基于Petri网的地铁信号系统可靠性分析

何霖

【摘要】 在地铁系统中，信号系统具有十分重要的作用，起着关键性的核心作用，只有信号系统的正常工作，保证地铁的安全运行，才能有效的提升地铁的运营水平。在本文中，构建了地铁信号系统的结构模型，并对设备的重要度水平进行了划分，在此基础上，以Petri网为基础，对地铁信号系统的可靠性进行了科学的分析，以便于保证信号系统的正常运行。

【关键词】 Petri网 地铁 信号系统 可靠性

前言：在地铁运行的过程中，信号系统起着指引性的作用，只有信号系统提示的信号具有准确性，那么才能保证地铁运行的安全性。当前，经常出现地铁追尾、相撞等恶性事故，究其原因，都是信号系统故障造成的，因此，必须要加强地铁信号系统的安全性及可靠性。

一、地铁信号系统的结构模型

在地铁系统中，主要包含三个主要的部分，分别为信号系统、联锁系统以及闭塞系统，在信号系统中，包含两大组成部分，一是信号，二是ATC控制系统，而在联锁系统及闭塞系统中，所涉及到的内容比较多，道岔、轨道电路等都包含在这两大系统中。地铁在运行的过程中，需要通过信号系统进行有效的控制，进而保证列车的安全运行，此外，当列车需要停靠时，信号系统还提供站台定位的功能，同时，控制车门处于关闭的状态。信号系统在地铁系统中的作用非常的重要，针对信号系统的实际结构，设计了信号系统的结构模型，在此模型中，有一个操作控制中心，也就是中央ATS模块，在中央ATS模块下设有三个本地ATS模块，随后是信号系统中所包含的设备组成的模块，比如微机联锁模块、屏蔽门模块、轨道电路模块等。

在结构模型中，不同的模块具有不同的功能及性能标准，以此为依据，将信号系统中所具备的设备进行层次劃分，在最底层的设备为自动列车监控系统ATS、本地操作站LOW、发车计时器DTI、旅客向导系统PIIS；在上一层的为信号电源、微机联锁、同步环线；再高一级的设备为道岔、信号机、轨道电路；最高级的设备为联锁系统、轨旁ATP。

二、基于Petri网的地铁信号系统可靠性分析

将模型划分为五个子类：闭塞机子类、信号灯子类、列车子类、轨道区子类、通信子类。

2.1信号灯子类Petri网模块

在信号灯子类Petri网模块中，当信号灯发生故障时，在Petri网图中，对象模块的封装有三处，分别为T11、T12、T13，消息库所有四个，分别为P11、P12、V11、V12。当闭塞机通过信号灯给出路段闭塞信息时，通过P11来表示；而P12则是将信号灯控制区域的状态信息表示出来；当列出是进路信号灯时，关系满足就用T11来表示；而条件不满足时用T12来表示，同时，要将信号灯关闭；当信号灯出现故障时，利用T13来表示。

2.2区段类子网Petri网模块

在区段类子网Petri网模块图中，对象模块的封装有三处，分别为T21、T22、T23，消息库所有四个，分别为P21、P22、V21、V22。当信号系统接收到路段信息时，P21处的闭塞机就可以进行信息处理；当列出请求进入该区段时，P22就会该请求信息进行处理；当列车的区段由占有情况变为被占有情况时，就用T21来表示；而列出所处的区段为空闲时，就业T22来表示，当区段出现故障时，利用T23来表示。

2.3列车类子网Petri网模块

根据列车类子网Petri网模块图，对象模块的封装为T31、T32、T33、T34、T35、T36、T37，消息库所为P31、P32、V31、V32。当信号灯向列车发出消息时，列车接收为P31，列车回复为P32；而T31-T37是表示列车各种状态的变化，比如当列车由停止的状态转变为准备出发状态时，就用T33来表示。

2.4闭塞类子网Petri网模块

根据闭塞类子网Petri网模块图，对象模块的封装为T41、T42、T43、T44、T45、T46、T47，消息库所为P41、P42、P43、P44、P45、V41、V42、V43、V44、V45。在T41处，表示列车向车站发出的请求，在P43处，将区段的实际信息表示出来，此外，不同的位置所表示信息各不相同。

2.5通信类子网Petri网模块

根据通信类子网Petri网模块图可知，对象的封装为T51、T52、T53、T54、T55，消息库所为P51、P52、V51、V52。这些位置表示当通信子类发生故障时，不同地点表示不同的信息，比如V51所表示的信息为站间通讯设备将站间信息发送至对应的车站闭塞机。

结论：实际上，对于地铁信号系统可靠性的分析，是以常见的故障来分析的，通过Petri网，构建出科学的可靠性模型，进而使地铁信号系统的动态运行状态处于全面的控制之中。通过基于Petri网的可靠性模型分析，铁路信号系统的可靠性及安全性得到了有效的提升，保证了信号系统发出信号的准确性，这样一来，就能都保证列车的安全运行，避免列车追尾等恶性安全事故的发生，最终达到提升地铁系统高效运营的目的。

参 考 文 献

[1]方欢，方贤文，王丽丽.Petri网在可靠性分析中的研究综述[J].计算机科学，2014，（07）：40-44.

[2]许家俊，姚淑珍.基于Petri网的服务可靠性评价方法研究[J].计算机科学，2014，（07）：52-57.

[3]郑伟.基于Petri网的铁路车站安全防护系统建模及可靠性分析[J].中国安全科学学报，2012，（09）：37-41.