城市軌道交通信號冗余技術分析

【摘要】隨著計算機技術的快速發展，提高計算機系統的安全可靠性是計算機技術發展的必要條件，而冗余技術便是一種提高計算機安全可靠性的有效手段。冗余技術分為實踐冗余、信息冗余、結構冗余和冗余附加技術四種，其中結構冗余技術按照工作方法可以分為靜態冗余、動態冗余和混合冗余三種。城市軌道交通信號系統是依靠計算機技術來保證列車運行的安全，實現行車指揮和列車運行現代化，提高運輸效率的系統設備。

【關鍵詞】城市軌道交通；信號系統；冗余技術；系統分析

列車指揮和運行對城市軌道交通信號系統的安全可靠性有著極高的要求，不僅僅要求采用安全可靠性高的元件、器件和軟件，而且還要求城市軌道交通信號系統具有故障導向安全的特征。冗余技術是提高計算機系統安全可靠性的手段中最有效的一種手段，也是提高城市軌道交通信號系統安全可靠性的最有效的方法之一。一般情況下，城市軌道交通信號系統的控制系統的設計和應用中采用冗余技術，并且對系統配置一些實用的部件，在城市軌道交通信號系統發生故障時，重復配置的部件就會介入并且承擔故障部件的工作，這樣就可以減緩城市軌道交通信號系統發生故障的時間，從而達到提高城市軌道交通信號系統安全可靠性的目的。在《城市軌道交通信號系統通用技術條件》章程中，對城市軌道交通信號系統的總則系統、基本功能、技術要求和環境條件提出了相應的規定。對于城市軌道交通信號系統中運用冗余技術的相關方面做了全面的介紹，明確了冗余技術對于提高城市軌道交通信號系統安全可靠性的重要性，認為合理的冗余技術將會大大提高信號系統的安全可靠性。冗余技術在城市軌道交通信號系統中的運用，加強了列車運行的安全性，促進了列車指揮和運行的現代化進程。筆者就城市軌道交通信號系統和冗余技術進行了全面的介紹，對城市軌道交通信號冗余技術進行了全面分析，指出了冗余技術對提高城市軌道交通信號系統的安全和可靠性的深刻影響。

一、城市軌道交通信號系統簡介

城市軌道交通信號系統是保證列車運行安全，實現行車指揮和列車運行現代化，提高運輸效率的關鍵系統設備。城市軌道交通信號系統一般是由列車的自動控制系統組成，列車的自動控制系統的英文簡稱為ATC，列車自動控制系統包括列車自動監控系統、列車自動防護子系統和列車自動運行系統三個子系統。這三個子系統是通過信息交換網絡來構成閉環系統，實現地面控制與車上控制相結合、地面控制與中央控制相結合，構成了一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調整和列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統。城市軌道交通信號系統分為列車自動控制系統、固定閉塞ATC系統和移動閉塞ATC系統。其中，列車自動控制系統按照閉塞布點方式可以分為固定式和移動式；按照機車信號傳輸方式可以分為連續式和點式；按照各系統設備所處地域可以分為控制中心系統、車站及軌旁子系統、車載設備子系統和車場子系統。城市軌道交通信號系統的運營模式分為列車自動監控模式、調度員人工介入模式、列車出入車場調度模式、車站現地控制模式、車場控制模式、列車運行控制模式以及列車折返模式等。

二、冗余技術

1.冗余技術簡介

冗余技術又稱為儲備技術，是利用系統的并聯模型來提高系統安全可靠性的一種有效的手段，冗余技術可以分為工作冗余和后背冗余兩種技術。其中，工作冗余是一種或者兩個或以上的單元并行工作的并聯模型，一般情況下是由各處單元平均負擔工作，因此工作能力有冗余；后背冗余一般情況下只需要一個單元工作，另一個單元是冗余的，用于待機備用。就以計算機為案例來介紹冗余技術，計算機的服務器以及電源等重要的設備，都是采用一用二備甚至是一用三備的配置，在計算機正常工作時，幾臺服務器可可以同時工作，互為備用，電源也是同樣的工作。但是，一旦遇到通電或者是計算機故障，服務器或者電源就會自動轉到正常的設備上繼續工作，這樣就能確保系統不停機，數據不丟失。

2.軟件冗余技術

計算機軟件冗余技術指的是在一臺計算機的主機內擁有兩套獨立程序，也就是所謂的帶有比較結果的一硬二軟技術。主機內的兩套程序都能獨立完成對輸出數據的處理，在計算機運行正常的情況下，數據經由比較器進行比較，在比較結果一致的情況下會經過兩套輸出電路，達到數據的輸出來接通控制電路。在計算機發生故障時，因為兩套計算機程序都是獨立的，這樣經過比較器得出的比較結果就會變得不一致，這種比較結構無法接通控制電路，就會導致計算機無法得到正常的供電。這樣就會通過計算機的自動監控器的監控，在計算機電路短點的情況下，軟件冗余就會將計算機導向安全的結果。在軟件冗余技術中，計算機的存儲器和CPU等器件都是公用的，而計算機的程序編制需要嚴格獨立。這種計算機的一硬二軟技術不能做到電路的完全獨立，因此這種軟件冗余技術存在著孿生性故障的隱患。

3.“二取二”硬件冗余系統

“二取二”硬件冗余系統是指兩臺完全相同的計算機在對輸入數據進行處理后，得到的數據結果是相同的。這種處理結果會經過比較器的比較，在確認結果后就能使同步器的控制系統通過輸出電路做出控制命令。而在計算機發生故障時，兩臺計算機的數據處理結果是不相同的，這樣比較器進行比較后會給出切斷電路的命令，切斷計算機的電路做出故障警報。“二取二”硬件冗余系統有效的保證了計算機電路的輸出，防止計算機在發生故障時產生連鎖反應，導致計算機的數據丟失。

三、城市軌道交通信號冗余技術分析

城市軌道交通信號系統是依靠計算機技術來保證列車運行的安全，實現行車指揮和列車運行現代化，提高運輸效率的系統設備。冗余技術在城市軌道交通信號系統中的運用，加強了列車運行的安全性，促進了列車指揮和運行的現代化進程。城市軌道交通信號系統中，列車的行車設備或者子系統的計算機系統采用二取二或者三取二的計算機冗余技術，這種冗余技術對于提高列車指揮和運行的安全可靠性是最為有效的。每輛列車上面可以配置二取二或者三取二的冗余技術的車載設備，對列車的自動防護系統等安全設備采用計算機冗余技術，這樣就能有效的運用列車的自動防護系統，提高列車的行車安全性。城市軌道交通信號系統的計算機軟件應該具有冗余、容錯以及糾錯的功能，這樣就不允許因為計算機的故障造成信號系統的失控，城市軌道交通信號系統的冗余技術會將付賬導向安全方面。城市軌道交通信號系統的數據傳輸網絡應該采用雙網的結構，列車的自動監控系統的主要設備都要進行重配置，例如各種類型的服務器、網絡的交換器、數據的傳輸設備等都應該進行重復配置，城市軌道交通信號系統的工作站也應該能互為備用，這樣對于提高城市軌道交通系統的安全可靠性具有很大的作用。

四、結語

通過對前文的分析，可以看見冗余技術對于城市軌道交通信號系統的運行有著十分巨大的作用，合理的冗余技術對于提高城市軌道交通信號系統的安全可靠性有著巨大的影響。城市軌道交通信號系統采用冗余技術，可以在城市軌道交通信號系統發生故障時，重復配置的部件就會介入并且承擔故障部件的工作，這樣就可以減少城市軌道交通信號系統發生故障的時間，從而達到提高城市軌道交通信號系統安全可靠性的目的。

參考文獻

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