霍黎明,程遠(yuǎn),郜新軍
(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 通信信號(hào)研究所,北京 100081)
2020年底,我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)3.79萬(wàn)km,取得了舉世矚目的巨大成就。高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試和動(dòng)態(tài)檢測(cè)滿足了高速鐵路一次達(dá)到設(shè)計(jì)速度、開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的要求,保證高速鐵路運(yùn)行安全、平穩(wěn)和舒適。信號(hào)系統(tǒng)由列控、聯(lián)鎖、調(diào)度集中和集中監(jiān)測(cè)等子系統(tǒng)構(gòu)成,是保證高速鐵路安全運(yùn)行的重要系統(tǒng),其中列控系統(tǒng)被稱(chēng)作高速鐵路的大腦和神經(jīng)系統(tǒng),是高鐵列車(chē)運(yùn)行的指揮官,是列車(chē)運(yùn)行安全的守護(hù)神,也是信號(hào)系統(tǒng)的核心[1]。信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)是聯(lián)調(diào)聯(lián)試的重要內(nèi)容之一,信號(hào)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)除軌旁信號(hào)設(shè)備外,更多是功能性驗(yàn)證,根據(jù)列控系統(tǒng)等級(jí)和功能,結(jié)合站場(chǎng)和線路數(shù)據(jù)、特殊功能試驗(yàn)場(chǎng)景編制測(cè)試計(jì)劃序列,根據(jù)車(chē)載設(shè)備DMI顯示和車(chē)載記錄單元等系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,對(duì)信號(hào)系統(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證,是對(duì)信號(hào)系統(tǒng)軟件主要功能、各子系統(tǒng)間接口關(guān)系、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和一致性的檢驗(yàn)[2]。
信號(hào)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題,每個(gè)問(wèn)題都經(jīng)過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程,其間積累了大量寶貴數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),這些數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)推動(dòng)我國(guó)高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)性能逐漸優(yōu)化、功能持續(xù)迭代,保證了高鐵列車(chē)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試信號(hào)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并給出相關(guān)建議,為今后高速鐵路設(shè)計(jì)、施工安裝、軟件編制、數(shù)據(jù)配置以及檢測(cè)等方面提供一定幫助和借鑒。
2008年,合寧客運(yùn)專(zhuān)線投入使用,這是我國(guó)第1條采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)集成技術(shù)的鐵路,填補(bǔ)了高速客運(yùn)專(zhuān)線列控系統(tǒng)的重要技術(shù)空白,對(duì)國(guó)產(chǎn)列控系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義;2009年12月26日,采用CTCS-3級(jí)國(guó)產(chǎn)列控系統(tǒng)的武廣客運(yùn)專(zhuān)線開(kāi)通運(yùn)行,標(biāo)志國(guó)產(chǎn)列控系統(tǒng)邁入高速階段,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)列車(chē)運(yùn)行控制體系日趨完備[3]。在之后的10余年間,我國(guó)以“四橫四縱”和“八橫八縱”為基礎(chǔ),先后新建了大量CTCS-2/3級(jí)列控系統(tǒng)的城際鐵路和主干線鐵路,截至2020年底完成檢測(cè)的線路和改造項(xiàng)目共計(jì)160余項(xiàng)。
為方便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究,根據(jù)線路長(zhǎng)度、復(fù)雜程度、重要性以及信號(hào)系統(tǒng)的相關(guān)特點(diǎn)[4],從2016年1月—2020年5月已開(kāi)通的線路中選取40條線路(其中14條采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)、26條采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng))作為研究對(duì)象(見(jiàn)表1),對(duì)其聯(lián)調(diào)聯(lián)試信號(hào)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
信號(hào)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)以地面設(shè)備為主要測(cè)試對(duì)象,主要有應(yīng)答器、列控中心、軌道電路、無(wú)線閉塞中心、臨時(shí)限速服務(wù)器、調(diào)度集中設(shè)備、聯(lián)鎖設(shè)備、軌旁信號(hào)設(shè)備等,其中軌旁信號(hào)設(shè)備側(cè)重性能方面的驗(yàn)證,不計(jì)入統(tǒng)計(jì)范圍,其他邏輯類(lèi)、分路不良和無(wú)需整改及復(fù)測(cè)的問(wèn)題也不進(jìn)行統(tǒng)計(jì),根據(jù)以上原則,共有428個(gè)問(wèn)題將按列控系統(tǒng)等級(jí)、問(wèn)題信息特證及功能和問(wèn)題原因進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)與分析。
表1 選取40條高速鐵路線路
按列控系統(tǒng)等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)圖1、圖2),CTCS-2級(jí)線路信號(hào)系統(tǒng)問(wèn)題共計(jì)254個(gè),約占問(wèn)題總數(shù)的60%,其中應(yīng)答器問(wèn)題116個(gè)、列控中心問(wèn)題33個(gè)、軌道電路問(wèn)題24、臨時(shí)限速服務(wù)器問(wèn)題7個(gè)、聯(lián)鎖問(wèn)題1個(gè)、調(diào)度集中問(wèn)題73個(gè);CTCS-3級(jí)線路信號(hào)系統(tǒng)問(wèn)題共計(jì)174個(gè),約占問(wèn)題總數(shù)的40%,其中應(yīng)答器問(wèn)題64個(gè)、列控中心問(wèn)題20個(gè)、軌道電路問(wèn)題13個(gè)、臨時(shí)限速服務(wù)器問(wèn)題6個(gè)、聯(lián)鎖問(wèn)題0個(gè)、調(diào)度集中問(wèn)題73個(gè)。
圖1 2016—2020年部分CTCS-2級(jí)線路信號(hào)系統(tǒng)問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)
圖2 2016—2020年部分CTCS-3級(jí)線路信號(hào)系統(tǒng)問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)
由以上數(shù)據(jù)可以看出,檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題數(shù)量和列控系統(tǒng)等級(jí)沒(méi)有直接關(guān)系,CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)除去無(wú)線閉塞中心后,各設(shè)備問(wèn)題數(shù)量比例和CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)基本相同,按問(wèn)題數(shù)量由多到少依次為:應(yīng)答器、調(diào)度集中系統(tǒng)、列控中心、軌道電路、臨時(shí)限速服務(wù)器和聯(lián)鎖問(wèn)題,其中聯(lián)鎖問(wèn)題只有1個(gè),可以忽略不計(jì)。以上結(jié)果也符合信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成,應(yīng)答器作為車(chē)地信息傳輸?shù)闹饕O(shè)備,數(shù)量和信息量巨大,出問(wèn)題的概率也較大;調(diào)度集中系統(tǒng)作為運(yùn)輸調(diào)度指揮中心,各系統(tǒng)接口較多且信息傳輸量也大,對(duì)數(shù)據(jù)配置和顯示功能提出了較高要求,問(wèn)題數(shù)量相對(duì)也多;列控中心控制軌道電路發(fā)碼,雖部分涉及軌道電路和應(yīng)答器相關(guān)的問(wèn)題已不在列控中心統(tǒng)計(jì),但列控中心仍是整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的核心設(shè)備,相關(guān)問(wèn)題數(shù)量也較多。
1.2.1 問(wèn)題信息特征及功能
信號(hào)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),由不同的設(shè)備和系統(tǒng)組成,各設(shè)備的功能不同,因此不能完全絕對(duì)按各設(shè)備的功能進(jìn)行再分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。結(jié)合多年聯(lián)調(diào)聯(lián)試信號(hào)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的特點(diǎn),對(duì)信號(hào)系統(tǒng)地面主要設(shè)備按問(wèn)題信息特征及功能進(jìn)行再分類(lèi)統(tǒng)計(jì),從而發(fā)現(xiàn)不同信息特征及功能易出問(wèn)題的概率。各設(shè)備主要類(lèi)型如下:
(1)應(yīng)答器(有源、無(wú)源應(yīng)答器):應(yīng)答器位置、應(yīng)答器線纜、站名、站臺(tái)側(cè)信息、分相區(qū)信息、里程系信息、鏈接數(shù)據(jù)、信號(hào)機(jī)類(lèi)型、大號(hào)碼道岔、軌道區(qū)段、速度、坡度、呼叫信息、盡頭站防護(hù)等。
(2)列控中心:發(fā)碼、臨時(shí)限速、數(shù)據(jù)異常、驅(qū)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(bǔ)償電容等。
(4)無(wú)線閉塞中心:通信、行車(chē)許可、等級(jí)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)異常、交權(quán)等。
(5)臨時(shí)限速服務(wù)器:臨時(shí)限速下達(dá)與取消、數(shù)據(jù)異常等。
(6)調(diào)度集中:界面信息顯示、進(jìn)路觸發(fā)、無(wú)線調(diào)令、進(jìn)路預(yù)告、限速下達(dá)、鄰臺(tái)信息交換、車(chē)次號(hào)、排列進(jìn)路等。
(7)聯(lián)鎖系統(tǒng):信號(hào)機(jī)顯示和通信異常。
1.2.2 分類(lèi)統(tǒng)計(jì)與分析
應(yīng)答器和列控中心問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖3,軌道電路和無(wú)線閉塞中心問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖4,臨時(shí)限速服務(wù)器和調(diào)度集中系統(tǒng)問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖5。
圖3 應(yīng)答器和列控中心
圖4 軌道電路和無(wú)線閉塞中心問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)
圖5 臨時(shí)限速服務(wù)器和調(diào)度集中系統(tǒng)問(wèn)題類(lèi)型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)
(1)應(yīng)答器問(wèn)題中,應(yīng)答器位置、里程系信息、站名顯示、應(yīng)答器線纜和坡度等問(wèn)題最多,其中應(yīng)答器位置和線纜問(wèn)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(chǎn)生的問(wèn)題較多;此外坡度和軌道區(qū)段問(wèn)題數(shù)量也較多,主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)描述錯(cuò)誤和不合理的合并處理。
(2)列控中心最大的問(wèn)題為數(shù)據(jù)異常,主要表現(xiàn)為速度描述錯(cuò)誤導(dǎo)致速度突變、坡度合并不合理、未補(bǔ)碼處理、預(yù)告報(bào)文未發(fā)送、部分?jǐn)?shù)據(jù)與列控工程數(shù)據(jù)存在差異等。
(3)軌道電路是車(chē)載信息的重要來(lái)源,通過(guò)發(fā)送低頻碼向列車(chē)傳遞行車(chē)信息,為車(chē)載設(shè)備生成行車(chē)許可提供安全數(shù)據(jù),同時(shí)其負(fù)責(zé)監(jiān)督列車(chē)在區(qū)間和站內(nèi)的占用情況[5];掉碼和碼序異常是軌道電路最大的問(wèn)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(wèn)題相對(duì)較多;補(bǔ)償電容由于在逐級(jí)提速期間已檢測(cè)過(guò)性能,因此問(wèn)題很少。
(4)無(wú)線閉塞中心通信問(wèn)題也較多,主要表現(xiàn)為通信設(shè)備故障、系統(tǒng)接收信息時(shí)鐘頻率不妥、各接口協(xié)議不匹配等,造成車(chē)地信息無(wú)法正確傳輸和各設(shè)備間信息交互失敗。
(5)臨時(shí)限速服務(wù)器問(wèn)題主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)異常和限速下達(dá)與取消環(huán)節(jié)的軟件異常,問(wèn)題數(shù)量不多。
(6)調(diào)度集中系統(tǒng)中,界面信息顯示問(wèn)題最多,主要因?yàn)閿?shù)據(jù)配置錯(cuò)誤較多、數(shù)據(jù)配置缺失;此外進(jìn)路預(yù)告和觸發(fā)、限速下達(dá)和鄰臺(tái)信息交換失敗也同通信數(shù)據(jù)配置相關(guān)。
(7)聯(lián)鎖系統(tǒng)基本沒(méi)有問(wèn)題。
找到發(fā)生問(wèn)題的原因,是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)問(wèn)題的特點(diǎn),分別從設(shè)計(jì)缺陷、施工安裝錯(cuò)誤、軟件缺陷、設(shè)備故障、數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤和其它表現(xiàn)對(duì)問(wèn)題原因進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。
(1)設(shè)計(jì)缺陷主要表現(xiàn)為發(fā)布的列控工程數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤或設(shè)計(jì)中某些數(shù)據(jù)與實(shí)際不匹配,存在一定不合理性等,
(2)施工安裝錯(cuò)誤主要表現(xiàn)為設(shè)備安裝不到位和線纜配置錯(cuò)誤等。
(3)軟件缺陷主要表現(xiàn)為RBC時(shí)鐘不同步[6]、時(shí)鐘偏移信息丟失和主備機(jī)切換后通信中斷等。
(4)設(shè)備故障主要表現(xiàn)為設(shè)備未初始化和通信故障等。
(5)數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤指各系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤或應(yīng)用數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。
(6)其他表現(xiàn)指通信干擾、車(chē)載特殊邏輯處理和部分車(chē)輛原因等。
按問(wèn)題原因分類(lèi)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖6。
圖6 按問(wèn)題原因分類(lèi)統(tǒng)計(jì)
從圖6中可以看出,由于數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤造成的問(wèn)題最多,比例達(dá)到57%;其次為施工安裝錯(cuò)誤造成的問(wèn)題,比例達(dá)到27%;軟件缺陷、設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備故障和其他原因所占比例較小。數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤和施工安裝錯(cuò)誤造成的問(wèn)題占整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)問(wèn)題的84%,是造成問(wèn)題最主要的兩大因素。
(1)重視數(shù)據(jù)的審核和校驗(yàn),提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。信號(hào)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)主要有列控工程數(shù)據(jù)、通信配置參數(shù)、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)等,其中列控工程數(shù)據(jù)涉及列車(chē)進(jìn)路、線路、應(yīng)答器、RBC信息、車(chē)站、道岔、分相區(qū)、里程、速度、坡度等諸多信號(hào)系統(tǒng)重要環(huán)節(jié),是信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)核心[7]。根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)問(wèn)題類(lèi)型和原因分析結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,在信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中,對(duì)各種數(shù)據(jù)的審核有時(shí)拘于形式,沒(méi)有真正對(duì)數(shù)據(jù)審查和校對(duì),許多錯(cuò)誤數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)開(kāi)始,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)和軟件編制,最終在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間才發(fā)現(xiàn)。因此,各涉及信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的參建單位應(yīng)高度重視數(shù)據(jù)的審核和校對(duì)工作,盡早發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的各種錯(cuò)誤,有效提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,必將極大地降低信號(hào)系統(tǒng)的問(wèn)題率。此外,對(duì)列控工程數(shù)據(jù)中的所有數(shù)據(jù)均應(yīng)高度重視,不應(yīng)只重視控車(chē)信息數(shù)據(jù)而輕視輔助信息數(shù)據(jù)。
(2)提高施工隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)程度和安裝設(shè)備精度?,F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備較多,尤其應(yīng)答器隨線路長(zhǎng)度和站型的復(fù)雜度,數(shù)量急劇增加,同時(shí)信號(hào)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性,對(duì)施工單位也提出了更高的要求。聯(lián)調(diào)聯(lián)試信號(hào)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn),有些線路由于施工安裝原因造成的問(wèn)題幾乎沒(méi)有,有些線路問(wèn)題卻極多,這同施工主體的專(zhuān)業(yè)和認(rèn)真程度密切相關(guān)?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中,除應(yīng)采用具有資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)施工單位外,還應(yīng)采用經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)業(yè)人員,同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的培訓(xùn),減少信號(hào)設(shè)備安裝位置和線纜配置等錯(cuò)誤,提高施工安裝精度和施工質(zhì)量。
(3)重視現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和信號(hào)系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的匹配度,提高設(shè)計(jì)合理性。信號(hào)系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng),涉及內(nèi)部和外部系統(tǒng)也很多,不同系統(tǒng)有各自特點(diǎn)和邏輯且接口關(guān)系復(fù)雜,尤其列控系統(tǒng)在不同模式下對(duì)速度、坡度、分相區(qū)和軌道區(qū)段長(zhǎng)度等列控工程數(shù)據(jù)需求也不同[8],因此,設(shè)計(jì)人員應(yīng)高度重視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和信號(hào)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的匹配度,避免出現(xiàn)諸如列車(chē)以CTCS-3級(jí)引導(dǎo)模式在大正坡度條件下掉入分相區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)、高速運(yùn)行在連續(xù)大負(fù)坡度條件下提前起模現(xiàn)象、軌道區(qū)段過(guò)短致使列控車(chē)載系統(tǒng)無(wú)法正確解調(diào)軌道電路信息和動(dòng)車(chē)所股道30 km/h設(shè)計(jì)速度對(duì)CTCS-2級(jí)部分模式發(fā)車(chē)的影響等問(wèn)題,提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的合理性,有效降低因設(shè)計(jì)缺陷造成的現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。
(4)提高軟件編制質(zhì)量,減少軟件BUG。各信號(hào)系統(tǒng)軟件編制單位應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到我國(guó)高速鐵路網(wǎng)的高速度、高密度、運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景和樞紐站場(chǎng)結(jié)構(gòu)的高復(fù)雜度、不同系統(tǒng)間巨大的交互信息量等現(xiàn)實(shí)因素,在軟件整體架構(gòu)設(shè)計(jì)和通信接口功能等方面提高軟件的穩(wěn)定性和兼容性,減少軟件BUG,尤其是不同系統(tǒng)間通信協(xié)議傳輸和時(shí)鐘頻率的匹配關(guān)系,以及界面信息顯示的刷新方面,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。
針對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試信號(hào)系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題,從列控系統(tǒng)等級(jí)、問(wèn)題信息特征及功能和問(wèn)題原因3個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)與分析,得出信號(hào)系統(tǒng)中的問(wèn)題數(shù)量占比與列控系統(tǒng)等級(jí)沒(méi)有直接關(guān)系,與對(duì)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備信息特征的重視程度、設(shè)備的使用數(shù)量和復(fù)雜程度、數(shù)據(jù)的審核和校驗(yàn)力度、施工安裝隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)程度、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和信號(hào)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的匹配程度、軟件在復(fù)雜條件下的處理能力等因素有關(guān)。
針對(duì)產(chǎn)生問(wèn)題的原因和數(shù)量比例關(guān)系,應(yīng)高度重視信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)和使用各環(huán)節(jié)中對(duì)信號(hào)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的審核,提高信號(hào)設(shè)備的施工安裝質(zhì)量,提高設(shè)計(jì)工作的綜合全面性,提高信號(hào)軟件的健壯性,從而整體上全面降低聯(lián)調(diào)聯(lián)試信號(hào)系統(tǒng)的問(wèn)題發(fā)生率。