軌道交通信號系統安全認證技術研究

一、前言

軌道交通作為城市公共交通的關鍵組成部分，其安全運行非常重要，軌道交通信號系統是保障行車安全、提升運營效率的核心技術支撐。軌道交通涵蓋車站信號控制系統、區間信號系統以及機車信號系統等多個部分，信號系統雖在工程投資中占比不高，卻直接關系到大量乘客的生命財產安全，在系統故障或操作人員失誤的情況下，確保其能維持安全運行，成為行業重點關注的問題。

當前，無論是國產軌道交通信號系統，還是國外設備國產化的推廣應用，都面臨缺乏權威機構安全認證的困境。國際通行做法要求進行安全認證，國內開發的信號系統若未獲得認證，將難以參與相關項目的招投標，這嚴重制約了國內信號系統產業的發展。在此背景下，對軌道交通信號系統安全認證技術展開深入研究具有非常重要的現實意義。

二、軌道交通信號系統安全認證技術概述

（一）相關國際標準解析

IEC61508《電氣/電子/可編程電子安全相關系統的功能安全》國際標準，從概念提出到系統設計、實現、操作與維護，再到廢棄處理，全面規范了電氣/電子/可編程電子安全相關系統軟硬件生存周期各階段任務與目標。其規定了系統開發中風險分析、安全需求確定、設計驗證等具體流程，保障系統安全功能有效實現。歐洲電氣化標準委員會（CENELEC）下屬SC9XA委員會制定的鐵道信號標準，以IEC61508為基礎，結合鐵路行業特點，進一步細化和拓展了對計算機控制信號系統的要求，在鐵路信號系統的功能安全、可靠性等方面做出更具針對性的規范，二者共同為軌道交通信號系統安全認證提供重要技術支撐。

（二）安全認證技術核心概念

安全認證是依據特定標準和規范，對軌道交通信號系統是否滿足安全要求進行全面評估和判定的活動。其目的在于為系統安全性提供科學、權威的判斷依據，使公眾、運營方、監管部門等相關方能夠清晰了解系統安全狀況。其范圍涵蓋信號系統從設計、開發、生產到安裝、調試、運營維護的全生命周期，涉及硬件、軟件、人員操作以及系統整體架構等多個方面。

安全審核主要側重于檢查工程的安全管理是否完善，是否與安全計劃保持一致，關注工程行為和安全計劃的執行情況及繼承性，最后形成安全審核報告。而安全認證是判斷系統相關風險是否控制在可接受等級的過程，核心是系統的安全要求。其中ALARP原則將安全相關系統風險分為不可接受、可忽略、需降低到可接受最低程度三類，針對不同類別風險采取相應處理措施，在軌道交通信號系統安全認證中發揮著關鍵作用，有效保障系統安全。

三、安全認證技術在軌道交通信號系統中的具體應用

（一）信號系統設計階段

于軌道交通信號系統設計環節，依據安全標準開展風險分析時，需全方位考量系統架構、信號傳輸穩定性、設備可靠性等關鍵要素。從各子系統協同運行及復雜運行場景入手，運用故障樹分析、失效模式與影響分析等專業方法，精準識別潛在風險，明確涵蓋功能安全、性能安全、信息安全等多領域的系統安全需求。

安全認證技術對設計方案安全性的保障機制體現在冗余架構驗證與故障一安全原則實施兩方面。針對硬件冗余架構，需核查是否配置雙機熱備、三取二表決等冗余模式，通過動態切換測試驗證主備模塊間的無縫切換性能；對于軟件冗余算法，應評估其數據同步機制與故障檢測邏輯的有效性[]。

（二）信號系統生產制造階段

軌道交通信號系統生產制造階段，關鍵原材料應滿足EN50155等標準規定的機械性能、電氣絕緣、電磁兼容性等指標要求，需通過第三方實驗室的型式試驗驗證其在極端溫濕度、振動沖擊等嚴苛環境條件下保持功能完整性的能力。零部件除需符合幾何尺寸公差、材料力學性能、環境適應性等基礎指標外，還應通過失效模式分析（FailureModeandEffectAnalysis，FMEA）識別潛在安全風險，開展安全完整性等級（SafetyIntegrityLevel，SIL）驗證，確保其故障模式不會導致系統安全功能降級。

生產制造環節的安全認證措施需遵循EN50129標準要求，通過制造過程合規性審計確保工藝實施的可追溯性。原材料加工階段應執行首件檢驗（FirstArticleInspection，FAI）與批次抽樣檢測，重點監控焊接工藝的溫度曲線、壓接端子的接觸電阻等關鍵參數。組裝流程需建立防錯機制，通過MES系統記錄每臺設備的生產參數，實施過程能力分析（Process Capability Analysis，PCA]。

（三）信號系統運營維護階段

軌道交通信號系統運營維護階段，定期安全評估是保障系統持續安全運行的重要手段。評估方法綜合運用多種技術，包括對設備運行數據的監測分析、現場實地檢測以及對歷史故障記錄的研究等。評估頻率依據系統的復雜程度、使用年限和重要性等因素確定，一般新投入使用或復雜程度高的系統評估頻率相對較高，以確保及時發現潛在安全隱患。對維護操作的安全認證要求維護人員嚴格遵循既定的操作規范，操作前需進行充分的準備工作，操作過程要接受監督，操作完成后要對效果進行檢驗。

在利用安全認證技術發現和處理系統故障方面，借助實時監測技術對信號系統各部件的運行狀態進行不間斷監控，一旦參數出現異常，系統會立即發出預警。維護人員依據安全認證標準對故障進行診斷和修復，修復后再次進行檢測，確保系統恢復到安全運行狀態，從而保障軌道交通的運營安全。

四、安全認證技術在軌道交通信號系統中的應用挑戰

（一）技術復雜性

軌道交通信號系統融合通信、計算機、電子等多種技術，這一特性給安全認證技術帶來諸多挑戰。多種技術的融合意味著不同技術的標準、協議存在差異，各技術在信號傳輸、數據交互、功能協同等方面的兼容性難以保證。在進行安全認證時，需全面考量不同技術組合在復雜運行環境下的相互影響，而目前缺乏統一有效的評估方法，使得兼容性評估工作復雜且困難重重。

隨著智能計算、5G通信等新興技術的迭代演進，軌道交通信號系統正加速融合LTE-M、CBTC、基于通信的移動閉塞等創新技術，而技術的安全認證面臨標準體系滯后、風險建模方法缺失等問題，突出表現為： ① 異構技術融合產生的復雜交互行為難以通過傳統FMEA方法進行風險量化，需開發基于形式化驗證的安全評估模型； ② 新型電子器件的失效模式與傳統繼電器邏輯存在本質差異，現有EN50128軟件安全標準難以覆蓋AI算法的決策風險[3]。

（二）標準差異與更新

目前，軌道交通信號系統安全認證標準在國際與國內間差異顯著。國際標準IEC61508著重于電氣/電子/可編程電子安全相關系統的通用安全規范，國內標準則在借鑒此國際標準的同時，結合本土行業發展特點與實際狀況，在技術細節和指標要求上有所不同。

標準動態演進對軌道交通信號系統安全認證構成顯著挑戰，以EN50126為例，其2023版較2017版新增RAMS生命周期管理要求，而IEC61508第3版引入動態安全評估方法。標準迭代周期縮短至18～24個月的趨勢，導致認證依據持續變更。

（三）人員與管理

在軌道交通信號系統安全認證領域，專業人才供給與行業需求存在結構性矛盾。該領域要求從業人員兼具信號系統工程技術背景與功能安全認證能力，掌握EN50126RAMS管理、IEC61508SIL評估等核心技能。當前高等教育課程體系中相關專業方向設置薄弱，職業教育缺乏針對安全認證的專項實訓模塊?，F有從業人員知識結構單一，難以滿足信號系統RAMS管理、SIL評估等復合型技術要求。

認證機構管理體系存在缺陷，使得軌道交通信號系統安全認證工作面臨諸多挑戰。部分認證機構未建立完善的評估員資質審核機制，對人員的能力矩陣評估不夠全面，沒有嚴格依據CNAS-CL01標準進行資格確認，導致一些專業能力和經驗不足的人員進入認證隊伍。

五、安全認證技術在軌道交通信號系統中的應用對策

（一）推進技術創新

為推進軌道交通信號系統安全認證技術革新，應構建產學研協同創新機制，重點攻關基于數字孿生的動態安全驗證技術。測試技術革新方面，可部署光纖光柵傳感器與振動加速度傳感器陣列，構建融合列車運行數據、軌旁設備狀態、環境參數的多維度監測架構，結合邊緣計算實現 μs 級異常信號捕捉。評估方法創新可采用深度置信網絡與貝葉斯網絡融合算法，對歷史故障數據進行特征工程處理，建立符合EN50126標準的RAMS預測模型，實現信號系統安全風險的概率性量化評估。

構建基于知識圖譜的安全認證決策支持系統，可通過ETL技術融合多源異構數據，包括CBTC系統日志、應答器報文、軌旁設備狀態等實時數據，結合歷史故障案例庫形成三維時空數據立方體。采用XGBoost算法建立信號設備健康度評價模型，通過特征工程提取信號傳輸延遲、設備溫升速率等27項關鍵指標，實現對信號系統安全狀態的量化評估[4。

（二）強化標準協調與更新

在強化標準協調與更新方面，需構建基于互認機制的標準協同框架。建議成立由ISO/TC269、CENELECSC9X等國際標準化組織與國內SAC/TC278組成的聯合工作組，建立多邊協商機制，定期開展標準互認評估。重點針對EN50126與GB/T25109的SIL等級映射差異，采用層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）量化技術指標等效性，制定跨標準認證指南。

建立標準動態跟蹤機制需構建多維度監測體系，通過訂閱ISO/TC269、CENELEC等標準化組織的官方通知，結合網絡爬蟲技術實時抓取標準制修訂信息。具體實施層面，應建立標準變更管理臺賬，運用配置管理系統（CMS）實現版本控制，對EN50126、IEC61508等關鍵標準的修訂條款進行影響度評估。技術手段層面，開發基于自然語言處理（NaturalLanguageProcessing，NLP）的標準智能解析工具，自動識別修訂內容中的SIL、故障樹分析（Fault TreeAnalysis，FTA）等核心要素的變化。

（三）加強人員培養與管理

在專業安全認證人才培養方面，需構建產教融合課程體系。高校應整合CBTC系統架構、RAMS管理、

EN50126標準解析等核心課程模塊，融人FTA、失效模式與影響分析（FailureModeandEffectAnalysis，FMEA）等工程方法論，強化學生對信號系統SIL的理解。針對在職人員，開發基于能力矩陣的模塊化培訓方案，設置基礎理論（如IEC61508功能安全）技術應用（如LTE-M系統安全評估）、案例研討（如信號系統典型故障處置）三級課程體系。實施“雙師型”導師制，聯合認證機構開展項目制實訓，通過硬件在環測試、SIL驗證模擬等實操環節提升實戰能力。

完善認證機構管理體系需構建基于ISO/IEC17021-1的認證流程再造機制，實施能力矩陣評估與過程能力分析。認證機構應建立獨立于認證部門的合規審查單元，運用區塊鏈存證技術實現審核記錄鏈的全生命周期追溯，確保EN50129標準要求的審核深度。在人員管理方面，實施評估員能力矩陣動態管理，通過CNAS-CLO1規定的能力驗證與測量審核機制，定期開展SIL評估、RAMS管理等專項技能考核[5]。

六、結語

綜上所述，軌道交通信號系統安全認證面臨標準體系異構性、多技術融合帶來的系統級安全驗證難題及復合型人才短缺等多重挑戰，需構建以EN50126RAMS管理為核心的認證框架，實施標準互認等效性評估策略，通過技術路線圖實現國際標準與GB/T25109的動態對齊。未來發展應聚焦5G車地通信安全評估、AI算法的形式化驗證等前沿領域，通過建立ISO/TC269與SAC/TC278聯合工作組，推動跨國認證結果互認。

參考文獻

[1]孫慧.城市軌道交通濕軌條件下信號系統防護方案研究[J/OL].城市軌道交通研究，1-7[2025-08-19].

[2]葉富智，牟宗元，陳柱月，等.城市軌道交通信號系統改造過渡切換工程技術分析[J].城市軌道交通研究，2025.28（03）：280-285.

[3]黃飛，王雙英，王媛.車車通信在軌道交通信號系統改造中的應用研究[J].中國設備工程，2025（04）：91-93.

[4]劉珺暉.基于物聯網的軌道交通信號系統監控與故障預警研究[J].科技資訊，2025，23（03）：41-43.

[5]王義東.軌道交通信號系統全自動運行功能的研究[J].智慧軌道交通，2025.62（01）：8-13.

作者單位：濟南軌道交通集團建設投資有限公司

責任編輯：王穎振鄭凱津