地鐵專用通信系統(tǒng)設(shè)備故障分析研究

楊咪，任青青

（陜西城際鐵路有限公司，陜西 西安 710018）

0 引 言

英國在1860年建成并應(yīng)用人類歷史上第一條地下軌道交通，城市軌道交通在當(dāng)時(shí)整體發(fā)展速度較慢，直至1950年左右，隨著城市人口增長，城市軌道交通行業(yè)迅猛發(fā)展，邁進(jìn)了一個(gè)嶄新的年代。由于特殊的歷史原因，相較于一些發(fā)達(dá)國家和先發(fā)的發(fā)展中國家而言，我國在城市軌道交通起步晚、技術(shù)差、觀念舊，特別是對于通信系統(tǒng)而言，起初只要求其滿足地鐵建設(shè)的基本功能，一直到20世紀(jì)末，我國通過長期的實(shí)踐和探索才形成了一套綜合的軌道交通通信系統(tǒng)，軌道交通通信系統(tǒng)才實(shí)現(xiàn)基本的功能齊全，也形成了未來發(fā)展的結(jié)構(gòu)性框架。

我國的城市軌道交通通信技術(shù)的發(fā)展最早在北京，北京地鐵的一期工程用時(shí)總共11年，完成了54 km的里程。起初在城市規(guī)劃中，軌道交通在提供公共出行功能以外，缺少更多地功能定位，以至于在軌道交通信息系統(tǒng)的建設(shè)中也只聚焦于如何提供安全可靠的運(yùn)營服務(wù)。但是隨著城市發(fā)展需求的多元化增長，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，軌道交通通信系統(tǒng)在滿足地鐵運(yùn)營基本業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上也增加了很多其他功能，在通信系統(tǒng)上個(gè)有針對性地創(chuàng)新和多元化利用。

1 專用通信系統(tǒng)故障分析與處理

1.1 專用通信系統(tǒng)組成

地鐵通信系統(tǒng)一般包括民用通信系統(tǒng)（運(yùn)營商）、公安通信系統(tǒng)和專用通信系統(tǒng)。本文中專用通信系統(tǒng)是指支撐地鐵內(nèi)部運(yùn)營的通信設(shè)備集合總稱，在正常情況下保證列車安全高效運(yùn)營、為乘客提供高質(zhì)量的出行服務(wù)；異常情況下能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣┓罏?zāi)救援和事故處理的指揮通信系統(tǒng)；在此線路中包含12個(gè)子系統(tǒng)，分別為視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、專用無線系統(tǒng)（800M）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、車地?zé)o線通信系統(tǒng)（LTE）、傳輸系統(tǒng)、公專電話系統(tǒng)（公務(wù)電話和專用電話）、廣播系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)、電源系統(tǒng)（UPS）、時(shí)鐘系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)故障分析與措施

按照對于列車運(yùn)行有無直接影響進(jìn)行分類，可將系統(tǒng)分為兩類：

（1）直接影響行車的：傳輸系統(tǒng)、車地?zé)o線通信系統(tǒng)（LTE）、專用無線系統(tǒng)（800M）

（2）非直接影響行車的：視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、公專電話系統(tǒng)（公務(wù)電話和專用電話）、廣播系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)、電源系統(tǒng)（UPS）、時(shí)鐘系統(tǒng)。

此線路專用通信系統(tǒng)各子系統(tǒng)累計(jì)發(fā)生故障83次，其中非專業(yè)故障1次，各系統(tǒng)發(fā)生故障頻次及原因分布具體情況如表1和圖1、圖2所示，系統(tǒng)內(nèi)部故障原因分類占比如圖3所示。

圖1 各系統(tǒng)發(fā)生頻次及原因分布

圖2 各系統(tǒng)發(fā)生故障頻次占比情況

圖3 各系統(tǒng)故障原因分布占比情況

表1 各系統(tǒng)發(fā)生頻次及原因分布

通過總結(jié)分析可得出，在滿足物理環(huán)境、防雷、接地等條件基礎(chǔ)上，設(shè)備受外界作用力影響較小，故障發(fā)生原因主要集中在內(nèi)部軟件運(yùn)行參數(shù)錯(cuò)誤，硬件接觸不良、損壞等和與外系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤方面，終端設(shè)備使用頻次較高的系統(tǒng)故障頻次較高。

CCTV系統(tǒng)設(shè)備故障部位主要為車載終端設(shè)備，表現(xiàn)在司機(jī)室觸摸屏卡屏，車載、地面監(jiān)控終端灰顯、花屏，畫面顯示錯(cuò)誤、黑屏等；原因有軟件卡滯、參數(shù)配置錯(cuò)誤，硬件接口接觸不良、線纜松動(dòng)、板卡電壓不足、板卡故障等。

專用無線系統(tǒng)設(shè)備故障部位主要為車載終端設(shè)備，表現(xiàn)在司機(jī)無法用車載臺與行調(diào)呼叫、呼叫顯示錯(cuò)誤、車次顯示不正確等；原因主要為車載臺控制盒故障、主機(jī)模塊故障、控制中心核心網(wǎng)設(shè)備硬盤故障等。

PIS系統(tǒng)故障部位主要為車載與車站終端設(shè)備，表現(xiàn)在LCD屏卡頓、花屏、黑屏、紅屏、顯示錯(cuò)誤等，原因主要為硬件卡頓、線纜松動(dòng)、軟件卡頓等。

LTE系統(tǒng)設(shè)備故障現(xiàn)象表現(xiàn)為列車緊制、站臺門與車門不聯(lián)動(dòng)、單網(wǎng)故障等，主要原因?yàn)榘蹇ü收?、RRU鏈路故障、交換機(jī)線纜故障、核心網(wǎng)交換機(jī)故障等。

傳輸系統(tǒng)設(shè)備故障現(xiàn)象表現(xiàn)為單站通信中斷、主環(huán)網(wǎng)通道告警、列車緊制降級、主控備板異常，主要原因?yàn)橛布L(fēng)扇過熱、線纜松動(dòng)、板卡故障等。

2 典型故障案例分析

2.1 傳輸系統(tǒng)板卡故障

2.1.1 故障現(xiàn)象

某時(shí)間傳輸系統(tǒng)中心監(jiān)測系統(tǒng)顯示傳輸設(shè)備時(shí)鐘交叉單板產(chǎn)生告警，告警名稱“顯示時(shí)鐘源丟失”，查看設(shè)備室傳輸設(shè)備板卡燈位，發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘交叉單板PSXCS告警指示燈SYNC、ALMC燈位均顯紅（正常應(yīng)為綠色）；隨后運(yùn)營列車產(chǎn)生緊制降級。

2.1.2 處置過程

對監(jiān)測系統(tǒng)故障日志信息進(jìn)行下載，查詢歷史告警分析，發(fā)現(xiàn)本線路傳輸系統(tǒng)配置的9號交叉板件和四塊ETMC分組接口板上報(bào)BD_STATUS告警（即板狀態(tài)錯(cuò)誤。單板產(chǎn)生該告警是單板硬復(fù)位或者板離線了，業(yè)務(wù)單板產(chǎn)生該告警，業(yè)務(wù)會(huì)中斷），分析業(yè)務(wù)中斷時(shí)間與ETMC單板復(fù)位時(shí)間相符，可以確認(rèn)ETMC單板復(fù)位引起業(yè)務(wù)中斷。告警信息界面如圖4、圖5所示。

圖4 故障告警信息界面

圖5 設(shè)備板卡連接示意圖

2.1.3 故障原因分析

XCS為統(tǒng)一交叉時(shí)鐘板，在傳輸系統(tǒng)中提供業(yè)務(wù)調(diào)度、時(shí)鐘輸入輸出等功能，交叉時(shí)鐘板向系統(tǒng)中其他單板提供定時(shí)信息，并完成各線路板及各支路板間業(yè)務(wù)調(diào)度；EG8和ETMC為連接分組業(yè)務(wù)板卡，傳送所需系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有設(shè)備級保護(hù)功能，10板與9板為1+1備用，9板為主用板卡。

經(jīng)對板卡黑匣子底層數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，故障原因?yàn)椋簷z測到時(shí)鐘芯片異常并觸發(fā)硬復(fù)位，說明9號單板時(shí)鐘芯片當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了故障，主板時(shí)鐘源供給出現(xiàn)問題，倒切到備用10板卡，10板卡變?yōu)橹饔冒蹇?，EG8板卡只選擇主用時(shí)鐘源供給ETMC板卡，ETMC板卡在檢測到系統(tǒng)時(shí)鐘由壞變好，需要硬復(fù)位自愈，硬復(fù)位期間單板業(yè)務(wù)中斷，導(dǎo)致掛接在該板卡上的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)異常，重點(diǎn)造成承載車地?zé)o線通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷1分鐘，列車緊制降級。

2.1.4 處置結(jié)果

9號交叉板時(shí)鐘芯片故障引起ETMC接口板異常復(fù)位，導(dǎo)致經(jīng)過ETMC單板業(yè)務(wù)中斷；對板卡進(jìn)行更換。

2.2 乘客信息系統(tǒng)（PIS）與綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）接口應(yīng)急功能聯(lián)動(dòng)失敗

2.2.1 故障現(xiàn)象

某時(shí)間運(yùn)營時(shí)段結(jié)束后，在某站開展模擬消防火災(zāi)場景演練，出現(xiàn)該站站臺、站廳PIS與ISCS未實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，站臺LCD屏幕未及時(shí)播放火災(zāi)應(yīng)急逃生信息的問題。

2.2.2 處置過程

此問題涉及PIS系統(tǒng)與ISCS系統(tǒng)兩個(gè)專業(yè)相互數(shù)據(jù)傳輸，檢查硬件設(shè)備正常，故對日志信息下載進(jìn)行分析。如圖6所示，PIS系統(tǒng)與ISCS系統(tǒng)以網(wǎng)線接口聯(lián)通，按照接口協(xié)議標(biāo)定內(nèi)容規(guī)定，ISCS系統(tǒng)的FEP（前端處理器）配置為主機(jī)，PIS系統(tǒng)的通信設(shè)備配置為從機(jī)。

圖6 系統(tǒng)接口連接示意圖

因設(shè)備主從設(shè)置原因，PIS為數(shù)據(jù)被動(dòng)接收方，排查PIS日志信息發(fā)現(xiàn)，PIS端已接收到ISCS發(fā)送信息，故確定故障發(fā)生在ISCS側(cè)；

進(jìn)行現(xiàn)場測試，對報(bào)文信息進(jìn)行下載分析，報(bào)文格式組成為標(biāo)準(zhǔn) MODBUS TCPIP協(xié)議，對多次測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對發(fā)現(xiàn)，原協(xié)議中按照6個(gè)二進(jìn)制字符串控制一個(gè)站區(qū)域，該站定義順序?yàn)?，因后期線路延長，站個(gè)數(shù)增加，依然按照此定義順序造成指令數(shù)據(jù)未下發(fā)至正確區(qū)域。

2.2.3 故障原因分析

未考慮延長線路數(shù)據(jù)加入既有線路的整體布局造成。

2.2.4 處置結(jié)果

對底層邏輯協(xié)議數(shù)據(jù)規(guī)定進(jìn)行修改完善。

3 結(jié) 論

即便城市軌道交通的通信系統(tǒng)應(yīng)具有極高的可靠性；但在實(shí)際運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)，隨著技術(shù)發(fā)展更新，結(jié)構(gòu)多元變化，通信系統(tǒng)設(shè)備功能越來越完善，組成架構(gòu)越來越復(fù)雜，引入更多的故障現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)各類多樣化的問題。

加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和管理，對故障進(jìn)行分析總結(jié)，有助于運(yùn)營人員積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提出解決辦法，關(guān)注重點(diǎn)頻發(fā)部位，在處理問題中強(qiáng)化技術(shù)水平，為中修、大修做好準(zhǔn)備；另一方面對于設(shè)備生產(chǎn)商而言，有助于進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)備功能，優(yōu)化設(shè)備質(zhì)量，促進(jìn)設(shè)備更新改造；要加強(qiáng)與國外先進(jìn)技術(shù)的合作，一方面積極引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，一方面要加強(qiáng)自身對先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)與利用，將城市軌道交通系統(tǒng)中的故障發(fā)生的可能性降到最低，更好地為乘客服務(wù)。

軌道交通運(yùn)輸聚焦城市發(fā)展，以“人”為中心，逐步從“硬”服務(wù)向“軟”服務(wù)轉(zhuǎn)變，不斷追求高質(zhì)量服務(wù)，便捷舒適乘車體驗(yàn)，以滿足乘客需求及內(nèi)部運(yùn)營需求為導(dǎo)向，面對新技術(shù)，把握新機(jī)遇，直面新挑戰(zhàn)，引用新的技術(shù)手段，解決存在問題，順應(yīng)時(shí)代與科學(xué)技術(shù)發(fā)展，在可靠運(yùn)營的基礎(chǔ)上，打造智慧化、人性化通信系統(tǒng)。