地铁通信信号系统故障研究及分析

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.022

摘  要：通信系統和信号系统是地铁运营和乘客服务过程中非常重要的两大系统，系统的稳定性与乘客服务水平和运行安全息息相关。通过对国内某城市地铁运营线路通信、信号系统的设备故障进行综合分析，给出相应的解决措施，在此基础上总结一定的建设经验和注意要点，为后续地铁通信、信号系统工程建设提供一定经验参考。

关键词：地铁;通信系统;设备故障;分析

中图分类号：U285      文献标识码：A 文章编号：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

地铁通信系统和信号系统承担着运营服务和安全行车的重要作用，起着保障运输效率、保证行车安全、提高现代化管理水平和传递语音、数据、图像等各种信息的作用。通信、信号系统设备种类众多、功能繁杂，在实际运行过程中存在各种突发问题。某城市自2010年至2020年，已共计开通运营7条地铁线路，线路长度达302公里，乘客日流量达400万人次。本次针对该地区1、2、3、4、7、10号线等6条地铁线路在2015—2019年期间的通信、信号系统设备故障问题进行调研，对各类型设备故障进行梳理、分析、分类和总结，从设计、实施和运营维护等多方面提出相应的解决措施和建议。

1  设备故障研究及分析

1.1  故障定义标准及统计

针对地铁各类故障的类型及相关线路的故障数量统计为：

（1）根据地铁运营单位管理运维体系及运营安全管理模式，将设备故障类型设定以下三种：

1）Ⅰ类故障：停运、救援、小交路、清客下线、5～15分钟晚点。

2）Ⅱ类故障：2～5分钟晚点、重点抢修。

3）Ⅲ类故障：换备车、备用车替开、一般抢修、典型故障（信号系统还应包括NRM运行、道岔红闪、无推荐速度）。

（2）本次仅针对运营线路通信、信号系统Ⅲ类故障情况进行统计，统计结果为：运营线路通信系统发生Ⅲ类故障共发生17起，故障主要出现在专用无线系统、传输系统、UPS（综合电源系统）、PIS（乘客信息系统）、CCTV（视频监视系统）和时钟系统。故障数量及分布如表1所示。

运营线路信号系统发生Ⅲ类故障518起，主要出现在车载系统、ATS（列车自动监控系统）和正线轨旁系统，DCS和车辆段系统问题相对较少。故障数量及分布如表2所示。

1.2  通信系统故障分析及措施

通信系统的故障主要涉及到专用无线系统、传输系统、UPS、PIS、CCTV及时钟系统，针对各子系统的故障类型和措施建议为：

（1）专用无线系统。各运营线路专用无线系统的故障数占总故障数的比例较高，主要故障现象是行车无线调度台不能正常使用，原因为设备缆线故障导致物理链路失效、二次开发调度台软件故障、调度台组播数据产生网络风暴、线网控制中心接入线路数量不断增加造成二次开发网络中断等几个方面。无线通信系统二次开发应用软件为轨道交通定制软件产品，可针对该类型故障，与平台软件开发商及时反馈和充分沟通，对二次开发软件进行优化，同时需调整无线核心网络架构并进行压力测试，提高系统的可靠性，该系统界面如图1所示。另外在施工过程中应加强对施工工艺的监督和成果验收，保障数据物理链路的稳定性。

（2）传输系统。传输系统故障主要是车站传输系统的整流电源模块故障导致传输设备掉电，造成传输承载的相关系统业务中断。对于该类故障，设计阶段应明确要求传输设备的电源整流模块需纳入传输系统统一网管，同时确保传输系统的电源整流模块应采用1+1冗余热备，传输电源模块设置方案如图2所示。

（3）UPS。UPS故障主要是车站UPS主机板卡及熔断器微动开关故障导致其他相关系统电源中断。UPS主要为通信内部各子系统、综合监控、门禁、电力监控、AFC等各相关系统供电，其重要性较高，因此在UPS的网管系统中对该类关键板卡告警信息的等级需提高，明确UPS的网管告警信息中的重要信息，有针对性的提高告警级别和标准，界面如图3所示。同时在设计阶段对UPS与时钟接口提出要求，避免与标准时间不同步造成告警信息混乱。对运营时间较长的线路，运营单位还应形成定期排查的制度。

（4）PIS。PIS系统主要故障为中心级网络核心设备及服务器软件故障，导致无法下发到站信息至各车站。该类问题出现较少，设计阶段一般会针对中心级网络设备提高标准并预留容量，在通信链路及数据交换能力方面提供一定保障。中心级服务器运行的软件平臺为轨道交通定制软件产品，建议结合该类型故障，与平台软件开发商及时反馈和充分沟通，优化播控软件平台，提高系统的可靠性，在招标和设计联络阶段规避该风险。另外对于车载PIS设备应对数据处理能力、网络自愈能力、车载的震动、电磁环境等提出严格要求。

（5）时钟系统。7号线时钟系统网络同步设备内的时钟接收单元板卡运行错误导致部分车站PIS无列车到站信息显示、时钟显示错误、部分列车自动报站错误、信号抢修等故障。7号线时钟系统为区域控制中心核心时钟设备，为本线路及该区域控制中心管辖范围内的其他线路各系统进行授时，可考虑对区域控制中心时钟系统的一级母钟、GPS/北斗接收单元等关键设备进行冗余热备配置，减少对相关系统的影响，控制中心时钟关键设备配置如图4所示。

（6）CCTV。1号线CCTV故障为视频解码器CPU损坏导致控制中心CCTV大屏无法上传显示车站图像，本故障为开通运营时间较长线路的突发故障，对行车及安全影响较小。早期建设线路CCTV采用模拟制式，而CCTV系统技术发展更新较快，为满足对系统稳定性和功能性不断提升的需求，结合线网运营中大修计划，可考虑将CCTV系统纳入改造范围进行系统和设备的升级。

1.3  信号系统故障分析及措施

1.3.1  车载系统及DCS

1、2、10号线车载系统主要故障为车载板卡宕机后列车EB、加速度计自锁后无法定位、车地网络中断、列车人机界面卡屏黑屏等原因导致CBTC模式不可用。车载板卡宕机一般为自检故障，存在软硬件兼容性问题，该故障通过软件升级方式解决;加速度计自锁后无法定位、列车人机界面卡屏黑屏通过软件操作及优化解决;车地网络中断需对轨旁AP进行排查，对工作异常AP进行处理，同时对无线信号不稳定地段进行无线补盲。

3号线车载故障主要集中在列车单网通信控制板宕机，主要发生在库内早间出车时，该问题通过信号系统软件升级解决。

4、7号线车载故障主要集中在PPU板卡宕机以及DMI软件异常导致的车载人机界面卡滞。此外，4、7号线车载故障频发的还有列车与ATS时间不同步导致车载信号屏上无发车倒计时、DMI黑屏、列车CC启动异常。该问题通过信号系统软件升级解决。

1.3.2  ATS

ATS系统故障主要故障集中在1、2号线接口服务器、通信服务器进程异常导致的全线PIS无发车倒计时、无线调度台不可用及1号线主机服务器进程异常导致的进路无法触发。对接口服务器进程进行修复，对进程参数设置进行优化，升级主机服务器软件版本，可有效解决该类问题。其他线路ATS系统故障较少。

1.3.3  正线轨旁系统

1、2号线轨旁故障主要有道岔红闪、联锁故障、ZC通信故障。3号线轨旁故障主要是道岔红闪。4、7号线轨旁故障主要是计轴区段显示故障，该故障对运营影响较小。建议将运营时间较长线路的连锁设备纳入运营中大修改造范围，结合板卡生命周期考虑批量更换。针对ZC设备应加强对交换机数据发送状态监控，确保网络通信质量可控，根据故障爆发点及时更换无线接入交换机，加强无线秘钥管理保证安全性。4号线存在的多站发生计轴区段显示故障由于计轴板卡设备缺陷导致，对缺陷板卡进行批量更换。

2  结  论

地铁通信、信号系统的子系统较多，设备类型繁杂、软件平台也有着多样的选择，从设计、设备采购到施工整个过程环节多、周期长，从功能、性能的确定，到系统实施成型，存在诸多需要注意的问题。通过对运营线路设备设施存在的故障进行梳理研究，从具体的方面对地铁通信系统的设计、建设、运营及维护进行总结。

充分利用国内外已运营线路的相关案例和数据，结合设计行业横向资源，在设计阶段对故障集中的子系统应加强关注，在招标过程中尽量优化或规避已存在的问题;从设计层面建立长期、良性的定期回访调研制度，提高设计质量。

提升信息系统软硬件的冗余度和可靠性设计，从软硬件方案层面加强系统运行的抗风险能力。建设过程中，对施工工艺包括施工方法、设备防护要求、线缆的转弯半径、接头制作等各类细节问题进行严格把控，减少或避免因施工质量造成的系统故障增多和系统设备寿命减少。

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作者简介：刘振（1987.10—），男，汉族，湖北黄冈人，通信工程师，硕士研究生，研究方向：轨道交通通信、安防等系统工程设计。

收稿日期：2021-03-06