鐵路信號(hào)系統(tǒng)安全理念與實(shí)現(xiàn)

牟清國(guó)

河鋼宣鋼物流公司 河北張家口 075100

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會(huì)逐漸意識(shí)到交通運(yùn)輸對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性，尤其是鐵路交通方面，在國(guó)家的重視下，鐵路布局四通八達(dá)、列車時(shí)速再創(chuàng)新高，把鐵路打造成國(guó)家的一張名片，也為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步起到積極的推動(dòng)作用。鐵路交通系統(tǒng)的組成部分當(dāng)中，鐵路信號(hào)系統(tǒng)為列車在鐵路上的奔騰保障了安全性，使得乘客乘車放心、貨物運(yùn)輸安心。但在實(shí)際的工作過(guò)程中，鐵路信號(hào)系統(tǒng)或多或少會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題和漏洞，系統(tǒng)的運(yùn)行也不是十全十美。因此，工作人員要重視系統(tǒng)工作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并進(jìn)行深入的探討和分析，從而創(chuàng)新發(fā)展鐵路信號(hào)系統(tǒng)的安全理念，推動(dòng)鐵路安全性的實(shí)現(xiàn)，并最終逐步地提高鐵路交通系統(tǒng)的安全性能。

1 鐵路信號(hào)系統(tǒng)概論

1.1 鐵路信號(hào)系統(tǒng)

鐵路信號(hào)系統(tǒng)是鐵路信號(hào)顯示、變化和控制的系統(tǒng)。在鐵路上列車運(yùn)行的過(guò)程中，鐵路信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)控制鐵路信號(hào)的顯示和變化，從而保障鐵路上的列車行車安全、列車調(diào)車工作安全，并增強(qiáng)列車在鐵路車站或鐵路路線區(qū)間通過(guò)的能力和貨車運(yùn)輸編組的能力。在保障鐵路交通運(yùn)輸安全性的眾多系統(tǒng)中，鐵路信號(hào)系統(tǒng)占據(jù)首要地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)和信息技術(shù)為鐵路信號(hào)系統(tǒng)提供了全新的發(fā)展方向，為了確保鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，建設(shè)列車能夠安全、安心行駛的鐵路，發(fā)展升級(jí)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的各種設(shè)備和軟件、通過(guò)解決實(shí)際發(fā)生的問(wèn)題積累系統(tǒng)工作經(jīng)驗(yàn)是關(guān)鍵。在當(dāng)今的鐵路交通中，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，鐵路信號(hào)系統(tǒng)已經(jīng)由“列車行駛的指向標(biāo)志”變成為“保障鐵路列車運(yùn)行安全的調(diào)控中樞”，在鐵路交通中占據(jù)越來(lái)越重要的地位，具有一個(gè)科技水平高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的鐵路信號(hào)系統(tǒng)，是一個(gè)國(guó)家鐵路發(fā)展達(dá)到現(xiàn)代化的標(biāo)準(zhǔn)[1]。

在我國(guó)，鐵路信號(hào)系統(tǒng)具有多種分類，根據(jù)實(shí)際列車運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)所可以分為車站信號(hào)控制系統(tǒng)、區(qū)間信號(hào)控制系統(tǒng)、行車指揮控制系統(tǒng)以及列車運(yùn)行控制系統(tǒng)等多項(xiàng)鐵路信號(hào)系統(tǒng)。而其發(fā)展也經(jīng)歷了多個(gè)階段，在2008年之后，國(guó)家進(jìn)行大規(guī)模的鐵路路線建設(shè)，積極發(fā)展客運(yùn)列車與貨運(yùn)列車共線行駛，并逐步的研究和發(fā)展高速鐵路技術(shù)，鋪設(shè)了大范圍的高鐵路線網(wǎng)，鐵路信號(hào)系統(tǒng)也隨之而得到了新一階段的發(fā)展。在這一時(shí)期中，主要開(kāi)發(fā)出CTCS-2以及CTCS-3鐵路信號(hào)列控系統(tǒng)，并且在國(guó)內(nèi)的大部分鐵路中得到了應(yīng)用。其主要利用列車車載的信號(hào)接收設(shè)備，實(shí)時(shí)地對(duì)列車行駛過(guò)程中的地面鐵路數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，之后通過(guò)預(yù)設(shè)的算法實(shí)時(shí)計(jì)算列車行駛速度的動(dòng)態(tài)曲線，通過(guò)建立的數(shù)學(xué)模型監(jiān)控列車的行駛，并及時(shí)地對(duì)列車運(yùn)行作出調(diào)整。

鐵路信號(hào)系統(tǒng)也在不斷地進(jìn)行發(fā)展和嘗試。在2017年，行業(yè)人員結(jié)合自動(dòng)控制理論和技術(shù)，開(kāi)發(fā)出新型鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)，即列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，并且在珠三角的相關(guān)鐵路上投入使用，正式在CRH6A型動(dòng)車組列車進(jìn)行實(shí)踐運(yùn)營(yíng)。之后在2019年，鐵路信號(hào)系統(tǒng)又迎來(lái)一個(gè)新的發(fā)展階段，京張高速鐵路正式建設(shè)竣工，這條高速鐵路是我國(guó)第一條智能化鐵路，鐵路信號(hào)系統(tǒng)的技術(shù)又得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并且京張高鐵的列車以無(wú)人駕駛的形式運(yùn)行，為鐵路信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展指明了全新的發(fā)展方向。

1.2 鐵路信號(hào)系統(tǒng)安全理念

鐵路信號(hào)系統(tǒng)是保障鐵路交通列車安全性的重要主體，在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中，“故障導(dǎo)向安全”原則應(yīng)當(dāng)作為行業(yè)人員進(jìn)行鐵路信號(hào)系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)展的基準(zhǔn)，始終以安全理念進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)踐。

鐵道信號(hào)系統(tǒng)具有兩項(xiàng)主要的功能。其一是進(jìn)行資料傳輸，將列車運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)行駛參數(shù)和鐵路路線數(shù)據(jù)，通過(guò)通信技術(shù)反饋至鐵路交通指揮中心，以此作為指揮列車運(yùn)行、調(diào)整行駛狀況的重要參考，使得鐵路列車的指揮調(diào)控效率得到提高。其二是維系列車和鐵路交通指揮中心之間的通信功能，使列車能夠?qū)崟r(shí)地接收指揮中心傳遞的相關(guān)信息，并與外界相連通，保持聯(lián)絡(luò)功能。因此，在發(fā)展鐵路信號(hào)系統(tǒng)的安全理念時(shí)，需要進(jìn)一步圍繞這兩項(xiàng)主要功能進(jìn)行[2]。既滿足列車的數(shù)據(jù)資料反饋的效率，又要維持列車行駛過(guò)程中的與外界通信功能的暢通，并且在基礎(chǔ)上保障兩項(xiàng)功能的安全性能，之后進(jìn)一步確保其他部分的安全性能。最終設(shè)計(jì)完善的鐵路信號(hào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車的安全行駛。

由于技術(shù)的發(fā)展、鐵路的種類、鐵路交通的需求，鐵路信號(hào)系統(tǒng)的安全理念會(huì)有所不同，工作人員需要及時(shí)地做出變化。對(duì)于普速鐵路，發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，信號(hào)系統(tǒng)已經(jīng)基本成熟，并且普速鐵路的列車行駛速度規(guī)定最高不得超過(guò)160千米每小時(shí)，較低的行駛速度決定其信號(hào)系統(tǒng)不會(huì)高度復(fù)雜，常規(guī)的普速鐵路信號(hào)系統(tǒng)都基本由電氣電路構(gòu)成。因此，普速鐵路的信號(hào)安全理念可以關(guān)注于指揮列車停止行駛，保障列車平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)。對(duì)于高速鐵路，自2008年以來(lái)，高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)全面配備列控系統(tǒng)，以CTCS-2級(jí)與CTCS-3級(jí)型號(hào)為主，融合了信息技術(shù)和通信技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，系統(tǒng)呈現(xiàn)了軟件化和網(wǎng)絡(luò)化的主要特征，能夠適應(yīng)高速鐵路上列車較高的行駛速度以及具備較高的指揮調(diào)控效率。但信息技術(shù)在帶來(lái)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也造成了相應(yīng)的不足，由于高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)依賴設(shè)備，多個(gè)設(shè)備之間的接口數(shù)量眾多，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的信號(hào)安全無(wú)法得到完備的保障。在高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的安全理念中，不僅要指揮列車的停止行駛狀態(tài)，還要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高鐵列車在行駛中的速度，及時(shí)進(jìn)行速度調(diào)控，避免列車超出鐵路設(shè)計(jì)的最高限制速度，造成安全事故。在其中，高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的安全理念以列車行駛速度的控制為主，與普速鐵路相比，安全理念得到了一定的發(fā)展進(jìn)步，更適應(yīng)時(shí)代的變化。

在建設(shè)和應(yīng)用鐵路信號(hào)系統(tǒng)的初始階段，鐵路部門的目的是利用鐵路信號(hào)對(duì)列車進(jìn)行實(shí)時(shí)的行駛指揮和通信聯(lián)絡(luò)，從而保障列車行駛的安全性。但隨著技術(shù)的發(fā)展和時(shí)代的需求，鐵路的列車行駛速度不斷地提高，信息技術(shù)逐漸應(yīng)用于鐵路信號(hào)系統(tǒng)，鐵路也朝著自動(dòng)化、智能化的方向不斷發(fā)展，信號(hào)系統(tǒng)的安全理念也應(yīng)當(dāng)作出進(jìn)步，適應(yīng)變化。

2 鐵路信號(hào)系統(tǒng)安全理念的實(shí)現(xiàn)策略

2.1 普速鐵路

普速鐵路發(fā)展時(shí)間久、存在時(shí)間長(zhǎng)，雖然在大部分地區(qū)，高速鐵路承擔(dān)了主要的交通運(yùn)輸任務(wù)，但是在高速鐵路沒(méi)有覆蓋到的相對(duì)落后的地區(qū)，普速鐵路仍然承擔(dān)著連接外部世界的作用，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用褚饬x重大。對(duì)于普速鐵路，由于列車行駛速度較低，其信號(hào)系統(tǒng)的組成內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，以指揮列車停止行駛為主要目的。在有關(guān)列車行駛安全性的部分中，只包括鐵路連鎖和行車閉塞兩套子系統(tǒng)，兩者之間的接口單一，整體構(gòu)成為電氣電路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。因此，普速鐵路能夠更好地將“故障導(dǎo)向安全”作為系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的準(zhǔn)則，安全性能較強(qiáng)。在普速鐵路的列車行駛過(guò)程中，列車的信號(hào)接收和判斷憑證以鐵路地面的信號(hào)為主[3]。其中將鐵路地面信號(hào)的關(guān)閉或次級(jí)顯示，作為安全狀態(tài)的信號(hào)表示，列車根據(jù)信號(hào)顯示和行車準(zhǔn)則進(jìn)行操作和調(diào)控。在常規(guī)的普速鐵路信號(hào)系統(tǒng)中，根據(jù)信號(hào)顯示的狀態(tài)、鐵路軌道電路和行車閉塞之間的聯(lián)系和影響，在這些組成部分發(fā)生故障的情況下，可以將安全狀態(tài)的信號(hào)顯示分別定義為多種形式：

首先，在信號(hào)顯示階段，如果車站所屬信號(hào)機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，需要進(jìn)行維修，則地面信號(hào)的安全狀態(tài)應(yīng)該顯示為關(guān)閉狀態(tài)；如果鐵路區(qū)間內(nèi)信號(hào)機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，需要將綠燈、黃燈信號(hào)統(tǒng)一降級(jí)到黃燈信號(hào)，其他種類信號(hào)都顯示為關(guān)閉狀態(tài)，列車從而判定為安全狀態(tài)。其次，對(duì)于行車閉塞系統(tǒng)，如果其設(shè)備在鐵路區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)問(wèn)題，當(dāng)鐵路區(qū)間內(nèi)有列車正處于行駛狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提示區(qū)間內(nèi)被列車占用，同時(shí)阻止其他列車駛?cè)朐搮^(qū)間，必要時(shí)停止發(fā)車。最后，對(duì)于鐵路上軌道電路，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，處理情況類似于行車閉塞系統(tǒng)，提示區(qū)間內(nèi)的軌道電路已被占用，同時(shí)禁止其他列車進(jìn)入該區(qū)間。

繼電電路的信號(hào)安全：

對(duì)于普速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的主要組成部分：連鎖和閉塞，從本質(zhì)上分析，二者都屬于繼電電路，以繼電器為主體搭建而成。在列車行駛過(guò)程中，存在著繼電電路發(fā)生故障的可能性，需要工作人員進(jìn)行重視。其中繼電電路的常規(guī)故障分為：

（1）繼電電路斷線故障。電路在各種自然因素的影響下，處于外界環(huán)境的繼電電路可能會(huì)出現(xiàn)斷線故障的問(wèn)題。在處理措施上，需要選擇閉合電路的形式，如果出現(xiàn)斷線故障，則電路中無(wú)電流通過(guò)，繼電器因此而失去磁性，將電路導(dǎo)向安全側(cè)。

（2）繼電電路混線故障。在普速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的電氣電路中，其導(dǎo)線與列車電纜通常在同一區(qū)域搭建，在列車行駛過(guò)程中就可能出現(xiàn)二者混線的故障。繼電電路如果發(fā)生混線故障，會(huì)導(dǎo)致繼電器錯(cuò)誤地產(chǎn)生磁性，將電路導(dǎo)向危險(xiǎn)側(cè)，進(jìn)而造成安全事故。在處理措施上，對(duì)于室內(nèi)繼電電路，要減少或禁止多個(gè)電路共用接點(diǎn)的現(xiàn)象；對(duì)于室外電路，工作人員可以選擇位置法、雙斷法等多種方法進(jìn)行故障預(yù)防。

2.2 高速鐵路

在高速鐵路領(lǐng)域，國(guó)家逐步投入了大量的人力物力推動(dòng)高鐵事業(yè)的蓬勃發(fā)展，時(shí)至今日，高速鐵路已經(jīng)成為了彰顯我國(guó)大國(guó)實(shí)力和高新技術(shù)的一張名片。由于高速鐵路的優(yōu)異性能，和已經(jīng)逐漸擴(kuò)大的鐵路覆蓋范圍，高速鐵路已經(jīng)在交通運(yùn)輸?shù)亩鄠€(gè)領(lǐng)域內(nèi)取代了傳統(tǒng)的普速鐵路，成為了行業(yè)的主力。在高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)當(dāng)中，由于高鐵列車的高行駛速度和眾多高新技術(shù)，信號(hào)系統(tǒng)的組成相較于普速鐵路更為復(fù)雜。其子系統(tǒng)包括鐵路聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)、調(diào)度集中系統(tǒng)以及集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不同子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系和作用，共同構(gòu)成高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)。因此，在信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行信息顯示和數(shù)據(jù)輸出時(shí)，往往需要多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合處理、配合運(yùn)行，這種復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行方式，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)方面、信息方面和集成方面等出現(xiàn)故障的概率增加，信號(hào)系統(tǒng)的安全性能也因之而減弱。而且在事故的嚴(yán)重性角度，高速鐵路一旦出現(xiàn)故障，導(dǎo)致發(fā)生安全事故，造成的傷亡和影響都會(huì)極其嚴(yán)重，所以工作人員需要盡快對(duì)高鐵信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，提高其安全性能。

單體信號(hào)設(shè)備的信號(hào)安全：

單體信號(hào)設(shè)備是構(gòu)成高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的安全，工作人員首先要重視和保障單體信號(hào)設(shè)備的信號(hào)安全。

（1）升級(jí)優(yōu)化安全技術(shù)。在安全技術(shù)層面，主要對(duì)信號(hào)設(shè)備的硬件和軟件兩個(gè)方面提出要求。在硬件方面，根據(jù)規(guī)定，在高鐵控制系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)備當(dāng)中，硬件應(yīng)當(dāng)選擇具有高可靠性和安全性的類型，比如二乘二取二冗余技術(shù)硬件；在軟件方面，工作人員可以對(duì)設(shè)備添加一定的監(jiān)督機(jī)制進(jìn)行約束，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。

（2）加強(qiáng)完善管理制度。信號(hào)設(shè)備的安全性能對(duì)于整個(gè)高鐵行車安全具有重要意義，其基礎(chǔ)在于對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的管理，防止資質(zhì)不合格的設(shè)備投入信號(hào)系統(tǒng)的使用。在具體實(shí)施過(guò)程中，國(guó)家對(duì)信號(hào)設(shè)備的資質(zhì)具有嚴(yán)格的管理制度，在進(jìn)行高鐵信號(hào)設(shè)備的選擇和購(gòu)買的過(guò)程中需要仔細(xì)甄別，拒絕購(gòu)買不合格的產(chǎn)品，在根本上進(jìn)行信號(hào)系統(tǒng)安全性能的防護(hù)。

2.3 智能鐵路

智能鐵路是我國(guó)新一代高新技術(shù)產(chǎn)物，集合應(yīng)用了多種智能化系統(tǒng)，在一步提高列車運(yùn)行時(shí)速，構(gòu)建新型的鐵路網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于其信號(hào)系統(tǒng)，技術(shù)人員需要重視鐵路交通傳感器、列車視頻監(jiān)控、固定基礎(chǔ)設(shè)施、智能檢測(cè)分析等多個(gè)方面，結(jié)合智能化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、及時(shí)處理，保障信號(hào)安全，并進(jìn)一步促進(jìn)鐵路交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

在發(fā)展鐵路信號(hào)系統(tǒng)安全理念的過(guò)程中，需要始終圍繞著“故障導(dǎo)向安全”的基本準(zhǔn)則。在普速鐵路、高速鐵路等現(xiàn)階段的主要鐵路交通方面，對(duì)其信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障和問(wèn)題，完善系統(tǒng)的構(gòu)造和管理措施。對(duì)于仍處在初始發(fā)展階段的智能鐵路，工作人員則需要結(jié)合鐵路智能化的特點(diǎn)，采用智能化的信號(hào)設(shè)備和監(jiān)測(cè)設(shè)備，利用智能技術(shù)的輔助作用進(jìn)行信號(hào)的決策，并逐漸地將其發(fā)展為信號(hào)系統(tǒng)的主體部分，從而最大程度的保障信號(hào)安全，提高系統(tǒng)的安全水平。