城市轨道交通基于通信的列车控制信号系统设备的现场调试

闫学祥

（深圳市中兴系统集成技术有限公司，518055，深圳∥工程师）

城市轨道交通基于通信的列车控制信号系统设备的现场调试

闫学祥

（深圳市中兴系统集成技术有限公司，518055，深圳∥工程师）

相对传统的列车自动控制系统，基于通信的列车控制（CBTC）信号系统设备的现场调试工作量较小，但对安装工艺的要求较高，因此在设备送电调试之前的现场定测、安装督导、检查与测量等工作异常重要。根据CBTC信号系统设备调试人员的实际工作过程，提出了广义的现场调试概念，将达到设备正常运行所需的、除设备安装之外的现场各项相关工作都纳入调试工作范围内。CBTC系统设备现场调试工作分为现场定测、安装督导、检查与测量、测试与调试、设备试运行五个步骤，并需强化调试与安装之间的密切衔接，以缩短现场调试时间，尽早使设备投入使用。

城市轨道交通；CBTC信号系统；现场调试

Author's address ZTE Solution Corporation，518055，Shenzhen，China

基于通信的列车控制（CBTC）系统通过车地双向实时大容量信息安全传输通信技术，以及列车测速、定位技术，使列车定位更加精确，控制更加灵活。CBTC可将列车最小行车间隔时间缩短至90 s以内，且能够达到最高安全等级SIL4的产品安全认证，而轨旁设备的减少则降低了运营和维护成本。因此，CBTC能够更好地适应高密度、小间隔、安全运输的城市轨道交通列车控制系统的需要。

与传统的列车控制系统相比，CBTC系统具有一些明显的特点：系统主要由软件构成，重大的测试可在设备出厂前的仿真器上实现；在轨旁安装的设备更少，安装后的测试和调试工作较少。但现场的安装和调试仍然是CBTC系统投入使用前的重要阶段，且直接影响着设备启用的时间和设备运行的稳定性。在运营线改造工程中，现场安装和调试工作都需要在夜间停运时段内完成，其中调试工作对设备投入运营的时间影响更大，而工程实施对设备现场调试工作的时间要求更高。因此，提高现场调试工作效率、确保调试工作的全面和完整，是CBTC系统工程实施的关键步骤之一。

1　CBTC系统设备现场调试的主要工作内容和流程

1999年9月，IEEE将CBTC定义为：利用高精度的列车定位（不依赖于轨道电路），双向连续、大容量的车地数据通信，以及车载、地面的安全功能处理器，实现连续自动列车控制的一种系统。CBTC系统能够基于通信对列车进行定位进而实现移动闭塞的功能［1］。城市轨道交通CBTC系统通常包括ATP/ATO（列车自动保护/运行）、ATS（列车自动监视）、CI（联锁）、DCS（数据通信）等子系统，但不同的设备厂商对子系统的划分稍有区别。

全面模拟现场设备的工程测试手段将使现场调试工作量显著减少。最小系统实物仿真可实现系统原理验证、功能测试、系统集成测试、现场故障数据回放、分析与处理以及后期系统升级与维护［2］。对仿真器进行故障注入，可以验证整体解决方案中极端情况下的处理能力［2］。对于列车自动控制系统来说，安全可靠处于第一位置，现场的安装和调试工作都需要经过严格的安全认证。现场的调试工作与设备安装之间的关系更加密切，受现场环境的制约更加明显。

CBTC系统的现场调试地点通常在列车上、轨旁、车站和控制中心。图1为CBTC各子系统设备的安装位置和功能连接关系示意图。

图1　CBTC各子系统设备连接示意图

车载设备中包含ATO、ATP、DCS、车辆接口等功能模块，其调试过程可分为静态调试和动态调试。静态调试除需要完成信号系统车载设备的静态测试外，还要对信号系统与车辆接口之间的联动功能进行测试。动态调试需要相关设备模拟调试，在车载设备的静态调试完成后进行。通常先在试车线进行动态调试，之后到正线针对某一种列车控制模式进行单车调试。单车调试完成后再进行多车追踪功能的调试。动车调试的第一步是对现场设备（主要是信标）和车载电子地图进行核对，并同步完成有源信标码位与信号机显示一致性的核对，之后进行点式ATP控制模式的调试。在DCS子系统设备调试完成后，再进行CBTC模式的调试，最后进行ATO功能的调试。

车站和轨旁设备通常先进行单体设备的调试，即对每一种类的每一件设备进行详细、全面的调试；之后对各子系统的设备进行调试，再进行系统设备的调试和系统间联合调试。单体设备的调试工作通常随安装进度进行。送电调试前，首先完成机房电源设备的调试，然后对机房内的各子系统设备送电进行模拟调试，同时对轨旁设备进行单送电模拟调试；在机房设备模拟调试完成后，通过机房设备对轨旁设备进行送电调试。站台设备的调试根据安装进度，采取与轨旁设备调试相同的方式进行。

轨旁设备的调试工作，首先完成CI设备和点式ATP设备的调试，以便地铁列车可以根据信号指示进行点式ATP功能的相关试验（非信号系统的试验可采取区间封闭、不看信号指示的方式进行），开始进行动车调试。控制中心ATS设备的调试分为单体调试、系统调试、系统间联调。系统调试通常随动车调试过程完成。

图2为CBTC系统设备现场调试主要流程示意图。各工程受现场环境限制，调试的先后顺序会相应调整，部分设备可以通过模拟的方式缓后再进行调试。由于DCS子系统的调试完成时间通常较晚，所以经常是首先完成作为后备模式的点式ATP功能的调试工作，再进行CBTC功能的调试。ATS的系统调试通常是与正线的动车调试工作同步完成。各车站的ATS子系统一部分功能的调试工作与联锁系统的模拟调试同步完成，其余功能的调试工作在CBTC系统调试过程中再完成。

图2　CBTC系统设备的调试流程

从图2中还可以看出，所有的调试工作都需要设备安装完毕且外部电源工作正常后方可开始。现场设备的安装工作是完成现场调试的重点。信标设备在安装完毕后不需要进行单体设备的调试，直接进入动车调试阶段与电子地图进行核对。因此，设备供货商和集成商都十分重视安装前的定测、安装过程的督导、安装后的检查与测量等相关工作。这些与安装密切相关的工作已经成为现场调试工作的重要组成部分。

2　CBTC系统设备现场调试工作的步骤

图3　CBTC系统设备的现场调试工作步骤

根据现场调试人员的实际工作过程，本文提出广义上的现场调试工作概念，将调试人员的现场工作分为现场定测、安装督导、检查与测量、测试与调试、设备试运行等五个步骤（见图3）。这五个步骤对调试人员的知识和技能有不同的需求，故参加调试的人员可能会有所不同。调试组织者应安排好调试人员之间的交接，将前一道工序中发现的问题、处理的过程以及可能的影响向下一工序的调试人员说明。每个子系统都需要进行这五个步骤的现场调试后才能交付使用。有些设备对安装的要求不是太严格，在实际的现场调试过程中可能简化个别步骤，但对于整个系统或子系统来说，这五个步骤是必不可少的。现场定测是设备现场安装前的第一步，需要输入设计图纸、安装手册等技术文件。工厂的设备制造和测试也需要相关的技术文件输入。设备到货检查合格是现场设备安装前的一个必要输入。现场调试人员要了解设备的包装和运输情况，完成设备的到货检查和开箱检验工作，部分设备在到货后还需要由调试人员对其进行数据配置或在试验室进行详细测试。工厂和现场的各项工作，如果在某一步骤存在问题，则追溯到上一步骤，只有正常完成一个步骤后才能开始下一步骤。CBTC系统设备的现场调试工作主要步骤的相关内容如下：

（1）现场定测：依据设计图纸和安装手册等技术文件和相关标准，对设备安装现场进行踏勘并确定准确的设备安装位置和安装方式。由于现场环境复杂，而且存在交叉作业，确定的设备安装位置和安装方式应在现场做好标志；同时在图纸上或定测记录上做好记录，并将特殊地点的安装位置、安装方式等相关信息报设计人员。现场定测工作通常需要设计人员、调试人员、安装人员等参加，以便现场解决问题，提高定测效率。定测情况应向安装人员现场交底。

（2）安装督导：对安装过程进行的监督和指导工作通常包括以下内容：对首件设备安装的详细步骤进行示范，并指导后续的安装工作；对设备搬运和安装工作进行监督。不正确的安装不仅会给设备调试带来麻烦，还有可能对设备性能造成不可恢复的破坏。因此，安装人员需要学习安装手册，并经现场实际操作培训后方可开展安装工作。对于安装和调试人员不熟悉的新设备和新工艺，应由设备厂商到现场进行跟踪培训，并根据现场实际环境确定安装方案。督导工作应做到施工安装符合设备的相关技术要求，严格规范设备的安装工艺；应将设备的布置原理介绍给施工人员，使施工人员充分了解设备的现场安装技术要求；并结合现场环境条件制定具有针对性的施工组织方案，报相关单位审批后再执行，以杜绝返工现象，缩短安装和调试的时间。针对现场安装中出现的特殊难点，应协调各方的技术专家共同确定可行的技术方案，并对安装的工序、工艺进行重点监督。

（3）检查与测量：依据设计图纸、定测纪要，以及相关的技术文件和标准等，对设备安装完毕的状况进行检查和测量，以确保设备能够在送电后正常运行。检查内容通常包括设备外观、安装环境、设备紧固件是否齐全且全部紧固、配线完成情况、安装辅材是否符合技术要求等。发现不符合相关技术文件和规范要求的现象，立即提出整改，并将出现问题的原因告知所有安装人员，以避免再次出现类似问题。测量是指在设备送电前对准确度要求高的设备的相关数据，如螺栓紧固程度（天线馈线等设备的紧固程度有明确的扭力数值上下限要求）、光缆熔接后的详细参数、配线的正确程度、设备间距离等进行复核。

（4）测试和调试：是狭义上的现场调试的主要内容。测试是对设计的功能和技术参数在现场安装后的验证与确认；调试则是对存在的问题进行处理的过程，解决现场安装完毕后测试参数与设计要求不一致的各种问题，以便使设备可以正常运行。这个步骤需要对设备安装完成的电气部分技术参数（如设备送电前电源状况、设备绝缘状况、设备运行状况等）进行复核，要按照详细的功能列表进行逐项测试、记录，以确定现场安装过程的正确性和设计参数与现场情况的符合程度；对未达到设计要求的参数，应进行现场调整并再次进行测试。车载设备的动态测试中，ATP功能测试是基础内容之一。它对现场安装后的各种数据变化详细情况进行记录后报设计人员，由其确认是否符合设计要求和使用要求。在本步骤如果发现设备安装有问题，则返回安装检查与测量步骤去处理；如果是设备有问题，则返回设备配置及试验室测试步骤或工厂去处理。

（5）设备试运行：通常在各项测试数据正常后进行。测试工作毕竟是在模拟或部分模拟条件的状态下进行的，要准确地验证并确认所有设计功能都已经在现场的真实环境中实现，只有进行试运行工作。调试人员在设备试运行过程中需要详细测试和记录相关数据，并对数据进行分析和比对，对不能满足设计要求的设备进行重新测试和调试。此阶段包括多列车追踪运行、通信列车和非通信列车同时在线运行等行车组织方面的调试内容。

通过以上分析可知，CBTC系统对现场安装工艺的要求较高，且现场安装环境对设备正常运行的限制和影响较大。现场调试时，安装前现场定测、安装过程督导、安装后的检查与测量工作量较大；后期的测试和调试以及试运行，是对设备在现场安装后的功能与性能的验证和确认，工作量较小。每一个步骤发现问题都可以返回上一步骤去处理。对于现场调试来说，前三个步骤是后两个步骤的基础，是能否顺利完成现场调试工作的关键。

3　CBTC系统设备现场调试工作的重要原则

现场安装及调试工作遵循首件定标、首站定标、首段定标的工作模式。为顺利完成现场调试工作，还需要遵循如下一些重要原则。

（1）重视送电测试前的各项工作。要对定测人员、督导人员、检查和测量人员进行全面培训，使其掌握相关设备的技术参数和要求；强化调试人员的技能和经验，以及调试人员之间的经验交流和知识分享。让安装人员接受设备供货商或集成商举办的培训。由专业的技术人员对安装后的设备状况进行检查、测量，对发现的各种异常情况尽早处理。重视对每一件设备的工厂单体试验。在试验室搭建调试平台对关键设备进行全面调试后再运输到现场安装。

（2）重视调试参加人员之间的相互配合。强化调试人员与其他配合人员之间的相互配合，从较高的层面重视各单位人员间的现场配合。调试工作前三个步骤的参加人员，需要具有丰富的技术知识和工作经验，并在与安装人员的协作中仔细、认真地对每一件设备完成这三个步骤；而后期的测试和调试则需要经常与设计人员、供货商、车辆维护人员、车辆司机、设备维护人员、设备使用人员等的相互配合才能完成。在调试工作中，重视与各方人员之间的沟通与协作，能有效保证调试工作的准确、全面、高效。

（3）重视调试流程和调试记录。调试工作是一个重复性很强的、相对比较枯燥的工作，需要调试人员具有很强的责任心，对每一件设备进行所有设计功能的完整验证和确认，并对测试过程进行详细记录，避免任何遗漏。调试流程设计中，还要针对分段测试的功能进行整体测试，逐步扩大设备测试的范围，以避免分段调试或模拟调试中可能存在的盲点影响系统或子系统的整体调试工作。调试流程应根据现场环境适时调整、优化，以尽早完成CBTC各功能的完整测试。

（4）尽早开始各个步骤的调试工作。自动控制系统轨旁设备的调试工作，应随地铁建设中确定的样板车站进行，以尽早发现设计与现场实施中可能存在的问题。同样，车辆厂通常也会较早交付前几组车，供现场各专业调试或测试使用。CBTC系统设备的各步骤调试工作也应随之完成，为后续车辆的车载设备调试积累经验，尽早发现可能存在的问题。

现场调试工作受工作环境限制，工作效率相对较低，遵循以上原则将有利于提高现场调试的整体效率，确保调试工作的全面、准确。

4　结语

对于直接影响地铁列车运行安全的CBTC系统，现场调试工作是确保设计功能在设备启用前经验证与确认后达到设计要求和使用要求的过程，应用广义上的调试概念做好调试工作，将有利于提高整体调试工作效率，并降低调试成本。在地铁建设中，CBTC系统设备现场调试工作所需时间在一定范围内是有弹性的，供货商或集成商应遵循调试工作的重要原则，提早做好调试人员的培训、机具设备的准备、调试计划和调试流程的编制等工作，以在缩短调试时间的同时，全面、准确地完成列车控制系统的现场调试工作，保证地铁列车可靠、安全运行。

［1］ 曾小清，王长林，张树京.基于通信的轨道交通运行控制［M］.上海：同济大学出版社，2007.

［2］ 丁树奎.城轨交通自主化CBTC技术与工程管理创新［J］.现代城市轨道交通，2011（3）：1.

［3］ 赵晓峰.无线CBTC信号系统移动授权功能分析［J］.城市轨道交通研究，2013（5）：80.

On-site Debugging of Urban Rail Transit Signal System Equipment Based on CBTC

Yan Xuexiang

Compared to the previous automatic train control system，the on-site debugging workload of CBTCsignal system equipment installed in urban rail transit vehicle is smaller，but it requires higher quality in the installation process. So，the on-site location survey，installation supervision，inspection and surveying work prior to powering the debugging has become extremely important.In this paper，a broad concept of debugging，classifying and all the related on-site work are presented to implement a normal operation of equipment in addition to equipment installation.The scope of the on-site debugging work includes 5 steps as mentioned above，so as to ensure close links between debugging and installation，reduce on-site commissioning time，and put the equipment into use as quickly as possible.

urban rail transit；CBTCsignal systems；on-site debugging

U 231.7

10.16037/j.1007-869x.2015.07.033

2013-09-09）