基于通信系统的铁路信号安全信息传输的应用探讨

2016-08-16孙阳

大科技 2016年26期

关键词：铁路信号列车铁路

孙阳

（中铁三局集团电务工程有限公司山西晋中 030600）

基于通信系统的铁路信号安全信息传输的应用探讨

孙阳

（中铁三局集团电务工程有限公司山西晋中 030600）

随着国内社会经济的高速持续发展，在科技进步的同时，铁路也得到了长久的发展，但是与国内的社会经济迅猛发展相比，还是具有一定的差距。要实现国家对铁路的“十一五”规划要求，建设安全性更高的铁路信号则是提升的关键。本文针对目前铁路信号信息传输的现状和利用通信系统对信号传输的优势，进行基于通信系统的铁路信号安全信息传输的应用探讨。以期为同行提供参考。

通信系统；铁路信号；安全信息；传输；应用

目前，国内对铁路信号技术装备的建设方向，主要是将速度定为发展的目标，一般是在165km/h的铁路段。信号装备会的建设主要有集中联锁、继电半自动闭塞和自动闭塞区为主。在很多的铁路信号系统中，无法实现大范围的集中调度工作，也没有这方面的经验。而发达国家中的高度铁路则是完全依靠计算机网络信息技术对列车的运行和调配实行统一化、全面化的管理。国内的铁路信号的维修呈现分化管理的格局，并不能集中进行维护、管理、指挥等工作。

1 铁路信号信息传输的现状

在进入21世纪以来，为适应社会的高速发展，提升列车的运行效率，铁路工程技术人员将铁路信号在列车轨道上进行传送，以此实现地面对运行列车的控制。在国内的铁路中，普遍采用的技术是：首先将列车的起始地点和终点站之间划分成若干站点空间，每一个都可以形成独立的闭塞区，并在其中设置信号，当有列车占用此闭塞区后，不会允许第二列车进入。这个闭塞区间的信号会呈现禁止发送状态，会让随行的列车减速并实现其他区间内停车的效果。而不管采用何种闭塞系统实现此目标，都有以下特征：都会存在固定的闭塞分区；所有的传输都是开环系统；所有的基于轨道电路几乎都只有地面轨道传输的信息，在经过机车上的感应过后，才可以成为机车的信号，构成车——地单向的传输方式。但是传统的系统会因为轨道电路本身的特性，有一些无法克服的缺陷：

（1）只能采用比较低的频率发送信息。如果由此铁路信号的传输频率太高，铺设的全钢结构的铁轨会导致信号不断地减弱抵消，所以为了保证铁路信号能够实现其功能，只能实行低频的传输。

（2）传统的铁路信号无法适应高速运行的列车需求。因为社会的快速发展，在讲究速度的今天，也需要对列车的运行速度进行提升。这就需要列车上和地面之间传输大量的信息。为了满足铁路信号能够及时的传输，所以要减少数据量。

（3）铁路信号在运行的过程中还很容易受到环境的影响，比如电路阻抗的变化、天气的变化或是牵引回流的干扰等，这也导致铁路信号的不稳定。由于国内相应的技术较弱，所以在应用方面只能通过铁路信号了解闭塞区内是否有列车，但却不能掌握其位置。

（4）利用铁路信息很难实现从列车到地面的传输，也就是无法实现真正意义上的列车闭环控制。而且构建的闭塞分区会对分割对长钢轨道的应用造成一定的障碍，如采用的是无绝缘轨道信号电路，那么需要增设补偿电容来抵消钢轨哀耗的影响，此外，还需消耗区段的轨道。在铺设铁路信号系统时，需要大量的电缆，所投入的费用几乎占据真个自动闭塞系统的一半，维护的费用也很高。

2 采用通信系统实现信号的传输优势所在

随着通信系统的发展，越来越被广泛的应用到生产和生活当中，在日本首先开启了用通信方式来实现铁路信号的传输，将铁路-通信-传输信号结合为一体，实现安全、准确的铁路传输。采用通信系统实现信号的传输有以下几个优势：

（1）传输的可靠性较高。铁路信号的传输方式是开环的状态（如图1所示），即信号发送者只管发送，但并不能具体的了解接收者是否真正的接收到信息。还有就是在运行过程中很容易受到快速运行的列车的干扰，导致信号的不稳定。因此在铁路信号传输过程中的存在不稳定的因素，不能满足现代高速列车的控制需求。但在采用通信系统的铁路信号中，不仅能够做到发送方和接收方的双向通信，还可以使用多种保证的技术来提高信号的传输的可靠性，让其具有时效性。

图1 传统的铁路信号单向传输方式

（2）运输的效率高。在铁路信号中采用通信系统进行传输，不仅能够实现移动式的自动闭塞，并且其闭塞分区的长度还可以根据需要变化，闭塞分区会随着列车的运行而移动。将传统的闭塞分区的功能从地面移除，不再需要地面的信号。直接通过列车上装载的设备系统接前方有无列车，或者与下一个车站距离等信息，从而实现对列车的控制。无线的车载设备系统接收信息具有较高的实时性和准确性，能够在高速运行的情况下实现较短的移动闭塞区段，以此保证列车运行的安全，提高行车的密度和效率。

（3）传输的信息量大。传统的铁路信号系统由于是在铁轨上进行传输，因此速度比较慢、数据料也小。但随着列车的运行速度和密度的提高，对列车的信号控制也增加。用通信系统能够提供大量的信息传输数据，能够满足对高速运行裂成的信号传输控制要求，还能够为列车提供铁路信号的其他信息，将单向的传输变为双向的通信。

3 基于通信系统的铁路信号安全信息传输的应用

3.1 铁路信号安全性级别

在设计铁路信号安全信息传输系统前，需要针对目前存在并需要解决的威胁和防御措施以表格的形式列举出，这样才能确定系统设计的方向，如表1所示。

表1 威胁/防御措施矩阵

在表格中X是指在新的系统设计中可以对应的威胁提供相应的保护措施；标注1的则是依赖于应用；标注2的指仅适用于源及目标指示器，同时只能从非法的系统源中检查出是否有恶意插入，如果有未知的用户而不能定义唯一的指示器，那么就需要用到密码增加安全性；标注3的是安全代码和密码技术的选择应依据是否可以排除非法入侵、建议密码复杂程度、是否安全相关的许可保护与安全相关的过程相互分离等条件来决定。

3.2 系统的设计与管理

基于现代道路建设对铁路信号的信息安全传输要求，中国铁路三局集团电务工程有限公司对铁路信号设计个基于通信系统的铁路信号安全信息传输的系统。采用此种方式实现列车和地面之间的铁路信号传输有不同的方式，主要分为：采用全程移动无线通信方式；采用卫星通信；采用轨道交叉电缆方式；采用漏泄电缆或漏泄波导方式；采用查询-应答器方式。以上几种通信方式按照对铁路运行能力和实现的功能而选择。而在本次设计中则采用CBTC（基于卫星通信的铁路信号安全传输）系统，如图2所示。

图2 基于通信系统的铁路信号安全信息传输系统设计

由图2所示，设计的基于通信系统的铁路信号安全信息传输系统的设计必须满足其信息的安全可靠性。同时在建设极端，还需要保证铁路信号电子系统、子系统、设备等安全。还要在后期对其制定相应的管理从事，这样是为了减少人为的事物，进而减少系统故障所产生的风险。并且在整个系统的生命周期进行管理，规范使用程序和相关的文档，对功能和技术进行安全措施保障。

3.3 铁路信号安全信息传输周期

基于通信的铁路信号安全信息传输系统的周期设计为14个阶段。系统的生命周期可以分为按照要求构思系统设计方向、对系统进行定义及其所需实现的应用条件、风险分析、系统要求、验收标准的制定、设计和执行、制造、安全、系统确认、运行和维护等。在系统的设计中，需要时刻的注意风险的分析，不仅是对系统设计风险，还是在后期的运行维护的过程中进行铁路信号安全威胁进行风险分析。务必要保证系统在运行过程中的安全可靠性。