联调联试信号系统问题统计分析

霍黎明，程远，郜新军

（中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081）

2020年底，我国高速铁路运营里程已达3.79万km，取得了举世瞩目的巨大成就。高速铁路联调联试和动态检测满足了高速铁路一次达到设计速度、开通运营的要求，保证高速铁路运行安全、平稳和舒适。信号系统由列控、联锁、调度集中和集中监测等子系统构成，是保证高速铁路安全运行的重要系统，其中列控系统被称作高速铁路的大脑和神经系统，是高铁列车运行的指挥官，是列车运行安全的守护神，也是信号系统的核心[1]。信号系统检测是联调联试的重要内容之一，信号系统动态检测除轨旁信号设备外，更多是功能性验证，根据列控系统等级和功能，结合站场和线路数据、特殊功能试验场景编制测试计划序列，根据车载设备DMI显示和车载记录单元等系统监测数据分析，对信号系统功能进行验证，是对信号系统软件主要功能、各子系统间接口关系、数据准确性和一致性的检验[2]。

信号系统动态检测中会出现各种问题，每个问题都经过发现问题、分析问题、解决问题的过程，其间积累了大量宝贵数据和实践经验，这些数据和经验推动我国高速铁路信号系统性能逐渐优化、功能持续迭代，保证了高铁列车运行的安全和稳定。对联调联试信号系统中发现的问题类型和数量进行统计分析并给出相关建议，为今后高速铁路设计、施工安装、软件编制、数据配置以及检测等方面提供一定帮助和借鉴。

1 问题分类统计与分析

2008年，合宁客运专线投入使用，这是我国第1条采用CTCS-2级列控系统集成技术的铁路，填补了高速客运专线列控系统的重要技术空白，对国产列控系统的发展具有重要意义；2009年12月26日，采用CTCS-3级国产列控系统的武广客运专线开通运行，标志国产列控系统迈入高速阶段，我国标准列车运行控制体系日趋完备[3]。在之后的10余年间，我国以“四横四纵”和“八横八纵”为基础，先后新建了大量CTCS-2/3级列控系统的城际铁路和主干线铁路，截至2020年底完成检测的线路和改造项目共计160余项。

为方便进行统计分析研究，根据线路长度、复杂程度、重要性以及信号系统的相关特点[4]，从2016年1月—2020年5月已开通的线路中选取40条线路（其中14条采用CTCS-3级列控系统、26条采用CTCS-2级列控系统）作为研究对象（见表1），对其联调联试信号系统中发现的问题类型和数量进行统计分析。

信号系统动态检测以地面设备为主要测试对象，主要有应答器、列控中心、轨道电路、无线闭塞中心、临时限速服务器、调度集中设备、联锁设备、轨旁信号设备等，其中轨旁信号设备侧重性能方面的验证，不计入统计范围，其他逻辑类、分路不良和无需整改及复测的问题也不进行统计，根据以上原则，共有428个问题将按列控系统等级、问题信息特证及功能和问题原因进行分类统计与分析。

表1 选取40条高速铁路线路

1.1 按列控系统等级分类统计与分析

按列控系统等级进行分类统计（见图1、图2），CTCS-2级线路信号系统问题共计254个，约占问题总数的60%，其中应答器问题116个、列控中心问题33个、轨道电路问题24、临时限速服务器问题7个、联锁问题1个、调度集中问题73个；CTCS-3级线路信号系统问题共计174个，约占问题总数的40%，其中应答器问题64个、列控中心问题20个、轨道电路问题13个、临时限速服务器问题6个、联锁问题0个、调度集中问题73个。

图1 2016—2020年部分CTCS-2级线路信号系统问题类型和数量统计

图2 2016—2020年部分CTCS-3级线路信号系统问题类型和数量统计

由以上数据可以看出，检测中发现的问题数量和列控系统等级没有直接关系，CTCS-3级列控系统除去无线闭塞中心后，各设备问题数量比例和CTCS-2级列控系统基本相同，按问题数量由多到少依次为：应答器、调度集中系统、列控中心、轨道电路、临时限速服务器和联锁问题，其中联锁问题只有1个，可以忽略不计。以上结果也符合信号系统结构组成，应答器作为车地信息传输的主要设备，数量和信息量巨大，出问题的概率也较大；调度集中系统作为运输调度指挥中心，各系统接口较多且信息传输量也大，对数据配置和显示功能提出了较高要求，问题数量相对也多；列控中心控制轨道电路发码，虽部分涉及轨道电路和应答器相关的问题已不在列控中心统计，但列控中心仍是整个信号系统的核心设备，相关问题数量也较多。

1.2 按问题信息特征及功能分类统计与分析

1.2.1 问题信息特征及功能

信号系统是一个复杂系统，由不同的设备和系统组成，各设备的功能不同，因此不能完全绝对按各设备的功能进行再分类统计。结合多年联调联试信号系统发现问题的特点，对信号系统地面主要设备按问题信息特征及功能进行再分类统计，从而发现不同信息特征及功能易出问题的概率。各设备主要类型如下：

（1）应答器（有源、无源应答器）：应答器位置、应答器线缆、站名、站台侧信息、分相区信息、里程系信息、链接数据、信号机类型、大号码道岔、轨道区段、速度、坡度、呼叫信息、尽头站防护等。

（2）列控中心：发码、临时限速、数据异常、驱采电路等。

（3）轨道电路：掉码/码序、载频、继电电路、道岔分支并连线、补偿电容等。

（4）无线闭塞中心：通信、行车许可、等级转换、数据异常、交权等。

（5）临时限速服务器：临时限速下达与取消、数据异常等。

（6）调度集中：界面信息显示、进路触发、无线调令、进路预告、限速下达、邻台信息交换、车次号、排列进路等。

（7）联锁系统：信号机显示和通信异常。

1.2.2 分类统计与分析

应答器和列控中心问题类型和数量统计见图3，轨道电路和无线闭塞中心问题类型和数量统计见图4，临时限速服务器和调度集中系统问题类型和数量统计见图5。

图3 应答器和列控中心

图4 轨道电路和无线闭塞中心问题类型和数量统计

图5 临时限速服务器和调度集中系统问题类型和数量统计

（1）应答器问题中，应答器位置、里程系信息、站名显示、应答器线缆和坡度等问题最多，其中应答器位置和线缆问题由施工安装造成；站名显示和里程系信息作为辅助信息，一定程度上不被重视，产生的问题较多；此外坡度和轨道区段问题数量也较多，主要表现为数据描述错误和不合理的合并处理。

（2）列控中心最大的问题为数据异常，主要表现为速度描述错误导致速度突变、坡度合并不合理、未补码处理、预告报文未发送、部分数据与列控工程数据存在差异等。

（3）轨道电路是车载信息的重要来源，通过发送低频码向列车传递行车信息，为车载设备生成行车许可提供安全数据，同时其负责监督列车在区间和站内的占用情况[5]；掉码和码序异常是轨道电路最大的问题，载频和继电电路故障也较多；道岔分支并连线缺失或安装不牢固造成掉码问题相对较多；补偿电容由于在逐级提速期间已检测过性能，因此问题很少。

（4）无线闭塞中心通信问题也较多，主要表现为通信设备故障、系统接收信息时钟频率不妥、各接口协议不匹配等，造成车地信息无法正确传输和各设备间信息交互失败。

（5）临时限速服务器问题主要表现为数据异常和限速下达与取消环节的软件异常，问题数量不多。

（6）调度集中系统中，界面信息显示问题最多，主要因为数据配置错误较多、数据配置缺失；此外进路预告和触发、限速下达和邻台信息交换失败也同通信数据配置相关。

（7）联锁系统基本没有问题。

1.3 按问题原因分类统计与分析

找到发生问题的原因，是解决问题的关键。根据信号系统问题的特点，分别从设计缺陷、施工安装错误、软件缺陷、设备故障、数据配置错误和其它表现对问题原因进行分类统计。

（1）设计缺陷主要表现为发布的列控工程数据存在错误或设计中某些数据与实际不匹配，存在一定不合理性等，

（2）施工安装错误主要表现为设备安装不到位和线缆配置错误等。

（3）软件缺陷主要表现为RBC时钟不同步[6]、时钟偏移信息丢失和主备机切换后通信中断等。

（4）设备故障主要表现为设备未初始化和通信故障等。

（5）数据配置错误指各系统软件基础数据配置错误或应用数据错误等。

（6）其他表现指通信干扰、车载特殊逻辑处理和部分车辆原因等。

按问题原因分类统计见图6。

图6 按问题原因分类统计

从图6中可以看出，由于数据配置错误造成的问题最多，比例达到57%；其次为施工安装错误造成的问题，比例达到27%；软件缺陷、设计缺陷、设备故障和其他原因所占比例较小。数据配置错误和施工安装错误造成的问题占整个信号系统问题的84%，是造成问题最主要的两大因素。

2 建议

（1）重视数据的审核和校验，提高数据准确性。信号系统中数据主要有列控工程数据、通信配置参数、安全数据网数据等，其中列控工程数据涉及列车进路、线路、应答器、RBC信息、车站、道岔、分相区、里程、速度、坡度等诸多信号系统重要环节，是信号系统数据核心[7]。根据信号系统问题类型和原因分析结果及现场调研，在信号系统数据实际生产和使用的各个环节中，对各种数据的审核有时拘于形式，没有真正对数据审查和校对，许多错误数据从设计开始，经过现场核对和软件编制，最终在联调联试期间才发现。因此，各涉及信号系统数据的参建单位应高度重视数据的审核和校对工作，尽早发现数据中的各种错误，有效提高数据的准确性，必将极大地降低信号系统的问题率。此外，对列控工程数据中的所有数据均应高度重视，不应只重视控车信息数据而轻视辅助信息数据。

（2）提高施工队伍的专业程度和安装设备精度。现场信号系统设备较多，尤其应答器随线路长度和站型的复杂度，数量急剧增加，同时信号系统具有较强的专业性，对施工单位也提出了更高的要求。联调联试信号系统现场检测中发现，有些线路由于施工安装原因造成的问题几乎没有，有些线路问题却极多，这同施工主体的专业和认真程度密切相关。现场实施中，除应采用具有资质的专业施工单位外，还应采用经验丰富的专业人员，同时应加强对现场施工人员的培训，减少信号设备安装位置和线缆配置等错误，提高施工安装精度和施工质量。

（3）重视现场数据和信号系统专业知识的匹配度，提高设计合理性。信号系统专业性很强，涉及内部和外部系统也很多，不同系统有各自特点和逻辑且接口关系复杂，尤其列控系统在不同模式下对速度、坡度、分相区和轨道区段长度等列控工程数据需求也不同[8]，因此，设计人员应高度重视现场设计数据和信号专业知识的匹配度，避免出现诸如列车以CTCS-3级引导模式在大正坡度条件下掉入分相区的风险、高速运行在连续大负坡度条件下提前起模现象、轨道区段过短致使列控车载系统无法正确解调轨道电路信息和动车所股道30 km/h设计速度对CTCS-2级部分模式发车的影响等问题，提高设计数据的合理性，有效降低因设计缺陷造成的现场问题。

（4）提高软件编制质量，减少软件BUG。各信号系统软件编制单位应充分认识到我国高速铁路网的高速度、高密度、运营场景和枢纽站场结构的高复杂度、不同系统间巨大的交互信息量等现实因素，在软件整体架构设计和通信接口功能等方面提高软件的稳定性和兼容性，减少软件BUG，尤其是不同系统间通信协议传输和时钟频率的匹配关系，以及界面信息显示的刷新方面，应重点关注。

3 结束语

针对联调联试信号系统中出现的问题，从列控系统等级、问题信息特征及功能和问题原因3个方面进行分类统计与分析，得出信号系统中的问题数量占比与列控系统等级没有直接关系，与对信号系统设备信息特征的重视程度、设备的使用数量和复杂程度、数据的审核和校验力度、施工安装队伍的专业程度、设计数据和信号专业知识的匹配程度、软件在复杂条件下的处理能力等因素有关。

针对产生问题的原因和数量比例关系，应高度重视信号系统数据生产和使用各环节中对信号系统相关数据的审核，提高信号设备的施工安装质量，提高设计工作的综合全面性，提高信号软件的健壮性，从而整体上全面降低联调联试信号系统的问题发生率。