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摘要：列车运行监控系统是控制列车运行和保障行车安全、提高运输效率的主要设备，其主要任务在于监督列车的运行速度、输出控制指令、实现列车的超速防护。这种安全性、可靠性要求很高的控制系统，必须要有高可靠、高安全的运行基础，因此，对安全计算机技术在铁路信号领域的应用进行研究具有十分重要的意义。
关键词：计算机；铁路信号；应用
引言
自1825年世界第一条铁路在英国出现以来，铁路已经成为人们不可或缺的交通工具，越来越多的人在使用铁路出行，由于近年来铁路事故频频发生，促使了计算机视觉技术在铁路检测上的广泛使用并大力发展。
1安全计算机相关标准
1.1安全相关定义
IEC61508中有2个重要概念：（1）安全生命周期，通过定义安全生命周期的各阶段安全性目标和必须达到的要求，对系统设计把关，进而实现系统安全；（2）安全完整性等级（SIL），是指在规定的时间周期内、规定的条件下安全相关系统成功完成其安全功能的能力。IEC61508中将安全完整性等级划分为4级，其中，SIL4级最高。
安全完整性可划分为系统安全完整性和随机硬件安全完整性2类，设备需要同时满足这2类安全完整性的要求方可达到某个SIL等级。（1）系统安全完整性无法量化，它代表的是系统、子系统和设备在安全功能生命周期内人为错误导致的规范错误、设计错误、安装错误等；（2）随机硬件安全完整性可以量化，根据系统的不同，分为要求的危险失效概率（PDF，ProbabilityofDangerousFailureOnDemand）和每小时危险失效频率（PFH，AverageFrequencyofDanger ousFailurePerHour），分别用于低要求模式、高要求模式以及连续模式。
1.2铁路领域安全计算机相关标准
比较基本和核心的国际标准为IEC61508，它没有指定具体的应用领域，而是以通用性见长。具体到铁路领域，欧洲电气标准化委员会（CENECLEC）制定了以计算机控制的信号系统为对象的铁路标准，即EN50126、EN50128、EN50129和EN50159。其中：EN50126为有关铁路应用中可靠性、可用性、可维护性、安全性（即RAMS）的规范和说明；EN50128为铁路控制与防护系统的软件要求与规范；
EN50129为铁路应用中安全相关的电子系统，主要是通信、信号和处理设备；EN50159主要为铁路安全通信相关标准。
2计算机技术在铁路信号中的优势
（1）计算机参与控制可以最大限度地减少人为出错的概率。计算机逻辑处理能力强、计算速度高。采用计算机代替人进行逻辑处理工作可以得到更准确可靠的结果。
（2）计算机易于实现对信号设备运行状态的不间断检测。采用计算机技术能够对系统故障进行有效的诊断定位、信息储存、状态回放，容易实现智能维护和远程诊断，便于故障分析及结合部管理。
（3）有利于提高铁路信号系统的智能化功能。先进的软件编程技术，可以将人类生产中的经验程序化，实现生产过程智能化控制，使生产过程达到最优。例如编组站综合自动化系统，DMIS系统的3h阶段计划等都具备了一定的智能化功能。
（4）有利于信号系统实现网络化和信息化。计算机化的系统，易于组网、联网，实现多层次数据共用、信息共享。用于各级调度指挥，可以做到信息逐级畅通，整体状态透明，指挥实时科学，点线能力协调，安全高效准确。
（5）有利于提高整个系统的可靠性和可用性。利用计算机日益成熟的容错计算技术和冗余技术，可以方便地组成热备冗余系统，实现系统不间断工作，确保设备运用状态良好。如自动闭塞系统的N+Ll+l和计算机联锁双机热备等。
（6）有利于进一步提高信号系统的安全性。
随着计算机系统故障安全技术的不断提高，其强大的逻辑运算功能完全可以实现过去靠继电器布线逻辑电路难于解决的一些系统安全功能，安全性能可进一步提高。
3铁路信号领域安全计算机的相关应用
3.1安全计算机在铁路车载系统中的应用
列车车载设备包括车载安全计算机、轨道信息接收单元、应答器信息接收单元、人机界面、测速测距模块、制动接口单元、记录单元、轨道信息接收天线等部分，其中，车载安全计算机是列控系统车载设备的核心。
车载安全计算机负责接收其它车载设备提供的信息（如来自测速模块的列车速度数据、来自轨道电路或无线通信天线的地面信息等），同时，根据列车参数、线路参数、行车许可、临时限速等信息生成目标–距离模式曲线，采集列车速度信息并与目标–距离模式曲线进行对比，在必要时输出制动命令，保证列车的安全运行。
国内工程实践中，车载安全计算机普遍采用二乘二取二或三取二结构。
3.2安全计算机在铁路无线闭塞中心中的应用
无线闭塞中心（RBC）根据联锁、临时限速服务器、相邻RBC、调度集中（CTC）、车载设备等信息生成行车许可，之后通过无线通信方式传递给车载设备，用以保证自己管辖范围内列车的平稳、高效、安全运行。
RBC由主机、接口单元、无线通信单元和维护单元组成。其中，主机单元和接口单元通常采用通用安全计算机平台，前者一般采用三取二结构或者二乘二取二结构，实现RBC的安全相关逻辑与控制（如列车的注册和注销、行车许可的计算和发送、RBC移交等）；后者主要采用硬件冗余结构，实现RBC与外界设备的数据交换。
4铁路信号领域安全计算机的发展方向
4.1调度监督与调度集中方面
调度集中（含调度监督，下同）在国外铁路普遍运用，而在我国步履艰难，为什么?除了管理方面的原因外，从设备上看，无非是两方面原因，一是设备稳定性差，可用性不好；二是自动化程度不高，调度员的人工介入过多。所以，今后必须解决好这两方面的问题，才能促进我国铁路调度集中的大力发展。特别要通过计算机技术，解决好车次号追踪校核、进路自动控制、列车三小时计划自动生成技术，完善列车运行自动记录和统计功能。针对我国铁路运输调度指挥实际，大胆采用计算机智能化技术，使得调度集中系统在指挥行车上基本实现自动化，使得调度员得到“解放”。
4.2同步方式
现有安全计算机的同步方式主要包括时钟同步和任务同步。其中，时钟同步完全依靠硬件时钟提供同步基准，两路CPU单元使用同一个时钟，通过系统时钟实现内部运算单元同步工作以及总线数据比较；任务同步则完全依靠软件实现同步功能，在软件开发时预先设置一系列时间点，软件通过硬件进行信息交换，确定自己的时间，从而实现整体同步。时钟同步完全依赖系统时钟提供同步信息，其对于共模故障的抑制能力较差。
结语
总之，21世纪的铁路信号技术是计算机安全系统的技术，计算机在铁路信号中的应用将会伴随着科学技术的进步更加普及，这必将带动我国铁路信号整体技术水平的提高，促进铁路信号在提速、重载、安全、扩能、提效中发挥更大的作用。
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