城市軌道交通信號冗余技術分析

【摘要】隨著計算機技術的快速發(fā)展，提高計算機系統(tǒng)的安全可靠性是計算機技術發(fā)展的必要條件，而冗余技術便是一種提高計算機安全可靠性的有效手段。冗余技術分為實踐冗余、信息冗余、結構冗余和冗余附加技術四種，其中結構冗余技術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)設備。

【關鍵詞】城市軌道交通；信號系統(tǒng)；冗余技術；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)具有故障導向安全的特征。冗余技術是提高計算機系統(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)的設計和應用中采用冗余技術，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，重復配置的部件就會介入并且承擔故障部件的工作，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、技術要求和環(huán)境條件提出了相應的規(guī)定。對于城市軌道交通信號系統(tǒng)中運用冗余技術的相關方面做了全面的介紹，明確了冗余技術對于提高城市軌道交通信號系統(tǒng)安全可靠性的重要性，認為合理的冗余技術將會大大提高信號系統(tǒng)的安全可靠性。冗余技術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，促進了列車指揮和運行的現(xiàn)代化進程。筆者就城市軌道交通信號系統(tǒng)和冗余技術進行了全面的介紹，對城市軌道交通信號冗余技術進行了全面分析，指出了冗余技術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，提高運輸效率的關鍵系統(tǒng)設備。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)絡來構成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)地面控制與車上控制相結合、地面控制與中央控制相結合，構成了一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調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、調度員人工介入模式、列車出入車場調度模式、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

1.冗余技術簡介

冗余技術又稱為儲備技術，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，冗余技術可以分為工作冗余和后背冗余兩種技術。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擔工作，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，計算機的服務器以及電源等重要的設備，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，服務器或者電源就會自動轉到正常的設備上繼續(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

計算機軟件冗余技術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果的一硬二軟技術。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)由比較器進行比較，在比較結果一致的情況下會經(jīng)過兩套輸出電路，達到數(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果就會變得不一致，這種比較結構無法接通控制電路，就會導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向安全的結果。在軟件冗余技術中，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格獨立。這種計算機的一硬二軟技術不能做到電路的完全獨立，因此這種軟件冗余技術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)進行處理后，得到的數(shù)據(jù)結果是相同的。這種處理結果會經(jīng)過比較器的比較，在確認結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)處理結果是不相同的，這樣比較器進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。“二取二”硬件冗余系統(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，導致計算機的數(shù)據(jù)丟失。

三、城市軌道交通信號冗余技術分析

城市軌道交通信號系統(tǒng)是依靠計算機技術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)設備。冗余技術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，促進了列車指揮和運行的現(xiàn)代化進程。城市軌道交通信號系統(tǒng)中，列車的行車設備或者子系統(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，這種冗余技術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的車載設備，對列車的自動防護系統(tǒng)等安全設備采用計算機冗余技術，這樣就能有效的運用列車的自動防護系統(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)的冗余技術會將付賬導向安全方面。城市軌道交通信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡應該采用雙網(wǎng)的結構，列車的自動監(jiān)控系統(tǒng)的主要設備都要進行重配置，例如各種類型的服務器、網(wǎng)絡的交換器、數(shù)據(jù)的傳輸設備等都應該進行重復配置，城市軌道交通信號系統(tǒng)的工作站也應該能互為備用，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、結語

通過對前文的分析，可以看見冗余技術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，可以在城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)生故障時，重復配置的部件就會介入并且承擔故障部件的工作，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，從而達到提高城市軌道交通信號系統(tǒng)安全可靠性的目的。

參考文獻

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