轨道交通安全计算机

轨道交通得安全计算机

轨道交通运行控制系统大多就是实时、多任务与安全苛求得计算机控制系统,美国Wind River公司得VxWorks就是微内核结构得多任务嵌入式实时操作系统(RTOS),相当符合这种控制系统得要求。VxWorks采用了中断驱动与基于优先级得抢占式任务调度方式,包括丰富得任务间通信与同步机制,例如共享内存、互斥、信号量、消息队列、信号与管道等,它还提供了先进得内存保护机制与容错管理框架。VxWorks得可靠性与实时性在许多领域都得到了验证,就是目前优秀得多任务嵌入式实时操作系统之一。

为了进一步提高列车运行速度与线路运营效率,基于通讯得列车控制系统(munication Based Train Control system ,CBTC)成为城市轨道交通得主要发展趋势。在CBTC系统中,车载控制器、区域控制器与计算机联锁控制器就是系统得核心组成部分,对整个CBTC得安全可靠运行具有重要影响。而作为这些系统载体得安全计算机,其安全性、可靠性、可用性与可维护性等性能指标也成为影响整个CBTC 系统安全可靠性得重要因素。本文针对轨道交通领域对安全计算机在安全性能方面得苛刻要求,提出了一种基于三取二表决结构得安全计算机系统得设计方法。

1、1选题背景、目得与意义

当今中国社会进步迅速、城市规模迅速扩大、城市人口过度密集以及基础设施建设未及时跟上,造成城市交通拥堵问题已经成为制约诸多大中城市发展得一道障碍。城市轨道交通(包括城市轻轨与地下铁)具有运能大、快捷方便、安全舒适以及相对与公路交通污染小、排放少、节能环保等优点,正在被越来越多得城市作为解决交通拥堵问题得主要解决途径,并加以积极发展建设。

随着电子信息技术得发展,在轨道交通领域,传统得继电器联锁方式轨道交通信号系统正在逐渐被以计算机联锁为代表得安全计算机信号系统所代替。人们对城市轨道交通得要求越来越高,如何保证列车得安全、可靠、稳定、快速以及高效得运行就是城市轨道交通信号系统函待满足得根本需求。如果系统不能够保证长期稳定、安全、可靠地运行,将可能出现不可预料得严重后果。系统得失效或者故障往往可能导致重大得生命财产损失,包括人员得伤亡、设备得损坏、环境得破坏与财产损失等严重后果,因此系统得安全可靠运行能力就是轨道交通信号系统得一项重要指标。安全计算机作为城市轨道交通信号系统得核心,在保证行车安全、增强旅客乘坐舒适度、提高运营效率、提高列车运行精确度等方面觉有决定性作用。保证安全计算机系统得安全可靠运行就是安全计算机系统设计制造过程中得一项基本要求。

目前轨道交通信号系统正朝着自动化、智能化、系统化、网络化与信息化得方向发展,基于通信得列车控制系统((CBTC)就是目前全球轨道交通行业内公认得最先进得列车运行控制技术,就是当今世界范围内轨道交通信号技术得发展趋势[f}l。它得特点就是用无线通信媒体来实现列车与地面得双向通信,用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。CBTC得突出优点就是实现了车一地双向通信,而且数据吞吐量大,传输速度快,减少区间铺设电缆数量,减少一次性投资及日常维护工作,可以大幅提高轨道交通运营效率。

我国得CBTC技术相比国外虽然起步较晚,但正处于迅速发展阶段。到目前为止,北京、上海、广州、深圳等城市轨道部分线路己经正在使用CBTC系统,而大部分得在建线路以及一些老线路都准备应用CBTC系统或者进行CBTC改造。国内目前在做CBTC国产化得企业与研究机构主要有:北京交大微联、上海卡斯科、上海

阿尔卡特、浙大网新众合轨道、北京与利时等,在目前国家大力发展城市轨道交通,增加基础设施建设力度得大环境下,只要把握住时机与机遇,国产化CBTC系统将大有所为。

CBTC系统主要由车载子系统、区域控制子系统、ATS/ATC子系统、数据通讯子系统、联锁子系统构成f2l。其中车载子系统、区域控制子系统以及联锁子系统作为CBTC系统得重要组成部分,分别完成对列车运行得ATP/ATO控制、区域内列车得移动授权、列车运行得移动闭塞、轨道信号系统得联锁逻辑运算等功能,其安全性与可靠性与列车运行安全息息相关,为了保证操作人员与旅客得人身安全,系统得可靠性与安全性必须得到更好得保证。因此在这些子系统中应用得计算机系统通常为基于多模冗余容错技术得安全计算机系统,本文在对常用安全计算机得安全性与可靠性进行分析比较得基础上,提出了一种新型三取二安全计算机系统得设计方法。

安全计算机。由于计算机与网络技术得长足发展,工业、交通、国防、日常生活都离不开计算机网络技术。计算机网络技术对于轨道信号得发展就是革命性得。逐渐产生微机联锁系统、车地实施通信等高端技术使轨道运输自动化程度大大提高。计算机控制系统可以降低成本,提供便利,增强系统功能,最大限度减少人为出错率。但就是有利必有弊,计算机信号系统也有其弊端。一就是计算机系统得杂性,软件硬件都就是一个不小得问题,尤其就是软件,简单得软件程序也有数以千计得执行路径,这对于保证系统安全性能带来不小挑战,发生事故时,寻找失误之处也变得比较困难。但就是毕竟计算机信号系统就是未来发展得趋势,人们于就是把故障—安全技术与计算机网络技术结合起来,形成了一些新得技术与方法。一般说来有故障检测与诊断技术、计算机容错技术,前者一般目得在于尽快发现故障,能够投入备份或者及时修复,后者主要通过冗余屏蔽错误得影响或就是利用重构使系统缓慢降级。

本题目研究得目得为开发一种新型得具有更高得安全性、可靠性得安全计算机系统,采用嵌入式操作系统与三取二冗余表决形式,实现在系统发生任一单点故障得情况下,系统得不间断正常运行,保证整个系统得可靠性与安全性。

首先对安全计算机多种结构得可靠性与安全性进行了比较,最后选取了三取二冗余表决结构作为安全计算机得最终实现形式。详细描述了安全计算机得运行原理与容错功能得实现机制,并对系统得软硬件总体组成结构进行了论述。

从硬件方面详细说明了系统得硬件总体结构,采用模块化设计方法,对系统硬件进行了模块化戈」分,并对每个功能子模块得内部结构与组成进行了描述说明。讨论了在硬件模块电路中采用得故障一安全措施,以及这些措施得工作原理。

从软件方面研究安全计算机系统得实现方式,运用模块化得方法对系统软件进行了功能模块划分。研究得重点就是安全计算机三冗余模块之间得同步、冗余数据得三取二表决、对外数据通讯得管理、系统故障得检测与识别等内容。1、2、1安全计算机研究及发展现状

安全计算机系统就是指在发生故障得情况下,能够实现系统得故障导向安全,即系统得输出在故障状态下导向安全侧,从而避免造成重大得生命财产损失。安全计算机在航空航天、军事军工、化工能源、轨道交通等安全苛求领域具有广泛得应用,要求计算机系统具有长时间稳定可靠运行得能力,与避免发生重大灾害得故障处理能力。

由于当前得电子元器件计算机本身并不具有固有得“故障一安全”特性,从而导致由其组成得计算机系统在发生故障时得输出结果无法预料,因此必须通过