高速铁路信号系统的安全管理评价研究

高速铁路信号系统的安全管理评价研究

李凤波

中国铁路呼和浩特局集团有限公司呼和浩特电务段 内蒙古呼和浩特市 010000

摘要：高速铁路信号系统要通过安全管理来保障其开发与运行中的安全相关活动符合系统安全计划的要求。为了评估安全管理活动的可信性，本文详细分析了高速铁路信号系统的安全管理评价方法。

关键词：高速铁路；信号系统；安全管理评价

一、我国的高速铁路信号系统

我国的高速铁路信号系统是铁道部参照欧洲列车运行控制系统的相关技术标准并结合我国的高速铁路建设需求发展起来的。整个高速铁路信号系统由车载和地面两大子系统组成。其中，高速铁路信号系统中的地面子系统由应答器、轨道电路、无线通信网络等组成，而车载子系统则主要包括有：高速铁路列车控制的车载设备、无线系统车载模块等。我国根据线路速度将CTCS(列车运行控制系统)分为0-4共5个等级。其中CTCS-2控制系统主要应用于200-250Km/h的铁路干线列车的控制，CTCS-3级为300-350Km/h及以上的高速铁路的控制。CTCS-2级列车控制系统主要采用的是轨道电路和点式应答器来实现列车运行许可信息的传输，主要采用的是目标-距离模式监控列车安全运行的控制系统，在地面子系统中需设置有同感信号机来对列车的通行进行检测。在这一级系统中，轨道电路来完成列车占用及列车完整性的检测，同使用应答器来对高速列车运行的位置、线路及行进路线、路线限速等的列车运行的相关信息，同时列控中心能实现对轨道电路编码、应答器报文储存和调用、区间信号机点灯控制等。列控中心通过将列车运行的相关数据使用轨道电路及临时限速等的信息传输至高速列车车载设备中以实现对列车运行的控制，确保高速列车的安全运行。

CTCS-3级的列车控制系统相较于CTCS-2系统其主要采用的是无线通信网GSM-R来实现对列控信息的传输，并使用轨道电路来对列车的占用进行检查的连续式控制系统。由于CTCS-3级控制系统采用目标距离控制模式和准移动式闭塞方式，地面中可无需采用信号机，在列车运行过程中列车驾驶员能根据车载信号对车辆进行控制。在CTCS-3级列车控制系统中通过轨道电路、联锁进路灯的信息来生成高速列车行车许可，并将列车运行的相关信息通过使用GSM-R无线通信系统传输至高速列车车载子系统中，以实现对列车的控制，同时，GSM-R无线通信系统还能对列车所发出的列车位置和列车数等信息进行接收并将数据传输至无线闭塞中心，列控中心能实现CTCS-2级系统的控制功能，当CTCS-3级系统出现问题时能将列车的相关信息传输至列车车载系统中以实现对列车的控制。

二、铁路信号系统安全管理评价的意义

随着经济的发展和列车的大面积提速，对运行安全方面提出了更高的要求。铁路的运输安全与旅客生命财产密不可分，作为国家重大生命线工程。在铁路信号的可行性研究、设备设计、铁路施工及验收和运营时存在的任何安全隐患，都会导致国家和人民的生命财产安全受到损害。因此，铁路信号系统安全管理评价是建设和谐铁路的主要手段，是实现铁路运输安全和预防相结合的具体体现。

三、高速铁路信号系统的安全管理评价方法

1、专家评估法。专家评估法包含评分法、表决法和安全检查表法等，其中使用较为普遍的是安全检查表(SCL)法。其主要思想是事先把检查对象加以分解，将大系统分割成若干小的子系统，以提问或打分的形式，将检查项目列表逐项检查，以查找系统中各种元件、部件、设备、设施、物料、工件、操作、人员、管理和组织措施中的危险、有害因素，并逐项进行分析，对存在安全隐患的部分提出整改意见和措施。

2、预先危险性分析(PHA)。在项目初期，通常对系统的潜在危险没有全面的把握，在这种情况下预先危险性分析(PHA)是一种比较合适的方法。PHA适用于小规模系统，是在项目设计、试验、生产或施工前，预先对系统进行全面细致的分析，识别其中可能出现的危险、安全隐患和产生危险的条件，同时对其严重性即危险等级进行预测。针对PHA的分析结果能制定相应的措施，以最大限度地避免潜在危险的发生。

3、故障树分析。对不同系统的危险性进行识别时，可采用故障树分析方法，不但能进行定量分析，也能进行定性分析。该方法具有形象化、简明化的特征，体现了方法的预测性、系统性和准确性。故障树分析法作为安全评价、分析及预测的一种科学方法，对故障的原因能直接分析，并能深入挖掘事故的潜在原因。所以，在工程设计阶段，对故障查询或编制操作方法时，都可进行安全性评价。

四、高速铁路信号系统的安全管理评价优化方案

1、将列车与RBC无线承载控制系统进行连接。将列车与RBC无线承载控制系统连接起来，并确保两者连接良好，能提高列控中心指令传达的准确性。在以太网的作用下，使联锁模块和列控模块能相互协调运行，两者间无需利用防火墙进行隔离，否则会影响数据传输的实效性，也会影响数据传输的安全性。只有实现地面设备和列车车载通信的双向性，才能保证其与列控系统间的信息传递，从而满足实际的工作需要。由于列控中心与地面设备间存在一定的距离，所以信息的传递会存在一定的差异性，从而影响行车精准度。IP安全数据通信网是一种连接网络，是将临时限速服务器与RBC系统的连接起来，且无需在两者间设置防火墙，但能提升高速铁路信号系统传递的安全性。

2、利用软件对高速铁路信号系统网络的应用进行定义。在软件的控制下，将SDN架构作为基础，解决高速铁路信号系统的安全管理问题，能提升整个系统的安全性。在高速铁路信号系统中，需在三个工作模块的结合下共同工作，即将集中监测网络、信息安全网络和信号网络系统工作网络进行结合，对网络硬件平台加以利用，从而确保分布式控制技术能得到统一的应用。在网络硬件平台上对高速铁路信号系统进行应用，是在网络虚拟化技术的作用下完成的，能提升系统中各个功能子网的协调性，从而提高软件隔离网络的可控性，进而使高速铁路信号系统的安全性得到保障。

3、对信号安全数据网络设置各种服务器。在高速铁路信号系统中，通过设置各种服务器，能实现各种专用操作系统的应用。比如，在系统中设置FreeBSD、Linux系统，虽然这些操作系统自身未设置安全功能，但其具有复杂性特点，所以软件变更的周期相对较长。通过对信号系统进行全面、彻底的测试，能确保信号信息的安全性，从整体上对其进行优化。因此，要及时更新信号系统软件，以免在系统中出现漏洞，危害系统的安全性，从而对黑客的攻击进行有效防范。比如，以SDN模式为基础，通过对网络内部的结构进行优化，能将路由器与交换机数据平面、控制平面分离开来。在提供网络资源时，是通过网络操作系统的上层进行的，这样能形成网络虚化层，在各种控制程序的作用下，数据就可在各个网络虚拟化模块间进行传递。高速铁路信号系统的三个网络间都属于物理网络，相互独立，通过物理手段能将这三个网络隔离开来，从而增加系统接口的复杂性，以此提升数据传输的安全性。

综上所述，随着经济社会的迅速发展，高速铁路也随之兴盛，由此各国高铁事故频频发生，且许多事故与信号系统未能充分发挥作用、无法满足安全要求有关，因此，对信号系统的安全评估研究迫在眉睫。

参考文献：

[1]刘超.高速铁路信号系统的安全管理评价研究[J].中国安全科学学报，2015(15).

[2]沈云.高速铁路信号系统的安全管理评价研究[J].数字化用户，2017(33).

[3]孙晓明.高速铁路信号系统的安全评估方法的研究[J].中国新技术新产品,2015(18).