工控专家解读城市地铁信号系统频故障六大根源

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近年来，世界各地地铁信号系统故障不时出现。媒体报道，12月28日，北京地铁进行全面调价，但此次涨价前的地铁故障造成早高峰“全城迟到”，造成这种现象的原因是什么，应该如何改进？近日，中国软件评测中心的信息物理系统测评北京市工程实验室工控专家陈渌萍、陈曦对频频出现的城市地铁信号系统原因进行了分析。

问题1

设计不完善

部分地铁采用的是移动闭塞列车自动控制系统（CBTC），是一种基于无线通信技术的列车自动控制系统。据陈渌萍介绍，基于中国软件评测中心多年来对工业控制系统的研究，由于网络设计不完善导致的通信问题会直接影响正常运营秩序。另外，也要考虑通信容量余量、故障情况下设备切换等设计问题。

问题2

信号升级调试故障

而陈曦表示，CBTC系统发展很快，在信号不断升级和调试的过程中会不稳定，以致影响正常运营。如2011年7月28日，一列满载乘客、本应开往航中路方向的上海地铁10号线列车，反常地朝虹桥火车站方向开出，正是因为CBTC信号升级调试时，发生信息阻塞故障，致使后一列车重复使用前一列开往虹桥火车站列车的行进信号。

问题3

车载及地面设备故障

陈渌萍介绍，无论地铁厂家采用的是通用工控平台，还是专用硬件平台，都会存在升级导致的兼容维护问题。另外，中继设备配置不当，也会影响通信质量。如2014年12月4日，西安地铁2号线10502次(由南向北)列车车载信号发生故障，全程造成延误。

问题4

配套系统运行不稳定

陈曦还表示，由于部分地铁线路分时分段开通，存在不同时期建设的供电系统同时运行的问题，数据接口的串联和衔接容易造成不稳定，或引发信号系统故障。如2012年5月31日，因信号系统电源运行不稳定，西安地铁二号线两次停车致使列车大面积晚点近40分钟。

问题5

应急管理体系不健全

陈渌萍还表示，当自动系统出现信号故障时，需要改为人工调度，也就是电话调度，这样就容易出现人为事故。如“9.27”上海地铁10号线追尾事故，地铁行车调度员在未准确定位故障区间内全部列车位置的情况下，违规发布电话调度命令；接车站值班员在未严格确认区间线路是否空闲的情况下，违规同意发车站的电话调度要求，导致地铁10号线1005号列车与1016号列车追尾碰撞。

问题6

国内地铁运行压力大

陈曦还介绍，北京地铁人流量大，需要采用列车之间追踪间隔比较小的CBTC系统，以保障运力。但是，一旦某列车出现故障，由于安全设计原则，将会导致后续列车出现连锁性的保护性动作，造成大面积的延误。

如何保障信号系统安全运行

两位专家表示，地铁系统通常包含行车信号系统ATS（CBTC系统是其中一种）、数据采集与监视系统SCADA、环境控制系统BAS、综合监控系统ISCS、通信系统、消防系统FAS、售检票系统AFC等等系统，每个系统都采用了不同厂家的产品来实现相应的功能，系统间交互频繁，相互影响，部分地铁系统在顶层建立了综合监控信息共享平台，实时采集监控各个系统反馈的数据。信号系统是地铁系统的核心，是由计算机联锁系统、列车自动防护ATP、列车自动驾驶ATO、列车自动监督ATS等子系统组成，具备前端感知、数据传输、计算处理以及控制反馈的工业控制典型特征，是关乎我国基础设施建设的重要工业控制系统。

针对目前我国地铁系统的分布“广”、系统“杂”和日客流量“多”的客观苛刻条件，为保障铁路系统的安全可靠运行，他们建议：

措施1

应组织产学研用各部门建立圈子，针对核心系统的故障发生几率，建立合理规划、精细设计、严谨开发、严格评价、专业运维的要求和规则，在系统建设和运维方面将核心系统间的影响规避到最小。

措施2

科学有效的安全技术和测评技术是很好的辅助管理手段，要将测评工作置前置深，在规划、设计、开发、评价、运维等阶段引入质量测评和安全风险分析，通过测试与评估有效地发现地铁系统如代码缺陷、逻辑错误、电源波动、车载设备故障、控制中断、冗余故障等逐层、跨层、共性的缺陷和风险。

措施3

建立满足我国地铁系统要求的测评标准和准则，建立安全可靠保障专业力量和机制，通过对于地铁系统进行功能、协议、性能、安全的质量测评和安全风险分析，最大程度的抑制事故的发生。