关于地铁信号系统安全的具体分析

摘要：城市轨道交通是现代化都市的所必须的交通工具，它安全、舒适、迅速、便利地在城市范围内运送乘客。城市轨道交通系统的安全、速度、运送能力、效率与信号系统密切相关，以速度控制为基础的列车自动控制系统已成为城市轨道交通信号系统的共同选择。

关键词：地铁；信号系统；基于通信的列车控制系统

城市轨道交通信号技术的发展，历经了大致三个阶段。初创阶段、过渡阶段、发展阶段。从1994 年至今，我国城市轨道交通建设进入快速发展期，随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication） 和控制技术（Control）的飞跃发展，向传统的以轨道电路作为信息传输载体的列车运行控制系统提出了新的挑战。综合利用3C技术代替轨道电路技术，构成新兴列车控制系统已成必然。用3C 技术代替轨道电路的核心是通信技术的应用，目前计算机和控制技术已经渗透到列控系统中，称为：基于通信的列车运行控制系统（Communication Based TrainControl），简称CBTC。

1、CBTC系统简介

CBTC系统能够提供连续的列车安全间隔保证和超速防护，实现了对列车速度、停站时间、区间运行时间的精确控制，缩小列车运行间隔，在列车控制中具有更好的精确性和更大的灵活性;并能更快地检测到故障点，易于实现联通联运。而且，采用移动闭塞可以根据列车的实际速度和相对速度来调整闭塞分区的长度，进一步缩小列车间隔，提高行车密度。

1.1CBTC数据通信子模块

CBTC系统由列车自动监控系统(ATS )、数据通信系统(DCS)、联锁系统、区域控制器(ZC),车载控制器(VOBC)等组成。其中，数据通信子系统实现了地面设备之间和车一地设备之间的双向信息交互，是CBTC系统的核心。

数据通信子系统，主要由地面轨旁的无线接人点、车载接收天线、车载路由器及室内的无线服务器、网络交换机、环网接人交换机等组成。其中，轨旁的无线接人点与室内的无线服务器等通过有线光缆连接;而列车与地面通过无线局域网连接，数据传输大多采用IEEE802. 11 x系列标准。

1.2 CBTC 系统的优点

CBTC 系统是现代轨道交通列车运行控制系统的发展趋势，是近几年来国际国内推荐使用的一种闭塞制式。在国内各大城市已经广泛采用：如北京、上海、广州等。基于通信技术的列车控制（CBTC）移动闭塞系统采用了先进的通信和计算机技术，可以连续控制、监测列车运行。它摆脱了使用轨道电路判别闭塞分区的占用，突破了固定（或准移动）闭塞需要固定的区间分区的局限性，较以往系统具有更大的技术优越性。

2、无线CBTC系统的工作原理

目前，国内投人运营的CBTC系统基本上都可在CBTC模式和后备模式下运行。

在CBTC模式下，轨旁接人点(AP)上电启动后，首先与无线接入控制器(AC)交换一些初始化信息，这些信息包括AP正常工作所需要的认证信息、注册信息等，对于非法接人的AP, AC将拒绝提供服务。正常工作时，AP会周期性地通过天线向外发送广播信息，当一个车载移动终端(MR)接收到该AP的广播信息且该信号的场强值大于MR的接人闭值时，MR将发送与AP的关联信息，AP与MR也将发送安全认证信息，拒绝非法MR的接人。在经过一系列的接入关联、认证和初始化工作以后，MR与AP，才建立通信。

车载控制单元通过检测轨旁应答器及检索车载数据库中的数据来判定和校准列车的位置，并且利用速度传感器的测距功能计算列车检测到应答器后列车的走行距离。车载数据库信息包括应答器位置、车站停车位置、坡度、土建限速、道岔位置和信号机位置等。轨旁区域控制器(ZC)接收来自ATS(列车自动监视)的进路请求，然后沿着ATS请求的进路，根据当前列车报告的位置起始为其后续追踪列车计算移动授权命令(LMA)。

3、数据通信系统的安全隐患

2012年11月1日，深圳地铁蛇口线多趟列车暂停运行，每次暂停时间为一二分钟，造成大量乘客被迫换乘，并滞留于沿线车站。城市地铁运营方当日微博称，因不明信号干扰，列车启动自动防护功能，导致列车无法高速行驶。根据资料显示，深圳地铁蛇口线采用的信号控制系统正是工作在2. 4 GHz频道的CBTC系统。

3.1干扰分析

随着移动互联网和智能手机产业的高速发展，乘客们在地铁中使用类智能手机和相关无线设备的密度越来越高。某运营商根据客户需求推出了将移动3G信号转换为WiFi信号的便携式设备，称为移动伴侣，为乘客提供方便快捷的无线局域网接人。

一般智能手机开启WiFi模式是作为终端设备，扫描频段内的频点，寻找可用的无线接人点并认证接人。CBTC的数据通信系统均有加密环节，拒绝系统外设备的认证请求后，便不会受到持续干扰。

而便携式WiFi设备也采用IEEE802. 11标准，工作机制是将本身作为一个无线接人点，而非仅仅作为终端设备，其占用频点的原理和CBTC系统的无线接人点一致，正常工作也需要持续占用至少一个信道。

3.2 4GHz频段的干扰可分为邻道干扰和同道干扰

3.2.1邻道干扰。CBTC数据通信系统一般会采用固定信道主备用模式，占用信道1, 6。如果便携式WiFi设备所占用的信道号与CBTC系统所占信道号相差小于5，相互所在频谱资源之间有所重叠，便会对其产生邻道干扰。如图2所示，如果便携式WiFi设备占用的是2一5号信道之一，则会对CBTC数据通信系统所占用的1号信道频带产生干扰，信道编号相差越小则干扰越大。根据发射功率

的大小也会导致程度不等的干扰，但由于一般便携式无线设备的发射功率较小，邻道干扰大多较小，不足以对CBTC系统产生严重影响。

一般便携式WiFi设备采用自动信道搜索模式，即在开机之后自动扫描空闲或者干扰较小的信道使用。但由于2. 4GHz频段总带宽较小，互不干扰的信道仅为3个，当同时有多个设备工作时，就极有可能导致设备工作信道与CBTC系统工作信道接近，产生邻道干扰。

3.2.2同道干扰。当无线射频环境复杂、信道拥挤时，或者采用了固定信道分配模式时，便携式WiFi设备也会和CBTC系统占用相同的工作信道，这就会产生同道干扰。同道干扰比邻道干扰造成的影响会更严重，如果干扰设备所处位置接近CBTC系统的收发天线，且具有较大的射频功率，则会导致CBTC系统的无线通信质量急剧恶化，行车数据包延时传输或堵塞就会触发CBTC列车自动监控模

块的报警，以故障导向安全的原则，地铁将限速运行或紧急制动。

由于2. 4 GHz频段的开放性，除了移动WiFi伴侣设备，还有大量的无线电子设备，包括蓝牙耳机、无线路由器等。智能手机也大多支持WiFi共享功能，即可以将自身转换为一个WiFi热点，供附近的其他无线设备接人。当同一区域内便携式WiFi设备达到一定数量，必然会在2. 4 GHz频段下出现信道拥塞，对CBTC数据通信系统产生邻道干扰和同道干扰。

4、注重地铁信号系统控制与管理，保障地铁信号系统安全性

目前，地铁列车运行过程中以信号系统为基础基本实现了自动化控制的最终目标。但是，在实际的运行过程中，中心调度控制室作为地铁系统调动的关键对地铁运行安全有着重要的影响。其中，地铁信号系统的设置、操作等必须以专人操作、双人复核等方式进行。以此避免人员误操作造成的安全隐患。而且，系统设置过程中的相关参数必须有专业人员通过论证与验证后方可进行使用。避免参数设置错误引发安全事故。因此，现代地铁信号系统的应用过程中，必须将系统控制与管理作为保障地铁信号系统安全、保障地铁列车行车安全的重要工作，以严格的管理开展这项工作，实现地铁信号系统应用、地铁行车安全的最终目的。

5、结论

综上所述，地铁信号系统是关系到地铁列车行车安全的关键。随着现代地铁信号系统技术的发展，地铁信号系统技术得到了不断地完善。以地铁线路利用率的提高为目标，以安全性为中心发展而来的地铁信号系统实现了地铁安全控制、线路营运效率提高的目的。针对影响地铁信号系统安全性各项因素，现代地铁运营过程中，运营单位应从自身管理架构的优化、管理流程的优化入手，以地铁信号系统安全控制与管理工作为中心开展运营管理工作，同时注重地铁信号系统设

备检修，以此实现地铁信号系统安全性的提高，实现地铁建设投资的经济效益与社会效益。

参考文献:

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[2] 欧发兵.地铁信号系统联锁故障时如何确保行车安全[J].城市建设理论研究,2011(21).

[3] 吕永宏.刘红燕.广州地铁5号线信号系统构成[J].科学之友,2008(26).