我國鐵路信號系統(tǒng)存在的問題及對策

劉　霄

(中鐵二院成都勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，四川成都 610081)

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我國鐵路信號系統(tǒng)存在的問題及對策

劉霄

(中鐵二院成都勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，四川成都 610081)

【摘要】近20年來，我國鐵路事業(yè)飛速發(fā)展，列車運行速度迅速提高，對鐵路信號系統(tǒng)也提出了越來越高的要求。信號系統(tǒng)技術(shù)水平在引進、消化、再創(chuàng)新理念的指導(dǎo)下得到迅速提升的同時，一些問題也隨之出現(xiàn)。文章分析了當(dāng)前鐵路信號系統(tǒng)存在的問題，并針對這些問題提出了相應(yīng)的解決辦法。最后，從設(shè)計的角度對我國未來鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展進行了展望。

【關(guān)鍵詞】鐵路信號系統(tǒng)；問題；對策；展望

自1997～2007年中國鐵路進行了六次大提速。2014年7月中國鐵路運行圖再次調(diào)整。新運行圖的實施進一步提高了部分普通旅客列車的運行速度，同時增加了動車組列車所占的比例。截至2014年，全國鐵路運營總里程突破10×104km，其中高鐵超過1.3×104km。隨著列車運行速度的提高，傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)已無法保證行車安全，因此，必須要迅速提升鐵路信號技術(shù)水平，以適應(yīng)列車提速的需要。然而，在信號系統(tǒng)迅速發(fā)展的同時，一系列的問題隨之產(chǎn)生。本文就目前我國鐵路信號技術(shù)的現(xiàn)狀及其存在的問題進行了分析，并對解決這些問題的對策進行了探討。

1我國鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀

我國的鐵路信號系統(tǒng)先后經(jīng)歷了地面人工信號、地面自動信號、機車信號、自動停車和超速防護五個發(fā)展階段[1]。新中國成立以前，我國鐵路信號制式混亂、裝備水平低，人工扳動道岔，并采用人工臂板式信號機向司機傳遞行車信息。新中國的成立推動了我國鐵路信號事業(yè)的發(fā)展，20世紀(jì)50年代，站內(nèi)機械槽口聯(lián)鎖的使用標(biāo)志著中國鐵路信號進入了機械信號時代[2]。20世紀(jì)60～70年代，車站聯(lián)鎖逐步實現(xiàn)了繼電集中化，區(qū)間開始采用64D型繼電半自動閉塞系統(tǒng)，中國鐵路進入了地面自動信號階段。20世紀(jì)80～90年代，微機繼電式電氣集中聯(lián)鎖得到發(fā)展，并出現(xiàn)了可以復(fù)示地面信號機顯示的機車信號。進入21世紀(jì)以后，鐵路信號事業(yè)飛速發(fā)展，大量引進國外先進技術(shù)，并消化吸收再創(chuàng)新，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ZPW-2000系列軌道電路，列車自動停車設(shè)備(ATS)，運行監(jiān)控記錄裝置(LKJ)，鐵路調(diào)度指揮信息管理系統(tǒng)(TDCS)和分散自律式調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)等。

2003年我國借鑒歐洲列控系統(tǒng)(ETCS)的技術(shù)經(jīng)驗，結(jié)合我國國情，制定了《中國列車運行控制系統(tǒng)(CTCS)技術(shù)規(guī)范總則(暫行)》[3]。該技術(shù)規(guī)范將我國的列控系統(tǒng)劃分為CTCS-0、1、2、3、4這五個等級。其中CTCS-0級是我國既有線的現(xiàn)狀；CTCS-1級適用于160 km/h以下的線路；CTCS-2級面向提速線路和高速新線(200～250 km/h)；CTCS-3級面向速度在300～350 km/h以上的客專和高鐵；CTCS-4級是完全基于無線進行信息傳輸?shù)牧锌叵到y(tǒng)，相關(guān)設(shè)備和技術(shù)還有待開發(fā)和完善[4]。

我國高速鐵路采用的CTCS-2和CTCS-3級列控系統(tǒng)集成了計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信以及自動控制等近年來產(chǎn)生的一批先進技術(shù)，車載設(shè)備根據(jù)從地面設(shè)備接收的線路數(shù)據(jù)和移動授權(quán)等信息實時進行限速曲線計算，防護列車安全運行。如今的鐵路信號系統(tǒng)已經(jīng)由最初的全靠人為干預(yù)、分散控制的模式轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁叨燃伞⒆詣踊?、網(wǎng)絡(luò)化的復(fù)雜大系統(tǒng)。

2當(dāng)前鐵路信號系統(tǒng)存在的問題分析及對策

2.1基礎(chǔ)設(shè)備

目前計算機在鐵路信號領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。由于很多鐵路設(shè)備的工作環(huán)境相對惡劣，必須選用安全性、可靠性和可用性高的安全型計算機。而我國的安全型計算機的軟件核心RTOS(實時操作系統(tǒng))較為落后，能夠達到SIL(Safety Integrity Level，安全完整性等級)第4或第3級認(rèn)證條件的幾乎沒有。在軟件開發(fā)、檢測、通信和接口方面，也相當(dāng)薄弱，沒有安全的軟件開發(fā)工具，也沒有能夠檢測軟件故障的檢測方法，通信及接口的安全性也得不到保障。因此，必須加強我國安全型計算機相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，爭取在鐵路領(lǐng)域應(yīng)用擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的安全型計算機。

對車站信號聯(lián)鎖設(shè)備，雖然目前廣泛使用的計算機聯(lián)鎖相對于早期的繼電器聯(lián)鎖在很大程度上減少了繼電器的使用量，但其執(zhí)行層仍需要使用繼電器，因此還沒能完全避免這些繼電器帶來的設(shè)備體積龐大、故障定位困難、維護工作繁瑣等問題。而新開發(fā)的全電子計算機聯(lián)鎖由全電子執(zhí)行單元取代了原有執(zhí)行層中的繼電器，大大節(jié)省了設(shè)備占用的空間，模塊化的設(shè)計不但可以簡化信號設(shè)計、施工等工作，另外，在檢測和維修時，只需要將故障定位到相應(yīng)模塊進行整塊更換即可，可以極大地提高維修效率[5]。

2.2體系結(jié)構(gòu)

鐵路系統(tǒng)實現(xiàn)車-地、區(qū)間-站內(nèi)一體化，保證工作人員能夠在第一時間了解線路上的列車運行情況、設(shè)備狀況和設(shè)備故障情況等的基礎(chǔ)是通信技術(shù)的融入。

目前我國采用的GSM-R無線通信系統(tǒng)是以GSM系統(tǒng)為基礎(chǔ)，專門為鐵路通信設(shè)計的綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)[6]。對鐵路系統(tǒng)來說，任何安全漏洞都可能造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至威脅乘客的生命。然而，目前我國對GSM-R安全策略的研究還不夠，很多都僅僅分析了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而沒有提出有效的專門針對GSM-R系統(tǒng)的解決方法。因此，為保證通信安全，提前采取防護措施，防止受到病毒或黑客的攻擊，必須加強GSM-R系統(tǒng)的研究。

2.3管理方面

在系統(tǒng)開發(fā)管理方面，仍沿用針對傳統(tǒng)系統(tǒng)的審查、驗收方法，只注重功能的實現(xiàn)，而沒有對其風(fēng)險進行識別、分析及評估，不能為系統(tǒng)安全性提供可靠地數(shù)據(jù)。

在研發(fā)、生產(chǎn)、調(diào)試及運營過程中，沒有系統(tǒng)的管理制度和隱患登記辦法。缺乏嚴(yán)格的測試管理制度，有些設(shè)備在投入使用后仍在進行軟件調(diào)試和修改，給線路運營帶來安全隱患。

對現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試，缺乏具體細(xì)化的管理辦法，沒有對每個階段的時間和工期的行為進行合理規(guī)劃，一旦出現(xiàn)搶時間和趕工期的現(xiàn)象，就很有可能造成整個工程達不到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

在系統(tǒng)運營管理方面，不同地域采取分塊管理的方法，這樣就使得整體的管理效果得不到統(tǒng)一。

鐵路信號系統(tǒng)要想得到長久持續(xù)的發(fā)展，必須制定科學(xué)合理的發(fā)展規(guī)劃，“大躍進”式的發(fā)展不但會使整個系統(tǒng)漏洞百出，不堪一擊，更會帶來安全隱患，甚至威脅乘客的生命。從勘察設(shè)計到施工調(diào)試都需要制定詳細(xì)的計劃，預(yù)留充分的時間，堅決杜絕趕工期的現(xiàn)象發(fā)生，這是鐵路信號穩(wěn)步發(fā)展的必要條件。

制定系統(tǒng)完善的檢測、調(diào)試和驗收機制，保證每個設(shè)備在投入使用前具有足夠的安全度、可靠度和可用度。

2.4工作人員素質(zhì)

近年來鐵路信號系統(tǒng)迅速發(fā)展，而從業(yè)人員的工作能力卻沒有相應(yīng)提高。違章作業(yè)的情況時有發(fā)生。另外，在設(shè)備產(chǎn)生故障時不能迅速找到故障原因，做出正確的處理；面對緊急情況不能及時做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)等。

必須加強鐵路相關(guān)從業(yè)人員的技術(shù)及規(guī)章制度的培訓(xùn)，提高工作人員的技術(shù)水平，并確保每一步操作都要嚴(yán)格按照規(guī)章制度執(zhí)行。定期組織應(yīng)急演練，確保在設(shè)備故障、自然災(zāi)害等突發(fā)情況下，工作人員能及時做出正確的處理。

2.5信號系統(tǒng)現(xiàn)代化懸殊

雖然CTCS-2、3級列控系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，仍有很多線路還在使用傳統(tǒng)的6502繼電器聯(lián)鎖，如成昆線、成渝線等。不同的聯(lián)鎖設(shè)備在設(shè)計、施工和維護上都存在很大差異，這無疑提高設(shè)計和施工等工作人員工作的難度，同時也影響了我國信號系統(tǒng)的整體技術(shù)水平。還有一些線路使用

的信號設(shè)備過于落后，以至于在元件損壞時找不到相應(yīng)的元件替換，因此，必須對這些線路進行信號改造。

同時，建設(shè)鐵路新線時，要盡量按照高標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計建造，盡可能使用先進的技術(shù)和設(shè)備，線路的基礎(chǔ)設(shè)施及站場布置等最好按照高速鐵路的條件進行設(shè)計，為線路提速打下良好的基礎(chǔ)。

2.6安全認(rèn)證

目前國際上普遍采用ISA(Independent Safety Assessing)方法進行安全評估，即由具有專業(yè)資質(zhì)的商業(yè)組織對鐵路信號系統(tǒng)進行安全認(rèn)證。這種非運營商和系統(tǒng)制造商的第三方安全認(rèn)證在信號系統(tǒng)的接收過程(圖1)中起著非常重要的作用[7]。

圖1鐵路信號系統(tǒng)接收流程

而我國目前尚沒有自己的第三方安全認(rèn)證公司，目前對中國產(chǎn)品進行安全認(rèn)證的國外公司如德國的萊茵(TÜ)、英國的(UKAS)等。但是，這些公司所采用的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范并不符合中國的國情。因此，中國急需制定自己的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，成立基于我國真正標(biāo)準(zhǔn)的第三方認(rèn)證機構(gòu)，對我國的信號系統(tǒng)進行安全認(rèn)證。

3未來信號系統(tǒng)展望

未來的鐵路信號系統(tǒng)將是集無線通信、光纖通信等先進的通信技術(shù)于一體，通過建立各個獨立設(shè)備間的通信連接，實現(xiàn)區(qū)間、站內(nèi)一體化和通信、信號一體化的高水平系統(tǒng)。元件的小型化、模塊化是必然的發(fā)展方向。制定切實合理的管理規(guī)程，對鐵路信號從設(shè)計施工，到運營維護各個方面進行有效約束，確保各個環(huán)節(jié)穩(wěn)步有序進行。加強對鐵路一線員工的培訓(xùn)，保證他們擁有足夠的工作能力及應(yīng)急處理能力。全國化的鐵路網(wǎng)絡(luò)必然使各個地區(qū)間的信號差距變小，鐵路整體的信號技術(shù)一定會朝著更先進、更經(jīng)濟、更可靠的方向發(fā)展。

參考文獻

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[7]趙陽, 張萍, 王鯤. 我國鐵路信號系統(tǒng)安全評估的研究[J]. 鐵道通信信號, 2010, 46(2): 18-19.

【文獻標(biāo)志碼】B

【中圖分類號】U224.9+5

[作者簡介]劉霄(1989～)，女，碩士，助理工程師，主要從事鐵路信號設(shè)計。

[定稿日期]2015-09-18