輸出數(shù)據(jù)的處理，在計算機運行正常的情況下，數(shù)據(jù)經(jīng)由比較器進(jìn)行比較，在比較結(jié)果一致的情況下會經(jīng)過兩套輸出電路，達(dá)到數(shù)據(jù)的輸出來接通控制電路。在計算機發(fā)生故障時，因為兩套計算機程序都是獨立的，這樣經(jīng)過比較器得出的比較結(jié)果就會變得不一致，這種比較結(jié)構(gòu)無法接通控制電路，就會導(dǎo)致計算機無法得到正常的供電。這樣就會通過計算機的自動監(jiān)控器的監(jiān)控，在計算機電路短點的情況下，軟件冗余就會將計算機導(dǎo)向安全的結(jié)果。在軟件冗余技術(shù)中，計算機的存儲器和CPU等器件都是公用的，而計算機的程序編制需要嚴(yán)格獨立。這種計算機的一硬二軟技術(shù)不能做到電路的完全獨立，因此這種軟件冗余技術(shù)存在著孿生性故障的隱患。

3.“二取二”硬件冗余系統(tǒng)

“二取二”硬件冗余系統(tǒng)是指兩臺完全相同的計算機在對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果是相同的。這種處理結(jié)果會經(jīng)過比較器的比較，在確認(rèn)結(jié)果后就能使同步器的控制系統(tǒng)通過輸出電路做出控制命令。而在計算機發(fā)生故障時，兩臺計算機的數(shù)據(jù)處理結(jié)果是不相同的，這樣比較器進(jìn)行比較后會給出切斷電路的命令，切斷計算機的電路做出故障警報?！岸《庇布哂嘞到y(tǒng)有效的保證了計算機電路的輸出，防止計算機在發(fā)生故障時產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致計算機的數(shù)據(jù)丟失。

三、城市軌道交通信號冗余技術(shù)分析

城市軌道交通信號系統(tǒng)是依靠計算機技術(shù)來保證列車運行的安全，實現(xiàn)行車指揮和列車運行現(xiàn)代化，提高運輸效率的系統(tǒng)設(shè)備。冗余技術(shù)在城市軌道交通信號系統(tǒng)中的運用，加強了列車運行的安全性，促進(jìn)了列車指揮和運行的現(xiàn)代化進(jìn)程。城市軌道交通信號系統(tǒng)中，列車的行車設(shè)備或者子系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)采用二取二或者三取二的計算機冗余技術(shù)，這種冗余技術(shù)對于提高列車指揮和運行的安全可靠性是最為有效的。每輛列車上面可以配置二取二或者三取二的冗余技術(shù)的車載設(shè)備，對列車的自動防護(hù)系統(tǒng)等安全設(shè)備采用計算機冗余技術(shù)，這樣就能有效的運用列車的自動防護(hù)系統(tǒng)，提高列車的行車安全性。城市軌道交通信號系統(tǒng)的計算機軟件應(yīng)該具有冗余、容錯以及糾錯的功能，這樣就不允許因為計算機的故障造成信號系統(tǒng)的失控，城市軌道交通信號系統(tǒng)的冗余技術(shù)會將付賬導(dǎo)向安全方面。城市軌道交通信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該采用雙網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，列車的自動監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)備都要進(jìn)行重配置，例如各種類型的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)的交換器、數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)備等都應(yīng)該進(jìn)行重復(fù)配置，城市軌道交通信號系統(tǒng)的工作站也應(yīng)該能互為備用，這樣對于提高城市軌道交通系統(tǒng)的安全可靠性具有很大的作用。

四、結(jié)語

通過對前文的分析，可以看見冗余技術(shù)對于城市軌道交通信號系統(tǒng)的運行有著十分巨大的作用，合理的冗余技術(shù)對于提高城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全可靠性有著巨大的影響。城市軌道交通信號系統(tǒng)采用冗余技術(shù)，可以在城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)生故障時，重復(fù)配置的部件就會介入并且承擔(dān)故障部件的工作，這樣就可以減少城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)生故障的時間，從而達(dá)到提高城市軌道交通信號系統(tǒng)安全可靠性的目的。

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