轨道交通安全标准与评估-tang-yanfei.pdf

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1、中国轨道交通通信信号系统安全认证现状与对策中国轨道交通通信信号系统安全认证现状与对策The Current Status and Strategy of Safety Certification for Chinese signalling systemProf.Tang TaoBeijing Jiaotong UniversityContent1.概述概述 Introduction2.先进轨道交通信号系统的技术特点先进轨道交通信号系统的技术特点Key features of advanced signalling system3.基于计算机的安全苛求系统基于计算机的安全苛求系统Safety

2、critical system based on computer technology4.中国轨道交通安全标准与评估体系中国轨道交通安全标准与评估体系Chinese safety standards and assessment framework中国轨道交通发展中国轨道交通发展The Development of Chinese rail transporta、干线铁路、干线铁路既有干线车速将提高到既有干线车速将提高到200公里公里/小时小时多条客运专线开工建设，到2010年，客运专线将达到5000公里，2020年达1.2万公里多条客运专线开工建设，到2010年，客运专线将达到5000公里

3、，2020年达1.2万公里1.Introduction 概述概述The Development of Chinese rail transporta、Main LineRebuilt lines with speeds up to 200 kphChina will build more than 5,000 km of dedicated passengerlines by 2010.By the end of 2020,China expects to havea 12,000 km new DPLs lines.1.Introduction 概述概述Mian DPL Under Cons

4、truction Beijing-Tianjin 300 DPL 115kmBeijing-Tianjin 300 DPL 115kmHarbin-Dalin 300 DPL 904.5km(under plan)Harbin-Dalin 300 DPL 904.5km(under plan)Shijiazhuang-Taiyuan 250 DPL 189.9kmShijiazhuang-Taiyuan 250 DPL 189.9kmZhengzhou-Xian 300 DPL 456.6kmZhengzhou-Xian 300 DPL 456.6kmNanjing-Hefei-Wuhan25

5、0 DPL525.8 kmNanjing-Hefei-Wuhan250 DPL525.8 kmWuhan-Guangzhou 300 DPL 968.5kmWuhan-Guangzhou 300 DPL 968.5kmGuangzhou-Shengzheng 300 DPL 105kmGuangzhou-Shengzheng 300 DPL 105kmb、城市轨道交通城市轨道交通北京、上海、广州等城市有多条地铁、轻轨相继开工建设。The Chinese urban mass transit systems are also experiencing significant growth,Suc

6、h as Beijing,Shanghai,Guangzhou,etc.到20102010年，将要建设15001500公里，需要投资54005400多亿元。By the year 2010,more than1,500 km of subway lines will be operational,costing more than 540 billion yuan.1.Introduction 概述概述市域快速市域快速轨道线轨道线1616条条市区轻轨线市区轻轨线6 6条条共共共共2222条，条，条，条，总长总长总长总长693693公公公公里里里里1.Introduction 概述概述市域快速轨

7、道线市域快速轨道线4 4条条市区轻轨线市区轻轨线5 5条条共共17条总长条总长810公里公里市区地铁线市区地铁线8 8条条上海轨道交通远景规划图上海轨道交通远景规划图1.Introduction 概述概述?珠三角城际快速轨道线珠三角城际快速轨道线珠三角城际快速轨道线珠三角城际快速轨道线（广州段）（广州段）（广州段）（广州段）3 3 3 3条条条条40 km40 km40 km40 km；?市区轨道交通线市区轨道交通线市区轨道交通线市区轨道交通线15151515条，条，条，条，610km610km610km610km；?市郊列车线市郊列车线市郊列车线市郊列车线67km67km67km67km。2

8、010201020102010年前建成线路总长年前建成线路总长年前建成线路总长年前建成线路总长202.3km202.3km202.3km202.3km由城际、市区、铁路由城际、市区、铁路由城际、市区、铁路由城际、市区、铁路三个层次组成三个层次组成三个层次组成三个层次组成广州市轨道交通线网远景规划广州市轨道交通线网远景规划1.Introduction 概述概述1.Introduction 概述概述轨道交通技术发展需要轨道交通技术发展需要轨道交通技术发展需要轨道交通技术发展需要：The needs for rail transport developmentThe needs for rail t

9、ransport development：?先进的轨道交通信号系统保障行车安全；先进的轨道交通信号系统保障行车安全；Advanced rail transport Advanced rail transport signallingsignalling safety assurancesafety assurance；?安全标准及评估体系确保信号系统的安全性安全标准及评估体系确保信号系统的安全性Safety standards and assessment framework to assure the safety.Safety standards and assessment framew

10、ork to assure the safety.Content1.概述概述 Introduction2.先进轨道交通信号系统的技术特点先进轨道交通信号系统的技术特点Key features of advanced signalling system3.基于计算机的安全苛求系统基于计算机的安全苛求系统Safety critical system based on computer technology4.中国轨道交通安全标准与评估体系中国轨道交通安全标准与评估体系Chinese safety standards and assessment framework2、先进轨道交通信号系统技术特点、

11、先进轨道交通信号系统技术特点运行控制系统发展历程运行控制系统发展历程控制中心控制中心列控中心联锁系统轨道电路应答器编程VCC1 DTVCC1 I/OVCC1 DTVCC1 I/O应答器无线闭塞控制中心VCC1 DTVCC1 I/OVCC1 I/O机车信号天线车速点式信息无线制动输出VCC1 DTVCC1 DTVCC1 I/OAutomatic Train ControlBased on IT technology Safety Control SystemCTCS-L2 Equipment CTCS-L2 Equipment CTC车站联锁有源应答器无源应答器HUULULL2L3L4L5ZPW

12、2000CTCS2列控中心道岔、信号机应答器、轨道电路列控中心车站联锁道岔、信号机应答器、轨道电路列控中心轨道电路?In CTCS-L2,The information is transmitted by ZPW2000 track circurt and Balise;?CTCS-L2 is used for Existing Main Line and 250Km/h Dedicated Passenger Line(DPL)Programmable BaliseFixed BaliseCTCS-L3 EquipmentCTCS-L3 Equipment?GSMGSM-R is used

13、to transmit MA and track data,R is used to transmit MA and track data,?Track circuit is used to detect track vacancy.Track circuit is used to detect track vacancy.?A onboard computer is used for CTCSA onboard computer is used for CTCS-L2 and CTCSL2 and CTCS-L3 LogicL3 Logic?CTCSCTCS-L3 is used for 3

14、00Km/h DPLL3 is used for 300Km/h DPL先进轨道交通信号系统是先进轨道交通信号系统是:?Computer Controller System计算机控制系统计算机控制系统?Safety Critical System安全苛求系统安全苛求系统2、先进轨道交通信号系统技术特点、先进轨道交通信号系统技术特点?标准化标准化(Standardization)?系统化系统化(Systematization)?网络化网络化(Network)?智能化智能化(Intelligent)?通信信号一体化通信信号一体化Integration of Communication and si

15、gnalling先进轨道交通信号技术发展趋势先进轨道交通信号技术发展趋势Trends of advanced rail transport signalling technology标准化标准化ERTMS?大铁路?ATP?功能、结构和接口IEEE1474.1-1999?地铁（有司机）?ATP、ATO和ATS?仅仅是功能?仅仅是CBTC技术ASCE APM?APMs（无人驾驶）?ATP、ATO和ATS?仅仅是功能IEEE1474.1-2004?地铁（包括无人驾驶）?ATP、ATO和ATS?仅仅是功能?仅仅是CBTC技术IEC TC9 WG 40?轻轨（无人驾驶/可选择）?ATP、ATO和ATS?

16、功能、结构和接口IEC TC9 WG 39?轻轨（无人驾驶/无人职守）?仅仅具有安全要求UGTMS 项目?研究项目ATO：列车自动运行ATS：列车自动监督ATP：列车超速防护先进轨道交通信号技术发展趋势先进轨道交通信号技术发展趋势Trends of advanced rail transport signalling technology系统化系统化Assistance during emergencyPassenger and staff protectionPassenger informationProtection oftrain movementAutomatic drivingTr

17、affic regulationGlobal management of the lineDriver aidAssistance to themaintenance staff先进轨道交通信号技术发展趋势先进轨道交通信号技术发展趋势Trends of advanced rail transport signalling technology网络化网络化中 央轨旁 TSCU通信 无 线 网 络 车载 列 车 jSubLAN列 车 kSubLAN列 车 lSubLANTBCU列 车SubLAN无 线 路 由 轨 旁 RDCS接 入点 车 载 RDCS接 入 点 无线 接 入点 ATSATS Bu

18、s/LAN先进轨道交通信号技术发展趋势先进轨道交通信号技术发展趋势Trends of advanced rail transport signalling technology智能化智能化先进轨道交通信号技术发展趋势先进轨道交通信号技术发展趋势Trends of advanced rail transport signalling technology通信信号一体化通信信号一体化运 行 调 度 员P IIS屏 蔽 门，紧 急停 车 按 钮，防淹 门时 刻 表 计 算 机V IC O S运 行 控 制 中 心g,kbA TS 总 线/以 太 网A TC P rofibusV IC O S 本 地

19、 工 作 站环 线控 制 单 元l,m S IC A S E C C O D I联 锁，三 取 二d,e,fad,e,f,g,oTR A IN G U A R D M TTS C U _V 三 取 二d,l,m V IC O SS&Do前 端处 理 器S IC A S E C C三 取 二h,p轨 旁接 线 箱A,B A,B w ji计 轴 系 统轨 旁接 线 箱C 车 站接 口 箱c空 气 间 隙环 线接 收 天 线环 线发 送 天 线应 答 器 天 线O P G雷 达A TPA TOH M Iv车 辆 总 线司 机牵 引 力牵 引 控 制紧 急 制 动常 用 制 动门 开 关 控 制门 锁

20、 闭 控 制列 车 系 统tu车载设备轨旁设备qrsxx通 信（环 线）环 线环 线B 1轨 道LE UB1=固 定 数 据 应 答 器B2=可 变 数 据 应 答 器B 2转 辙 机先进轨道交通信号技术发展趋势先进轨道交通信号技术发展趋势Trends of advanced rail transport signalling technologyCBTC是发展方向是发展方向应答器列车无线无线先进轨道交通信号技术发展趋势先进轨道交通信号技术发展趋势Trends of advanced rail transport signalling technologyContent1.概述概述 Intro

21、duction2.先进轨道交通信号系统的技术特点先进轨道交通信号系统的技术特点Key features of advanced signalling system3.基于计算机的安全苛求系统基于计算机的安全苛求系统Safety critical system based on computer technology4.中国轨道交通安全标准与评估体系中国轨道交通安全标准与评估体系Chinese safety standards and assessment frameworkThe Computer RevolutionAdvantagesComputer so powerful and so

22、useful because it haseliminated many of physical constraints of previousmachines.由于消除了以前机器受到的物理限制，计算机功能强大且有用,Machines that were physically impossible or impracticalto build become feasible.使物理上不可能或不实际的设想得以实现Design can be changed without retooling or manufacturing.不用重组或再加工就可改变设计General Purpose Machin

23、eSpecial Purpose MachineSoftware+=计算机带来的变革计算机带来的变革More and more computers have been used in “safety-critical system”.Safety-critical system:Any system failure or malfunction could cause death or serious injury to one or more people.Safety-critical system安全苛求系统安全苛求系统Examples of Safety Critical System

24、s Railway signalling systems Fly-by-wire Airplane:There is no mechanical or hydraulic connection between the pilot controls and the control surfaces.Drive-by-wire Car:There is no mechanical or hydraulic connection between the steering wheel and the wheels.The New Challenge(1)?Computer is based on di

25、screte logic:计算机是基于离散逻辑计算机是基于离散逻辑How can we be sure that a computer will always operate correctly?如何确定计算机总是正常工作？如何确定计算机总是正常工作？Testing it is not sufficient:测试难以充分测试难以充分Testing computer on a particular input cannot be certain that it will work on any other input.对某一特定输入的测试无法确定计算机对其他输入也正常工作对某一特定输入的测试无法

26、确定计算机对其他输入也正常工作One usually cannot test all possible inputs无法遍历测试所有可能的输入无法遍历测试所有可能的输入“testing a program can only show that it contains errors,never that it is correct”测试仅能说明程序包含错误，而不能说明程序正确测试仅能说明程序包含错误，而不能说明程序正确The New Challenge(2)?Failures of software can only occur as result of design faults what a

27、re commonly called bugs.计算机软件仅在存在设计失误时才发生故障计算机软件仅在存在设计失误时才发生故障Good design practices may minimise the number of faults,but there are no general procedures to allow us to avoid them completely.好的设计过程可以减少失误，但没有一般的步骤使我们完全避免失误；好的设计过程可以减少失误，但没有一般的步骤使我们完全避免失误；Most system functionality and hence complexity

28、allocated to the software,residual design fault are more often found.给软件赋予了很多系统功能使其非常复杂，更容易存在设计失误给软件赋予了很多系统功能使其非常复杂，更容易存在设计失误The New Challenge(3)?A correctness proof of computer is necessary:有必要证明计算机的正确性 circuit-level proofs of the hardware硬件电路级的证明 logical proofs of the software软件逻辑证明 analysis of th

29、e system specifications for:系统规范分析 Completeness（完整性）Consistency （一致性）Correctness （正确性）Safety Standards(1)?IEC61508IEC61508Functional Safety of electrical/electronic/programmable Functional Safety of electrical/electronic/programmable electronic safetyelectronic safety-related systemsrelated systems电

30、气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全?EN50126(IEC62278)Railway Applications Railway Applications-Reliability,Availability,Maintainability and SafetyReliability,Availability,Maintainability and Safety轨道交通应用轨道交通应用 可靠性、可用性、可维护性和安全性可靠性、可用性、可维护性和安全性?EN50128(IEC62279)Railway Applications Railway Applications Communicatio

31、ns,Signalling&Processing SCommunications,Signalling&Processing Systems,Software for ystems,Software for Railway Control&ProtectionRailway Control&Protection轨道交通应用轨道交通应用 轨道交通控制与保护的通信、信号和处理系统与软件轨道交通控制与保护的通信、信号和处理系统与软件?EN50129Railway Applications Railway Applications Safety Related Electronic Systems f

32、or SigSafety Related Electronic Systems for Signallingnalling轨道交通应用轨道交通应用 安全相关的电子信号系统安全相关的电子信号系统?EN 50159-1(IEC62280-1)Railway Applications Railway Applications-Communication,Signalling and Processing Communication,Signalling and Processing Systems Systems-Safety Related Communication in Safety Rela

33、ted Communication in Closed Transmission SystemsClosed Transmission Systems轨道交通应用轨道交通应用 通信、信号和处理系统通信、信号和处理系统封闭传输系统中封闭传输系统中安安全相关通信全相关通信Safety Standards(2)?EN 50159-2(IEC62280-2)Railway Applications Railway Applications Communication,Signalling and Processing Systems Communication,Signalling and Proce

34、ssing Systems-Safety Related Communication in Open Transmission Safety Related Communication in Open Transmission SystemsSystems轨道交通应用轨道交通应用 通信、信号和过程控制系统通信、信号和过程控制系统开放传输系统中开放传输系统中安安全相关通信。全相关通信。Safety Standards(3)Main Idea of Safety Standards 安全标准的核心安全标准的核心?System development according to safety life

35、 cycle 按照安全生命周期开发系统强调标准化、规范化；?安全系统设计以风险管理为核心，以安全完善度等级作为子系统的安全目标；?以安全证明文件（Safety Case）为安全评估的依据；Safety Standards(4)安全生命周期Safety Life cycleContent1.概述概述 Introduction2.先进轨道交通信号系统的技术特点先进轨道交通信号系统的技术特点Key features of advanced signalling system3.基于计算机的安全苛求系统基于计算机的安全苛求系统Safety critical system based on comput

36、er technology4.中国轨道交通安全标准与评估体系中国轨道交通安全标准与评估体系Chinese safety standards and assessment framework轨道交通安全标准轨道交通安全标准?Current safety standards for railway is so old that cannot be used现行的安全标准已比较旧，无法满足需要。现行的安全标准已比较旧，无法满足需要。?Use the international safety standards directly 直接使用国际安全标准直接使用国际安全标准?Transfer them a

37、s national standards.将国际标准转换为国家标准将国际标准转换为国家标准EN50126(IEC62278)is transferred by a railway instituteEN50126(IEC62278)由株洲电力机车研究所负责；EN50159(IEC62280)is transferred by BJTUEN50159(IEC62280)由北京交通大学负责；The Problem of safety standards安全标准存在的问题:The Problem of safety standards安全标准存在的问题:标准的解释缺少统一性和一致性。Interpre

38、tation of standards lacks unification and consistency.标准的解释缺少统一性和一致性。Interpretation of standards lacks unification and consistency.条款/要求的抽象术语导致不同的理解可能带来的真正意义的偏离Abstraction of clause/requirements results into different understanding which may have deviation from the real meaning.条款/要求的抽象术语导致不同的理解可能带来

39、的真正意义的偏离Abstraction of clause/requirements results into different understanding which may have deviation from the real meaning.开发过程、技术和评估之间仍然存在不一致性。Inconsistency is still existing in process,technology,and assessment requirements.开发过程、技术和评估之间仍然存在不一致性。Inconsistency is still existing in process,techno

40、logy,and assessment requirements.轨道交通安全标准（轨道交通安全标准（2）The Problem of safety standards安全标准存在的问题:The Problem of safety standards安全标准存在的问题:验收标准的不完整。Incompleteness of the acceptance criteria.验收标准的不完整。Incompleteness of the acceptance criteria.对于安全系统的再应用和已有设计的要求，仍是比较含糊。Ambiguity of requirements for a safet

41、y case reuse and legacy designs.对于安全系统的再应用和已有设计的要求，仍是比较含糊。Ambiguity of requirements for a safety case reuse and legacy designs.标准之间的交叉参考的混乱和不一致性Confusions and inconsistency in cross-reference between standards.标准之间的交叉参考的混乱和不一致性Confusions and inconsistency in cross-reference between standards.如何对第三方提

42、供的软件工具做安全认证How to safety certify third party tool如何对第三方提供的软件工具做安全认证How to safety certify third party tool轨道交通安全标准（轨道交通安全标准（3）信号供应商Signaling Supplier分析，验证设计，工程与业主的运营应用，颁发安全证书分析，验证设计，工程与业主的运营应用，颁发安全证书独立安全验证部门系统安全设计与分析安全工程设计部门外部机构External Organization由政府指派的认证机构业主和供应商共同选择的第三方认证机构业主使用的第三方安全认证公司业主自有的安全认证部

43、门安全认证模式（安全认证模式（1）Safety Certification-Certification Patterns安全认证安全认证需求Requirement of Safety Certification:Government（MOR,MOC or Local government)政府(铁道部、建设部、市政府）Construction Company建设方Operation Company运营商Equipment Supplier设备提供商More and More person wants to know how to do safety certification.越来越多的人想知

44、道如何进行安全认证安全认证模式（安全认证模式（2）Safety Certification-Certification PatternsSuggestion of Safety Certification Patterns安全认证模式设备提供商应建立内部独立的安全管理部门使用经国家认可的国外独立安全认证机构建立独立的第三方安全认证机构安全认证面临的挑战The challenge for Safety Certification?没有完全按照国际标准设计安全系统Not to design a safety system according to international standards t

45、otally没有完全按照国际标准设计安全系统Not to design a safety system according to international standards totally?尚无标准的方法No standardized methods尚无标准的方法No standardized methods?仍然没有适于整个工程生命周期的完整的标准Completeness of standards is still an issue for the whole engineering lifecycle.仍然没有适于整个工程生命周期的完整的标准Completeness of standa

46、rds is still an issue for the whole engineering lifecycle.?评估的充分性Sufficiency of assessment.评估的充分性Sufficiency of assessment.?标准Standards标准Standards安全认证面临的挑战The challenge for Safety Certification?客户使用的技术Technology used by the customer,客户使用的技术Technology used by the customer,?供货商的程序和详细的技术安全设计The supplie

47、rs process and detailed technical safety designs供货商的程序和详细的技术安全设计The suppliers process and detailed technical safety designs?系统的运营环境The system operation environment系统的运营环境The system operation environment?其他的质量问题比如：可靠性，可用性，可维护性和鲁棒性Other quality issue such as reliability,availability,maintainability,and robustness.其他的质量问题比如：可靠性，可用性，可维护性和鲁棒性Other quality issue such as reliability,availability,maintainability,and robustness.Thanks!