面临电磁环境恶化地铁cbtc系统安全性研究

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1、面临电磁环境恶化地铁CBTC系统安全性研【摘要】文章在介绍地铁移动CBTC系统及安全标准的基础上，分析了地铁电磁环境恶化如何导致地铁移动CBTC系统故障；同时，提出了提升地铁移动CBTC系统安全性的几种思路。【关键词】移动CBTC系统Wi-FiIEEE802.11电磁环境世界上城市轨道交通系统的发展已有百余年的历史，已经形成了一套完整的管理和安全认证体系，并制定了一系列切实可行的安全技术标准。因此，今年7月以来，深圳地铁多次因移动闭塞信号系统（CBTC）受干扰发生暂停故障，引发了各界对地铁安全运行的强烈关注。本文将从我国地铁

2、电磁环境恶化的成因出发，分析移动CBTC系统安全标准与措施的不足，并提出相应的解决方法。1移动CBTC系统构成及安全要求CBTC技术发源于欧洲连续式列车控制系统，在数十年的发展过程中，各方对CBTC系统的定义逐步趋于统一。IEEE于1999年制定了第一个CBTC系统相关标准IEEEStd1474.1-1999,明确定义CBTC系统为利用高精度的列车定位实现的一种连续自动列车控制系统。基于移动通信的CBTC,是当今世界信号系统的新技术、新装备，普遍应用于国内地铁工程。1.1移动CBTC系统的构成CBTC系统的核心是列车自动控制

3、系统（ATC）,由列车自动监控子系统（ATS）、列车自动防护子系统（ATP）、列车自动运行子系统（ATO）和计算机联锁子系统（CBI）组成，见图lo四个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现场控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能于一体的列车自动控制系统。1.2移动CBTC系统的安全要求移动CBTC系统中，采用IEEE802.11的无线局域网（Wi-Fi）作为无线数据传输系统，其开放的2.4GHz频段会带来比较严重的干扰。而通信的对象是移动中的列

4、车，传输的是涉及行车安全的重要数据信息，列车高速移动使得一些不利因素的影响加剧，列车运行控制对无线传输的可靠性、安全性及保密性又提出了更高的要求。在国际上，城市轨道交通已经形成了一套完整的管理和安全认证体系，并有了一系列切实可行的安全技术标准。IEC61508《电子/电气/可编程电子安全相关系统的安全功能》是国际电工委员会（IEC）制定的国际标准，是进行轨道交通系统安全认证的重要参考标准。以IEC61508为基础，欧洲电气委员会（CENELEC）下属的SC9XA委员会，制定了以轨道交通作为对象的系列标准，其中关于通信、信号和

5、处理系统的安全标准主要包括：EN50129-2003《铁路应用-通信、信号和处理系统-用于信号的安全相关电子系统》，是针对轨道交通信号系统的安全案例、安全完善度等级等方面进行规范；EN50159-2-2001《铁路应用-通信、信号和处理系统-第2部分：开放式传输系统中的安全相关通信》，是轨道交通通信系统安全标准，从安全性的角度来看待信息安全的问题，将信息安全技术作为提高系统安全性的措施。CBTC系统作为控制列车运行的关键系统，在任何情况下均不允许出现系统故障，保障高安全、高可靠是CBTC系统的基本设计原则。CBTC系统的设计

6、、试验和运行，理所当然要符合上述标准的要求。2地铁电磁环境的变化与移动CBTC的安全风险2.1地铁电磁环境的变化日前深圳地铁因信号系统受干扰发生暂停故障，调查显示，地铁列车急停确实是因为乘客随身携带的便携式Wi-Fi路由器干扰了地铁信号系统的车-地通信而造成指令异常。全国近年来许多城市地铁投入运营，无一例外地采用了基于802.11的移动CBTC系统，虽然也偶发故障，但如深圳地铁这样连续出现暂停故障尚属罕见。尽管厂家事后声明：“信号系统在设计时已经考虑到了干扰的处理，采取了当时业内最新的抗干扰技术，该技术广泛应用于全球以及国内

7、北京、上海等其他城市的部分CBTC项目，在应对干扰管理的健壮性方面已经得到充分证明，迄今从未发生类似干扰事件。”但是，厂家也承认“这是信息技术发展和成果应用所产生的新问题”。众所周知，国际和国内对用于安全业务的无线电系统都有十分严格的规定与监管，例如航空、水上、铁路等都无一例外地分配了专用频率，并有相关的频率保护规定，绝不允许与其他业务共用，以防止其他无线电系统的干扰，确保安全业务的可靠性。而基于802.11标准的Wi-Fi与蓝牙、点对点或点对多点扩频通信、工科医（工业、科学和医疗）等共用2.4G频段，按短距离、微功率、无执

8、照无线电通信设备方式管理。因此，Wi-Fi系统没有QoS（业务质量）保证,显然达不到承载安全业务的标准。那么，对安全性要求很高的移动CBTC系统，敢于采用开放的2.4G频段并能达到地铁的安全标准，而且在大多数城市地铁中尚未发生严重的安全故障，显然具有令人信服的依据。分析移动CBTC系统的运