淺談軌道交通信號故障的安全態(tài)

王振 姚遠(yuǎn)

摘 要：現(xiàn)如今，交通安全問題越來越受到人們的普遍關(guān)注。由于軌道交通信號故障問題時有發(fā)生，不僅給交通事業(yè)帶來嚴(yán)重的影響，同時也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，人們的生命財產(chǎn)安全也受到了嚴(yán)重的威脅。在軌道交通信號出現(xiàn)故障的問題時，會出現(xiàn)一種安全態(tài)。本文主要對這一安全狀態(tài)進行深入介紹和分析。

關(guān)鍵詞：軌道交通;信號故障;安全

在軌道交通運行的過程中，故障安全問題的重要性不言而喻，信號燈要嚴(yán)格按照故障導(dǎo)向安全的原則來進行，具體來說，就是在軌道交通信號系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時會自動處于一種安全的狀態(tài)，也就是安全態(tài)。只有對交通信號故障的安全態(tài)進行詳細(xì)地了解，才能保證交通運行的安全性和穩(wěn)定性。

一、安全確認(rèn)型故障安全原則

從傳統(tǒng)的軌道交通信號故障的歷史上可以看出，安全確認(rèn)型故障安全原則起到至關(guān)重要的作用。在世界上第一條鐵路通車時，為了防止列車之間發(fā)生沖突，相互撞擊，工作人員在站內(nèi)點燃蠟燭，如果蠟燭處于燃燒的狀態(tài)，則說明站內(nèi)有車。如果蠟燭熄滅則代表站內(nèi)沒有列車。所以，司機只需要根據(jù)燭光來進行判斷，有燭光就代表有危險，所以需要立即停車。這就是傳統(tǒng)的危險檢出型的安全原則。但是燭火很可能被熄滅，那么就會造成嚴(yán)重的交通事故，可見這種安全原則不屬于故障安全的安全狀態(tài)。在以后列車運行的過程中，故障安全的原則不斷地被利用和推廣，而且技術(shù)人員將燭光變成了信號燈，在一定的時間內(nèi)發(fā)揮了積極的作用。

二、使信號顯示紅燈即絕對禁止信號作為安全側(cè)

從安全確認(rèn)型故障安全原則的應(yīng)用中可以看出，交通信號基本上采用的都是紅燈作為指引，將紅燈作為安全測。在列車進路的過程中，只有保證了信號燈的正確致使，確認(rèn)行車安全的情況下，才可以行車。其中只有保證進路空閑、道岔位置正確、沒有建立敵對進路或者是進路鎖閉以及閉塞空間空閑等情況，才能夠開放信號機。這些安全的信號條件缺一不可。所以，檢測的結(jié)果是安全的，真實的。在實際的行車過程中不會出現(xiàn)任何安全隱患。

在震驚全國的“溫州動車事故”中，由于采集電路出現(xiàn)了故障問題，雖然想控制中心發(fā)出了故障報告，但是卻沒有將采集到的信息傳遞給主機，使得主機仍然顯示原來的信息。故障信息得到了轉(zhuǎn)發(fā)，但是卻沒有從根本上采用解決問題的措施，造成嚴(yán)重的動車事故。

通過這一典型的例子可以看出，可以得出以下幾點結(jié)論：1.如果信號系統(tǒng)出現(xiàn)了危險側(cè)故障，需要立即顯示紅燈。另外，要根據(jù)相關(guān)的規(guī)定和原則來對信號故障進行控制和處理，同時要尋求符合發(fā)生危險側(cè)故障信號要求原則，不能對交通安全問題有所忽視。2.在信號系統(tǒng)發(fā)生故障問題的過程中，需要利用信號燈自身的紅色指示來確定信號，不能在其中摻雜人工的操作。然后在這種情況得不到滿足的情況下，再考慮信號控制工作人員對其進行維護。3.如果某一子系統(tǒng)出現(xiàn)了永久性的故障，就需要將其視為危險側(cè)故障，應(yīng)該及時采用驅(qū)動單元來對信號燈進行控制，進而保證行車運行的安全性。

三、使信號系統(tǒng)仍能正常運行作為安全狀態(tài)

現(xiàn)如今，機電裝置是信號設(shè)備的重要組成部分，在危險側(cè)故障發(fā)生時才使得信號機處于顯示紅燈的狀態(tài)，列車不可以運行，進而保證了行車的安全性。通常情況下，人們將這一安全問題成為非功能安全。但是從實際的行車指示的過程中可以看出，這種狀態(tài)還存在著嚴(yán)重的問題。因此，軌道交通需要體現(xiàn)出一定的安全性、可靠性以及可用性特點。其中將安全性和可用性作為重點，明確指出這兩種指標(biāo)之間的聯(lián)系性相對較大，如果一方面出現(xiàn)了嚴(yán)重的問題就會影響到運輸?shù)男省Ａ硗猓捎眯跃褪侵冈趯嶋H的工作中，交通信號系統(tǒng)具有能夠執(zhí)行相應(yīng)的功能的能力，同時可以對信號系統(tǒng)的工作時間進行有效地測量。從理論上來講，可用性的百分比與平均故障間隔時間和平均修復(fù)時間之間都存在著較為密切的聯(lián)系。提高鐵路信號系統(tǒng)的可靠性就可以在某種程度上提高其可用性，同時還可以為信號系統(tǒng)提供一定的可用性條件。

在容錯計算技術(shù)高度發(fā)展的今天，在當(dāng)今微型計算機化的軌道交通信號系統(tǒng)中，只要合理地融入容錯計算技術(shù)，使其具有很強的在線檢錯和校正能力，就可以做到在鐵路信號系統(tǒng)發(fā)生故障時使其用很小的平均修復(fù)時間，自動地迅速恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，正確地執(zhí)行它的規(guī)定功能，從而給出正常的信號顯示，使列車正常運行。這種安全叫功能安全。

1997年，法國科技工作者就提出了可用的故障安全系統(tǒng)概念和軌道交通信號系統(tǒng)中實現(xiàn)的具體方案，開啟了故障安全容錯軌道交通信號系統(tǒng)的研究，并取得了成績。其成績主要表現(xiàn)在兩個方面：

1.故障安全容錯CPU。在日本，實用的I型電子連鎖裝置sMILE就是采用了3模容錯結(jié)構(gòu)的故障安全計算機;幾年之后又公布了在單片F(xiàn)PGA芯片上實現(xiàn)了2模-3模故障安全容錯CPU，其故障安全2模用的是比較技術(shù)。在歐洲，捷克的科技T作者就已經(jīng)在單片F(xiàn)PGA芯片上實現(xiàn)了2模-3模容錯故障安全CPU，其故障安全2模用的是并發(fā)自校驗技術(shù)，也把它用于電子連鎖系統(tǒng)。使用大規(guī)模集成電路FPGA芯片易于實現(xiàn)在線檢測、結(jié)構(gòu)重組等容錯技術(shù)，有利于實現(xiàn)故障安全和容錯技術(shù)的組合，其功能增強了，但體積沒加大，可用性卻顯著提高。

2.故障安全容錯軟件。20年前，S.Kulkarni就提出了在線檢測和在線校正。這是軟件容錯的兩個基本部件。微型計算機化的軌道交通信號系統(tǒng)硬件和軟件都要具有故障安全容錯特性。

四、安全技術(shù)的可信性故障

值得一提的是，在現(xiàn)代軌道交通領(lǐng)域，列車控制系統(tǒng)由中心、車站、軌旁和車載等多系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)間通過并發(fā)、協(xié)同、分布控制列車安全運行。采用單一的“故障一安全”措施并不一定能夠帶來系統(tǒng)的安全性，如在高速運行中的列車，緊急剎車會帶來危害。所以在現(xiàn)代信號控制系統(tǒng)，“故障一安全”的措施也是多層面的、多場景的多級控制模式，即要求能夠?qū)崿F(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)同連鎖完成列車的安全控制。這就要求在不同的危害場景下，系統(tǒng)應(yīng)該采用不同故障一安全的措施，其總體技術(shù)方案是：針對每類安全關(guān)鍵設(shè)備，依據(jù)危害場景，制定平滑的故障一安全降級措施。面向列車運營場景，確定系統(tǒng)整體、局部的安全側(cè)，并制定安全側(cè)的系統(tǒng)協(xié)同連鎖動作。“故障一安全”的處理過程共有三級模式：正常運行、故障一運行和故障停止。

五、結(jié)語

軌道交通信號系統(tǒng)必須遵守安全確認(rèn)型故障安全原則，實現(xiàn)故障安全容錯結(jié)構(gòu)。在其自身發(fā)生故障時，能快速恢復(fù)正常運行，具有安全確認(rèn)能力，使信號機正常顯示，這是一種安全狀態(tài);在其自身發(fā)生故障時，不能快速恢復(fù)正常運行，喪失安全確認(rèn)能力，應(yīng)自動將信號機轉(zhuǎn)變?yōu)榧t燈顯示的安全狀態(tài)。

參考文獻：

[1]周留運，梁君 軌道交通信號系統(tǒng)安全性評估的實施 《鐵道通信信號》-2010年第4期.