地鐵通信信號系統故障研究及分析

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.022

摘? 要：通信系統和信號系統是地鐵運營和乘客服務過程中非常重要的兩大系統，系統的穩定性與乘客服務水平和運行安全息息相關。通過對國內某城市地鐵運營線路通信、信號系統的設備故障進行綜合分析，給出相應的解決措施，在此基礎上總結一定的建設經驗和注意要點，為后續地鐵通信、信號系統工程建設提供一定經驗參考。

關鍵詞：地鐵;通信系統;設備故障;分析

中圖分類號：U285? ? ? 文獻標識碼：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

地鐵通信系統和信號系統承擔著運營服務和安全行車的重要作用，起著保障運輸效率、保證行車安全、提高現代化管理水平和傳遞語音、數據、圖像等各種信息的作用。通信、信號系統設備種類眾多、功能繁雜，在實際運行過程中存在各種突發問題。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302公里，乘客日流量達400萬人次。本次針對該地區1、2、3、4、7、10號線等6條地鐵線路在2015—2019年期間的通信、信號系統設備故障問題進行調研，對各類型設備故障進行梳理、分析、分類和總結，從設計、實施和運營維護等多方面提出相應的解決措施和建議。

1? 設備故障研究及分析

1.1? 故障定義標準及統計

針對地鐵各類故障的類型及相關線路的故障數量統計為：

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

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（信號系統還應包括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Ⅲ類故障情況進行統計，統計結果為：運營線路通信系統發生Ⅲ類故障共發生17起，故障主要出現在專用無線系統、傳輸系統、UPS（綜合電源系統）、PIS（乘客信息系統）、CCTV（視頻監視系統）和時鐘系統。故障數量及分布如表1所示。

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

1.2? 通信系統故障分析及措施

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

（1）專用無線系統。各運營線路專用無線系統的故障數占總故障數的比例較高，主要故障現象是行車無線調度臺不能正常使用，原因為設備纜線故障導致物理鏈路失效、二次開發調度臺軟件故障、調度臺組播數據產生網絡風暴、線網控制中心接入線路數量不斷增加造成二次開發網絡中斷等幾個方面。無線通信系統二次開發應用軟件為軌道交通定制軟件產品，可針對該類型故障，與平臺軟件開發商及時反饋和充分溝通，對二次開發軟件進行優化，同時需調整無線核心網絡架構并進行壓力測試，提高系統的可靠性，該系統界面如圖1所示。另外在施工過程中應加強對施工工藝的監督和成果驗收，保障數據物理鏈路的穩定性。

（2）傳輸系統。傳輸系統故障主要是車站傳輸系統的整流電源模塊故障導致傳輸設備掉電，造成傳輸承載的相關系統業務中斷。對于該類故障，設計階段應明確要求傳輸設備的電源整流模塊需納入傳輸系統統一網管，同時確保傳輸系統的電源整流模塊應采用1+1冗余熱備，傳輸電源模塊設置方案如圖2所示。

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

（4）PIS。PIS系統主要故障為中心級網絡核心設備及服務器軟件故障，導致無法下發到站信息至各車站。該類問題出現較少，設計階段一般會針對中心級網絡設備提高標準并預留容量，在通信鏈路及數據交換能力方面提供一定保障。中心級服務器運行的軟件平臺為軌道交通定制軟件產品，建議結合該類型故障，與平臺軟件開發商及時反饋和充分溝通，優化播控軟件平臺，提高系統的可靠性，在招標和設計聯絡階段規避該風險。另外對于車載PIS設備應對數據處理能力、網絡自愈能力、車載的震動、電磁環境等提出嚴格要求。

（5）時鐘系統。7號線時鐘系統網絡同步設備內的時鐘接收單元板卡運行錯誤導致部分車站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號線時鐘系統為區域控制中心核心時鐘設備，為本線路及該區域控制中心管轄范圍內的其他線路各系統進行授時，可考慮對區域控制中心時鐘系統的一級母鐘、GPS/北斗接收單元等關鍵設備進行冗余熱備配置，減少對相關系統的影響，控制中心時鐘關鍵設備配置如圖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故障，對行車及安全影響較小。早期建設線路CCTV采用模擬制式，而CCTV系統技術發展更新較快，為滿足對系統穩定性和功能性不斷提升的需求，結合線網運營中大修計劃，可考慮將CCTV系統納入改造范圍進行系統和設備的升級。

1.3? 信號系統故障分析及措施

1.3.1? 車載系統及DCS

1、2、10號線車載系統主要故障為車載板卡宕機后列車EB、加速度計自鎖后無法定位、車地網絡中斷、列車人機界面卡屏黑屏等原因導致CBTC模式不可用。車載板卡宕機一般為自檢故障，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、列車人機界面卡屏黑屏通過軟件操作及優化解決;車地網絡中斷需對軌旁AP進行排查，對工作異常AP進行處理，同時對無線信號不穩定地段進行無線補盲。

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

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

1.3.2? ATS

ATS系統故障主要故障集中在1、2號線接口服務器、通信服務器進程異常導致的全線PIS無發車倒計時、無線調度臺不可用及1號線主機服務器進程異常導致的進路無法觸發。對接口服務器進程進行修復，對進程參數設置進行優化，升級主機服務器軟件版本，可有效解決該類問題。其他線路ATS系統故障較少。

1.3.3? 正線軌旁系統

1、2號線軌旁故障主要有道岔紅閃、聯鎖故障、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備納入運營中大修改造范圍，結合板卡生命周期考慮批量更換。針對ZC設備應加強對交換機數據發送狀態監控，確保網絡通信質量可控，根據故障爆發點及時更換無線接入交換機，加強無線秘鑰管理保證安全性。4號線存在的多站發生計軸區段顯示故障由于計軸板卡設備缺陷導致，對缺陷板卡進行批量更換。

2? 結? 論

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

充分利用國內外已運營線路的相關案例和數據，結合設計行業橫向資源，在設計階段對故障集中的子系統應加強關注，在招標過程中盡量優化或規避已存在的問題;從設計層面建立長期、良性的定期回訪調研制度，提高設計質量。

提升信息系統軟硬件的冗余度和可靠性設計，從軟硬件方案層面加強系統運行的抗風險能力。建設過程中，對施工工藝包括施工方法、設備防護要求、線纜的轉彎半徑、接頭制作等各類細節問題進行嚴格把控，減少或避免因施工質量造成的系統故障增多和系統設備壽命減少。

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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、安防等系統工程設計。

收稿日期：2021-03-06