铁路信号数据配置系统及应用研究

铁路信号数据配置系统及应用研究

黄利平  

国家能源集团雁宝能源运销公司    内蒙古呼伦贝尔    021122

摘要：在铁路工程中，信号数据的配置是非常重要的内容。铁路信号安全计算机平台是实现铁路信号系统安全应用的核心设备。基于龙芯处理器的安全计算机平台实现了从硬件板卡到系统软件全过程的设计和研发。为了能够安全、稳定、可靠地在该平台内部进行实时、有效的信息传输和数据状态更新，设计了基于信号量的共享内存数据交互机制，可实现对目标数据物理地址空间的直接访问和数据更新。

关键词：铁路信号；信息化；数据配置；工程设计；数据

引言

铁路信号设备直接关系到铁路行车安全，因此信号设备的运行状态密切关联铁路运输安全和效率。近年来，随着我国铁路事业特别是高速铁路的快速发展，对铁路信号日常维护质量提出了更高的要求。信号维修体制也从以前的“故障修+计划修”向“状态修”进行转变，设备实时数据的采集直接关系到设备隐患的发现和排查，单纯地依靠信号工人工利用仪表进行测试，效率较低且存在误测、误读的问题，因此应用数据采集和智能分析技术，可以提高信号设备维护质量，减少设备故障发生概率。

1系统分析

1）系统化。实现数据图形化处理及工程数据处理的系统化，根据各产品的数据规格完成各产品数据的差异化生成。目前该系统具备列控中心、临时限速服务器、联锁、无线闭塞中心、VOBC、ZC等信号产品的下位机数据和维护终端数据生成功能。2）工程化。工程应用设计中的产品方案设计、网络设计、物料统计等环节，都是数据配置的输入文件，因此可将上述过程标准化，纳入数据配置平台。一方面可自动生成标准的设计文件；另一方面，可直接应用这些设计数据，实现工程应用设计与数据配置的无缝衔接，提高工作效率。3）信息化。通过信息化手段，将信号系统工程应用设计的各个环节进度展示出来，便于工程项目经理、主管领导等对工程项目整体把控和调整。4）智能化。在数据配置或方案管理的过程中，需通过智能化手段对历史数据配置、方案和案例，进行搜索、统计和分析。

2铁路信号数据配置系统及应用

2.1云联锁系统架构

云联锁系统以通用硬件为基础，取代了传统的专用硬件设备，将联锁逻辑处理部分部署在资源集中化的云平台中，所有车站的联锁应用通过云上的虚拟化技术被相互隔离在云平台上执行，轨旁仅配置执行单元，执行单元是一个用于控制轨旁设备（如道岔、信号和轨道电路等）。云平台与轨旁设备通过专用的网络进行通信，将对信号、道岔和轨道电路等轨旁设备的控制命令传输到执行单元，云平台和执行单元相互协作共同完成联锁服务。为实现异地冗余备份，进一步提升云联锁的可靠性，采用主/备两套云联锁平台配置方案。云联锁面临的关键问题是如何确保联锁功能的安全。传统计算机联锁系统通过在安全专用计算机上部署联锁应用来确保联锁逻辑的正确性。然而，对于云联锁系统，由于云环境的复杂性，检查联锁处理的正确性极具挑战性。目前，已提出的联锁系统监控方法基本与联锁应用的控制流程紧密连接在一起，无法较好的适用于云平台。为解决云平台上的联锁应用的安全监控问题，根据EN50129等铁路应用安全相关系统有关标准，提出了一种针对数据容错的联锁逻辑的监控方法。通过对联锁应用程序运行进行监控，检查联锁运算数据是否正确，并启动相应的安全响应措施。提出方法不仅可以保证联锁逻辑的正确性，而且能够确保在云环境下联锁系统的安全性，同时具备故障数据恢复功能。

2.2共享内存初始化

系统上电后，需要依据系统需求和结构，对相应的共享内存区域进行初始化，初始化过程如下：Step1在CPU板上电初始化过程中，在内存空间里按各通信板进行地址空间映射，在映射空间内进行区域划分，分为不同通信板的信号量区和数据存储区。Step2CPU板对共享内存区域划分完成后，在各通信板对应初始化区域写入初始化完成标志。Step3通信板上电后，进行本地共享内存设备的初始化，获取其地址空间后，优先在默认初始化区域，读取CPU板写入的初始化完成标志。当读取到相应标志后，再将地址空间划分为信号量区和数据存储区，等待与CPU板进行共享内存数据交互。Step4当各板卡尝试获取共享内存控制权时，执行占用控制权的步骤，拿到控制权的板卡可以对数据存储区进行操作，反之则共享内存控制权获取失败。

2.3危险预警

为作业维护人员及时提供安全预警，铁路维护人员上道时需要佩戴产品中的安全手环，当列车逐渐接近，通过手环实现语音报警提示，向上线作业的维护人员提供列车接近实时预警。同时，通过手环，可以在室内软件地图信息上实时汇总室外作业人员基本信息，包括维护人员姓名、年龄、所属工区、数量和实时位置信息等。安全卫士软件与监测系统结合，有效地从技术上规范了铁道维护人员的作业习惯，保障铁路维护工人的人身安全。

2.4信息化模块

信息化模块主要是将信号系统工程应用设计的各个环节的进度展示出来，将其划分为5个子模块：项目概览、项目信息、车站信息、项目周计划和版本记录管理。项目概览是工程项目开发情况的总览，展示当前平台中项目的整体数量，包括在执行和已发布的项目数量；再根据项目、产品、状态、逾期等各个维度进行细化统计分析。项目信息是对项目的描述，主要有项目查询、项目编辑、项目删除、增加项目、发布项目、历史项目导入等功能。车站信息是对列控车站的描述，主要功能有车站查询、车站编辑、车站删除、增加车站、发布车站和历史车站导入等。项目周计划主要实现在任务清单里，以设备为维度填写的工程设计本周进展、下周计划，以及V&V（验证和确认）测试的本周进展、下周计划等，并且支持按照项目分类、项目名称等数据实现信息查询和展示。版本记录管理是对工程设计中的设计方案和配置数据版本记录的相关操作，主要包含版本记录查询、版本新增、版本修改、版本删除等。

2.5安全验证与结论

安全计算机平台作为高实时性系统，需要实时交互大量数据。基于信号量的共享内存资源保护机制，对共享内存的访问权限做了严格控制，在同一时间仅允许单块板卡的单个处理器进行操作，避免数据的访问混乱，使得处理器间数据访问交互具有强时序性和高可靠性，为铁路信号安全计算机平台的数据安全、可靠交互提供了基础。

2.6其他功能

系统还可以通过日志查询，汇总查找维护人员的活动轨迹。在设备出现故障以后可以快捷查询设备的维护记录，从而为快速解决问题提供线索。由于系统包含电子围栏功能，在信号工常用工具上做电子标签，电子标签还能实现常用工具的管理，完成工具使用记录的查找和分析。同时电子手环可以监测作业人员的身体状况、心率。

结语

铁路信号数据配置系统是一个融合铁路信号工程设计各环节及工程项目管理的数据系统，通过该系统能简化铁路信号产品整个工程设计过程，提高铁路工程应用设计进度，缩短工程化工期，同时还具备工程化项目管理的监控功能。进行工程设计及数据配置的功能，并能应对新产品数据配置的扩展开发，已成功应用于内自沪、常益长等国铁信号产品的工程，以及昆明长水机场地铁信号工程中，大幅提升了铁路信号系统工程实施质量和效率，基础数据的标准化也将在未来的大数据应用领域发挥更大的优势。

参考文献

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［2］王同军.智能铁路总体架构与发展展望[J].铁路计算机应用,2018,27(7):1-8.

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