李 浩

（中國鐵建電氣化局集團北方工程有限公司，山西 太原 030053）

0 引 言

中國高速鐵路的信號系統(tǒng)主要有車站聯(lián)鎖、列車集中控制（Centralized Traffic Control，CTC）、列車運行以及計算機監(jiān)控系統(tǒng)。目前，人們的生命安全意識和生活享受能力等不斷提高，對高速鐵路出行的要求也顯著提高。因此，檢測與評價高速鐵路信號系統(tǒng)軟件，并準(zhǔn)確校驗相應(yīng)的數(shù)據(jù)，既能夠保證高速鐵路信號系統(tǒng)的正常運行，又能夠進一步保證人們的出行需求得到有效滿足[1]。在我國高速鐵路信號系統(tǒng)正式運行前，其總體功能、安全性要求和系統(tǒng)匹配性等都是以綜合測試為主。由于高速鐵路運行高安全性級別要求的影響，高速鐵路信號系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，由獨立于高速鐵路信號系統(tǒng)開發(fā)人員和使用者的第三方專家，基于高速鐵路的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)、方法和工具等，結(jié)合高速鐵路信號系統(tǒng)正式運行前的綜合測試結(jié)果，對被測的系統(tǒng)進行功能一致性、安全性等的客觀評估[2-5]。

1 中國高鐵信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試基本情況分析

自2008年開通第1條合寧線后，目前的京津、合武、石太、武廣、鄭西、福廈以及溫福等鐵路路線已經(jīng)初步建立起了1套基本的聯(lián)合測試體系。

1.1 聯(lián)調(diào)聯(lián)試基本流程

在信號系統(tǒng)的靜態(tài)測試結(jié)束后，利用高速鐵路信號系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，同時驗證信號系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的連接。系統(tǒng)測試分為設(shè)備出廠測試、現(xiàn)場安裝測試、系統(tǒng)集成測試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試以及試車測試。

1.2 測試方法與手段

就測試方法而言，高速鐵路信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試選用“運行情景+試驗路徑+案例分析”的方法。而案例分析環(huán)節(jié)則從系統(tǒng)需求規(guī)范、功能需求規(guī)范、系統(tǒng)整體技術(shù)方案中抽取出相應(yīng)的試驗實例展開分析，就測試手段而言，則以實車測試和全面測試為主[6]。

1.3 測試?yán)碚撆c關(guān)鍵問題

高速鐵路列車的運行與控制在安全要求體系方面具有明顯代表性。目前，國內(nèi)高速鐵路安全需求軟件的等級需求越來越高，相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)及系統(tǒng)環(huán)境的功能要求也越來越復(fù)雜，因此如何保證高速鐵路列車的運行與控制安全是相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域亟待解決的問題。高速鐵路信號系統(tǒng)在正式運行前作為測試系統(tǒng)，具有復(fù)雜、實時、動態(tài)和高安全特性，需要進一步對于后續(xù)正式運行中存在的問題、風(fēng)險及優(yōu)化點等作出完整的分析、模擬和測試等操作。為了盡可能全面準(zhǔn)確地保證后續(xù)列車的運行與管理，展開基于模型軟件的測試應(yīng)用，可以很好地達到運行前測試的目的[7]。

1.4 具體測試環(huán)節(jié)分析

1.4.1 信號設(shè)備狀態(tài)檢測環(huán)節(jié)

信號設(shè)備狀態(tài)檢測是在開展系統(tǒng)功能測試之前，對線路上的設(shè)施進行的1種動態(tài)檢測。首先，應(yīng)答器環(huán)節(jié)。中國高鐵信號系統(tǒng)中應(yīng)答器的主要內(nèi)容包括應(yīng)答器實際行程、應(yīng)答器用戶信息、實際應(yīng)答器距離以及應(yīng)答器用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容等。使用精確的應(yīng)答器測試和定位應(yīng)答器消息，可以分析與評估每個應(yīng)答器的連接及覆蓋關(guān)系是否正確，并使用靜態(tài)數(shù)據(jù)庫來確定線路傾斜度、切線、過境、偏差變換以及應(yīng)答器的其他信息是否與實際數(shù)據(jù)相符。其次，軌道電路環(huán)節(jié)。中國高鐵信號系統(tǒng)的軌道線路內(nèi)容主要包括高速鐵路運行中的調(diào)諧區(qū)定位、線路信號傳輸電壓、載頻、低頻、碼序列分布、鄰區(qū)線路、鄰區(qū)干擾以及軌道線路工頻干擾等。最后，補償電容環(huán)節(jié)。中國高鐵信號系統(tǒng)的補償電容環(huán)節(jié)主要指電容測量，包括補償電容位置、步長、補償電容損耗等。具體要求中國高鐵信號系統(tǒng)在聯(lián)調(diào)聯(lián)試前，對信號裝置的工作狀態(tài)進行分析。在此基礎(chǔ)上，對車輛信號探測系統(tǒng)的性能進行進一步的提升，改善牽引回流、電流不平衡等問題[8]。

1.4.2 CTCS-3級列車控制系統(tǒng)功能測試環(huán)節(jié)

中國高鐵信號系統(tǒng)的CTCS-3級列車控制系統(tǒng)功能測試的主要測試項目包括登錄和啟動、取消、駕駛執(zhí)照、時間限制、自動超速、無線承載控制（Radio Bearer Control，RBC）轉(zhuǎn)換、級聯(lián)轉(zhuǎn)換、低溫運行、自然災(zāi)害保護、轉(zhuǎn)向、重新連接以及手動解鎖。一是，CTCS-3跨線列車控制系統(tǒng)兼容試驗。CTCS-3跨線列車控制系統(tǒng)兼容試驗在CTCS-3級動車組上進行了列車兼容測試，包含登錄、起動、退出、暫定速度、自動超速、RBC切換、級間轉(zhuǎn)換、降級、災(zāi)難防范、出入列車、調(diào)車、重新連接、拆卸、特種改進以及手動開鎖。二是，CTCS-3型列車控制系統(tǒng)的備用方式性能測試?；谥袊哞F信號系統(tǒng)對CTCS-3型列車控制系統(tǒng)的備用方式性能測試，主要的試驗內(nèi)容包括正線牽引、控制和切換模式、正離線、停車、通行、側(cè)線、停車、停車、時間速度、引導(dǎo)、倒車、冒險保護、相位過度、失真、故障仿真、災(zāi)難保護以及大數(shù)量道岔等場景測試。三是，跨線CTCS-3級列車控制系統(tǒng)兼容測試。此外，研究中還通過中國高鐵信號系統(tǒng)對CTCS-3型列車展開了跨線CTCS-3級列車控制系統(tǒng)的兼容測試，主要的試驗內(nèi)容包括正線牽引、控制模式與轉(zhuǎn)換、正線發(fā)車、停車、通過、側(cè)線發(fā)車、停車、通過、臨時速度、引導(dǎo)、倒車、冒險保護、相位、失相、失頻器、故障仿真、災(zāi)難防范、大號碼道岔以及等級轉(zhuǎn)換等。四是，CTCS-3型列車控制系統(tǒng)的性能測試。該環(huán)節(jié)主要的試驗內(nèi)容包括正線牽引、控制和切換模式、前車道、停車、車道、側(cè)線、停車、車道、通行、時間、倒車、冒險保護、相位、失聯(lián)、故障仿真、災(zāi)難保護、大數(shù)量開關(guān)以及分級切換等[9,10]。

1.4.3 站臺聯(lián)動裝置性能測試

中國高鐵信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試中站臺聯(lián)動裝置有關(guān)性能測試的主要測試內(nèi)容包括電腦聯(lián)鎖系統(tǒng)與地面控制中心、閉塞設(shè)備的接口和信息交換功能、電腦聯(lián)鎖系統(tǒng)與CTC終端機設(shè)備的連接、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)與RBC（只為CTCS-3級列控系統(tǒng)）以及聯(lián)鎖系統(tǒng)特殊設(shè)計測試等。

1.4.4 CTC系統(tǒng)測試

一是，功能測試。此環(huán)節(jié)的主要職能是監(jiān)測列車運行、跟蹤、基本數(shù)據(jù)規(guī)劃、計劃管理、調(diào)度員管理、車站管理、數(shù)據(jù)復(fù)制、統(tǒng)計分析等。二是，故障模擬測試。此環(huán)節(jié)主要針對模型測試環(huán)節(jié)出現(xiàn)測試失敗問題時的影響范圍，并對解決此此類問題所提供的準(zhǔn)備方法是否有效與合理作出進一步的研究分析及完善，主要內(nèi)容包括控制系統(tǒng)的通信、CTC設(shè)備的故障、CTC系統(tǒng)的通信以及故障的檢測。

2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試常見典型案例分析

為了便于對比分析，以京廣、哈大2條鐵路路線為例，針對CTCS-3型列車控制系統(tǒng)的功能聯(lián)調(diào)和測試中存在的問題進行了統(tǒng)計與歸類。

2.1 京廣專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試

京廣高速鐵路武廣段是國內(nèi)首條采用CTCS-3型列車控制系統(tǒng)的鐵路，全長1 068 km。本路段有廣播站17個、中繼臺53個、無線屏蔽中心設(shè)備9個、臨時服務(wù)器4個以及監(jiān)控中心72個。2009年8月—11月，武漢—廣州鐵路聯(lián)合測試中發(fā)現(xiàn)了不少問題，其中包括機載設(shè)備、列車控制系統(tǒng)功能、系統(tǒng)接口和列車調(diào)度系統(tǒng)的兼容問題。

2.2 哈大客運專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試

除了京廣高速鐵路武廣段外，哈大高速鐵路也采用了CTCS-3型列車控制系統(tǒng)，這條線路的總長度為921 km，由22個車站、3個直撥辦公室和46個中繼站組成。該線路上共安裝了8個LKR-T RBC設(shè)備，除鄰近的直撥線路外，信號系統(tǒng)及設(shè)備與京廣專線相同。

3 聯(lián)調(diào)聯(lián)試常見問題原因分析

通過對京廣、哈大客運專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試的研究不難發(fā)現(xiàn)，中國高鐵信號系統(tǒng)隨著不斷的調(diào)試與完善，很大程度上讓列車運行的整體效率和綜合性能得以有效提高。

3.1 常用制動曲線異常下降

問題說明：當(dāng)高速鐵路啟動CTCS3-300T車輛備用控制模式，MRSP的最大車速曲線達到了最大的設(shè)計車速時，中國高鐵信號系統(tǒng)的常用制動曲線會出現(xiàn)異常下降情況，很容易造成火車無法以正常運行速度行駛，這將對列車的效率和運行安全產(chǎn)生負(fù)面影響。而這個問題在北京市、上海市等許多地區(qū)的中國高鐵信號系統(tǒng)運行中都存在。

理由：在CTCS-3型列控車輛控制狀態(tài)下，車輛接收軌道電路發(fā)送的正常運行指令難以發(fā)送，造成前封鎖區(qū)功能啟動，堵塞分區(qū)造成車輛運行的長度、速度、坡度和其他信息無法及時傳遞給應(yīng)答器聯(lián)鎖區(qū)，系統(tǒng)難以有效對速度進行實時計算，也就無法準(zhǔn)確獲得列車剎車速度和斜率特性線等，從而導(dǎo)致列車的剎車間隙增加，進而會縮短列車起模時間，使列車出現(xiàn)提前減速的穩(wěn)態(tài)。反之，則會導(dǎo)致列車運行中的常規(guī)剎車間距比前面的目標(biāo)間距更大，使列車起模點的起模時間提前，列車提前放慢。

3.2 RBC邊界“飛車”

問題說明：CTCS-3型列控系統(tǒng)具有定位與存取的功能，可以實時了解列車的具體運行位置。但是，如果列車運行中鄰近的RBC出現(xiàn)不規(guī)則連接，那么前面的火車會通過這個鄰近的RBC出現(xiàn)移動邊界，從而出現(xiàn)列車運行中線路不太好分流的情況。另外，列車運行中由RBC向后行列車傳輸?shù)腗A將會覆蓋前一列車的相應(yīng)信息，如果列車?yán)^續(xù)跟蹤信號，則會造成后車碰撞，從而產(chǎn)生“飛車”現(xiàn)象。

理由：在前方車輛的尾部（最小安全終端）越過RBC轉(zhuǎn)移邊界之后，交接RBC將經(jīng)由與RBC相連的車上電臺指令車載裝置切斷與轉(zhuǎn)送RBC的無線電連接，并將其從被轉(zhuǎn)送RBC的列車清單中刪除，但是由于鄰近RBC使用非直接通信方法，極可能造成列車轉(zhuǎn)移RBC，從而無法及時定位RBC轄區(qū)內(nèi)的列車位置，進而造成RBC交接邊界附近接收RBC轄區(qū)內(nèi)發(fā)生的軌道線路分流時出現(xiàn)信息不準(zhǔn)確問題，移交RBC根據(jù)軌道區(qū)間空閑處理，造成后車MA延長。

4 整改措施與防治對策

對聯(lián)調(diào)聯(lián)試中出現(xiàn)的一些簡單工程質(zhì)量問題，可以及時糾正，但也有一些問題，涉及信號系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口，導(dǎo)致軟件、工程數(shù)據(jù)的調(diào)整、維修及復(fù)查都比較困難。為此，在聯(lián)調(diào)聯(lián)試前，要盡可能地制定相應(yīng)整改和防治方案，并根據(jù)以往的聯(lián)調(diào)聯(lián)試經(jīng)驗提出問題相應(yīng)的優(yōu)化措施。

4.1 進一步優(yōu)化車載制動模型

CTCS-3級列車控制系統(tǒng)利用前方的空閑區(qū)域來獲得目標(biāo)的距離，單具體操作控制中受信號編碼影響，當(dāng)前的目標(biāo)最多只能提供7個區(qū)域的距離。為了克服控制車輛時常用制動曲線的下降，提出了在確保車輛安全制動的情況下，合理地縮短列車自動保護系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）控制制動距離的方法。2011年完成的京滬先導(dǎo)段綜合測試中，CTCS-300T列車控制系統(tǒng)支持國際鐵路聯(lián)盟（International Union of Railways，UIC）標(biāo)準(zhǔn)中的制動百分?jǐn)?shù)和6段參數(shù)配置優(yōu)化模型，該模塊根據(jù)機車主機廠提供的數(shù)據(jù)，設(shè)定各限速不超過對應(yīng)廠家的要求，以確保監(jiān)測曲線的安全。

4.2 強化接口設(shè)計

高速鐵路信號系統(tǒng)的接口關(guān)系非常復(fù)雜，在設(shè)計信號系統(tǒng)時，應(yīng)充分考慮與線路、接觸網(wǎng)、站場等的聯(lián)系。在接口設(shè)計階段，以下問題應(yīng)該得到足夠的關(guān)注。

4.2.1 線路數(shù)據(jù)

線路數(shù)據(jù)是列車運行的重要依據(jù)，因此相關(guān)的數(shù)據(jù)獲取和校準(zhǔn)專業(yè)人員必須為列車運行提供精確的軌道長度數(shù)據(jù)、絕緣接頭位置信息、信號機里程數(shù)據(jù)。尤其是在車站的咽喉區(qū)域以及某些變化的進路，在應(yīng)答機或控制中心的控制數(shù)據(jù)必須與現(xiàn)場的實際情況相符合。

4.2.2 優(yōu)化電分相區(qū)的設(shè)置位置

《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，在進線500 m處，應(yīng)避開坡道、大電流、加速路段以及6以上坡度的路段。新建高鐵在一離開段和二離開段之間布置電分相區(qū)，并保證斜率為20%，在特殊模式（OS模式、PS模式等）下，如果車速小于45 km/h，那么列車不能通過電分相區(qū)。

4.3 完善集成測試

集成測試是指在第3方動態(tài)檢測之前，由集成商或設(shè)備供應(yīng)商牽頭完成的集成測試和調(diào)試過程，包括系統(tǒng)內(nèi)部的仿真和動態(tài)集成過程，整合測試重在及早發(fā)現(xiàn)潛在的問題，優(yōu)化系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)管理與系統(tǒng)兼容等。因此，通過整合測試能夠發(fā)現(xiàn)和彌補很多因設(shè)計、技術(shù)等造成的問題，也能夠盡可能地確保專欄1期工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和軟件版本維持相對穩(wěn)定。目前，國內(nèi)外尚無針對集成者或設(shè)備廠商進行現(xiàn)場動態(tài)試驗的明確標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在互聯(lián)互通試驗領(lǐng)域尚未形成1個完整的模擬測試平臺。

5 結(jié) 論

中國高速鐵路系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、測試及深入分析和運行問題完善等是1個需要不斷去總結(jié)、改進和優(yōu)化的過程性建設(shè)活動。因此，加強中國高速鐵路系統(tǒng)的整體設(shè)計，展開行之有效的運行前測試，對于改善和優(yōu)化高速列車運行中的安全問題，保障人們安全出行具有積極意義，是高速列車管理系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的重要保證。