基于通信系統的鐵路信號安全信息傳輸的應用探討

孫陽

（中鐵三局集團電務工程有限公司 山西晉中 030600）

基于通信系統的鐵路信號安全信息傳輸的應用探討

孫陽

（中鐵三局集團電務工程有限公司 山西晉中 030600）

隨著國內社會經濟的高速持續發展，在科技進步的同時，鐵路也得到了長久的發展，但是與國內的社會經濟迅猛發展相比，還是具有一定的差距。要實現國家對鐵路的“十一五”規劃要求，建設安全性更高的鐵路信號則是提升的關鍵。本文針對目前鐵路信號信息傳輸的現狀和利用通信系統對信號傳輸的優勢，進行基于通信系統的鐵路信號安全信息傳輸的應用探討。以期為同行提供參考。

通信系統；鐵路信號；安全信息；傳輸；應用

目前，國內對鐵路信號技術裝備的建設方向，主要是將速度定為發展的目標，一般是在165km/h的鐵路段。信號裝備會的建設主要有集中聯鎖、繼電半自動閉塞和自動閉塞區為主。在很多的鐵路信號系統中，無法實現大范圍的集中調度工作，也沒有這方面的經驗。而發達國家中的高度鐵路則是完全依靠計算機網絡信息技術對列車的運行和調配實行統一化、全面化的管理。國內的鐵路信號的維修呈現分化管理的格局，并不能集中進行維護、管理、指揮等工作。

1 鐵路信號信息傳輸的現狀

在進入21世紀以來，為適應社會的高速發展，提升列車的運行效率，鐵路工程技術人員將鐵路信號在列車軌道上進行傳送，以此實現地面對運行列車的控制。在國內的鐵路中，普遍采用的技術是：首先將列車的起始地點和終點站之間劃分成若干站點空間，每一個都可以形成獨立的閉塞區，并在其中設置信號，當有列車占用此閉塞區后，不會允許第二列車進入。這個閉塞區間的信號會呈現禁止發送狀態，會讓隨行的列車減速并實現其他區間內停車的效果。而不管采用何種閉塞系統實現此目標，都有以下特征：都會存在固定的閉塞分區；所有的傳輸都是開環系統；所有的基于軌道電路幾乎都只有地面軌道傳輸的信息，在經過機車上的感應過后，才可以成為機車的信號，構成車——地單向的傳輸方式。但是傳統的系統會因為軌道電路本身的特性，有一些無法克服的缺陷：

（1）只能采用比較低的頻率發送信息。如果由此鐵路信號的傳輸頻率太高，鋪設的全鋼結構的鐵軌會導致信號不斷地減弱抵消，所以為了保證鐵路信號能夠實現其功能，只能實行低頻的傳輸。

（2）傳統的鐵路信號無法適應高速運行的列車需求。因為社會的快速發展，在講究速度的今天，也需要對列車的運行速度進行提升。這就需要列車上和地面之間傳輸大量的信息。為了滿足鐵路信號能夠及時的傳輸，所以要減少數據量。

（3）鐵路信號在運行的過程中還很容易受到環境的影響，比如電路阻抗的變化、天氣的變化或是牽引回流的干擾等，這也導致鐵路信號的不穩定。由于國內相應的技術較弱，所以在應用方面只能通過鐵路信號了解閉塞區內是否有列車，但卻不能掌握其位置。

（4）利用鐵路信息很難實現從列車到地面的傳輸，也就是無法實現真正意義上的列車閉環控制。而且構建的閉塞分區會對分割對長鋼軌道的應用造成一定的障礙，如采用的是無絕緣軌道信號電路，那么需要增設補償電容來抵消鋼軌哀耗的影響，此外，還需消耗區段的軌道。在鋪設鐵路信號系統時，需要大量的電纜，所投入的費用幾乎占據真個自動閉塞系統的一半，維護的費用也很高。

2 采用通信系統實現信號的傳輸優勢所在

隨著通信系統的發展，越來越被廣泛的應用到生產和生活當中，在日本首先開啟了用通信方式來實現鐵路信號的傳輸，將鐵路-通信-傳輸信號結合為一體，實現安全、準確的鐵路傳輸。采用通信系統實現信號的傳輸有以下幾個優勢：

（1）傳輸的可靠性較高。鐵路信號的傳輸方式是開環的狀態（如圖1所示），即信號發送者只管發送，但并不能具體的了解接收者是否真正的接收到信息。還有就是在運行過程中很容易受到快速運行的列車的干擾，導致信號的不穩定。因此在鐵路信號傳輸過程中的存在不穩定的因素，不能滿足現代高速列車的控制需求。但在采用通信系統的鐵路信號中，不僅能夠做到發送方和接收方的雙向通信，還可以使用多種保證的技術來提高信號的傳輸的可靠性，讓其具有時效性。

圖1 傳統的鐵路信號單向傳輸方式

（2）運輸的效率高。在鐵路信號中采用通信系統進行傳輸，不僅能夠實現移動式的自動閉塞，并且其閉塞分區的長度還可以根據需要變化，閉塞分區會隨著列車的運行而移動。將傳統的閉塞分區的功能從地面移除，不再需要地面的信號。直接通過列車上裝載的設備系統接前方有無列車，或者與下一個車站距離等信息，從而實現對列車的控制。無線的車載設備系統接收信息具有較高的實時性和準確性，能夠在高速運行的情況下實現較短的移動閉塞區段，以此保證列車運行的安全，提高行車的密度和效率。

（3）傳輸的信息量大。傳統的鐵路信號系統由于是在鐵軌上進行傳輸，因此速度比較慢、數據料也小。但隨著列車的運行速度和密度的提高，對列車的信號控制也增加。用通信系統能夠提供大量的信息傳輸數據，能夠滿足對高速運行裂成的信號傳輸控制要求，還能夠為列車提供鐵路信號的其他信息，將單向的傳輸變為雙向的通信。

3 基于通信系統的鐵路信號安全信息傳輸的應用

3.1 鐵路信號安全性級別

在設計鐵路信號安全信息傳輸系統前，需要針對目前存在并需要解決的威脅和防御措施以表格的形式列舉出，這樣才能確定系統設計的方向，如表1所示。

表1 威脅/防御措施矩陣

在表格中X是指在新的系統設計中可以對應的威脅提供相應的保護措施；標注1的則是依賴于應用；標注2的指僅適用于源及目標指示器，同時只能從非法的系統源中檢查出是否有惡意插入，如果有未知的用戶而不能定義唯一的指示器，那么就需要用到密碼增加安全性；標注3的是安全代碼和密碼技術的選擇應依據是否可以排除非法入侵、建議密碼復雜程度、是否安全相關的許可保護與安全相關的過程相互分離等條件來決定。

3.2 系統的設計與管理

基于現代道路建設對鐵路信號的信息安全傳輸要求，中國鐵路三局集團電務工程有限公司對鐵路信號設計個基于通信系統的鐵路信號安全信息傳輸的系統。采用此種方式實現列車和地面之間的鐵路信號傳輸有不同的方式，主要分為：采用全程移動無線通信方式；采用衛星通信；采用軌道交叉電纜方式；采用漏泄電纜或漏泄波導方式；采用查詢-應答器方式。以上幾種通信方式按照對鐵路運行能力和實現的功能而選擇。而在本次設計中則采用CBTC（基于衛星通信的鐵路信號安全傳輸）系統，如圖2所示。

圖2 基于通信系統的鐵路信號安全信息傳輸系統設計

由圖2所示，設計的基于通信系統的鐵路信號安全信息傳輸系統的設計必須滿足其信息的安全可靠性。同時在建設極端，還需要保證鐵路信號電子系統、子系統、設備等安全。還要在后期對其制定相應的管理從事，這樣是為了減少人為的事物，進而減少系統故障所產生的風險。并且在整個系統的生命周期進行管理，規范使用程序和相關的文檔，對功能和技術進行安全措施保障。

3.3 鐵路信號安全信息傳輸周期

基于通信的鐵路信號安全信息傳輸系統的周期設計為14個階段。系統的生命周期可以分為按照要求構思系統設計方向、對系統進行定義及其所需實現的應用條件、風險分析、系統要求、驗收標準的制定、設計和執行、制造、安全、系統確認、運行和維護等。在系統的設計中，需要時刻的注意風險的分析，不僅是對系統設計風險，還是在后期的運行維護的過程中進行鐵路信號安全威脅進行風險分析。務必要保證系統在運行過程中的安全可靠性。

4 結束語

由此可知，在基于通信系統的鐵路信號安全信息傳輸的過程當中，既可以保證高速運行列車的安全性，也能提高其運行的效率，充分的發揮鐵路的功能性。

[1]朱桂麗，周燕.基于通信系統的鐵路信號信息傳輸安全性能研究[J].文摘版：工程技術，2015（25）：94.

[2]孫屹楓.鐵路通信信號傳輸安全問題的有效解決措施[J].信息安全與技術，2014（4）：75～76.

[3]陳臣.鐵路信號RSSP-1安全通信協議在既有線站間安全信息傳輸中的應用研究[D].北京交通大學，2013.

[4]王偉，何濤，強生杰.直接序列擴頻通信技術在鐵路信號傳輸中的應用研究[J].鐵路計算機應用，2012，21（4）：67～69.

[5]余軍強.站間安全信息傳輸系統方案設計及應用[J].信息通信，2016（4）.

U284

A

1004-7344（2016）26-0284-02

2016-8-17

孫陽（1988-），女，助理工程師，本科，主要從事通信信息專業工作。