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摘 要：通信系统和信号系统是地铁运营和乘客服务过程中非常重要的两大系统，系统的稳定性与乘客服务水平和运行安全息息相关。通过对国内某城市地铁运营线路通信、信号系统的设备故障进行综合分析，给出相应的解决措施，在此基础上总结一定的建设经验和注意要点，为后续地铁通信、信号系统工程建设提供一定经验参考。
关键词：地铁;通信系统;信号系统;设备故障;分析
1、概述
地铁通信系统和信号系统承担着运营服务和安全行车的重要作用，起着保障运输效率、保证行车安全、提高现代化管理水平和传递语音、数据、图像等各种信息的作用。通信、信号系统设备种类众多、功能繁杂，在实际运行过程中存在各種突发问题。某城市自2010年至2020年，已共计开通运营7条地铁线路，线路长度达302公里，乘客日流量达400万人次。本次针对该地区1、2、3、4、7、10号线等6条地铁线路在2015年～2018年期间的通信、信号系统设备故障问题进行调研，对各类型设备故障进行梳理、分析、分类和总结，从设计、实施和运营维护等多方面提出相应的解决措施和建议。
2、设备故障研究及分析
2.1故障定义标准及统计
（1）根据地铁运营单位管理运维体系及运营安全管理模式，将设备故障类型设定如下：
●Ⅰ类故障：停运、救援、小交路、清客下线、5～15 分钟晚点
●Ⅱ类故障：2～5 分钟晚点、重点抢修;
●Ⅲ类故障：换备车、备用车替开、一般抢修、典型故障（信号系统还应包括 NRM 运行、道岔红闪、无推荐速度）。
（2）本次仅针对运营线路通信、信号系统Ⅲ类故障情况进行统计，统计结果如下。
运营线路通信系统发生Ⅲ类故障共发生17起，故障主要出现在专用无线系统、传输系统、UPS（综合电源系统）、PIS（乘客信息系统）、CCTV（视频监视系统）和时钟系统。故障数量及分布如表1所示。
运营线路信号系统发生Ⅲ类故障518起，主要出现在车载系统、ATS（列车自动监控系统）和正线轨旁系统，DCS和车辆段系统问题相对较少。故障数量及分布如表2所示。
2.2 通信系统故障分析及措施
（1）专用无线系统
各运营线路专用无线系统的故障数占总故障数的比例较高，主要故障现象是行车无线调度台不能正常使用，原因为设备缆线故障导致物理链路失效、二次开发调度台软件故障、调度台组播数据产生网络风暴、线网控制中心接入线路数量不断增加造成二次开发网络中断等几个方面。无线通信系统二次开发应用软件为轨道交通定制软件产品，可针对该类型故障，与平台软件开发商及时反馈和充分沟通，对二次开发软件进行优化，同时需调整无线核心网络架构并进行压力测试，提高系统的可靠性。另外在施工过程中应加强对施工工艺的监督和成果验收，保障数据物理链路的稳定性。最后加强软件及服务器的维护管理工作以及软件应用的培训，规范相关运营人员对设备的使用。
（2）传输系统
传输系统故障主要是车站传输系统的整流电源模块故障导致传输设备掉电，造成传输承载的相关系统业务中断。对于该类故障，设计阶段应明确要求传输设备的电源整流模块需纳入传输系统统一网管，同时确保传输系统的电源整流模块应采用1+1冗余热备。
（3）UPS
UPS故障主要是车站UPS主机板卡及熔断器微动开关故障导致其他相关系统电源中断。UPS主要为通信内部各子系统、综合监控、门禁、电力监控、AFC等各相关系统供电，其重要性较高，因此在UPS的网管系统中对该类关键板卡告警信息的等级需提高，明确UPS的网管告警信息中的重要信息，有针对性的提高告警级别和标准。同时在设计阶段对UPS与时钟接口提出要求，避免与标准时间不同步造成告警信息混乱。对运营时间较长的线路，运营单位还应形成定期排查的制度。
（4）PIS
PIS系统主要故障为中心级网络核心设备及服务器软件故障，导致无法下发到站信息至各车站。该类问题出现较少，设计阶段一般会针对中心级网络设备提高标准并预留容量，在通信链路及数据交换能力方面提供一定保障。中心级服务器运行的软件平台为轨道交通定制软件产品，建议结合该类型故障，与平台软件开发商及时反馈和充分沟通，优化播控软件平台，提高系统的可靠性，在招标和设计联络阶段规避该风险。另外对于车载PIS设备应对数据处理能力、网络自愈能力、车载的震动、电磁环境等提出严格要求。
（5）CCTV
1号线CCTV故障为视频解码器CPU损坏导致控制中心CCTV大屏无法上传显示车站图像，本故障为开通运营时间较长线路的突发故障，对行车及安全影响较小。早期建设线路CCTV采用模拟制式，而CCTV系统技术发展更新较快，为满足对系统稳定性和功能性不断提升的需求，结合线网运营中大修计划，可考虑将CCTV系统纳入改造范围进行系统和设备的升级。
（6）时钟系统
7号线时钟系统网络同步设备内的时钟接收单元板卡运行错误导致部分车站PIS无列车到站信息显示、时钟显示错误、部分列车自动报站错误、信号抢修等故障。7号线时钟系统为区域控制中心核心时钟设备，为本线路及该区域控制中心管辖范围内的其他线路各系统进行授时，可考虑对区域控制中心时钟系统的一级母钟、GPS/北斗接收单元等关键设备进行冗余热备配置，减少对相关系统的影响。
2.3信号系统故障分析及措施
（1）车载系统及DCS
1、2、10号线车载系统主要故障为车载板卡宕机后列车EB、加速度计自锁后无法定位、车地网络中断、列车人机界面卡屏黑屏等原因导致CBTC模式不可用。车载板卡宕机一般为自检故障，存在软硬件兼容性问题，该故障通过软件升级方式解决。加速度计自锁后无法定位、列车人机界面卡屏黑屏通过软件操作及优化解决。车地网络中断需对轨旁AP进行排查，对工作异常AP进行处理，同时对无线信号不稳定地段进行无线补盲。 3号线车载故障主要集中在列车单网通信控制板宕机，主要发生在库内早间出车时，该问题通过信号系统软件升级解决。
4、7号线车载故障主要集中在PPU板卡宕机以及DMI软件异常导致的车载人机界面卡滞。此外4、7号线车载故障频发的还有列车与ATS时间不同步导致车载信号屏上无发车倒计时、DMI黑屏、列车CC启动异常。该问题通过信号系统软件升级解决。
2.3.2 ATS
ATS系统故障主要故障集中在1、2号线接口服务器、通信服务器进程异常导致的全线 PIS无发车倒计时、无线调度台不可用及1号线主机服务器进程异常导致的进路无法触发。对接口服务器进程进行修复，对进程参数设置进行优化，升级主机服务器软件版本，可有效解决该类问题。其他线路 ATS 系统故障较少。
2.3.3 正线轨旁系统
1、2号线轨旁故障主要有道岔红闪、联锁故障、ZC通信故障。3号线轨旁故障主要是道岔红闪。4、7号线轨旁故障主要是计轴区段显示故障，该故障对运营影响较小。建议将运营时间较长线路的连锁设备纳入运营中大修改造范围，结合板卡生命周期考虑批量更换。针对ZC设备应加强对交换机数据发送状态监控，确保网络通信质量可控，根据故障爆发点及时更换无线接入交换机，加强无线秘钥管理保证安全性。4号线存在的多站发生计轴区段显示故障由于计轴板卡设备缺陷导致，对缺陷板卡进行批量更换。
3、总结及建议
地铁通信、信号系统子系统较多，设备类型繁杂、软件平台也有着多样的选择，从设计、设备采购到施工整个过程环节多、周期长，从功能、性能的确定，到系统实施成型，存在诸多需要注意的问题。通过对运营线路设备设施存在的故障进行梳理研究，从具体的方面对地铁通信、信号系统的设计、建设、运营及维护进行总结。主要建议如下：
（1）充分利用国内外已运营线路的相关案例和数据，结合设计行业横向资源，在设计阶段对故障集中的子系统应加强关注，在招标过程中尽量优化或规避已存在的问题;从设计层面建立长期、良性的定期回访调研制度，提高设计质量。在技术要求方面应该把控较高的水准。
（2）随着地铁建设的标准、规范及国产化要求越来越高，系统集成商、设备厂家在自身参与建设的项目基础上，要加强与其他各城市建设方、设计方、友商及施工方的技术交流，充分总结和提升软、硬件的功能性和可靠性，以适应通信、信号系统建设中的各类新标准、新要求。
（3）建设过程中，监理单位对施工工艺包括施工方法、设备防护要求、线缆的转弯半径、接头制作等各类细节问题进行严格把控，减少或避免因施工质量造成的系统故障增多和系统设备寿命减少。同时各设备供货商应加强到现场的安装督导培训工作。另外需强调关键系统供货商应满足和支持定期维保的要求。
（4）加强对关键板卡的备品备件配置，并在线路中應充分考虑工区、工班的设置，提高运营维保处理的效率，减少故障的影响深度。加强运营人员的培训，增强抢修能力，加强运营管理的维护抢修的规章制度，避免人为的误操作引起设备的故障，从而减小故障的影响面，缩短故障影响正常运营的时间。
（5）随着运营线路的不断增多，设备供货商供货数量随之增多，重大故障的解决效率一定程度上取决于供货商的售后服务质量，建议供应商建立完善的售后服务体系，在招标过程中中提高对供应商售后服务的要求。同时加强对售后服务的管理，制定严格的管理制度，运营公司需建立集成商、设备厂家售后服务评价体系，推动相关设备装备行业的良性发展。
（6）最后随着地铁线网化的发展方向，设备基数不断增大，故障等问题也会相应增加，可考虑定期组织建设方、运营方、设计方、集成商/设备厂家、施工方等单位，对设备运行情况及存在的问题进行系统化的梳理、评估和总结，逐步优化运营线路中存在的问题，解决和规避后续阶段可能存在的问题，可对地铁通信、信号系统建设起到一定的积极推动作用。
参考文献：
[1]王选军.地铁通信信号技术发展新阶段的策略[J].信息科技探索，2019，（10）：116-117.
[2]侯春分.城市地铁工程通信信号系统安全性研究[J].建筑工程技术与设计，2019，（35）：3642.
[3]兰明.线网运营下通信信号设备维护模式思考[J].都市快轨交通，2017，（6）：113-116.
[4]龙飞，高伟，王安东.轨道交通专用通信时钟系统的研究[J].通信设计与应用，2019，（8）：163-164.
[5]付强，王丹.天津地铁2、3号线计轴故障处理及实例分析[J].城市轨道交通研究，2016，（5）：129-132.
[6]归甜甜，苏阿峰.地铁信号系统WLAN与LTE车-地无线通信方案对比分析[J].铁道通信信号，2020，56（5）：83-86.
作者简介：
刘振（1987.10-），男，湖北黄冈，硕士研究生，通信工程师，轨道交通通信、安防等系统工程设计，中铁上海设计院集团有限公司
关键词：地铁;通信系统;信号系统;设备故障;分析
1、概述
地铁通信系统和信号系统承担着运营服务和安全行车的重要作用，起着保障运输效率、保证行车安全、提高现代化管理水平和传递语音、数据、图像等各种信息的作用。通信、信号系统设备种类众多、功能繁杂，在实际运行过程中存在各種突发问题。某城市自2010年至2020年，已共计开通运营7条地铁线路，线路长度达302公里，乘客日流量达400万人次。本次针对该地区1、2、3、4、7、10号线等6条地铁线路在2015年～2018年期间的通信、信号系统设备故障问题进行调研，对各类型设备故障进行梳理、分析、分类和总结，从设计、实施和运营维护等多方面提出相应的解决措施和建议。
2、设备故障研究及分析
2.1故障定义标准及统计
（1）根据地铁运营单位管理运维体系及运营安全管理模式，将设备故障类型设定如下：
●Ⅰ类故障：停运、救援、小交路、清客下线、5～15 分钟晚点
●Ⅱ类故障：2～5 分钟晚点、重点抢修;
●Ⅲ类故障：换备车、备用车替开、一般抢修、典型故障（信号系统还应包括 NRM 运行、道岔红闪、无推荐速度）。
（2）本次仅针对运营线路通信、信号系统Ⅲ类故障情况进行统计，统计结果如下。
运营线路通信系统发生Ⅲ类故障共发生17起，故障主要出现在专用无线系统、传输系统、UPS（综合电源系统）、PIS（乘客信息系统）、CCTV（视频监视系统）和时钟系统。故障数量及分布如表1所示。
运营线路信号系统发生Ⅲ类故障518起，主要出现在车载系统、ATS（列车自动监控系统）和正线轨旁系统，DCS和车辆段系统问题相对较少。故障数量及分布如表2所示。
2.2 通信系统故障分析及措施
（1）专用无线系统
各运营线路专用无线系统的故障数占总故障数的比例较高，主要故障现象是行车无线调度台不能正常使用，原因为设备缆线故障导致物理链路失效、二次开发调度台软件故障、调度台组播数据产生网络风暴、线网控制中心接入线路数量不断增加造成二次开发网络中断等几个方面。无线通信系统二次开发应用软件为轨道交通定制软件产品，可针对该类型故障，与平台软件开发商及时反馈和充分沟通，对二次开发软件进行优化，同时需调整无线核心网络架构并进行压力测试，提高系统的可靠性。另外在施工过程中应加强对施工工艺的监督和成果验收，保障数据物理链路的稳定性。最后加强软件及服务器的维护管理工作以及软件应用的培训，规范相关运营人员对设备的使用。
（2）传输系统
传输系统故障主要是车站传输系统的整流电源模块故障导致传输设备掉电，造成传输承载的相关系统业务中断。对于该类故障，设计阶段应明确要求传输设备的电源整流模块需纳入传输系统统一网管，同时确保传输系统的电源整流模块应采用1+1冗余热备。
（3）UPS
UPS故障主要是车站UPS主机板卡及熔断器微动开关故障导致其他相关系统电源中断。UPS主要为通信内部各子系统、综合监控、门禁、电力监控、AFC等各相关系统供电，其重要性较高，因此在UPS的网管系统中对该类关键板卡告警信息的等级需提高，明确UPS的网管告警信息中的重要信息，有针对性的提高告警级别和标准。同时在设计阶段对UPS与时钟接口提出要求，避免与标准时间不同步造成告警信息混乱。对运营时间较长的线路，运营单位还应形成定期排查的制度。
（4）PIS
PIS系统主要故障为中心级网络核心设备及服务器软件故障，导致无法下发到站信息至各车站。该类问题出现较少，设计阶段一般会针对中心级网络设备提高标准并预留容量，在通信链路及数据交换能力方面提供一定保障。中心级服务器运行的软件平台为轨道交通定制软件产品，建议结合该类型故障，与平台软件开发商及时反馈和充分沟通，优化播控软件平台，提高系统的可靠性，在招标和设计联络阶段规避该风险。另外对于车载PIS设备应对数据处理能力、网络自愈能力、车载的震动、电磁环境等提出严格要求。
（5）CCTV
1号线CCTV故障为视频解码器CPU损坏导致控制中心CCTV大屏无法上传显示车站图像，本故障为开通运营时间较长线路的突发故障，对行车及安全影响较小。早期建设线路CCTV采用模拟制式，而CCTV系统技术发展更新较快，为满足对系统稳定性和功能性不断提升的需求，结合线网运营中大修计划，可考虑将CCTV系统纳入改造范围进行系统和设备的升级。
（6）时钟系统
7号线时钟系统网络同步设备内的时钟接收单元板卡运行错误导致部分车站PIS无列车到站信息显示、时钟显示错误、部分列车自动报站错误、信号抢修等故障。7号线时钟系统为区域控制中心核心时钟设备，为本线路及该区域控制中心管辖范围内的其他线路各系统进行授时，可考虑对区域控制中心时钟系统的一级母钟、GPS/北斗接收单元等关键设备进行冗余热备配置，减少对相关系统的影响。
2.3信号系统故障分析及措施
（1）车载系统及DCS
1、2、10号线车载系统主要故障为车载板卡宕机后列车EB、加速度计自锁后无法定位、车地网络中断、列车人机界面卡屏黑屏等原因导致CBTC模式不可用。车载板卡宕机一般为自检故障，存在软硬件兼容性问题，该故障通过软件升级方式解决。加速度计自锁后无法定位、列车人机界面卡屏黑屏通过软件操作及优化解决。车地网络中断需对轨旁AP进行排查，对工作异常AP进行处理，同时对无线信号不稳定地段进行无线补盲。 3号线车载故障主要集中在列车单网通信控制板宕机，主要发生在库内早间出车时，该问题通过信号系统软件升级解决。
4、7号线车载故障主要集中在PPU板卡宕机以及DMI软件异常导致的车载人机界面卡滞。此外4、7号线车载故障频发的还有列车与ATS时间不同步导致车载信号屏上无发车倒计时、DMI黑屏、列车CC启动异常。该问题通过信号系统软件升级解决。
2.3.2 ATS
ATS系统故障主要故障集中在1、2号线接口服务器、通信服务器进程异常导致的全线 PIS无发车倒计时、无线调度台不可用及1号线主机服务器进程异常导致的进路无法触发。对接口服务器进程进行修复，对进程参数设置进行优化，升级主机服务器软件版本，可有效解决该类问题。其他线路 ATS 系统故障较少。
2.3.3 正线轨旁系统
1、2号线轨旁故障主要有道岔红闪、联锁故障、ZC通信故障。3号线轨旁故障主要是道岔红闪。4、7号线轨旁故障主要是计轴区段显示故障，该故障对运营影响较小。建议将运营时间较长线路的连锁设备纳入运营中大修改造范围，结合板卡生命周期考虑批量更换。针对ZC设备应加强对交换机数据发送状态监控，确保网络通信质量可控，根据故障爆发点及时更换无线接入交换机，加强无线秘钥管理保证安全性。4号线存在的多站发生计轴区段显示故障由于计轴板卡设备缺陷导致，对缺陷板卡进行批量更换。
3、总结及建议
地铁通信、信号系统子系统较多，设备类型繁杂、软件平台也有着多样的选择，从设计、设备采购到施工整个过程环节多、周期长，从功能、性能的确定，到系统实施成型，存在诸多需要注意的问题。通过对运营线路设备设施存在的故障进行梳理研究，从具体的方面对地铁通信、信号系统的设计、建设、运营及维护进行总结。主要建议如下：
（1）充分利用国内外已运营线路的相关案例和数据，结合设计行业横向资源，在设计阶段对故障集中的子系统应加强关注，在招标过程中尽量优化或规避已存在的问题;从设计层面建立长期、良性的定期回访调研制度，提高设计质量。在技术要求方面应该把控较高的水准。
（2）随着地铁建设的标准、规范及国产化要求越来越高，系统集成商、设备厂家在自身参与建设的项目基础上，要加强与其他各城市建设方、设计方、友商及施工方的技术交流，充分总结和提升软、硬件的功能性和可靠性，以适应通信、信号系统建设中的各类新标准、新要求。
（3）建设过程中，监理单位对施工工艺包括施工方法、设备防护要求、线缆的转弯半径、接头制作等各类细节问题进行严格把控，减少或避免因施工质量造成的系统故障增多和系统设备寿命减少。同时各设备供货商应加强到现场的安装督导培训工作。另外需强调关键系统供货商应满足和支持定期维保的要求。
（4）加强对关键板卡的备品备件配置，并在线路中應充分考虑工区、工班的设置，提高运营维保处理的效率，减少故障的影响深度。加强运营人员的培训，增强抢修能力，加强运营管理的维护抢修的规章制度，避免人为的误操作引起设备的故障，从而减小故障的影响面，缩短故障影响正常运营的时间。
（5）随着运营线路的不断增多，设备供货商供货数量随之增多，重大故障的解决效率一定程度上取决于供货商的售后服务质量，建议供应商建立完善的售后服务体系，在招标过程中中提高对供应商售后服务的要求。同时加强对售后服务的管理，制定严格的管理制度，运营公司需建立集成商、设备厂家售后服务评价体系，推动相关设备装备行业的良性发展。
（6）最后随着地铁线网化的发展方向，设备基数不断增大，故障等问题也会相应增加，可考虑定期组织建设方、运营方、设计方、集成商/设备厂家、施工方等单位，对设备运行情况及存在的问题进行系统化的梳理、评估和总结，逐步优化运营线路中存在的问题，解决和规避后续阶段可能存在的问题，可对地铁通信、信号系统建设起到一定的积极推动作用。
参考文献：
[1]王选军.地铁通信信号技术发展新阶段的策略[J].信息科技探索，2019，（10）：116-117.
[2]侯春分.城市地铁工程通信信号系统安全性研究[J].建筑工程技术与设计，2019，（35）：3642.
[3]兰明.线网运营下通信信号设备维护模式思考[J].都市快轨交通，2017，（6）：113-116.
[4]龙飞，高伟，王安东.轨道交通专用通信时钟系统的研究[J].通信设计与应用，2019，（8）：163-164.
[5]付强，王丹.天津地铁2、3号线计轴故障处理及实例分析[J].城市轨道交通研究，2016，（5）：129-132.
[6]归甜甜，苏阿峰.地铁信号系统WLAN与LTE车-地无线通信方案对比分析[J].铁道通信信号，2020，56（5）：83-86.
作者简介：
刘振（1987.10-），男，湖北黄冈，硕士研究生，通信工程师，轨道交通通信、安防等系统工程设计，中铁上海设计院集团有限公司