CBTC系统常见故障及影响分析
2.3.1 联锁系统故障
通过查阅文献和在南京地铁运营公司调研发现，人为因素和设备因素是导致地铁信号系统联锁故障的两大主要因素，在两种故障因素中，设备因素导致的联锁故障概率占96%左右，而人为原因导致到故障概率占 4%左右，由此可见设备因素在引发联锁故障的因素中占主导地位。最为常见的几种设备故障包括信号故障、红光带故障、道岔故障、 调集故障、表示故障以及进路故障等。不同设备故障的表现形式和引发故障原因是不相同的，针对以上提到的几种设备故障一一进行分析。
（1）信号故障发生时，地铁信号灯会表现为熄灭状态或直接显示错误，信号不再
开放。引发信号故障的原因主要有：指示器接触不良、继电器接触不良、软件程序出现错误、接点焊接工艺不当或老化导致的虚焊问题等。
（2）调集故障发生时，地铁信号联锁设备会呈无信号状态，调度联络系统无法正
常使用，导致地铁信号联锁设备调集失去控制。如果没有对列车的调集调度，很容易引发列车轨道事故，造成严重的后果。调集故障出现的原因包括：电源出现问题、ATS的 主机故障、信息采样的瞬时故障、控制台按钮失控或是软件不兼容等。
（3）红光带故障发生时会在未被占用的轨道区域错误地显示红光带，导致列车无
法在该区段正常行驶，其在设备因素导致的故障类型中发生的概率最大。红光带故障发生的主要原因是接受盘损坏、移动电源盘损坏、死机，或是由于继电器故障和道岔故障未能及时被处理而进一步引发红光带故障。
（4）进路故障出现时会导致进路无法解锁、进路不触发或是进路不排、错排；进
路故障发生的主要是由继电器出现故障、联锁设备故障、软件程序出现问题、ATS故障等原因引起。
（5）调集故障出现时表现为调集失控、无信号或者调度电话故障；调集故障出现
的原因包括电源出现问题、ATS的主机故障、信息采样的瞬时故障、控制台按钮失控或是软件不兼容。
（6）道岔故障的主要表现为道岔不进行转换或不密贴；造成道岔故障的原因主要是道岔插接件接触不良或继电器焊点接触不良，在大雨雪天气道岔故障很容易发生。行车遇暴雨、暴雪等恶劣天气时，由于继电器焊点接触不良以及道岔插接件发生问题等原因导致通信链路失常情况，进而频繁发生使道岔故障。
（7）表示故障主要表现为调集表示故障，表示故障原因主要有通信链路的故障、交流主机箱故障或是软件问题引起表示盘故障。
ATS系统故障
ATS子系统的设备故障主要有以下两类：
（1）通信中断故障。列车排路计算机（Train Routing Computer，TRC）和安装在
某联锁站的时刻表处理器（Timetable Processor，TTP）组成 ATS 系统，如果控制中心
（Operation Control Center，OCC）和外围系统的双通信通道同时发生故障，ATS将会失去作用，运营控制由本地ATS系统接管。
（2）OCC服务器故障。OCC服务器主要包括：人机界面（Human Machine Interface，HMI）、前端处理器（Front End Processor，FEP）、中心数据存储机（ADM）以及COM
服务器（主要作用是汇集及处理外围系统的动态数据）。主用和备用热备冗余是由COM服务器提供的，在主用 COM 服务器发生故障的情况下，备用 COM 服务器自动启动，同时主用和备用 ADM 服务器都有报表数据存储。如果主用 COM 服务器和备用 COM 服务器同时发生故障，ATS将会失去作用。以中央ATS故障为例，若中央ATS服务器发生故障或沿线信号通信系统发生故障，信号系统将无法实现 ATS 中央级控制，OCC 调度员无法对全线信号系统进行监控，在 车站级联锁功能正常的情况下可实施降级行车模式的故障。
ATS故障的主要现象为：1）OCC中央ATS大屏幕信号系统显示区域轨道图灰显，OCC中央ATS工作站灰显且弹出服务器状态双红显示灯（中央ATS系统服务器死机或通信中断）；2）中央ATS无法显示信号系统实时信息（列车位置、设备状态、列车车次等）；3）区域联锁、RATP/RATO功能正常，车站控制室（LCW）显示正常，可正常监控相应区域列车运行。ATS 故障将导致正线列车无法接收中央 ATS 系统服务器的时刻表数据，中央 ATS时刻表功能丢失，列车无法按运行图组织行车，行车组织模式无法实施中央级控制。ATS 故障对正线行车组织的影响主要为：
（1）由于时刻表数据丢失，正线列车无车次号、目的地码，导致正线列车无法自动排列列车进路（除信号机设置为自动排列进路模式的进路可根据联锁条件排列正向进路外），列车区间停车或终点站折返进路不能自动排列。
（2）因列车车次丢失，车站站台到站广播不能自动触发，站台乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）无法实时显示列车到站信息；列车不能根据目的 地码自动广播，须司机、车站人工手动广播。
（3）中央ATS大屏幕显示系统、ATS人机接口（工作站）灰显或正线计轴区段（轨 道电路全部显示故障，OCC行调无法确认列车实际位置。
（4）车载无线通信系统无法实时更新列车位置信息，导致行调—司机二级通信模式受影响，行调须人工确认列车位置信息。
2.3.3 轨旁设备故障
轨旁设备由 ATP 系统设备和 CI系统设备组成。轨旁控制计算机（Wayside Control Unit，WCU）是 ATP 的主要设备，CI系统的主要设备是室内电子检查控制（ElectronicCheck Control，ECC）和室外信号机、转辙机、计轴设备。
轨旁设备的主要设备故障有：
（1）WCU故障。由于三取二冗余设计应用在WCU和通信通道上，单个通道故障对列车运行没有影响，但是如果两个通道都出现故障，可以将列车切换到人工驾驶（Restricted Manual，RM）模式，运行到下一个车站之后，采用站间闭塞模式运行。
（2）CI系统设备故障。CI系统设备故障分为室内设备故障和室外设备故障。室内设备的硬件故障解决，是由采用三取二冗余配置的 ECC 和通信通道来实现的，如果单个接口模块出现问题，系统在通过板件重启、维修替换之后可以正常运行。室外设备故障：室外信号机在CBTC正常模式下是灭灯的，所以在信号机出现故障时，只发出报警信号，不影响列车的正常运行。转辙机故障可以通过抢修和加道岔钩锁器等措施解决； 计轴设备的故障可以通过计轴预复位等操作解决。
车载信号系统故障
地铁车载信号系统是一个数字化、智能化系统，由于车载信号设备作为信号系统与车辆系统的接口，同时车载信号作为地铁司机的接口设备，受制于设备老化、接口匹配、人为等因素，在运行中容易发生故障，结果导致通信传输中断。车载信号系统常见故障有ATP冗余故障、无线通信数据包丢失、ATO冲标等。
（1）ATP冗余故障通常情况下，在列车的前端和后端分别设置有VOBC车载控制器，两者互为冗余，如果列车的前端 VOBC 发生故障，后端的 VOBC 会对列车行使掌控权利。ATP 冗余的状况主要有以下的几点表现：1）前端的VOBC激活后，尾端的VOBC就会处在一种待机的状态下，当前端的车载信号系统出现故障时，就会进行冗余切换；2）当前端的VOBC 激活之后，尾端的 VOBC 处于一种关闭或者故障的情况下，无法实现冗余切换；3）前 端的VOBC处于关闭或者故障的情况下，尾端的VOBC激活，完成冗余切换。导致 ATP 冗余故障发生的原因有两点：1）在雷达、应答器等模块出现故障时，会导致列车前后两端的 VOBC 不能够正常的进行切换。2）在列车运行的过程中，接头连接不紧密、贯通线较短，也会造成ATP冗余现象的发生。对设备软件以及技术进行不断的升级能够有效的减少地铁列车在运行过程中ATP冗余故障的发生频率，从而有效的解决冗余故障问题。
（2）无线通信丢失故障
在CBTC系统中，无线丢失是比较常见的故障，发生的频率比较高。导致无线丢失的原因有以下三点：1）场地无线设备布设的密度。无线丢失故障出现最多的地方就是地面站场，在一些站场附近，AP（Access Point）接入点比较少，比较远的轨道列车在 接收信号时出现断断续续、不稳定的情况，网络连接不稳定导致无线丢失。在折返车站附近也会经常出现无线丢失的情况。地面站和底线站相比来讲，无线信号受到的干扰因素较多，很容易造成无线丢失。2）列车车载设备性能。经常出现无线丢失故障的列车，其两端无线单元之间网线的损耗比较大、丢包率大，造成无线丢失。3）无线设备的维修检查效果。在地铁运营过程中，出现很多次由于无线贯通线接头不紧密导致无线丢失的情况。出现无线丢失故障会对列车的正常运行带来一定的影响。当无线丢失故障出现之 后，系统控制模式的级别会降低，从CBTC模式降到联锁模式，列车自身会由于定位的丢失，无法正常的行驶，出现紧急制动刹车的情况。另外，故障出现之后，列车只能够在人工驾驶模式下行驶，时速只能够控制在 25km/h，导致列车晚点，影响列车运行的效率。
（3）ATO对标不准
地铁列车到站停车时，停车精度要求在±50cm 范围内，否则车门不能正常打开，影响运营效率。由于停站精度与列车速度、距离、车辆性能、轨道条件等密切相关，任何一个参数、性能的短暂改变，都会对最终的停站精度产生影响。
DCS网络故障
如图2-9所示，DCS网络设备主要包括：节点机、电交换机、光交换机、轨行区无线天线、车载无线天线和车载交换机。线路按介质区分，有双绞线（网线）和光纤。本 节内容对各个网络设备故障进行分析。
（1） 节点机间光纤断裂
CBTC系统的骨干网一般由若干节点机成环相连，如图2-10所示。此处定义节点机A 至 F 依次相连形成环网，定义节点机 A-B 相连和光纤为①、节点机 A-F 相连的光纤为②。若光纤①出现断裂，环形组网方式将通过内置的自愈机制保证B-C-D-E-F-A节点机的互联互通；若光纤①②均出现断裂，将触发自愈机制：B-C-D-E-F节点机通信无障碍，但节点机A脱离环形网络，其承载的服务已脱离骨干网络，即节点机下的联锁机和ATP计算机服务已离线，造成OCC部分灰显及列车无法投入CBTC模式。
2-10 环形网络示意图
（2）节点机故障
通常节点机有冗余双通道设计，若为单通道故障，将不会导致信号系统故障；若节点机双通道均故障，造成的结果与
（1）中光纤①②均出现断裂的情况一致。
（3）电交换机故障
通常电交换机为双机冗余设计，单机故障一般不会造成信号系统故障，但需要注意其他子系统或系统程序是否有默认交换机设置，这样的设置可能会导致冗余失效；若交换机双机故障，其相连的计轴计算机、ATP计算机、联锁计算机、ATS服务器等将不能互联互通，交换机所承载的业务也不能上传到节点机，即将传给给列车的移动授权信息也不能传递给光交换机，列车因无法接入 ATP 服务器而触发紧制，将无法投入 CBTC 模式。
（4） 光交换机故障
光交换机指在电交换机端口处增加光模块，实线信号在光纤中的传输。通常光交换机为双机冗余设计，对应车-地的冗余无线网络，单机故障将不会造成信号故障；若光交换机双机故障，将直接造成与电交换机和轨行区无线天线的数据通信中断，列车因无法接入ATP服务器而触发紧制，将无法投入CBTC模式。
（5） 轨行区无线天线故障
轨行区无线天线由天线、光电转换器、调制解调器构成。通常为双网冗余设计，若单网故障一般不导致信号故障，但需注意双网的信号覆盖强度不一定相同，若较差覆盖率的信号被使用将增加网络超时中断的风险，将导致列车紧制并无法投入CBTC模式；若不考虑其他天线的信号覆盖，双网故障将导致列车紧制，车-地通信彻底中断，列车因无法接入 ATP 服务器而触发紧制，并无法投入 CBTC 模式，点式 ATP 模式下的车门联动屏蔽门功能也将失效驶出该天线覆盖区域将恢复正常。
（6） 车载无线天线故障
为实现与轨旁天线的互联互通，车载无线天线与轨旁天线构成类似。通常为双网冗余设计，若单网出现故障一般不导致信号故障；若双网出现故障，车-地通信彻底中断，列车因无法接入 ATP 服务器而触发紧制，并无法投入 CBTC 模式，点式 ATP 模式下的 车门联动屏蔽门功能也将失效。
（7）车载交换机故障
车载交换机通常为冗余设计，对应车载天线。若单机故障，不会造成信号故障；若双机故障，车载交换机相连的车载控制器、信标天线、编码里程计和人机界面不能互联互通，所承载的业务将直接中断，造成车载控制器收不到附属设备的所有信息，列车触发紧制，在此情况下列车只能通过切除ATP移动列车。
（8）无线链路传输故障
车-地无线通信通常工作在 2.4Ghz 频段（IEEE 802.11），我国有 13 从 2.412Ghz~2.472Ghz 的信道。当运行线路中无线信号强度太弱时，超过 5 秒仍通信中断，车载控制器将触发列车紧制。由于 2.4Ghz 为开放频段，故多种民用无线设备处于此频段，例如便携 3G/4G 路由器。若该类设备开启较多，则会增加车-地通信的丢包率，从而增加 列车因通信中断而紧制的风险。此类情况可通过信号厂家修改无线工作频段的方式大幅改善。
