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摘要：随着我国铁路建设的高速发展，对信号系统的设备技术研究显得日益重要。交通信号系统的可靠性与安全性、可用性作为保证铁路交通系统正常安全运行的一种重要手段，因此，必须要重视并合理平衡铁路交通信号系统。本文基于铁路交通信号系统的可靠性、安全性、可用性重点研究铁路信号系统平衡问题，对于提高铁路交通管理现代化水平有着重要意义。
关键词：铁路交通 信号系统 可靠性 安全性 可用性 系统平衡研究
平衡铁路交通信号系统并发挥其应有的作用，确保其可靠性、安全性、可用性，不但能够在最大程度上避免安全事故的发生，还能够极大的提高列车的运行效率，增大铁路交通建设的经济效益和社会效益，有利于实现列车运行自动化管理，对于提高铁路交通管理现代化水平有着重要意义。
一、铁路信号系统的涵义
铁路信号设备是保证列车行车安全的重要基础设备。铁路信号系统是传送机车车辆运行条件、行车设备状态和行车有关指示的技术与设备。铁路交通信号系统主要是由连锁装置与列车自动控制系统组成。自动控制系统又包括列车自动监控系统、列车自动防护系统及列车自动运行系统。其中，自动监控系统的主要作用是对列车的实际运行情况进行监督与控制，这样可以使行车调度工作者对整个线路的列车进行全面、系统、完整的管理。自动防护系统的作用主要是对行驶中的列车进行监控和安全防护，避免其出现连锁设备或自身系统中出现问题故障而影响列车运行安全。自动运行系统则主要是通过分析地面情况来对列车进行控制，这样就可以避免列车在行驶中突然的加速或减速，提高列车运行的舒适性和节能性。这三个系统相互作用，相互影响，从列车、地面、控制中心三个方面对列车进行全方位的控制，确保列车的安全稳定运行。
二、铁路信号系统中的安全性分析
铁路交通信号系统安全性主要是指行车的安全和乘客的人身安全。在列车的行驶过程中，无论是因为设备出现故障，还是因为电路、软件出现问题，都可能会影响到列车的正常行驶，而由此造成的误动或错误操作，极有可能造成严重的安全事故。在此过程中，需要解决的问题主要包括轨道数据处理、数据采集与驱动以及数据传输等三个方面的故障安全问题，可采用当前先进的容错技术、故障检测和诊断技术以及多重化技术等为提高铁路交通信号系统的安全性提供技术支持。
1.自动监控系统
（1）在控制中心设立两套自动监控系统系统，即其中的一个系统在线时，另一个系统也在不断更新其数据信息，当出现故障需要切换时，系统在很短时间内完成对轨旁信息的扫描，从而保证系统获取最新的数据。
（2）控制中心自动监控系统主机与车站自动监控系统设备间采用双通道或环路方式构成系统，以保证某点或某段通信信道发生故障时，系统仍能正常工作。
（3）當系统中某些单元出现故障或运营过程中出现异常情况时，系统具备降级运行的功能，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，在车站可以完成自动进路调整或根据列车识别号进行自动信号控制。
（4）当列车运行偏离运行图时，系统自动生成调整列车的停站时间、区间运行时间。当偏离误差较大时，可由调度员人工介入指定列车的停站时间和区间运行时间，或对系统实施运行图进行调整。
（5）通过列车识别装置自动完成全线监控区域内的列车（服务号、目的地号、车体号、车次号）跟踪，随着列车的运行，跟踪显示从一个轨道区段向下一个轨道区段移位、显示。
2、自动防护系统
自动防护系统是对列车的设备和系统进行安全监控。因此其安全性应该将重点放在保证设备系统安全上。第一，自动防护系统可以利用双层网络与全冗余的模式来进行设计，将系统中的所有设备都设置相应的冗余接口，并做好备份，以保证系统某个节点出现故障后系统也可以不受影响而正常运行。第二，编码软件也可以利用冗余技术，且编码中不可出现循环语句，这样是为了保证某个编码控制程序出现中断后可以继续对系统进行控制。第三，为了进一步的保证系统的安全性与可靠性，对于一些较为重要或者较为容易出现故障的设备，应进行双重备份，避免强信号对系统产生干扰，还要在电路中设计一定的防冲击电路和防干扰措施保证系统的安全运行。
3、自动运行系统
自动运行系统以地控车的控制系统，在列车超速运行时给予一定的警告，并利用系统中的车载设备采取一定制动措施。正常情况下自动运行系统是自动运行，但如果其因故障无法自动运行，应该要能够尽快转入人工操作的程序中，以保证列车安全运行。同时，在系统的运行中需要大量的实时数据，因此数据传输应该首先循环传送。为了保证行驶中的列车和地面工作站点之间可以随时联系沟通，在列车出站之前，要对自动运行系统进行检查，尤其是要对接口处进行仔细检查，以保证系统的安全工作。
三、铁路信号系统中的可靠性分析
要充分发挥铁路交通信号系统的作用，不但要保证其安全性，还要保证其可靠性。因为只有确保系统的可靠， 才能保证其高安全性。尤其是在实践中，可靠性是评价铁路交通信号系统安全性的重要指标。在国际上目前已经提出了定量可靠性性分析指标，并规定列车超速防护的车上设备的平均无故障时间不低于104h，地面设备的平均无故障时间不低于105h。
在铁路交通中自动防护系统在正常驾驶模式下使用，是在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式，也是唯一能连续控制列车运行并长期确保列车安全运行的驾驶模式。不过，该模式并不能避免所有风险，所以，鉴于上述因素，自动防护系统正常驾驶模式的可靠必须高于99.99%确保驾驶模式稳定可靠。
四、铁路信号系统中的可用性分析
可用性是指在指定时间范围内，设备系统能处于正常工作状态的时间百分比，反映设备系统长期工作的能力。设备系统的可用性较高，代表设备系统具有更强的长期工作能力，更低的维修时间成本和运营成本;设备系统的长期工作能力直接关系客户利益，可用性较高的设备系统能给客户降低时间成本、维修成本、因功能不正常而带来的营运成本等。
1.可用性计算方法研究
系统可用性指标综合了系统可靠性指标和系统维修性指标，从系统可靠性角度和维修性角度检验系统的长期工作能力。在分析系统可用性指标时，需要用到可靠性指标以及维修性指标。
（1）平均工作时间：不可修复产品的平均寿命是指产品失效前的平均工作时间。
（2）平均故障间隔时间：可修复产品的平均寿命是指相邻故障间的平均工作时间，称为平均无故障工作时间或平均故障间隔时间。
（3）平均修复时间：指更换或维修故障的平均时间，包括设备修理时间、设备更换时间和安装后调整时间。
针对平均工作时间的维修任务为更换设备，针对平均故障间隔时间的维修任务为设备维修，但是在系统可用性分析中并不关注设备的维修过程或更换过程，而只关心从发生故障到清除故障的操作时间。因此，对于研究可用性与可靠性、维修性的关系，平均工作时间和平均故障间隔时间等效。
2.系统可用性计算
对某控制系统列出控制系统内部设备清单及相关的为控制系统可用性指标参数表。系统可用性反映了系统的可靠性和维修性，较高的系统可用性说明系统可靠性较高，同时系统维修时间成本较短，从侧面反映了系统可靠性与维修性之间的平衡。
五、铁路信号系统之间的平衡
1.设备系统可靠性
重视铁路信号产品的研制、生产、验收、使用、维护过程中的可靠性管理。影响设备系统可靠性的因素主要表现在，标准规范过少且提法简单、缺少可靠性模型的选择、可靠性指标不够全面等众多方面。可靠性是一门系统工程，涉及产品全寿命周期的各个阶段，从方案论证、研制设计到生产制造、使用维护，一直到寿终报废，可靠性都贯穿始终;建立第三方可靠性评估机构，通过该制定标准，审核设计单位的可靠性设计方案，及可靠性验证以确保设备的可靠性。
2. 电气化条件对信号系统的影响
信号设备作为弱电系统，在电气化铁路中处于从属被动的地位。电气化铁路属于强电系统，它具有额定电压高、牵引电流可达到数百安培甚至上千安培、电力机车为非线性负载，在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分等特点。这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因。从干扰的种类来说，可分为传导、感应、辐射三种形式，不同的信号设备对不同类电气化干扰的反应不同，因此，具体的信号设备所采取的措施各不相同。
3. 电缆电源对信号系统的影响
信号电源是铁路行车信号指示灯的供电电源。信号电源一般由自动闭塞电力线路和贯通电力线路两路电源供电。两路电源互为冗余，故障时相互切换，以提高供电可靠性。信号电源、电缆等受到自然环境、运行管理方式等因素的极大影响。
4. 外部因素对信号系统的影响
每一个系统都有其固有的结构和组织形式，各组成部分不仅受设备本身技术水平和实现方式的影响，同时也受外部环境的影响。铁路信号设备的信号采集除来自列车和轨道系统外，车站和区段调度所还通过强风、雨、雪检测器采集的信号发出限速或停车指令;人的因素是铁路信号系统的主导因素，不论在列车正常运营的管理、信号的采集分析和判断以及指导铁路运输作业方面，还是在非正常运营条件下对设备的维护保养，特别是局部区段发生故障后的信号处理和指挥，这些都直接影响着列车的运输等。
六、结语
在铁路交通事业的发展中，加强铁路信号系统平衡问题研究是非常重要的。需要合理的设计和运用铁路交通信号系统，从每个子系统的角度出发来确保其安全性与可靠性，为人们出行提供安全可靠的交通设施。由于铁路信号系统是一个庞大的有机体，不仅受内部设备和技术水平的限制，同时，受外部条件的约束，不断加大铁路建设投资，研究铁路各项技术。
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[6]一种市域信号系统的控制方案[J]. 黄克勇. 信息化研究. 2015（01） |
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发表于 2022-2-21 20:31:38