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(jì)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(jì)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(yùn)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(jìn)、消化、再創(chuàng)新理念的指導(dǎo)下得到迅速提升的同時(shí)，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(jì)的角度對我國未來鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)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(jìn)行了六次大提速。2014年7月中國鐵路運(yùn)行圖再次調(diào)整。新運(yùn)行圖的實(shí)施進(jìn)一步提高了部分普通旅客列車的運(yùn)行速度，同時(shí)增加了動(dòng)車組列車所占的比例。截至2014年，全國鐵路運(yùn)營總里程突破10×104km，其中高鐵超過1.3×104km。隨著列車運(yùn)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(shí)，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(jìn)行了分析，并對解決這些問題的對策進(jìn)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(dòng)信號、機(jī)車信號、自動(dòng)停車和超速防護(hù)五個(gè)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(dòng)道岔，并采用人工臂板式信號機(jī)向司機(jī)傳遞行車信息。新中國的成立推動(dòng)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(jī)械槽口聯(lián)鎖的使用標(biāo)志著中國鐵路信號進(jìn)入了機(jī)械信號時(shí)代[2]。20世紀(jì)60～70年代，車站聯(lián)鎖逐步實(shí)現(xiàn)了繼電集中化，區(qū)間開始采用64D型繼電半自動(dòng)閉塞系統(tǒng)，中國鐵路進(jìn)入了地面自動(dòng)信號階段。20世紀(jì)80～90年代，微機(jī)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(jī)顯示的機(jī)車信號。進(jìn)入21世紀(jì)以后，鐵路信號事業(yè)飛速發(fā)展，大量引進(jìn)國外先進(jìn)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(dòng)停車設(shè)備(ATS)，運(yùn)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(yàn)，結(jié)合我國國情，制定了《中國列車運(yùn)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(gè)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(jìn)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(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信以及自動(dòng)控制等近年來產(chǎn)生的一批先進(jìn)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(dòng)授權(quán)等信息實(shí)時(shí)進(jìn)行限速曲線計(jì)算，防護(hù)列車安全運(yùn)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?dòng)化、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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)。而我國的安全型計(jì)算機(jī)的軟件核心RTOS(實(shí)時(shí)操作系統(tǒng))較為落后，能夠達(dá)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(qiáng)我國安全型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)。

對車站信號聯(lián)鎖設(shè)備，雖然目前廣泛使用的計(jì)算機(jī)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(hù)工作繁瑣等問題。而新開發(fā)的全電子計(jì)算機(jī)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(jì)不但可以簡化信號設(shè)計(jì)、施工等工作，另外，在檢測和維修時(shí)，只需要將故障定位到相應(yīng)模塊進(jìn)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(shí)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(shí)間了解線路上的列車運(yùn)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(jì)的綜合專用數(shù)字移動(dòng)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(jì)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(hù)措施，防止受到病毒或黑客的攻擊，必須加強(qiáng)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(yàn)收方法，只注重功能的實(shí)現(xiàn)，而沒有對其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別、分析及評估，不能為系統(tǒng)安全性提供可靠地?cái)?shù)據(jù)。

在研發(fā)、生產(chǎn)、調(diào)試及運(yùn)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(jìn)行軟件調(diào)試和修改，給線路運(yùn)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(gè)階段的時(shí)間和工期的行為進(jìn)行合理規(guī)劃，一旦出現(xiàn)搶時(shí)間和趕工期的現(xiàn)象，就很有可能造成整個(gè)工程達(dá)不到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

在系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)”式的發(fā)展不但會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)漏洞百出，不堪一擊，更會(huì)帶來安全隱患，甚至威脅乘客的生命。從勘察設(shè)計(jì)到施工調(diào)試都需要制定詳細(xì)的計(jì)劃，預(yù)留充分的時(shí)間，堅(jiān)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(yàn)收機(jī)制，保證每個(gè)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(shí)有發(fā)生。另外，在設(shè)備產(chǎn)生故障時(shí)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(shí)做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)等。

必須加強(qiáng)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(shí)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(jì)、施工和維護(hù)上都存在很大差異，這無疑提高設(shè)計(jì)和施工等工作人員工作的難度，同時(shí)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(shí)找不到相應(yīng)的元件替換，因此，必須對這些線路進(jìn)行信號改造。

同時(shí)，建設(shè)鐵路新線時(shí)，要盡量按照高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)建造，盡可能使用先進(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jìn)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(jìn)行安全認(rèn)證。這種非運(yùn)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(jìn)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(jī)構(gòu)，對我國的信號系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)的通信技術(shù)于一體，通過建立各個(gè)獨(dú)立設(shè)備間的通信連接，實(shí)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(shí)合理的管理規(guī)程，對鐵路信號從設(shè)計(jì)施工，到運(yùn)營維護(hù)各個(gè)方面進(jìn)行有效約束，確保各個(gè)環(huán)節(jié)穩(wěn)步有序進(jìn)行。加強(qiáng)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(gè)地區(qū)間的信號差距變小，鐵路整體的信號技術(shù)一定會(huì)朝著更先進(jìn)、更經(jīng)濟(jì)、更可靠的方向發(fā)展。

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【文獻(xiàn)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(jì)。

[定稿日期]2015-09-18