简述地铁信号系统采用的安全性技术

简述地铁信号系统采用的安全性技术

张晓波

南京地铁运营有限责任公司

【摘要】地铁信号系统安全技术是保障地铁运营安全的重要手段，它通过不断地升级更新，不断地完善改进，确保地铁的安全性。本文将从地铁信号系统的定义、组成部分、安全性要求和应用技术等方面简要介绍地铁信号系统采用的安全性技术。

【关键词】地铁信号系统；安全性技术；地铁运营

1. 地铁信号系统的定义和组成部分

地铁信号系统是一种由电子和机械元件组成的安全保障系统，用于控制和监测地铁车辆在轨道上的运行，确保地铁运营的安全和高效。它主要由车站信号、区间信号、轨道电路、轨道电源、信号设备和通信设备等组成部分组成。

车站信号是指地铁车站的信号设备，用于控制地铁车辆在车站内的进站和出站。区间信号是指地铁线路上的信号设备，用于控制地铁车辆在区间运行时的速度和安全距离。轨道电路是指安装在轨道上的电子元件，用于监测地铁车辆在轨道上的位置和速度。轨道电源是指提供给轨道电路供电的设备，信号设备是指控制和监测地铁车辆运行的电子设备，通信设备是指地铁车站和车辆之间的通信设备。

2. 地铁信号系统的安全性要求

地铁信号系统的安全性要求非常高，主要体现在以下几个方面：

（1）运行安全：地铁信号系统必须确保地铁车辆的运行安全，防止事故的发生。

（2）操作安全：地铁信号系统的操作应该简单易懂，减少人为操作的失误。

（3）系统安全：地铁信号系统应该具备稳定可靠的性能，避免系统崩溃或者失效。

（4）故障容错：地铁信号系统应该具备故障容错性，一旦发生故障应该能够自动检测并及时恢复正常的运行。

（5）紧急情况处理：地铁信号系统应该具备快速响应紧急情况的能力，确保在紧急情况下地铁的安全运行。

（6）数据保护：地铁信号系统涉及到大量的数据信息，必须具备数据保护和备份功能，以确保数据不会丢失或被破坏。

（7）隐私保护：地铁信号系统也涉及到乘客的个人信息，必须确保这些信息不被泄露或滥用。

3. 地铁信号系统采用的安全性技术

为了满足上述安全性要求，地铁信号系统采用了一系列的安全性技术，主要包括以下几个方面：

3.1红外线避撞系统

红外线避撞系统是地铁信号系统中应用最为广泛的安全技术之一，它能够快速地检测出信号系统中的故障点，并提供及时的修复方案。它主要由红外线发射器、红外线接收器、控制电路、报警装置等组成。

红外线避撞系统的工作原理是通过红外线技术实现的。系统中的红外线发射器向车辆发射一束红外线，当车辆行驶到接收器范围内时，红外线会被反射回发射器，接收器会将反射回来的信号转换成电信号，并将其送入控制电路中进行处理。控制电路会根据电信号的强弱和时间等因素，判断车辆的行驶状态和位置，如果发现车辆行驶存在异常，就会触发报警装置，提醒驾驶员注意安全。

红外线避撞系统具有以下优点：

（1）灵敏度高：红外线避撞系统能够快速地检测出车辆行驶状态和位置，灵敏度非常高，能够及时发现车辆异常情况，避免事故的发生。

（2）可靠性强：红外线避撞系统采用的是无线传输技术，不会受到电磁干扰和线路故障的影响，能够保证信号的稳定和可靠传输。

（3）维护成本低：红外线避撞系统的维护成本比较低，因为其构成比较简单，只需要定期检查和更换电池即可。

（4）稳定性好：红外线避撞系统能够适应各种环境和气候条件，不受天气和环境的影响，稳定性好。

总之，红外线避撞系统是地铁信号系统中非常重要的安全技术，它能够快速地检测出车辆异常情况，保证地铁运行的安全和稳定。同时，红外线避撞系统也有其局限性，例如需要定期更换电池，不能检测到车辆底部的障碍物等，因此在实际应用中需要慎重考虑。

3.2防护道

防护道是地铁信号系统中的另一个重要的安全技术。它主要是为了保护地铁站台上的乘客免受列车进站和离站时的危险，防止乘客掉落到地铁轨道上。防护道的主要作用是为乘客提供一个安全的站台，保护他们免受不必要的伤害。

防护道的工作原理是通过使用防护门、防护栏杆等防护设施来实现的。在列车进站时，防护门会自动打开，乘客可以进入车厢；列车离站时，防护门会自动关闭，避免乘客掉落到地铁轨道上。在防护门关闭期间，防护栏杆也会自动升起，以提供更高的安全保障。

防护道的优点如下：

（1）安全性高：防护道能够提供安全的站台，保护乘客免受列车进站和离站时的危险。

（2）自动化程度高：防护门和防护栏杆均采用自动化控制技术，能够自动地开启和关闭，减少人工干预，提高效率和安全性。

（3）适应性好：防护道能够适应不同类型的地铁车辆，如高架地铁、地下地铁等，具有很好的适应性。

防护道虽然能够为地铁乘客提供更高的安全保障，但其本身也存在一些问题。例如，防护道的建设成本比较高，需要大量的资金和技术支持；另外，防护道的自动化控制系统也需要不断维护和更新，以保证其运行的稳定性和可靠性。

总之，防护道是地铁信号系统中非常重要的安全技术，它能够为地铁乘客提供更高的安全保障，保护乘客免受不必要的伤害。但在实际应用中，还需要克服一些技术和成本方面的问题。

3.3自动列车控制系统

自动列车控制系统是一种被广泛应用于地铁信号系统中的安全技术，它通过控制车辆的速度和停车位置，确保车辆之间的安全距离。自动列车控制系统可以实现车辆的自动运行，不需要人工干预，大大提高了地铁运营的安全性和效率。

3.4故障检测和恢复系统

故障检测和恢复系统是一种被广泛应用于地铁信号系统中的安全技术，它能够检测出地铁信号系统中的故障，并快速地进行恢复，保障地铁运行的稳定性和可靠性。故障检测和恢复系统通常由软件和硬件两部分组成，软件部分通过实时监测信号系统的状态，快速识别出故障点所在，并提供快速恢复方案；硬件部分则负责执行恢复方案，确保信号系统能够尽快恢复正常运行。

3.5双重备份系统

双重备份系统是一种被广泛应用于地铁信号系统中的安全技术，它通过将信号系统数据备份到多个位置，确保数据不会丢失或被破坏。双重备份系统通常由主备份和副备份两部分组成，主备份存储在信号系统中心服务器中，副备份则存储在分布式服务器中。当主备份发生故障时，副备份能够快速接管，保障信号系统的正常运行。

3.6加密技术

加密技术是一种被广泛应用于地铁信号系统中的安全技术，它通过对信号系统数据进行加密，保护数据不被未授权的访问者获取。加密技术通常分为对称加密和非对称加密两种方式，对称加密是一种加密和解密使用相同密钥的方式，非对称加密则是一种使用公钥和私钥进行加密和解密的方式。在地铁信号系统中，通常采用非对称加密技术，保护信号系统数据的安全性。

3.7身份验证技术

身份验证技术是一种被广泛应用于地铁信号系统中的安全技术，它通过验证用户的身份，确保只有授权的用户能够访问信号系统。身份验证技术通常分为密码验证和生物识别验证两种方式，密码验证是一种通过验证用户的密码进行身份验证的方式，生物识别验证则是一种通过验证用户的生物特征进行身份验证的方式。在地铁信号系统中，通常采用密码验证方式，保护信号系统的安全性。

3.8列车定位技术

列车定位功能的作用是确定列车在路网中的地理位置。列车位置的判断基于以下信息：（1）探测到路网中特定点的应答器。列车接收到每个应答器发出的报文，其中包含一个识别号。因为相关应答器的位置已经在ATP车载设备的线路数据库（TDB）中存储，由此列车可以知道它在网路中的确切位置。（2）里程计和雷达测量列车位移。（3）通过道岔位置得到通过分歧点后的列车位置。

同时，根据应答器检测精确度、应答器安装精确度以及位移测量精确度，系统导出列车的最大安全前端位置、最小安全后端位置以及误差值，用它们来描述一个列车位置。由于雷达和测速电机的结合，空转和滑行不会对定位造成影响。即使在紧急制动以后，列车的定位仍然有效。通过双向通信通道（由RCS建立），列车位置报告发送到轨旁ATP。

此外，列车定位功能的作用是确定列车在路网中的地理位置，具体作用如下：（1）WCU-ATP利用列车定位,比对线路数据库（TDB），知晓列车在路网中的地理位置，从而计算相应的移动授权，通过无线通道（CTC级别）或者可变应答器通道（ITC级别）发送至列车。（2）车载ATP利用列车定位，实时比对线路数据库（TDB），每过一个应答器（包含VB，FB，IB），进行校准。计算列车紧制速度与推荐速度，发送至ATO以供利用。（3）车载ATO根据获知的列车紧制速度与推荐速度，计算相应的ATO速度曲线，换算成牵引/制动量，发送至车辆CCU，实现对列车的自动控制

3.9基于通信的列车自动控制技术

基于通信的列车自动控制技术（CBTC）是基于移动闭塞分隔列车原理，即通过车-地间周期传递列车位置信息（通过应答器天线）和地-车间传递移动授权来实现（通过无线天线）。轨旁子系统根据联锁状态和列车位置计算移动授权。车载子系统在指定的移动授权极限内监督列车运行，主要指Trainguard MT 系统。

轨旁车载子系统应用线路数据库（TDB）存储轨道地形信息，例如速度和坡道信息。通过车载应答器与地面应答器周期比对轨道地形信息。正常一条线路上的TDB数据库内数据包数量=联锁区数量+1。该设置便于各联锁区内设备进行调试，以及试车线调试。车载子系统基于列车定位信息、轨旁子系统和TDB提供的信息来监督和控制列车运行。

CBTC列车控制等级如下：（1）移动授权由轨旁经由无线通道发送到列车，列车通过无线通道建立车-地之间的双向通信来控制列车；（2）CTC的后备模式，移动授权来自信号机的显示，并通过可变应答器由轨旁传送到点式（ITC级别）的列车；（3）降级运行模式，由标准色灯信号机系统为列车提供全面的联锁防护。

4. 结论

地铁信号系统是地铁运行的核心组成部分，它能够确保地铁的安全、高效运行。为了确保地铁信号系统的安全性，必须采用一系列的安全性技术，包括红外线检测技术、数据加密技术、身份验证技术、故障检测和恢复技术、双重备份系统等多项技术手段，保障信号系统的稳定性和可靠性。

其中，红外线检测技术是地铁信号系统中应用最为广泛的安全技术之一，它能够快速地检测出信号系统中的故障点，并提供及时的修复方案。数据加密技术能够保护信号系统数据的安全性，防止未授权的访问者获取敏感信息。身份验证技术能够保证只有授权的用户能够访问信号系统，避免恶意攻击和数据泄露。故障检测和恢复技术和双重备份系统则能够在信号系统出现故障时，及时提供修复方案，保证信号系统的稳定性和可靠性。

尽管地铁信号系统采用了多种安全性技术，但仍然存在一些安全隐患和风险。例如，黑客攻击、系统漏洞、人为疏忽等都可能导致信号系统的故障或数据泄露。因此，在使用地铁信号系统时，用户必须注意保护自己的账号和密码，避免在公共场合泄露个人信息，同时也要加强信号系统的管理和维护，及时更新系统补丁和防病毒软件，避免出现安全漏洞。

总之，地铁信号系统的安全性对于地铁运行的安全和稳定至关重要。采用多种安全技术手段，能够保障信号系统的稳定性和可靠性，但也需要用户和管理人员共同努力，加强系统管理和维护，避免安全隐患和风险，确保地铁信号系统的安全、高效运行。

【参考文献】

[1]苏子江.铁路主体化机车信号系统的合理应用[J].中国集体经济，2009(24).

[2]王令朝.新兴技术在铁路信号系统中的应用[J].铁道技术监督，2007(01).