孫陽

（中鐵三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 山西晉中 030600）

基于通信系統(tǒng)的鐵路信號(hào)安全信息傳輸?shù)膽?yīng)用探討

孫陽

（中鐵三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 山西晉中 030600）

隨著國內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速持續(xù)發(fā)展，在科技進(jìn)步的同時(shí)，鐵路也得到了長(zhǎng)久的發(fā)展，但是與國內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展相比，還是具有一定的差距。要實(shí)現(xiàn)國家對(duì)鐵路的“十一五”規(guī)劃要求，建設(shè)安全性更高的鐵路信號(hào)則是提升的關(guān)鍵。本文針對(duì)目前鐵路信號(hào)信息傳輸?shù)默F(xiàn)狀和利用通信系統(tǒng)對(duì)信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，進(jìn)行基于通信系統(tǒng)的鐵路信號(hào)安全信息傳輸?shù)膽?yīng)用探討。以期為同行提供參考。

通信系統(tǒng)；鐵路信號(hào)；安全信息；傳輸；應(yīng)用

目前，國內(nèi)對(duì)鐵路信號(hào)技術(shù)裝備的建設(shè)方向，主要是將速度定為發(fā)展的目標(biāo)，一般是在165km/h的鐵路段。信號(hào)裝備會(huì)的建設(shè)主要有集中聯(lián)鎖、繼電半自動(dòng)閉塞和自動(dòng)閉塞區(qū)為主。在很多的鐵路信號(hào)系統(tǒng)中，無法實(shí)現(xiàn)大范圍的集中調(diào)度工作，也沒有這方面的經(jīng)驗(yàn)。而發(fā)達(dá)國家中的高度鐵路則是完全依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對(duì)列車的運(yùn)行和調(diào)配實(shí)行統(tǒng)一化、全面化的管理。國內(nèi)的鐵路信號(hào)的維修呈現(xiàn)分化管理的格局，并不能集中進(jìn)行維護(hù)、管理、指揮等工作。

1 鐵路信號(hào)信息傳輸?shù)默F(xiàn)狀

在進(jìn)入21世紀(jì)以來，為適應(yīng)社會(huì)的高速發(fā)展，提升列車的運(yùn)行效率，鐵路工程技術(shù)人員將鐵路信號(hào)在列車軌道上進(jìn)行傳送，以此實(shí)現(xiàn)地面對(duì)運(yùn)行列車的控制。在國內(nèi)的鐵路中，普遍采用的技術(shù)是：首先將列車的起始地點(diǎn)和終點(diǎn)站之間劃分成若干站點(diǎn)空間，每一個(gè)都可以形成獨(dú)立的閉塞區(qū)，并在其中設(shè)置信號(hào)，當(dāng)有列車占用此閉塞區(qū)后，不會(huì)允許第二列車進(jìn)入。這個(gè)閉塞區(qū)間的信號(hào)會(huì)呈現(xiàn)禁止發(fā)送狀態(tài)，會(huì)讓隨行的列車減速并實(shí)現(xiàn)其他區(qū)間內(nèi)停車的效果。而不管采用何種閉塞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，都有以下特征：都會(huì)存在固定的閉塞分區(qū)；所有的傳輸都是開環(huán)系統(tǒng)；所有的基于軌道電路幾乎都只有地面軌道傳輸?shù)男畔?，在?jīng)過機(jī)車上的感應(yīng)過后，才可以成為機(jī)車的信號(hào)，構(gòu)成車——地單向的傳輸方式。但是傳統(tǒng)的系統(tǒng)會(huì)因?yàn)檐壍离娐繁旧淼奶匦?，有一些無法克服的缺陷：

（1）只能采用比較低的頻率發(fā)送信息。如果由此鐵路信號(hào)的傳輸頻率太高，鋪設(shè)的全鋼結(jié)構(gòu)的鐵軌會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不斷地減弱抵消，所以為了保證鐵路信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)其功能，只能實(shí)行低頻的傳輸。

（2）傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)無法適應(yīng)高速運(yùn)行的列車需求。因?yàn)樯鐣?huì)的快速發(fā)展，在講究速度的今天，也需要對(duì)列車的運(yùn)行速度進(jìn)行提升。這就需要列車上和地面之間傳輸大量的信息。為了滿足鐵路信號(hào)能夠及時(shí)的傳輸，所以要減少數(shù)據(jù)量。

（3）鐵路信號(hào)在運(yùn)行的過程中還很容易受到環(huán)境的影響，比如電路阻抗的變化、天氣的變化或是牽引回流的干擾等，這也導(dǎo)致鐵路信號(hào)的不穩(wěn)定。由于國內(nèi)相應(yīng)的技術(shù)較弱，所以在應(yīng)用方面只能通過鐵路信號(hào)了解閉塞區(qū)內(nèi)是否有列車，但卻不能掌握其位置。

（4）利用鐵路信息很難實(shí)現(xiàn)從列車到地面的傳輸，也就是無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的列車閉環(huán)控制。而且構(gòu)建的閉塞分區(qū)會(huì)對(duì)分割對(duì)長(zhǎng)鋼軌道的應(yīng)用造成一定的障礙，如采用的是無絕緣軌道信號(hào)電路，那么需要增設(shè)補(bǔ)償電容來抵消鋼軌哀耗的影響，此外，還需消耗區(qū)段的軌道。在鋪設(shè)鐵路信號(hào)系統(tǒng)時(shí)，需要大量的電纜，所投入的費(fèi)用幾乎占據(jù)真?zhèn)€自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的一半，維護(hù)的費(fèi)用也很高。

2 采用通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸優(yōu)勢(shì)所在

隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展，越來越被廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)和生活當(dāng)中，在日本首先開啟了用通信方式來實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)的傳輸，將鐵路-通信-傳輸信號(hào)結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)安全、準(zhǔn)確的鐵路傳輸。采用通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

（1）傳輸?shù)目煽啃暂^高。鐵路信號(hào)的傳輸方式是開環(huán)的狀態(tài)（如圖1所示），即信號(hào)發(fā)送者只管發(fā)送，但并不能具體的了解接收者是否真正的接收到信息。還有就是在運(yùn)行過程中很容易受到快速運(yùn)行的列車的干擾，導(dǎo)致信號(hào)的不穩(wěn)定。因此在鐵路信號(hào)傳輸過程中的存在不穩(wěn)定的因素，不能滿足現(xiàn)代高速列車的控制需求。但在采用通信系統(tǒng)的鐵路信號(hào)中，不僅能夠做到發(fā)送方和接收方的雙向通信，還可以使用多種保證的技術(shù)來提高信號(hào)的傳輸?shù)目煽啃裕屍渚哂袝r(shí)效性。

圖1 傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)單向傳輸方式

（2）運(yùn)輸?shù)男矢?。在鐵路信號(hào)中采用通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)式的自動(dòng)閉塞，并且其閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度還可以根據(jù)需要變化，閉塞分區(qū)會(huì)隨著列車的運(yùn)行而移動(dòng)。將傳統(tǒng)的閉塞分區(qū)的功能從地面移除，不再需要地面的信號(hào)。直接通過列車上裝載的設(shè)備系統(tǒng)接前方有無列車，或者與下一個(gè)車站距離等信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的控制。無線的車載設(shè)備系統(tǒng)接收信息具有較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，能夠在高速運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)較短的移動(dòng)閉塞區(qū)段，以此保證列車運(yùn)行的安全，提高行車的密度和效率。

（3）傳輸?shù)男畔⒘看蟆鹘y(tǒng)的鐵路信號(hào)系統(tǒng)由于是在鐵軌上進(jìn)行傳輸，因此速度比較慢、數(shù)據(jù)料也小。但隨著列車的運(yùn)行速度和密度的提高，對(duì)列車的信號(hào)控制也增加。用通信系統(tǒng)能夠提供大量的信息傳輸數(shù)據(jù)，能夠滿足對(duì)高速運(yùn)行裂成的信號(hào)傳輸控制要求，還能夠?yàn)榱熊囂峁╄F路信號(hào)的其他信息，將單向的傳輸變?yōu)殡p向的通信。

3 基于通信系統(tǒng)的鐵路信號(hào)安全信息傳輸?shù)膽?yīng)用

3.1 鐵路信號(hào)安全性級(jí)別

在設(shè)計(jì)鐵路信號(hào)安全信息傳輸系統(tǒng)前，需要針對(duì)目前存在并需要解決的威脅和防御措施以表格的形式列舉出，這樣才能確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方向，如表1所示。

表1 威脅/防御措施矩陣

在表格中X是指在新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以對(duì)應(yīng)的威脅提供相應(yīng)的保護(hù)措施；標(biāo)注1的則是依賴于應(yīng)用；標(biāo)注2的指僅適用于源及目標(biāo)指示器，同時(shí)只能從非法的系統(tǒng)源中檢查出是否有惡意插入，如果有未知的用戶而不能定義唯一的指示器，那么就需要用到密碼增加安全性；標(biāo)注3的是安全代碼和密碼技術(shù)的選擇應(yīng)依據(jù)是否可以排除非法入侵、建議密碼復(fù)雜程度、是否安全相關(guān)的許可保護(hù)與安全相關(guān)的過程相互分離等條件來決定。

3.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與管理

基于現(xiàn)代道路建設(shè)對(duì)鐵路信號(hào)的信息安全傳輸要求，中國鐵路三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)個(gè)基于通信系統(tǒng)的鐵路信號(hào)安全信息傳輸?shù)南到y(tǒng)。采用此種方式實(shí)現(xiàn)列車和地面之間的鐵路信號(hào)傳輸有不同的方式，主要分為：采用全程移動(dòng)無線通信方式；采用衛(wèi)星通信；采用軌道交叉電纜方式；采用漏泄電纜或漏泄波導(dǎo)方式；采用查詢-應(yīng)答器方式。以上幾種通信方式按照對(duì)鐵路運(yùn)行能力和實(shí)現(xiàn)的功能而選擇。而在本次設(shè)計(jì)中則采用CBTC（基于衛(wèi)星通信的鐵路信號(hào)安全傳輸）系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 基于通信系統(tǒng)的鐵路信號(hào)安全信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由圖2所示，設(shè)計(jì)的基于通信系統(tǒng)的鐵路信號(hào)安全信息傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足其信息的安全可靠性。同時(shí)在建設(shè)極端，還需要保證鐵路信號(hào)電子系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備等安全。還要在后期對(duì)其制定相應(yīng)的管理從事，這樣是為了減少人為的事物，進(jìn)而減少系統(tǒng)故障所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。并且在整個(gè)系統(tǒng)的生命周期進(jìn)行管理，規(guī)范使用程序和相關(guān)的文檔，對(duì)功能和技術(shù)進(jìn)行安全措施保障。

3.3 鐵路信號(hào)安全信息傳輸周期

基于通信的鐵路信號(hào)安全信息傳輸系統(tǒng)的周期設(shè)計(jì)為14個(gè)階段。系統(tǒng)的生命周期可以分為按照要求構(gòu)思系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定義及其所需實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用條件、風(fēng)險(xiǎn)分析、系統(tǒng)要求、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的制定、設(shè)計(jì)和執(zhí)行、制造、安全、系統(tǒng)確認(rèn)、運(yùn)行和維護(hù)等。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要時(shí)刻的注意風(fēng)險(xiǎn)的分析，不僅是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，還是在后期的運(yùn)行維護(hù)的過程中進(jìn)行鐵路信號(hào)安全威脅進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。務(wù)必要保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全可靠性。

4 結(jié)束語

由此可知，在基于通信系統(tǒng)的鐵路信號(hào)安全信息傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，既可以保證高速運(yùn)行列車的安全性，也能提高其運(yùn)行的效率，充分的發(fā)揮鐵路的功能性。

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U284

A

1004-7344（2016）26-0284-02

2016-8-17

孫陽（1988-），女，助理工程師，本科，主要從事通信信息專業(yè)工作。