趙浩森，胡軼超

（北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著國內(nèi)軌道交通信息技術(shù)的快速發(fā)展，軌道交通裝備也向著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化的方向邁進(jìn)，各信號子設(shè)備的可靠性也越來越高[1]。但由于缺乏對不同信號設(shè)備間相關(guān)信息的整合與監(jiān)督[2]，當(dāng)單個(gè)設(shè)備失效或故障導(dǎo)致信號系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖聯(lián)動(dòng)時(shí)[3]，錯(cuò)誤的信號顯示或列車控制將會(huì)給列車運(yùn)行帶來極大安全隱患。

鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)（Centralized Signalling Monitoring System，CSM）是監(jiān)測信號設(shè)備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)信號設(shè)備隱患、分析診斷信號設(shè)備故障、實(shí)現(xiàn)列控安全信息監(jiān)督、輔助和指導(dǎo)現(xiàn)場維修及故障處理，提高電務(wù)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量和維護(hù)水平的重要信號設(shè)備[4]。CSM 作為信號設(shè)備的集中監(jiān)測和智能診斷分析平臺(tái)，可以有效利用與各信號子系統(tǒng)接口獲取的信號設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過對信號系統(tǒng)建模和多源數(shù)據(jù)的耦合閉環(huán)分析，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位信號系統(tǒng)異常環(huán)節(jié)，為列控系統(tǒng)安全運(yùn)行提供重要保障。

列控安全信息監(jiān)督（簡稱安全監(jiān)督）作為鐵路信號集中監(jiān)測的主要功能之一，實(shí)現(xiàn)了安全風(fēng)險(xiǎn)提示的重要作用。其以行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，通過對各信號子系統(tǒng)結(jié)合部數(shù)據(jù)的監(jiān)測，利用多來源數(shù)據(jù)校核、智能分析和故障診斷等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)結(jié)合部信息[5]不一致時(shí)就及時(shí)報(bào)警。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)站場圖表示、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示、列控安全信息監(jiān)督分析報(bào)告與CTC 系統(tǒng)預(yù)報(bào)警共享等其他功能。

2 列控安全信息監(jiān)督系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

信號集中監(jiān)測的列控安全信息監(jiān)督功能由車站層和中心層構(gòu)成。在車站層，即利用CSM 站機(jī)采集CBI、TCC、ZPW-2000、車站CTC 系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)并進(jìn)行車站層的安全信息監(jiān)督分析。在局集團(tuán)公司/電務(wù)段層（中心層），增加了RBC、TSRS 和CTC 對應(yīng)的接口服務(wù)器負(fù)責(zé)CSM 接口數(shù)據(jù)的采集，并新增安全監(jiān)督服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了中心層的列控安全信息監(jiān)督分析[6]。列控安全信息監(jiān)督分析主要通過對信號子系統(tǒng)間的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性比對和相應(yīng)的邏輯分析，及時(shí)報(bào)出影響行車安全的預(yù)警信息，起到安全風(fēng)險(xiǎn)防范提醒和列控安全信息實(shí)時(shí)監(jiān)督的作用。列控安全信息監(jiān)督功能在CSM 中的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 列控安全信息監(jiān)督功能在CSM中的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the function of train control safety information supervision in CSM

此外，從數(shù)據(jù)架構(gòu)上講，CSM 中列控安全信息監(jiān)督的數(shù)據(jù)來源是中心信號子系統(tǒng)和車站信號子系統(tǒng)。通過綜合分析不同系統(tǒng)來源數(shù)據(jù)，構(gòu)建多維度的數(shù)據(jù)一致性判斷規(guī)則，并針對分析出的異常事件及時(shí)報(bào)警提示。從技術(shù)架構(gòu)上講，列控安全信息監(jiān)督通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)共享，最終將數(shù)據(jù)應(yīng)用在預(yù)報(bào)警管理、站場表示、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示等方面。需要注意的是，目前CSM 還預(yù)留了與CTC 接口服務(wù)器的數(shù)據(jù)共享功能，可將分析出的給行車安全帶來隱患的報(bào)警實(shí)時(shí)共享，最終實(shí)現(xiàn)列控安全信息的有效監(jiān)督。

3 列控安全信息監(jiān)督主要功能

列控安全信息監(jiān)督的功能包括安全信息監(jiān)督分析、報(bào)警管理和相關(guān)安全信息的展示、統(tǒng)計(jì)、回放、共享等。安全信息監(jiān)督分析主要對不同地面信號子系統(tǒng)傳到CSM 的信息進(jìn)行一致性分析，可細(xì)分為以下幾點(diǎn)。

1）區(qū)段占用信息一致性比對，站內(nèi)區(qū)段信息和區(qū)間區(qū)段信息其數(shù)據(jù)流分別如圖2(a)和(b)所示；

2）聯(lián)鎖進(jìn)路與RBC 系統(tǒng)接收SA 一致性比對，其數(shù)據(jù)流如圖2(c)所示；

3）RBC 系統(tǒng)MA 與聯(lián)鎖進(jìn)路一致性比對，其數(shù)據(jù)流如圖2(c)所示；

4）TCC 進(jìn)路信息與聯(lián)鎖進(jìn)路信息一致性比對，其數(shù)據(jù)流如圖2(d)所示；

5）車站聯(lián)鎖執(zhí)行TCC 進(jìn)站信號機(jī)降級命令一致性比對，其數(shù)據(jù)流如圖2(e)所示；

6）TCC 碼序與聯(lián)鎖信號邏輯一致性比對；

7）各子系統(tǒng)間連接狀態(tài)綜合比對，包括CTC、CBI、TCC、TSRS、RBC 及軌道電路，正常狀態(tài)下設(shè)備間的連接狀態(tài)如表1 所示；

表1 各信號子系統(tǒng)間的連接狀態(tài)Tab.1 Status of connections between each signaling subsystem

8）相鄰站TCC 方向一致性比對，以站間通信方式為監(jiān)測中心代轉(zhuǎn)為例，其數(shù)據(jù)流如圖2（f）所示；

9）TCC 與聯(lián)鎖線路方向信息一致性比對，其數(shù)據(jù)流如圖2(d)所示；

10）TCC 鄰站鄰接區(qū)段占用邏輯一致性比對，以站間通信方式為監(jiān)測中心代轉(zhuǎn)為例，其數(shù)據(jù)流如圖2(f)所示；

圖2 安全信息監(jiān)督分析中的數(shù)據(jù)流Fig.2 Dataflow in the analysis by safety information supervision

11）區(qū)間信號機(jī)與區(qū)間方向的邏輯一致性比對；

12）信號顯示與區(qū)段發(fā)碼一致性比對[7]。

報(bào)警管理，即通過數(shù)據(jù)一致性比對發(fā)現(xiàn)各地面信號子系統(tǒng)數(shù)據(jù)不一致時(shí)，實(shí)時(shí)對對應(yīng)的安全信息監(jiān)督分析并產(chǎn)生報(bào)警。報(bào)警類型除了安全信息監(jiān)督分析的幾種特定類型外，還可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)劃分，方便用戶迅速查找問題所在。例如RBC 系統(tǒng)MA 與聯(lián)鎖進(jìn)路不一致可以進(jìn)一步劃分為MA 越過禁止信號、MA 經(jīng)過已占用的區(qū)段、MA 道岔位置與聯(lián)鎖進(jìn)路道岔位置不一致3 種類型。報(bào)警信息除了列出設(shè)備、車站、時(shí)間、內(nèi)容等關(guān)鍵信息外，還結(jié)合語音提示并能夠進(jìn)行歷史報(bào)警的統(tǒng)計(jì)和查詢。此外雙擊對應(yīng)報(bào)警，可跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的報(bào)警診斷界面。用戶根據(jù)相關(guān)報(bào)警提示，結(jié)合站場圖、設(shè)備屬性曲線或開關(guān)量在故障時(shí)間點(diǎn)前、后變化情況等信息，進(jìn)一步對報(bào)警進(jìn)行分析診斷。

此外，最新版本的CSM 還將列控安全信息監(jiān)督應(yīng)用在站場圖、列車MA 時(shí)序圖、設(shè)備工作狀態(tài)展示，接口數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示，安全信息監(jiān)督分析報(bào)告，回放和與CTC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警信息共享等功能上。有效的實(shí)現(xiàn)了對信號子系統(tǒng)信息資源的整合校驗(yàn)、分析診斷和列控安全信息監(jiān)督，保障了行車的安全。在CSM 中右鍵站場如圖3(a)所示，會(huì)有不同數(shù)據(jù)源對比，點(diǎn)擊會(huì)打開對比測試如圖3(b)所示，通過對比可便捷的對不同源信息的一致性分析判定。如圖4 所示，在相關(guān)統(tǒng)計(jì)界面對列控實(shí)時(shí)信息、列控歷史信息和ZPW-2000 調(diào)整表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)展示，有利于對列控信息的實(shí)時(shí)監(jiān)督及故障分析。

圖4 列控實(shí)時(shí)信息等相關(guān)信息統(tǒng)計(jì)展示Fig.4 Screenshot of the interface of statistics on real-time train control information and other related information

4 列控安全信息監(jiān)督關(guān)鍵技術(shù)方法

列控安全信息監(jiān)督除了要對不同來源的多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、解耦等預(yù)處理，還會(huì)用到特征提取和分類、聚類以及相關(guān)性分析等基本數(shù)據(jù)處理與融合技術(shù)。由于不同子系統(tǒng)信息發(fā)往CSM 存在不同的時(shí)間延時(shí)，故可通過相應(yīng)的延時(shí)時(shí)間分析，找出合適的冗余時(shí)間窗，以指導(dǎo)應(yīng)用中信息一致性比對時(shí)等待的最優(yōu)時(shí)間窗口大小。此外，還可以運(yùn)用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整技術(shù)，即動(dòng)態(tài)的找到最優(yōu)解使得不同來源的信號數(shù)據(jù)在同一時(shí)間上對齊，方便進(jìn)一步的時(shí)延糾正。通過將時(shí)延反饋到系統(tǒng)本身并加以糾正，以提高列控安全信息監(jiān)督的及時(shí)性和精準(zhǔn)性。

此外，測試驗(yàn)證階段還會(huì)用到黑盒監(jiān)督分析技術(shù)[8]，對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和功能正確性進(jìn)行校核及驗(yàn)證。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況并參照國鐵集團(tuán)鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)接口規(guī)范[9-10]，搭建符合要求的仿真環(huán)境。通過將現(xiàn)場的典型案例注入對應(yīng)中心或車站的地面信號子系統(tǒng)仿真接口，對CSM 局中心和CSM 車站相應(yīng)的列控安全信息監(jiān)督功能進(jìn)行驗(yàn)證測試。

5 列控安全信息監(jiān)督在集中監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展方向

目前，列控安全信息監(jiān)督在CSM 系統(tǒng)中主要應(yīng)用在各信號子系統(tǒng)同源信息一致性比較；各信號子系統(tǒng)邏輯關(guān)系的一致性比較；數(shù)據(jù)信息在各信號子系統(tǒng)間流轉(zhuǎn)的閉環(huán)性核驗(yàn)。其核心是對各地面信號子系統(tǒng)的信息整合、校驗(yàn)監(jiān)督。CSM 預(yù)留了與CTC 間的數(shù)據(jù)共享，這樣既可以減少數(shù)據(jù)冗余，也避免了再次數(shù)據(jù)采集、算法分析的復(fù)雜性。同時(shí)，將危及行車安全的預(yù)報(bào)警實(shí)時(shí)有效地發(fā)送給CTC，也有利于其及時(shí)做出處理，做到列控安全信息的及時(shí)有效監(jiān)督。

在未來，CSM 系統(tǒng)的列控安全信息監(jiān)督功能還可進(jìn)一步擴(kuò)展，應(yīng)用到更多的場景中去。如加入對車-地信息的聯(lián)合比對，進(jìn)行車載MA 和地面區(qū)段占用比對；RBC 發(fā)送的MA 與車載ATP 接收的MA 一致性比對；車載接收到的低頻信息和軌道電路發(fā)送的低頻信息比對；車載接收應(yīng)答器報(bào)文和地面應(yīng)答器報(bào)文比對；C2、C3 限速命令在地面設(shè)備和ATP 間傳輸?shù)拈]環(huán)檢查等。這樣有利于車-地信息全方位監(jiān)督核驗(yàn)，更為有效的保障行車安全。

6 結(jié)束語

鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)有著設(shè)備監(jiān)測。報(bào)警管理、安全監(jiān)督和智能診斷的重要作用，有效的保證了設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量，提高了設(shè)備維護(hù)水平。CSM 的成功應(yīng)用和廣泛普及，突破了信號維修傳統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信號設(shè)備“狀態(tài)修”，加強(qiáng)了車地設(shè)備運(yùn)維管理，保障了鐵路行車安全。列控安全信息監(jiān)督和智能診斷功能的不斷完善，將顯著提升鐵路信號維修技術(shù)，向著高可靠、高安全、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。