地鐵通信信號系統(tǒng)故障研究及分析

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.022

摘? 要：通信系統(tǒng)和信號系統(tǒng)是地鐵運營和乘客服務(wù)過程中非常重要的兩大系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與乘客服務(wù)水平和運行安全息息相關(guān)。通過對國內(nèi)某城市地鐵運營線路通信、信號系統(tǒng)的設(shè)備故障進(jìn)行綜合分析，給出相應(yīng)的解決措施，在此基礎(chǔ)上總結(jié)一定的建設(shè)經(jīng)驗和注意要點，為后續(xù)地鐵通信、信號系統(tǒng)工程建設(shè)提供一定經(jīng)驗參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;通信系統(tǒng);設(shè)備故障;分析

中圖分類號：U285? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）08-0075-03

Research and Analysis of Metro Communication Signal System Failure

LIU Zhen

（China Railway Shanghai Design Institute Group Co.，Ltd.，Shanghai? 200070，China）

Abstract：Communication system and signal system are two very important systems in the process of metro operation and passenger service. The stability of the system is closely related to the passenger service level and operation safety. Through the comprehensive analysis of the equipment failures of the communication and signal system of the metro operation line in a domestic city，the corresponding solutions are given. On this basis，some construction experience and key points for attention are summarized，so as to provide some experience reference for the subsequent metro communication and signal system engineering construction.

Keywords：metro;communication system;equipment failure;analysis

0? 引? 言

地鐵通信系統(tǒng)和信號系統(tǒng)承擔(dān)著運營服務(wù)和安全行車的重要作用，起著保障運輸效率、保證行車安全、提高現(xiàn)代化管理水平和傳遞語音、數(shù)據(jù)、圖像等各種信息的作用。通信、信號系統(tǒng)設(shè)備種類眾多、功能繁雜，在實際運行過程中存在各種突發(fā)問題。某城市自2010年至2020年，已共計開通運營7條地鐵線路，線路長度達(dá)302公里，乘客日流量達(dá)400萬人次。本次針對該地區(qū)1、2、3、4、7、10號線等6條地鐵線路在2015—2019年期間的通信、信號系統(tǒng)設(shè)備故障問題進(jìn)行調(diào)研，對各類型設(shè)備故障進(jìn)行梳理、分析、分類和總結(jié)，從設(shè)計、實施和運營維護(hù)等多方面提出相應(yīng)的解決措施和建議。

1? 設(shè)備故障研究及分析

1.1? 故障定義標(biāo)準(zhǔn)及統(tǒng)計

針對地鐵各類故障的類型及相關(guān)線路的故障數(shù)量統(tǒng)計為：

（1）根據(jù)地鐵運營單位管理運維體系及運營安全管理模式，將設(shè)備故障類型設(shè)定以下三種：

1）Ⅰ類故障：停運、救援、小交路、清客下線、5～15分鐘晚點。

2）Ⅱ類故障：2～5分鐘晚點、重點搶修。

3）Ⅲ類故障：換備車、備用車替開、一般搶修、典型故障（信號系統(tǒng)還應(yīng)包括NRM運行、道岔紅閃、無推薦速度）。

（2）本次僅針對運營線路通信、信號系統(tǒng)Ⅲ類故障情況進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果為：運營線路通信系統(tǒng)發(fā)生Ⅲ類故障共發(fā)生17起，故障主要出現(xiàn)在專用無線系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、UPS（綜合電源系統(tǒng)）、PIS（乘客信息系統(tǒng)）、CCTV（視頻監(jiān)視系統(tǒng)）和時鐘系統(tǒng)。故障數(shù)量及分布如表1所示。

運營線路信號系統(tǒng)發(fā)生Ⅲ類故障518起，主要出現(xiàn)在車載系統(tǒng)、ATS（列車自動監(jiān)控系統(tǒng)）和正線軌旁系統(tǒng)，DCS和車輛段系統(tǒng)問題相對較少。故障數(shù)量及分布如表2所示。

1.2? 通信系統(tǒng)故障分析及措施

通信系統(tǒng)的故障主要涉及到專用無線系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、UPS、PIS、CCTV及時鐘系統(tǒng)，針對各子系統(tǒng)的故障類型和措施建議為：

（1）專用無線系統(tǒng)。各運營線路專用無線系統(tǒng)的故障數(shù)占總故障數(shù)的比例較高，主要故障現(xiàn)象是行車無線調(diào)度臺不能正常使用，原因為設(shè)備纜線故障導(dǎo)致物理鏈路失效、二次開發(fā)調(diào)度臺軟件故障、調(diào)度臺組播數(shù)據(jù)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、線網(wǎng)控制中心接入線路數(shù)量不斷增加造成二次開發(fā)網(wǎng)絡(luò)中斷等幾個方面。無線通信系統(tǒng)二次開發(fā)應(yīng)用軟件為軌道交通定制軟件產(chǎn)品，可針對該類型故障，與平臺軟件開發(fā)商及時反饋和充分溝通，對二次開發(fā)軟件進(jìn)行優(yōu)化，同時需調(diào)整無線核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并進(jìn)行壓力測試，提高系統(tǒng)的可靠性，該系統(tǒng)界面如圖1所示。另外在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對施工工藝的監(jiān)督和成果驗收，保障數(shù)據(jù)物理鏈路的穩(wěn)定性。

（2）傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)故障主要是車站傳輸系統(tǒng)的整流電源模塊故障導(dǎo)致傳輸設(shè)備掉電，造成傳輸承載的相關(guān)系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷。對于該類故障，設(shè)計階段應(yīng)明確要求傳輸設(shè)備的電源整流模塊需納入傳輸系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)管，同時確保傳輸系統(tǒng)的電源整流模塊應(yīng)采用1+1冗余熱備，傳輸電源模塊設(shè)置方案如圖2所示。

（3）UPS。UPS故障主要是車站UPS主機(jī)板卡及熔斷器微動開關(guān)故障導(dǎo)致其他相關(guān)系統(tǒng)電源中斷。UPS主要為通信內(nèi)部各子系統(tǒng)、綜合監(jiān)控、門禁、電力監(jiān)控、AFC等各相關(guān)系統(tǒng)供電，其重要性較高，因此在UPS的網(wǎng)管系統(tǒng)中對該類關(guān)鍵板卡告警信息的等級需提高，明確UPS的網(wǎng)管告警信息中的重要信息，有針對性的提高告警級別和標(biāo)準(zhǔn)，界面如圖3所示。同時在設(shè)計階段對UPS與時鐘接口提出要求，避免與標(biāo)準(zhǔn)時間不同步造成告警信息混亂。對運營時間較長的線路，運營單位還應(yīng)形成定期排查的制度。

（4）PIS。PIS系統(tǒng)主要故障為中心級網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備及服務(wù)器軟件故障，導(dǎo)致無法下發(fā)到站信息至各車站。該類問題出現(xiàn)較少，設(shè)計階段一般會針對中心級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提高標(biāo)準(zhǔn)并預(yù)留容量，在通信鏈路及數(shù)據(jù)交換能力方面提供一定保障。中心級服務(wù)器運行的軟件平臺為軌道交通定制軟件產(chǎn)品，建議結(jié)合該類型故障，與平臺軟件開發(fā)商及時反饋和充分溝通，優(yōu)化播控軟件平臺，提高系統(tǒng)的可靠性，在招標(biāo)和設(shè)計聯(lián)絡(luò)階段規(guī)避該風(fēng)險。另外對于車載PIS設(shè)備應(yīng)對數(shù)據(jù)處理能力、網(wǎng)絡(luò)自愈能力、車載的震動、電磁環(huán)境等提出嚴(yán)格要求。

（5）時鐘系統(tǒng)。7號線時鐘系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)同步設(shè)備內(nèi)的時鐘接收單元板卡運行錯誤導(dǎo)致部分車站PIS無列車到站信息顯示、時鐘顯示錯誤、部分列車自動報站錯誤、信號搶修等故障。7號線時鐘系統(tǒng)為區(qū)域控制中心核心時鐘設(shè)備，為本線路及該區(qū)域控制中心管轄范圍內(nèi)的其他線路各系統(tǒng)進(jìn)行授時，可考慮對區(qū)域控制中心時鐘系統(tǒng)的一級母鐘、GPS/北斗接收單元等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行冗余熱備配置，減少對相關(guān)系統(tǒng)的影響，控制中心時鐘關(guān)鍵設(shè)備配置如圖4所示。

（6）CCTV。1號線CCTV故障為視頻解碼器CPU損壞導(dǎo)致控制中心CCTV大屏無法上傳顯示車站圖像，本故障為開通運營時間較長線路的突發(fā)故障，對行車及安全影響較小。早期建設(shè)線路CCTV采用模擬制式，而CCTV系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展更新較快，為滿足對系統(tǒng)穩(wěn)定性和功能性不斷提升的需求，結(jié)合線網(wǎng)運營中大修計劃，可考慮將CCTV系統(tǒng)納入改造范圍進(jìn)行系統(tǒng)和設(shè)備的升級。

1.3? 信號系統(tǒng)故障分析及措施

1.3.1? 車載系統(tǒng)及DCS

1、2、10號線車載系統(tǒng)主要故障為車載板卡宕機(jī)后列車EB、加速度計自鎖后無法定位、車地網(wǎng)絡(luò)中斷、列車人機(jī)界面卡屏黑屏等原因?qū)е翪BTC模式不可用。車載板卡宕機(jī)一般為自檢故障，存在軟硬件兼容性問題，該故障通過軟件升級方式解決;加速度計自鎖后無法定位、列車人機(jī)界面卡屏黑屏通過軟件操作及優(yōu)化解決;車地網(wǎng)絡(luò)中斷需對軌旁AP進(jìn)行排查，對工作異常AP進(jìn)行處理，同時對無線信號不穩(wěn)定地段進(jìn)行無線補(bǔ)盲。

3號線車載故障主要集中在列車單網(wǎng)通信控制板宕機(jī)，主要發(fā)生在庫內(nèi)早間出車時，該問題通過信號系統(tǒng)軟件升級解決。

4、7號線車載故障主要集中在PPU板卡宕機(jī)以及DMI軟件異常導(dǎo)致的車載人機(jī)界面卡滯。此外，4、7號線車載故障頻發(fā)的還有列車與ATS時間不同步導(dǎo)致車載信號屏上無發(fā)車倒計時、DMI黑屏、列車CC啟動異常。該問題通過信號系統(tǒng)軟件升級解決。

1.3.2? ATS

ATS系統(tǒng)故障主要故障集中在1、2號線接口服務(wù)器、通信服務(wù)器進(jìn)程異常導(dǎo)致的全線PIS無發(fā)車倒計時、無線調(diào)度臺不可用及1號線主機(jī)服務(wù)器進(jìn)程異常導(dǎo)致的進(jìn)路無法觸發(fā)。對接口服務(wù)器進(jìn)程進(jìn)行修復(fù)，對進(jìn)程參數(shù)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化，升級主機(jī)服務(wù)器軟件版本，可有效解決該類問題。其他線路ATS系統(tǒng)故障較少。

1.3.3? 正線軌旁系統(tǒng)

1、2號線軌旁故障主要有道岔紅閃、聯(lián)鎖故障、ZC通信故障。3號線軌旁故障主要是道岔紅閃。4、7號線軌旁故障主要是計軸區(qū)段顯示故障，該故障對運營影響較小。建議將運營時間較長線路的連鎖設(shè)備納入運營中大修改造范圍，結(jié)合板卡生命周期考慮批量更換。針對ZC設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)對交換機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)監(jiān)控，確保網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量可控，根據(jù)故障爆發(fā)點及時更換無線接入交換機(jī)，加強(qiáng)無線秘鑰管理保證安全性。4號線存在的多站發(fā)生計軸區(qū)段顯示故障由于計軸板卡設(shè)備缺陷導(dǎo)致，對缺陷板卡進(jìn)行批量更換。

2? 結(jié)? 論

地鐵通信、信號系統(tǒng)的子系統(tǒng)較多，設(shè)備類型繁雜、軟件平臺也有著多樣的選擇，從設(shè)計、設(shè)備采購到施工整個過程環(huán)節(jié)多、周期長，從功能、性能的確定，到系統(tǒng)實施成型，存在諸多需要注意的問題。通過對運營線路設(shè)備設(shè)施存在的故障進(jìn)行梳理研究，從具體的方面對地鐵通信系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)、運營及維護(hù)進(jìn)行總結(jié)。

充分利用國內(nèi)外已運營線路的相關(guān)案例和數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)計行業(yè)橫向資源，在設(shè)計階段對故障集中的子系統(tǒng)應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注，在招標(biāo)過程中盡量優(yōu)化或規(guī)避已存在的問題;從設(shè)計層面建立長期、良性的定期回訪調(diào)研制度，提高設(shè)計質(zhì)量。

提升信息系統(tǒng)軟硬件的冗余度和可靠性設(shè)計，從軟硬件方案層面加強(qiáng)系統(tǒng)運行的抗風(fēng)險能力。建設(shè)過程中，對施工工藝包括施工方法、設(shè)備防護(hù)要求、線纜的轉(zhuǎn)彎半徑、接頭制作等各類細(xì)節(jié)問題進(jìn)行嚴(yán)格把控，減少或避免因施工質(zhì)量造成的系統(tǒng)故障增多和系統(tǒng)設(shè)備壽命減少。

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作者簡介：劉振（1987.10—），男，漢族，湖北黃岡人，通信工程師，碩士研究生，研究方向：軌道交通通信、安防等系統(tǒng)工程設(shè)計。

收稿日期：2021-03-06