安全监督在信号集中监测系统上的应用

赵浩森，胡轶超

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

1 概述

随着国内轨道交通信息技术的快速发展，轨道交通装备也向着网络化、数字化和智能化的方向迈进，各信号子设备的可靠性也越来越高[1]。但由于缺乏对不同信号设备间相关信息的整合与监督[2]，当单个设备失效或故障导致信号系统难以实现联锁联动时[3]，错误的信号显示或列车控制将会给列车运行带来极大安全隐患。

铁路信号集中监测系统（Centralized Signalling Monitoring System，CSM）是监测信号设备状态、发现信号设备隐患、分析诊断信号设备故障、实现列控安全信息监督、辅助和指导现场维修及故障处理，提高电务系统设备运用质量和维护水平的重要信号设备[4]。CSM 作为信号设备的集中监测和智能诊断分析平台，可以有效利用与各信号子系统接口获取的信号设备运行数据，通过对信号系统建模和多源数据的耦合闭环分析，实时发现并定位信号系统异常环节，为列控系统安全运行提供重要保障。

列控安全信息监督（简称安全监督）作为铁路信号集中监测的主要功能之一，实现了安全风险提示的重要作用。其以行业安全标准为依据，通过对各信号子系统结合部数据的监测，利用多来源数据校核、智能分析和故障诊断等技术，发现结合部信息[5]不一致时就及时报警。并在此基础上，进一步实现站场图表示、关联数据实时展示、列控安全信息监督分析报告与CTC 系统预报警共享等其他功能。

2 列控安全信息监督系统结构

信号集中监测的列控安全信息监督功能由车站层和中心层构成。在车站层，即利用CSM 站机采集CBI、TCC、ZPW-2000、车站CTC 系统的接口数据并进行车站层的安全信息监督分析。在局集团公司/电务段层（中心层），增加了RBC、TSRS 和CTC 对应的接口服务器负责CSM 接口数据的采集，并新增安全监督服务器实现了中心层的列控安全信息监督分析[6]。列控安全信息监督分析主要通过对信号子系统间的关键数据进行一致性比对和相应的逻辑分析，及时报出影响行车安全的预警信息，起到安全风险防范提醒和列控安全信息实时监督的作用。列控安全信息监督功能在CSM 中的结构如图1 所示。

图1 列控安全信息监督功能在CSM中的结构Fig.1 Structure of the function of train control safety information supervision in CSM

此外，从数据架构上讲，CSM 中列控安全信息监督的数据来源是中心信号子系统和车站信号子系统。通过综合分析不同系统来源数据，构建多维度的数据一致性判断规则，并针对分析出的异常事件及时报警提示。从技术架构上讲，列控安全信息监督通过数据采集、数据分析、数据存储、数据共享，最终将数据应用在预报警管理、站场表示、关联数据实时显示等方面。需要注意的是，目前CSM 还预留了与CTC 接口服务器的数据共享功能，可将分析出的给行车安全带来隐患的报警实时共享，最终实现列控安全信息的有效监督。

3 列控安全信息监督主要功能

列控安全信息监督的功能包括安全信息监督分析、报警管理和相关安全信息的展示、统计、回放、共享等。安全信息监督分析主要对不同地面信号子系统传到CSM 的信息进行一致性分析，可细分为以下几点。

1）区段占用信息一致性比对，站内区段信息和区间区段信息其数据流分别如图2(a)和(b)所示；

2）联锁进路与RBC 系统接收SA 一致性比对，其数据流如图2(c)所示；

3）RBC 系统MA 与联锁进路一致性比对，其数据流如图2(c)所示；

4）TCC 进路信息与联锁进路信息一致性比对，其数据流如图2(d)所示；

5）车站联锁执行TCC 进站信号机降级命令一致性比对，其数据流如图2(e)所示；

6）TCC 码序与联锁信号逻辑一致性比对；

7）各子系统间连接状态综合比对，包括CTC、CBI、TCC、TSRS、RBC 及轨道电路，正常状态下设备间的连接状态如表1 所示；

表1 各信号子系统间的连接状态Tab.1 Status of connections between each signaling subsystem

8）相邻站TCC 方向一致性比对，以站间通信方式为监测中心代转为例，其数据流如图2（f）所示；

9）TCC 与联锁线路方向信息一致性比对，其数据流如图2(d)所示；

10）TCC 邻站邻接区段占用逻辑一致性比对，以站间通信方式为监测中心代转为例，其数据流如图2(f)所示；

图2 安全信息监督分析中的数据流Fig.2 Dataflow in the analysis by safety information supervision

11）区间信号机与区间方向的逻辑一致性比对；

12）信号显示与区段发码一致性比对[7]。

报警管理，即通过数据一致性比对发现各地面信号子系统数据不一致时，实时对对应的安全信息监督分析并产生报警。报警类型除了安全信息监督分析的几种特定类型外，还可进一步实现故障点划分，方便用户迅速查找问题所在。例如RBC 系统MA 与联锁进路不一致可以进一步划分为MA 越过禁止信号、MA 经过已占用的区段、MA 道岔位置与联锁进路道岔位置不一致3 种类型。报警信息除了列出设备、车站、时间、内容等关键信息外，还结合语音提示并能够进行历史报警的统计和查询。此外双击对应报警，可跳转到相应的报警诊断界面。用户根据相关报警提示，结合站场图、设备属性曲线或开关量在故障时间点前、后变化情况等信息，进一步对报警进行分析诊断。

此外，最新版本的CSM 还将列控安全信息监督应用在站场图、列车MA 时序图、设备工作状态展示，接口数据、关联数据实时展示，安全信息监督分析报告，回放和与CTC 系统实现预报警信息共享等功能上。有效的实现了对信号子系统信息资源的整合校验、分析诊断和列控安全信息监督，保障了行车的安全。在CSM 中右键站场如图3(a)所示，会有不同数据源对比，点击会打开对比测试如图3(b)所示，通过对比可便捷的对不同源信息的一致性分析判定。如图4 所示，在相关统计界面对列控实时信息、列控历史信息和ZPW-2000 调整表进行统计展示，有利于对列控信息的实时监督及故障分析。

图4 列控实时信息等相关信息统计展示Fig.4 Screenshot of the interface of statistics on real-time train control information and other related information

4 列控安全信息监督关键技术方法

列控安全信息监督除了要对不同来源的多维度数据进行去噪、解耦等预处理，还会用到特征提取和分类、聚类以及相关性分析等基本数据处理与融合技术。由于不同子系统信息发往CSM 存在不同的时间延时，故可通过相应的延时时间分析，找出合适的冗余时间窗，以指导应用中信息一致性比对时等待的最优时间窗口大小。此外，还可以运用动态时间规整技术，即动态的找到最优解使得不同来源的信号数据在同一时间上对齐，方便进一步的时延纠正。通过将时延反馈到系统本身并加以纠正，以提高列控安全信息监督的及时性和精准性。

此外，测试验证阶段还会用到黑盒监督分析技术[8]，对数据准确性和功能正确性进行校核及验证。根据现场实际情况并参照国铁集团铁路信号集中监测系统接口规范[9-10]，搭建符合要求的仿真环境。通过将现场的典型案例注入对应中心或车站的地面信号子系统仿真接口，对CSM 局中心和CSM 车站相应的列控安全信息监督功能进行验证测试。

5 列控安全信息监督在集中监测系统中的应用发展方向

目前，列控安全信息监督在CSM 系统中主要应用在各信号子系统同源信息一致性比较；各信号子系统逻辑关系的一致性比较；数据信息在各信号子系统间流转的闭环性核验。其核心是对各地面信号子系统的信息整合、校验监督。CSM 预留了与CTC 间的数据共享，这样既可以减少数据冗余，也避免了再次数据采集、算法分析的复杂性。同时，将危及行车安全的预报警实时有效地发送给CTC，也有利于其及时做出处理，做到列控安全信息的及时有效监督。

在未来，CSM 系统的列控安全信息监督功能还可进一步扩展，应用到更多的场景中去。如加入对车-地信息的联合比对，进行车载MA 和地面区段占用比对；RBC 发送的MA 与车载ATP 接收的MA 一致性比对；车载接收到的低频信息和轨道电路发送的低频信息比对；车载接收应答器报文和地面应答器报文比对；C2、C3 限速命令在地面设备和ATP 间传输的闭环检查等。这样有利于车-地信息全方位监督核验，更为有效的保障行车安全。

6 结束语

铁路信号集中监测系统有着设备监测。报警管理、安全监督和智能诊断的重要作用，有效的保证了设备运用质量，提高了设备维护水平。CSM 的成功应用和广泛普及，突破了信号维修传统技术，实现了信号设备“状态修”，加强了车地设备运维管理，保障了铁路行车安全。列控安全信息监督和智能诊断功能的不断完善，将显著提升铁路信号维修技术，向着高可靠、高安全、网络化和智能化的方向发展。