哈大客運專線通信信號系統(tǒng)集成簡述

李 群

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

李群，男，畢業(yè)于西南交通大學，北京全路通信信號研究設計院有限公司副總經(jīng)理，高級工程師。主要從事鐵路通信信號系統(tǒng)集成項目管理方面的研究與實踐，曾擔任成都北編組站綜合集成自動化系統(tǒng)工程的項目經(jīng)理，現(xiàn)擔任通號設計院有限公司哈大客專通信信號系統(tǒng)集成項目經(jīng)理，曾獲得茅以升鐵道工程師獎。

1 哈大客運專線項目概況

哈大客運專線（簡稱哈大客專）位于東北地區(qū)中軸線上，南起海濱城市大連，向北經(jīng)營口東、鞍山到達東北地區(qū)的經(jīng)濟和文化中心沈陽，再向北經(jīng)鐵嶺西、長春直抵我國最北部特大城市哈爾濱（哈爾濱西站）?？v貫東北三省，途經(jīng)3個省會城市和7個地級市及其所轄區(qū)縣。哈大客專是國家“十一五”規(guī)劃的重點工程，是國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》“四縱四橫”客運專線網(wǎng)中“一縱”，是京哈客運專線的重要組成部分，是我國目前在最北端的嚴寒地區(qū)設計建設標準最高的一條高速鐵路，也是世界上第一條投入運營的穿越高寒地區(qū)的高速鐵路。全線信號集成范圍內(nèi)共設各類車站22個。其中高速始發(fā)站6個，分別為大連站、大連北站、沈陽高速場、沈陽北高速場、長春西高速場、哈爾濱西站；中間站16個，分別為普灣、瓦房店西、鲅魚圈、蓋州西、營口東、海城西、鞍山西、遼陽、鐵嶺西、開原西、昌圖西、四平東、公主嶺南、德惠西、扶余北、雙城北。

哈大客專正線設計速度350 km/h，正向追蹤間隔時分滿足3 min的要求，采用CTCS-3（簡稱C3）級列控系統(tǒng)，區(qū)間不設地面通過信號機，列車運行以列控車載設備顯示作為行車憑證。C3級列控系統(tǒng)是基于GSM-R無線通信實現(xiàn)車—地信息雙向傳輸、無線閉塞中心（RBC）生成行車許可，應答器設備提供列車測距修正定位基準信息、軌道電路檢查軌道占用及列車完整性的列車運行控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用先進的技術手段對高速運行下的列車進行運行速度、運行間隔等實時監(jiān)控和超速防護，以目標距離連續(xù)速度控制模式、設備制動優(yōu)先的方式監(jiān)控列車安全運行，并可滿足列車跨線運行的需求。CTCS-2（簡稱C2）級作為C3級的后備系統(tǒng)，RBC或無線通信故障時，C2級列控系統(tǒng)控制列車運行。

哈大客專由通號集團公司和電化局組成的聯(lián)合體共同承擔通信信號、牽引供電系統(tǒng)集成施工總承包，通號集團公司負責通信和信號兩個系統(tǒng)的系統(tǒng)集成施工總承包任務。通號設計院有限公司負責通信GSM-R系統(tǒng)及信號系統(tǒng)設備的系統(tǒng)集成工作，其工作范圍包括：列控地面系統(tǒng)(RBC、TCC、應答器、LEU、軌道電路)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、CTC系統(tǒng)、信號集中監(jiān)測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、對既有車站信號系統(tǒng)設備、TDCS、列控設備的改造及GSM-R無線通信系統(tǒng)等。

無線通信采用GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)，全線新設2個核心網(wǎng)節(jié)點、321處基站和49處直放站遠端站。GSM-R系統(tǒng)與列控系統(tǒng)互聯(lián)，為C3系統(tǒng)提供車地之間雙向無線透明傳輸通道；與調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)，提供司機與地面調(diào)度員之間無線列車調(diào)度通信業(yè)務；與CTC系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)車地調(diào)度命令無線信息、車次號校核信息以及進路預告信息的傳送。

2 哈大項目管理構架保障

通號集團公司于2009年7月2日成立了中國鐵路通信信號集團公司哈大客運專線通信信號系統(tǒng)集成經(jīng)理部，2009年8月6日，通號設計院有限公司成立哈大客專系統(tǒng)集成項目部，項目部由項目經(jīng)理、項目副經(jīng)理、項目總工、系統(tǒng)集成負責人、設計負責人、子系統(tǒng)負責人、項目辦公室等人員組成，負責組織實施通信信號系統(tǒng)集成設計、設計聯(lián)絡、技術培訓、設備供貨、系統(tǒng)調(diào)試、ITC集成測試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試配合、靜動態(tài)驗收配合、試運行保障等工作，并進行哈大客專全過程項目管理工作。

3 哈大客專工程現(xiàn)場實施過程

哈大客專項目現(xiàn)場實施階段包括供貨管理、單體調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試、無線網(wǎng)優(yōu)、ITC集成測試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試配合及試運行保障等幾個關鍵環(huán)節(jié)。

3.1 供貨管理工作

為了規(guī)范哈大客專的供貨流程，使集成范圍內(nèi)的設備材料滿足工程實施需要，項目部對設備生產(chǎn)、設備到發(fā)貨、開箱檢驗及供貨進度等過程進行了管控。

在設備生產(chǎn)階段，多次組織召開了信號系統(tǒng)設備機柜標準化及技術規(guī)格協(xié)調(diào)會，統(tǒng)一了機柜顏色、腰線標示、機柜尺寸、走線方式、顯示器品牌等，并組織沈信公司、北信公司、上通公司進行首件認定，邀請哈大公司、沈陽鐵路局、哈爾濱鐵路局等單位進行評審。

在設備供貨階段，根據(jù)設備生產(chǎn)及現(xiàn)場工程實施情況，分階段下達供貨通知單，由設計/子系統(tǒng)負責人編制供貨清單，集成負責人審核，集成副經(jīng)理簽發(fā)后下達給設備生產(chǎn)單位，供貨負責人跟蹤到貨情況。

設備到貨后開箱檢驗階段，由項目部、供貨商及施工單位參加，根據(jù)裝箱單核對貨物數(shù)量、配置、內(nèi)包裝完好性等，并共同簽署貨物開箱（驗收）單，貨物開箱（驗收）單由參檢方各自留存。

通過有效地開展供貨管理工作，使各項設備材料計劃生產(chǎn)數(shù)量與實際需求數(shù)量、廠家發(fā)貨數(shù)量與現(xiàn)場到貨數(shù)量相一致，為后續(xù)工程實施工作打下良好的基礎。

3.2 單體調(diào)試

在現(xiàn)場車站及中繼站完成列控系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、CTC系統(tǒng)、集中監(jiān)測、ZPW-2000A、電源系統(tǒng)等主要設備安裝，確認地線連接到貫通地線，施工單位完成接口部分配線工作及電源屏（UPS）具備供電條件后，便開始進行設備單體調(diào)試工作。單體調(diào)試包括：電源屏加電測試、設備加電、繼電器對位測試、系統(tǒng)間物理通道測試、單站聯(lián)鎖試驗、監(jiān)測采集對位等主要工作。

為了確保各子系統(tǒng)及不同專業(yè)的調(diào)試任務有序進行，單體調(diào)試前編制調(diào)試方案和計劃，組織安排落實現(xiàn)場調(diào)試工作，協(xié)調(diào)解決現(xiàn)場調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種重大問題，為后續(xù)系統(tǒng)調(diào)試創(chuàng)造條件。

3.3 系統(tǒng)調(diào)試

在正式外電和通信通道具備條件的情況下，為了確保有足夠時間驗證各系統(tǒng)之間工作適配性，把通信信號的基礎工作做扎實，組織各集成廠家進行了系統(tǒng)調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試包括：信號各子系統(tǒng)之間接口調(diào)試、自動閉塞調(diào)試、站間聯(lián)系調(diào)試、列控地面系統(tǒng)功能調(diào)試等工作。

系統(tǒng)調(diào)試前首先要確保安全數(shù)據(jù)網(wǎng)完成拉通測試，CTC各車站（含路局）通道必須和骨干網(wǎng)聯(lián)通及CTC中心完成單體調(diào)試，列控和聯(lián)鎖軟件得到實驗室驗證，在上述條件具備的情況下分段完成了遼普段、鐵哈段、沈陽樞紐、大連樞紐、長春樞紐、哈爾濱樞紐的系統(tǒng)調(diào)試工作，為后續(xù)靜態(tài)驗收工作創(chuàng)造條件。

3.4 無線通信網(wǎng)優(yōu)工作

哈大全線無線通信網(wǎng)絡優(yōu)化工作從2012年4月至9月，前后共歷時5個月，搭載動車70余次，累計運行里程20萬多km。網(wǎng)絡優(yōu)化工作分為3個階段完成。

第一階段，通過搭載軌道車和電務試驗車，對無線場強覆蓋指標進行優(yōu)化，按照測試、調(diào)整、復測步驟循序進行，直至系統(tǒng)穩(wěn)定，指標符合鐵道部標準要求。

第二階段：通過搭載高速動車，對全數(shù)基站非列控類業(yè)務的7項指標和列控類（CSD）業(yè)務的6項指標進行優(yōu)化。按照測試、調(diào)整設備參數(shù)、優(yōu)化頻點和信道配置等，復測逐步完成。

第三階段：通過搭載高速動車，對半數(shù)基站覆蓋（奇數(shù)、偶數(shù)站）非列控類業(yè)務7項指標和列控類（CSD）業(yè)務6項指標進行測試、優(yōu)化。

為了確保網(wǎng)優(yōu)工作按時完成，項目部人員白天登乘動車采集數(shù)據(jù)，當晚連夜分析數(shù)據(jù)，反復研究敲定網(wǎng)優(yōu)方案，確保每次天線調(diào)整盡可能一步到位，對于設備參數(shù)修改，提前和通信段申請作業(yè)時間，當晚優(yōu)化方案確定后，立即調(diào)整設備參數(shù)，以便第二天利用動車進行復測，網(wǎng)絡優(yōu)化工作安排緊張、有序、高效，為后續(xù)聯(lián)調(diào)聯(lián)試贏得了充分和寶貴的時間。全線網(wǎng)絡優(yōu)化工作共提交了40次網(wǎng)優(yōu)天饋調(diào)整工單，先后對300個基站進行了天饋線調(diào)整；提交了35次參數(shù)調(diào)整工單，先后調(diào)整了設備參數(shù)400余次，搭載動車測試80余次，調(diào)整800余項，為清頻工作順利開展和GSM-R網(wǎng)絡各項指標通過測試提供了強有力的支持。

通過優(yōu)化工作，全線GSM-R網(wǎng)絡指標測試全部合格，系統(tǒng)功能滿足最高試驗速度350 km/h的高速運營要求。

3.5 ITC集成測試工作

ITC集成測試是在實驗室進行C3級列控系統(tǒng)的接口及功能測試、系統(tǒng)數(shù)據(jù)及交付測試完成后，將C3列控系統(tǒng)軟件部署到現(xiàn)場，在真實線路環(huán)境下，對C3列控系統(tǒng)進行現(xiàn)場綜合測試工作。哈大客專ITC測試工作共分為5個階段，從2012年5月初開始至9月底，歷經(jīng)近5個月的時間，共進行了1 759個測試序列，完成了5 890個案例測試，運行69 755 km，確保了通信信號設備安裝、工程數(shù)據(jù)、軟件功能等各項工作的正確性，順利完成了現(xiàn)場全部測試工作。

第一階段主要是搭載鐵科速度級試驗的動車組，開啟尾端休眠模式對地面應答器進行初步的數(shù)據(jù)采集。

第二階段，通過試驗動車組對正線進行90 km/h 3個往返C2的數(shù)據(jù)采集，對各站側(cè)線進行1個往返C2等級的數(shù)據(jù)采集，保證每個道岔都跑到，為信號系統(tǒng)后期問題整改和數(shù)據(jù)修改創(chuàng)造條件。

第三階段，進行分階段C3級測試。

第四階段，搭載鐵科院C2、C3級聯(lián)調(diào)聯(lián)試進行分段補充測試。

第五階段，對第三、四階段的遺留問題進行驗證測試。

為了確保哈大客專ITC測試的順利進行，ITC組提前編制測試計劃，并參加鐵路局每天上午召開的次日運行條件確認及計劃提報會，白天登乘動車組采集數(shù)據(jù)，晚上項目部組織ITC組與其他相關技術工作組共同進行問題分類整理，對測試中發(fā)現(xiàn)的問題認真分析、及時回復、積極整改，使信號工程滿足C3級列控系統(tǒng)各項要求，充分發(fā)揮了系統(tǒng)集成技術優(yōu)勢，為信號聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作的順利推進提供強有力的支持和保障。

3.6 聯(lián)調(diào)聯(lián)試配合工作

在完成現(xiàn)場ITC集成測試后，由鐵科院以獨立第三方的方式對包括C3列控系統(tǒng)在內(nèi)的通信信號系統(tǒng)進行綜合動態(tài)驗收測試，即聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作。通過聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作驗證通信、信號系統(tǒng)功能的正確性、安全性、可用性，驗證GSM-R無線通信系統(tǒng)在列車高速運行動態(tài)條件下的場強覆蓋、網(wǎng)絡服務質(zhì)量、承載業(yè)務，根據(jù)測試結果，進行進一步的數(shù)據(jù)修正和功能完善，為系統(tǒng)功能完善與優(yōu)化、系統(tǒng)驗收與開通、制定運營組織方案和規(guī)章制度、指導系統(tǒng)維護管理提供依據(jù)。

在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，項目部的各專業(yè)技術組開展了大量的配合工作，每天組織各專業(yè)工程技術人員對聯(lián)調(diào)聯(lián)試中發(fā)現(xiàn)的各類問題進行匯總、分類、整理，對現(xiàn)場工程實施問題及時下達整改工作聯(lián)系單，對系統(tǒng)技術問題認真分析研究，并提報公司技術分析組，同時針對分析結果及時組織進行回復。通過大量的卓有成效的工作，保證了聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作的順利進行。

3.7 試運行保障工作

哈大客運專線自2012年9月28日進入試運行階段，在試運行期間項目部每天組織進行信息收集、問題梳理、分析研究、整改解決、信息反饋等工作，并設立問題跟蹤庫每日更新。緊密跟蹤試運行情況，每天參加鐵路局組織的運行試驗交班會，對當天發(fā)現(xiàn)的問題，及時下載數(shù)據(jù)，并組織車載、RBC和通信等專業(yè)聯(lián)合分析，逐一進行問題定位，及時處理，并跟蹤結果，次日及時將處理情況和結果進行通報，形成閉環(huán)管理。同時，還將分析及處理結果每天反饋給鐵路局相關部門，并定期與鐵路局召開分析交流會，為鐵路局相關單位的接收管理和運行維護積累經(jīng)驗，以保證正式開通后各系統(tǒng)的正常運行。

4 哈大客專的設備技術特點

哈大客專系統(tǒng)集成工作有很多技術創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，隨著項目的持續(xù)開展及運營場景試驗的不斷深入，給項目實施帶來了諸多變化，也使哈大客專的方案更加合理，使用的技術更加完善，軟件的功能更加優(yōu)化，交付給用戶的產(chǎn)品更加穩(wěn)定、安全、可靠。

4.1 低溫高寒下的設備運行

和國內(nèi)其他高速鐵路不同，哈大客專途徑我國最寒冷的地區(qū)，所經(jīng)地區(qū)極端最低溫度達到-39.9℃，是我國乃至世界在嚴寒地區(qū)修建的第一條客運專線。為了適應哈大客專這一特殊情況，項目部組織北信公司在低溫實驗室對集成設備和材料，如室外設備應答器、軌道電路等設備的工作性能進行測試分析，以檢驗相關產(chǎn)品的耐寒性。

面對冬季設備長期無電貯存的情況，所可能引起的關鍵板卡性能指標下降、電池壽命縮短等風險，組織供貨商和施工單位認真研究，評估分析。采取了拆除關鍵板卡設備和電池等放入暖庫存放、中繼站開啟空調(diào)、車站人員值守等措施進行設備過冬，并于第二年春季組裝一套完整的車站設備進行開機運行測試，以驗證所有測試指標符合運行要求。通過采取一系列的措施保證了設備安全過冬，為后續(xù)調(diào)試工作奠定了基礎。

為適應哈大客專的特殊情況而首次應用的CRH-380B高寒型動車組，其車載ATP設備是由通號設計院有限公司提供的，針對高寒高速動車組的特點，公司對ATP控車模型、車體外設備的安裝、設備間的接口做了優(yōu)化處理，解決了低溫高寒和巨大溫差對設備可靠運行造成的影響。

4.2 無線通信系統(tǒng)采用的新技術

哈大客專首次采用國內(nèi)廠商華為公司提供的全套GSM-R無線通信網(wǎng)絡設備，采用單網(wǎng)交織組網(wǎng)方案等技術冗余措施，承載C3列控信息業(yè)務的長大干線，而核心網(wǎng)移動交換機（MSC）采用雙歸屬組網(wǎng)技術，在全路首次實現(xiàn)1＋1冗余備份方式，提高了系統(tǒng)的可靠性。在樞紐地區(qū)首次采用了分布式基站提供無線覆蓋，有效地解決了樞紐地區(qū)頻率資源緊張等問題，減少了切換發(fā)生次數(shù)，提高系統(tǒng)性能。大連北站基站首次采用了美化天線，在滿足使用要求、符合有關安全規(guī)定的前提下，保證與站房和周圍環(huán)境、景觀協(xié)調(diào)。

4.3 樞紐車站實施方案復雜

大連樞紐包括大連、沙河口、周水子、大連北普速場、大連北高速場、南關嶺等車站，為了配合大連北高普速場多次進行了上下行轉(zhuǎn)線及四顯示升級改造工作，公司先后發(fā)布了C0、C2、C3軟件版本，使大連樞紐順利完成了過渡施工工作，為聯(lián)調(diào)聯(lián)試的順利進行創(chuàng)造了條件。

沈陽樞紐作為京哈通道的咽喉，是哈大客專、既有哈大線、沈吉線、京沈線的交匯處，列車運營復雜，多種控車方式共存，部分高鐵車站和區(qū)間存在C3級列車、C2級列車、普通客車、貨車混合運行的情況，為此列控系統(tǒng)充分優(yōu)化系統(tǒng)功能，針對此特殊場景制定特殊的功能，滿足了運營需求。

配合長春站高普速場轉(zhuǎn)線至正式工程，長春站高速場及所轄長吉城際區(qū)間12個閉塞分區(qū)一次性開通C2級功能，創(chuàng)造了客專鐵路建設中一次性開通C2級列控系統(tǒng)之先河。

4.4 通過技術提升、功能優(yōu)化、合理安排使項目實施更加完善

哈大客專聯(lián)鎖和列控系統(tǒng)首次全線實現(xiàn)了對關鍵信號設備的雙采集功能，即針對關鍵繼電器信息，設備采用前、后接點全部采集并進行邏輯判斷的方式加強設備與繼電接口間的安全性和抗干擾性。

客專ZPW-2000A軌道電路區(qū)間設備監(jiān)測首次實現(xiàn)5點采集功能，即針對發(fā)送器功出端、送端電纜模擬網(wǎng)絡電纜側(cè)、受端電纜模擬網(wǎng)絡電纜側(cè)、受端電纜模擬網(wǎng)絡設備側(cè)、接收器輸入端等進行信號采集，使集中監(jiān)測采集功能更加完善。

哈大客專按照鐵道部的要求實現(xiàn)了屬地化管理的需求，分別在沈陽、哈爾濱新設CTC中心和RBC中心，通過克服變更時間緊張，生產(chǎn)周期短、氣候條件惡劣等諸多因素，完成了軟件編制、設備安裝和系統(tǒng)調(diào)試，保證了哈大客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試的按期實施。

在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，完成沈陽鐵路局調(diào)度臺調(diào)整工作。沈陽局管內(nèi)的哈大客專線劃分為3個調(diào)度臺，涉及新增TSRS、 CTC調(diào)度臺終端，修改TSRS、 RBC、TCC、CTC及接口服務器軟件。為確保調(diào)臺工作順利實施，項目部精心制定項目實施計劃，加班加點，搶趕工期，各項準備工作做到充分、扎實、到位，及時了解軟件編制進展情況，為保證調(diào)臺工作的一次成功贏得了寶貴的時間，沒有因為調(diào)臺工作而影響了聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作的進展。

哈大客專是世界最長的一條高寒地區(qū)高速鐵路，也是通號集團公司內(nèi)參建單位最多、施工周期最長的一條高速鐵路。哈大客專的通信信號系統(tǒng)建設歷時3年多，通過公司內(nèi)各單位的密切配合、通力協(xié)作和不懈努力，充分發(fā)揮系統(tǒng)集成優(yōu)勢，克服了一個又一個困難，攀登了一個又一個高峰，使哈大客專通信信號集成項目圓滿完成了各項任務，使哈大客專動車組高效、穩(wěn)定、安全地運行，為哈大客專的正式開通運營，為使東北人民出行更加方便快捷做出了應有的貢獻。