聯調聯試信號系統問題統計分析

霍黎明，程遠，郜新軍

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 通信信號研究所，北京 100081）

2020年底，我國高速鐵路運營里程已達3.79萬km，取得了舉世矚目的巨大成就。高速鐵路聯調聯試和動態檢測滿足了高速鐵路一次達到設計速度、開通運營的要求，保證高速鐵路運行安全、平穩和舒適。信號系統由列控、聯鎖、調度集中和集中監測等子系統構成，是保證高速鐵路安全運行的重要系統，其中列控系統被稱作高速鐵路的大腦和神經系統，是高鐵列車運行的指揮官，是列車運行安全的守護神，也是信號系統的核心[1]。信號系統檢測是聯調聯試的重要內容之一，信號系統動態檢測除軌旁信號設備外，更多是功能性驗證，根據列控系統等級和功能，結合站場和線路數據、特殊功能試驗場景編制測試計劃序列，根據車載設備DMI顯示和車載記錄單元等系統監測數據分析，對信號系統功能進行驗證，是對信號系統軟件主要功能、各子系統間接口關系、數據準確性和一致性的檢驗[2]。

信號系統動態檢測中會出現各種問題，每個問題都經過發現問題、分析問題、解決問題的過程，其間積累了大量寶貴數據和實踐經驗，這些數據和經驗推動我國高速鐵路信號系統性能逐漸優化、功能持續迭代，保證了高鐵列車運行的安全和穩定。對聯調聯試信號系統中發現的問題類型和數量進行統計分析并給出相關建議，為今后高速鐵路設計、施工安裝、軟件編制、數據配置以及檢測等方面提供一定幫助和借鑒。

1 問題分類統計與分析

2008年，合寧客運專線投入使用，這是我國第1條采用CTCS-2級列控系統集成技術的鐵路，填補了高速客運專線列控系統的重要技術空白，對國產列控系統的發展具有重要意義；2009年12月26日，采用CTCS-3級國產列控系統的武廣客運專線開通運行，標志國產列控系統邁入高速階段，我國標準列車運行控制體系日趨完備[3]。在之后的10余年間，我國以“四橫四縱”和“八橫八縱”為基礎，先后新建了大量CTCS-2/3級列控系統的城際鐵路和主干線鐵路，截至2020年底完成檢測的線路和改造項目共計160余項。

為方便進行統計分析研究，根據線路長度、復雜程度、重要性以及信號系統的相關特點[4]，從2016年1月—2020年5月已開通的線路中選取40條線路（其中14條采用CTCS-3級列控系統、26條采用CTCS-2級列控系統）作為研究對象（見表1），對其聯調聯試信號系統中發現的問題類型和數量進行統計分析。

信號系統動態檢測以地面設備為主要測試對象，主要有應答器、列控中心、軌道電路、無線閉塞中心、臨時限速服務器、調度集中設備、聯鎖設備、軌旁信號設備等，其中軌旁信號設備側重性能方面的驗證，不計入統計范圍，其他邏輯類、分路不良和無需整改及復測的問題也不進行統計，根據以上原則，共有428個問題將按列控系統等級、問題信息特證及功能和問題原因進行分類統計與分析。

表1 選取40條高速鐵路線路

1.1 按列控系統等級分類統計與分析

按列控系統等級進行分類統計（見圖1、圖2），CTCS-2級線路信號系統問題共計254個，約占問題總數的60%，其中應答器問題116個、列控中心問題33個、軌道電路問題24、臨時限速服務器問題7個、聯鎖問題1個、調度集中問題73個；CTCS-3級線路信號系統問題共計174個，約占問題總數的40%，其中應答器問題64個、列控中心問題20個、軌道電路問題13個、臨時限速服務器問題6個、聯鎖問題0個、調度集中問題73個。

圖1 2016—2020年部分CTCS-2級線路信號系統問題類型和數量統計

圖2 2016—2020年部分CTCS-3級線路信號系統問題類型和數量統計

由以上數據可以看出，檢測中發現的問題數量和列控系統等級沒有直接關系，CTCS-3級列控系統除去無線閉塞中心后，各設備問題數量比例和CTCS-2級列控系統基本相同，按問題數量由多到少依次為：應答器、調度集中系統、列控中心、軌道電路、臨時限速服務器和聯鎖問題，其中聯鎖問題只有1個，可以忽略不計。以上結果也符合信號系統結構組成，應答器作為車地信息傳輸的主要設備，數量和信息量巨大，出問題的概率也較大；調度集中系統作為運輸調度指揮中心，各系統接口較多且信息傳輸量也大，對數據配置和顯示功能提出了較高要求，問題數量相對也多；列控中心控制軌道電路發碼，雖部分涉及軌道電路和應答器相關的問題已不在列控中心統計，但列控中心仍是整個信號系統的核心設備，相關問題數量也較多。

1.2 按問題信息特征及功能分類統計與分析

1.2.1 問題信息特征及功能

信號系統是一個復雜系統，由不同的設備和系統組成，各設備的功能不同，因此不能完全絕對按各設備的功能進行再分類統計。結合多年聯調聯試信號系統發現問題的特點，對信號系統地面主要設備按問題信息特征及功能進行再分類統計，從而發現不同信息特征及功能易出問題的概率。各設備主要類型如下：

（1）應答器（有源、無源應答器）：應答器位置、應答器線纜、站名、站臺側信息、分相區信息、里程系信息、鏈接數據、信號機類型、大號碼道岔、軌道區段、速度、坡度、呼叫信息、盡頭站防護等。

（2）列控中心：發碼、臨時限速、數據異常、驅采電路等。

（3）軌道電路：掉碼/碼序、載頻、繼電電路、道岔分支并連線、補償電容等。

（4）無線閉塞中心：通信、行車許可、等級轉換、數據異常、交權等。

（5）臨時限速服務器：臨時限速下達與取消、數據異常等。

（6）調度集中：界面信息顯示、進路觸發、無線調令、進路預告、限速下達、鄰臺信息交換、車次號、排列進路等。

（7）聯鎖系統：信號機顯示和通信異常。

1.2.2 分類統計與分析

應答器和列控中心問題類型和數量統計見圖3，軌道電路和無線閉塞中心問題類型和數量統計見圖4，臨時限速服務器和調度集中系統問題類型和數量統計見圖5。

圖3 應答器和列控中心

圖4 軌道電路和無線閉塞中心問題類型和數量統計

圖5 臨時限速服務器和調度集中系統問題類型和數量統計

（1）應答器問題中，應答器位置、里程系信息、站名顯示、應答器線纜和坡度等問題最多，其中應答器位置和線纜問題由施工安裝造成；站名顯示和里程系信息作為輔助信息，一定程度上不被重視，產生的問題較多；此外坡度和軌道區段問題數量也較多，主要表現為數據描述錯誤和不合理的合并處理。

（2）列控中心最大的問題為數據異常，主要表現為速度描述錯誤導致速度突變、坡度合并不合理、未補碼處理、預告報文未發送、部分數據與列控工程數據存在差異等。

（3）軌道電路是車載信息的重要來源，通過發送低頻碼向列車傳遞行車信息，為車載設備生成行車許可提供安全數據，同時其負責監督列車在區間和站內的占用情況[5]；掉碼和碼序異常是軌道電路最大的問題，載頻和繼電電路故障也較多；道岔分支并連線缺失或安裝不牢固造成掉碼問題相對較多；補償電容由于在逐級提速期間已檢測過性能，因此問題很少。

（4）無線閉塞中心通信問題也較多，主要表現為通信設備故障、系統接收信息時鐘頻率不妥、各接口協議不匹配等，造成車地信息無法正確傳輸和各設備間信息交互失敗。

（5）臨時限速服務器問題主要表現為數據異常和限速下達與取消環節的軟件異常，問題數量不多。

（6）調度集中系統中，界面信息顯示問題最多，主要因為數據配置錯誤較多、數據配置缺失；此外進路預告和觸發、限速下達和鄰臺信息交換失敗也同通信數據配置相關。

（7）聯鎖系統基本沒有問題。

1.3 按問題原因分類統計與分析

找到發生問題的原因，是解決問題的關鍵。根據信號系統問題的特點，分別從設計缺陷、施工安裝錯誤、軟件缺陷、設備故障、數據配置錯誤和其它表現對問題原因進行分類統計。

（1）設計缺陷主要表現為發布的列控工程數據存在錯誤或設計中某些數據與實際不匹配，存在一定不合理性等，

（2）施工安裝錯誤主要表現為設備安裝不到位和線纜配置錯誤等。

（3）軟件缺陷主要表現為RBC時鐘不同步[6]、時鐘偏移信息丟失和主備機切換后通信中斷等。

（4）設備故障主要表現為設備未初始化和通信故障等。

（5）數據配置錯誤指各系統軟件基礎數據配置錯誤或應用數據錯誤等。

（6）其他表現指通信干擾、車載特殊邏輯處理和部分車輛原因等。

按問題原因分類統計見圖6。

圖6 按問題原因分類統計

從圖6中可以看出，由于數據配置錯誤造成的問題最多，比例達到57%；其次為施工安裝錯誤造成的問題，比例達到27%；軟件缺陷、設計缺陷、設備故障和其他原因所占比例較小。數據配置錯誤和施工安裝錯誤造成的問題占整個信號系統問題的84%，是造成問題最主要的兩大因素。

2 建議

（1）重視數據的審核和校驗，提高數據準確性。信號系統中數據主要有列控工程數據、通信配置參數、安全數據網數據等，其中列控工程數據涉及列車進路、線路、應答器、RBC信息、車站、道岔、分相區、里程、速度、坡度等諸多信號系統重要環節，是信號系統數據核心[7]。根據信號系統問題類型和原因分析結果及現場調研，在信號系統數據實際生產和使用的各個環節中，對各種數據的審核有時拘于形式，沒有真正對數據審查和校對，許多錯誤數據從設計開始，經過現場核對和軟件編制，最終在聯調聯試期間才發現。因此，各涉及信號系統數據的參建單位應高度重視數據的審核和校對工作，盡早發現數據中的各種錯誤，有效提高數據的準確性，必將極大地降低信號系統的問題率。此外，對列控工程數據中的所有數據均應高度重視，不應只重視控車信息數據而輕視輔助信息數據。

（2）提高施工隊伍的專業程度和安裝設備精度。現場信號系統設備較多，尤其應答器隨線路長度和站型的復雜度，數量急劇增加，同時信號系統具有較強的專業性，對施工單位也提出了更高的要求。聯調聯試信號系統現場檢測中發現，有些線路由于施工安裝原因造成的問題幾乎沒有，有些線路問題卻極多，這同施工主體的專業和認真程度密切相關。現場實施中，除應采用具有資質的專業施工單位外，還應采用經驗豐富的專業人員，同時應加強對現場施工人員的培訓，減少信號設備安裝位置和線纜配置等錯誤，提高施工安裝精度和施工質量。

（3）重視現場數據和信號系統專業知識的匹配度，提高設計合理性。信號系統專業性很強，涉及內部和外部系統也很多，不同系統有各自特點和邏輯且接口關系復雜，尤其列控系統在不同模式下對速度、坡度、分相區和軌道區段長度等列控工程數據需求也不同[8]，因此，設計人員應高度重視現場設計數據和信號專業知識的匹配度，避免出現諸如列車以CTCS-3級引導模式在大正坡度條件下掉入分相區的風險、高速運行在連續大負坡度條件下提前起模現象、軌道區段過短致使列控車載系統無法正確解調軌道電路信息和動車所股道30 km/h設計速度對CTCS-2級部分模式發車的影響等問題，提高設計數據的合理性，有效降低因設計缺陷造成的現場問題。

（4）提高軟件編制質量，減少軟件BUG。各信號系統軟件編制單位應充分認識到我國高速鐵路網的高速度、高密度、運營場景和樞紐站場結構的高復雜度、不同系統間巨大的交互信息量等現實因素，在軟件整體架構設計和通信接口功能等方面提高軟件的穩定性和兼容性，減少軟件BUG，尤其是不同系統間通信協議傳輸和時鐘頻率的匹配關系，以及界面信息顯示的刷新方面，應重點關注。

3 結束語

針對聯調聯試信號系統中出現的問題，從列控系統等級、問題信息特征及功能和問題原因3個方面進行分類統計與分析，得出信號系統中的問題數量占比與列控系統等級沒有直接關系，與對信號系統設備信息特征的重視程度、設備的使用數量和復雜程度、數據的審核和校驗力度、施工安裝隊伍的專業程度、設計數據和信號專業知識的匹配程度、軟件在復雜條件下的處理能力等因素有關。

針對產生問題的原因和數量比例關系，應高度重視信號系統數據生產和使用各環節中對信號系統相關數據的審核，提高信號設備的施工安裝質量，提高設計工作的綜合全面性，提高信號軟件的健壯性，從而整體上全面降低聯調聯試信號系統的問題發生率。