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摘要：提高铁路信号系统的安全性对铁路正常运转有着至关重要的作用，应当严格对待这个问题，铁路运输事业在安全的前提下实现了提速，重载目标，现代铁路运输是高效率的发展趋势，原有的铁路信号系统针对现代铁路运输的安全和需求需要进一步提高，对这一方面的内容将展开分析，分析了解铁路信号系统现代化的实操情况，还对更新的技术及安全性能加以了全方面的研究，做到技术发展不断的创新，提高完善系统性能的安全理念，从而达到铁路信号系统稳定性的加强。
关键词：高速铁路；信号系统；安全性；改进
1概述
我国铁路行业正在经历飞速的发展，越来越多的高速铁路开通，带来铁路运行速度、舒适性和列车密度的提升。国内高速铁路的运营里程已经超过其他国家，并且还在不断地增长。伴随着高速铁路的建设和运营，铁路信号设备也在向计算机化、信息化、多系统协同工作的方向发展。高速铁路在中国以及世界范围内的快速发展，人们对高速铁路认同程度不断提高，同时对高速铁路的安全性提出了期待和要求。参考民航飞机的安全性，自1970年起，飞机系统建立以1×10-9为特征的事故率标准。对于灾难性的事件，期望其发生的概率低于1×10-9时，认为是极不可能发生的。目前高速铁路要求达到的安全目标，即不发生灾难性事件的概率，基本也是1×10-9数量级。人们对安全的追求是没有止境的，高速铁路相关的安全标准和规范也随着工程实践而改进。本文本着防微杜渐的思想，结合信号控制系统设计、维护、调试中发现的一些问题，给出一些对安全性改进的建议和方法。
2面临的问题和挑战
2.1复杂性增加
高速铁路信号系统已经是一个复杂的系统，应用了大量的计算机技术、软件工程技术、通信信息技术。高速铁路的信号系统由多个子系统构成，如TCC子系统、ATP子系统、RBC子系统、CTC子系统。每个子系统都运行着复杂的软件，有的子系统的代码可能超过30万行。这些子系统大部分是安全相关系统，承担着保障铁路安全运行的功能，如果安全功能失效，可能导致灾难性的后果。
2.2信息隐藏
高速铁路的发展，带来大量的计算机化技术、通信和信息技术、大量复杂的软件。现代铁路的信号系统，已经由当初的硬接线继电系统，发展为基于大规模集成电路、逻辑器件和处理器为基础的电子系统。基于处理器系统与硬接线继电系统的一个明显区别就是信息和逻辑的可视化程度完全不同。基于硬接线的继电系统，其电路和动作是完全可视的，所有接线对于设计人员、调试人员、维护人员等是公开的。对于联锁系统，继电联锁的解锁电路，最终用户可以与电路设计人员一样，了解所有的电路逻辑，根据电路和接线图，推断电路的检查条件和动作特征。
2.3单故障
从飞机系统安全性的发展来看，安全性的提升经历了以下几个阶段：阶段1：追求系统功能的完整性，没有引入单故障概念；阶段2：完整性加上有限的设计特征选择冗余，考虑单故障的故障率；阶段3：引入单故障概念，必须考虑灾难性单故障；阶段4：引入故障安全概念，考虑任一单故障加上任一可预知故障组合。使用FMEA，FHA，FTA进行风险分析。借鉴飞机系统的安全性，结合铁路信号设备运行的实践情况来看，单故障在铁路信号设备中可以引起巨大的危害，铁路相关的标准，如EN50129，明确提出了对单点随机故障的防护要求，对于SIL3/SIL4系统，任何单一可能的随机故障，不应导致系统处于危险状态，危及行车安全。从铁路信号设备的实际运营情况来看，相比单点随机故障，系统性的单点故障频率更高，产生的危害也更大。
表2验证和测试技术要求
3安全性改进
3.1形式化
形式化方法（FormalMethods）的基本含义是借助数学方法来研究计算机科学中的有关问题。形式化方法提供一个框架，在框架中可以用数学的方式开发和验证系统。形式化方法在EN50129和EN50128中都有要求。由于软件的错误都是系统性故障，没有随机性故障，所以在EN50128中，多次出现对形式化方法的强烈推荐（HR）使用要求。如在EN50128中，表A.2软件需求规范，采用形式化方法进行软件需求描述，被强烈推荐使用。对于形式化方法来说，由于其基于严格的数学，具有严格的语法和语义定义，从而可以准确地描述系统模型，排除矛盾、二义性、含糊性等情况；同时，在对系统进行严格描述的过程中，将会帮助用户明确其原本模糊的需求，并发现用户所陈述的需求中存在的矛盾等情况，从而相对完整、正确地理解用户需求，最终得到一个完整、正确的系统模型。形成完整的形式化模型后，则可以进行形式证明。
3.2信息可视化
可视化是指将数据信息转化为一种视觉形式，其充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力。可视化将人脑与计算机这两个最强大的信息处理系统联系在一起。可视界面能够更有效地监视、操作、过滤、对比与理解大规模数据，并与之方便交互，从而可以极其有效地发现隐藏在信息内部的特征和规律。可视化是一种计算方法，它把计算机使用的数字和代码转换成几何信息，使外部人员可以观看他们的计算逻辑和结果。对于基于计算机的铁路信号设备来说，数据信息的可视化，应包括将安全相关运算和输出结果信息以易于工程和操作人员理解、熟悉的图形化形式直观展示出来。对于研发人员来说，关键信息的图形化展示，每一个数据项作为单个图元元素表示，大量的数据集构成数据图像，同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表示，可以从不同的维度观察数据，从而对数据进行更深入的观察和分析。对于工程、调试、运营、维护人员来说，关键信息的图形化展示，可以实时、全面地向使用人员交互设备状态和输出，作为图形化信息的观察者，可以方便、直观地与自己的预期进行比较，更容易发现问题。如联锁系统对于涉及行车安全的对外输出信息，根据是否在人机界面进行显示，说明如表3所示。根据数据信息可视化原则，对于涉及行车安全的信息，应在有人值守终端进行显示，而不是只由最终使用该信息的系统进行处理和使用。遵循信息可视化原则可以大大增加各个环节发现错误输出的概率。
3.3信息融合
多源信息融合（简称为信息融合）是指组合和合并多个来源的信息或数据以便形成一个统一结果的技术。它起源于军事领域中的多传感器综合应用，往往又叫多传感器数据融合（或数据融合）。信息融合是一种多层次、多方面的数据处理过程，对来自多个信息源的数据进行自动检测、关联、相关、估计及组合等处理。对于高速铁路信号控制系统这种多协作、多数据来源的大系统，有条件做信息融合处理。对于涉及行车安全的信息，当具备多信息融合的条件时，应采用自监督或相互监督的机制，对多数据进行关联、组合等处理，通过多数据源来提高安全性、同时防止错误的数据在子系统间有害传播。
结语
本文通过对高速铁路信号系统的发展、面临的问题和挑战的分析，提出安全性改进的几个可能的方向，希望能够进一步提升中国高速铁路信号系统的安全性，满足人们安全、高效出行的要求。
参考文献
[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T28808-2012轨道交通通信、信号和处理系统控制和防护系统软件[S].北京：中国标准出版社，2013.
[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员.GB/T28809-2012轨道交通通信、信号和处理系统信号用安全相关电子系统[S].北京：中国标准出版社，2013.