陳瑋瑩

摘要：在當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的大環(huán)境下，城市軌道交通在載人運(yùn)輸方面優(yōu)勢越發(fā)明顯，在解決城市路面交通擁堵、優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)、高效利用城市用地等方面有著較高優(yōu)越性。然而城市軌道交通的快速發(fā)展也會伴生一定的問題，其中，信號設(shè)備系統(tǒng)故障屬于關(guān)鍵部分，這類故障的出現(xiàn)會導(dǎo)致軌道交通出現(xiàn)碰撞與追尾事故，嚴(yán)重影響乘客人身安全。因此，信號系統(tǒng)作為城市軌道交通最關(guān)鍵且最易出現(xiàn)故障的系統(tǒng)，需要加強(qiáng)該系統(tǒng)建設(shè)及做好對信號設(shè)備的監(jiān)測工作，確保城市軌道交通有序且安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;信號設(shè)備;監(jiān)測技術(shù);自動化系統(tǒng)

中圖分類號：F570.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

現(xiàn)階段我國城市軌道交通的信號系統(tǒng)制式多種多樣，如ATC系統(tǒng)、ATP/TD系統(tǒng)、移動閉塞ATC系統(tǒng)等，正因為各個信號系統(tǒng)的制式差異，所以在維護(hù)手段及內(nèi)容方面存在極大差別。信號集中監(jiān)測系統(tǒng)（CSM）作為信號系統(tǒng)自動化測試與智能化維護(hù)的關(guān)鍵信號設(shè)備，在鐵路當(dāng)中有著廣泛應(yīng)用。但是城市軌道交通與鐵路系統(tǒng)有著很大區(qū)別，所以CSM系統(tǒng)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用并不多。因此，本文將從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與系統(tǒng)軟件設(shè)計方面對城市軌道交通信號維護(hù)支持系統(tǒng)（MSS）進(jìn)行分析，并對其中信號設(shè)備監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行著重分析。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合城市軌道交通按線路建設(shè)、維護(hù)、管理的特點，信號維護(hù)支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計也需要圍繞這些特點進(jìn)行。在運(yùn)營總部設(shè)置MSS中心，將各條線路MSS中心進(jìn)行接入，同時結(jié)合實際的運(yùn)維需求，設(shè)置一定數(shù)量的信號分部與運(yùn)營總部終端;每一條線路均需增設(shè)線路MSS中心，作用在于接入該線路內(nèi)的所有MSS車站分機(jī)，結(jié)合實際需求設(shè)置一定數(shù)量的信號分部或工班終端;每個車站單獨設(shè)置MSS車站分機(jī)[1]。

MSS車站分機(jī)設(shè)備涵蓋MSS站機(jī)、采集設(shè)備、電源設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等;同時，MSS還應(yīng)具備與各個信號系統(tǒng)的接口，設(shè)備配置與系統(tǒng)接口也要根據(jù)MSS站機(jī)而定[2]。MSS中心設(shè)備涵蓋應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、接口服務(wù)器等。各個設(shè)備集中站與車輛段的MSS站機(jī)，將所采集到的信號設(shè)備監(jiān)測信息與接口獲取到的各類系統(tǒng)信息，經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳送至MSS中心;智能電源屏信息會經(jīng)由光纖接入臨近設(shè)備集中站MSS站機(jī);自動列車監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的信息能夠直接傳輸至MSS中心接口服務(wù)器[3]。在運(yùn)行維護(hù)中心及信號分部的終端設(shè)備中，能夠?qū)崟r查看網(wǎng)內(nèi)各個子系統(tǒng)的監(jiān)測信息。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計作為系統(tǒng)開發(fā)工作中的基礎(chǔ)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合城市軌道交通特點，將控制中心布設(shè)在車輛段之處，保證所有工作環(huán)節(jié)都要經(jīng)過客戶端去處理，然后將數(shù)據(jù)傳給服務(wù)器，從而提高客戶端的響應(yīng)速度。另外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)均存儲在計算機(jī)設(shè)備內(nèi)，包含設(shè)備維護(hù)檢修記錄、出廠參數(shù)等，此類信息的收集與審視都能利用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。通常來講，為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要對數(shù)據(jù)的保密性及數(shù)據(jù)庫的直觀性有所確保，所以可用到SQL Server數(shù)據(jù)庫，能夠滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。整個系統(tǒng)采用C語言且在VS平臺上進(jìn)行開發(fā)，不僅能夠滿足開發(fā)功能的需求，也能與現(xiàn)代開發(fā)工具形成良好配合，同時在可編程優(yōu)勢加持下能夠以自定義的方式去標(biāo)記方法。同時，為了解決城市軌道交通信號維護(hù)支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，還要對其數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計，保證其完整性與可拓展性。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

結(jié)合城市軌道交通信號設(shè)備按線路管理的特點，對監(jiān)測信息的分析與審視也需要按照線路去劃分，因此也設(shè)計出來充分適應(yīng)該管理模式的信號維護(hù)支持系統(tǒng)軟件架構(gòu)。

信號維護(hù)支持系統(tǒng)軟件架構(gòu)與鐵路存在極大差異，最明顯的特點就在于對軟件數(shù)量的精簡，核心應(yīng)用軟件只有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用服務(wù)器等，將鐵路系統(tǒng)中原有的通信前置機(jī)軟件、終端機(jī)軟件等去除掉。通過這樣的全新設(shè)計，強(qiáng)化了數(shù)據(jù)顯示的軟件功能，并且為不同用戶分配不同的權(quán)限，從而能夠?qū)徱暥嗾尽握?、全線路的信號設(shè)備監(jiān)測信息。各車站均部署了數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件，為每一個需要對信息進(jìn)行審視與分析的站點部署數(shù)據(jù)展示軟件，如車站、工班、信號與運(yùn)營總部等。數(shù)據(jù)展示軟件不僅能夠與數(shù)據(jù)采集軟件集成在統(tǒng)一設(shè)備中，還能夠分別配置在兩臺機(jī)器中相互配合[4]。這樣的軟件架構(gòu)設(shè)計，意味著維護(hù)人員能夠在任一數(shù)據(jù)顯示軟件端，對任一車站的信號設(shè)備監(jiān)測信息進(jìn)行查看與分析。

3 信號設(shè)備監(jiān)測技術(shù)

城市軌道交通信號系統(tǒng)中的設(shè)備多種多樣，主要設(shè)備為FTGS音頻無絕緣軌道電路、屏蔽門控制系統(tǒng)、同步環(huán)線等，而其他如電源屏、信號機(jī)等與鐵路信號設(shè)備監(jiān)測技術(shù)完全相同則不進(jìn)行論述。

3.1 FTGS音頻無絕緣控制電路的監(jiān)測技術(shù)

FTGS指的是遠(yuǎn)程控制音頻無絕緣軌道電路，這類電路在軌道電路中應(yīng)用極廣，能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行空閑監(jiān)測及發(fā)送LZB代碼，換而言之便是不僅能夠獲取軌道區(qū)間空閑與占用的相關(guān)信息，并且也能在軌道區(qū)間占用狀態(tài)下，對來源于軌道旁ATP的報文進(jìn)行傳送，途徑為軌道電路，接收為車載ATP設(shè)備。

按照進(jìn)路方向進(jìn)行劃分，F(xiàn)TGS軌道電路可分成3個方向電路，而且軌道電路的傳送段及接收端電壓會跟隨方向電路的改變而變化，意味著就算采樣點不變，所采集到的信息有可能是接收電壓，也有可能是傳送電壓。通常來講，接收電壓僅有0.3～0.9 V，而傳送電壓則為30～80 V，有著巨大差距，因此在實際監(jiān)測中存在難度[5]。

在FTGS軌道電路采集過程中，音頻軌道電流采集單元負(fù)責(zé)對所有項目進(jìn)行監(jiān)測。具體來講，音頻軌道電流采集單元的處理工作方式為“DSP+ARM”的聯(lián)合并行處理方式，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化增益控制及數(shù)字化濾波，同時具備時頻分析、總線通信的作用，對電壓、載頻、低頻進(jìn)行實時監(jiān)測。采取動態(tài)量程的方式進(jìn)行軟件處理，不僅可以確保監(jiān)測范圍更廣，同時也可確保在信號微弱狀態(tài)下?lián)碛懈呔鹊谋O(jiān)測，具備更好的抗電氣化諧波干擾能力、監(jiān)測精準(zhǔn)度、監(jiān)測速度及安全穩(wěn)定性。為了避免出現(xiàn)同頻干擾情況，接收端與傳送端的電壓不能同時采集，而且在分開采集的基礎(chǔ)上每個音頻軌道電流采集單元所采集的兩路電壓工作頻率均不可相等。

3.2 信號與屏蔽門系統(tǒng)接口電路的監(jiān)測技術(shù)

要想對軌道交通信號系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)的接口電路狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)且全方位的監(jiān)測，一定要掌握開關(guān)門信號、24 V工作電壓、屏蔽門系統(tǒng)返回信號等相關(guān)數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行集中采集。其中，電壓采集單元的功能記載于對屏蔽門系統(tǒng)的開關(guān)門信號進(jìn)行監(jiān)測，在現(xiàn)場安裝過程中為了方便，電壓采集單元基本上都為小型化設(shè)計，各個電壓采集單元負(fù)責(zé)對兩路電壓信號進(jìn)行采集，而要想實現(xiàn)對屏蔽門開關(guān)門信號的采集，則要用到2個電壓采集單元，一個采集24 V電壓，另外一個則對開關(guān)門信號進(jìn)行采集。電壓采集單元對電壓信號的處理會用到DSP數(shù)字處理器，同時會用到高阻、熔斷器、隔離放大器實施隔離操作。

對屏蔽門狀態(tài)信號進(jìn)行采集會用到電壓采集盒，各個屏蔽門需要采集6個狀態(tài)信號，各個電壓采集盒至多能夠采集8路電壓信號，主要采取的繼電器盒裝設(shè)計，處理方式也是“DSP+ARM”聯(lián)合并行，隔離用到的是高阻、熔斷器與隔離放大器。

3.3 計軸磁頭電壓的監(jiān)測技術(shù)

對城市軌道交通系統(tǒng)中計軸設(shè)備的計軸磁頭電壓進(jìn)行監(jiān)測，是確保地鐵正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。其中，常用的TAZ-Ⅱ型計軸設(shè)備從室內(nèi)向室外計軸磁頭所發(fā)送的信號為直流脈沖信號，電壓在0～10 V，持續(xù)時間會受到車輪直徑、運(yùn)行速度等因素影響，而脈沖寬度最小是2 ms。為了達(dá)到測試要求，需要對智能計軸采集單元進(jìn)行重新設(shè)計，該采集單元需要滿足如下兩個條件：其一，擁有較高采樣速率，能夠?qū)τ嬢S磁頭電壓信號全方位采集，而且采樣周期要控制在0.1 ms之內(nèi);其二，信號偏弱的狀態(tài)下需要保持較高采樣隔離度，最低標(biāo)準(zhǔn)為2 MΩ，而且監(jiān)測精度不能超過2%的誤差。所以，每個智能計軸采集單元都只能監(jiān)測一路計軸磁頭電壓，目的就是為了保證采樣速率最大化。智能計軸采集單元的數(shù)據(jù)存儲為本地存儲方式，經(jīng)過過濾后再上傳到MSS站系統(tǒng)，此舉能夠保證在高采樣速率環(huán)境下?lián)碛凶畲髷?shù)據(jù)傳輸量。

3.4 同步環(huán)線的監(jiān)測技術(shù)

地鐵之所以能夠精準(zhǔn)?？吭谲囌镜念A(yù)定點，很大功勞要歸屬于同步環(huán)線，在該設(shè)備的作用下停車精度能夠控制在0.5 m之內(nèi)。而且，地鐵均特別加裝了屏蔽門系統(tǒng)，因此對同步環(huán)線的精準(zhǔn)停車要求變得更高，倘若同步環(huán)線出現(xiàn)故障，將會嚴(yán)重影響城市軌道交通的運(yùn)營質(zhì)量。在對同步環(huán)線的監(jiān)測中，主要發(fā)揮作用的是移頻采集單元，每一個移頻采集單元會對1路同步環(huán)線的電壓、電流信號進(jìn)行檢測，與音頻軌道電流采集單元基本相同，移頻采集單元采取的也是“DSP+ARM”聯(lián)合并行，對于采集到的信息數(shù)據(jù)處理方式也沒有變化。唯一的區(qū)別在于，移頻采集單元能夠通過增設(shè)電流傳感器設(shè)備臺數(shù)的方式去增加電流信號采集路數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，城市軌道交通系統(tǒng)中信號設(shè)備有著眾多種類，而且許多信號設(shè)備并未納入鐵路CSM系統(tǒng)的監(jiān)測范圍?，F(xiàn)如今城市軌道交通信號維護(hù)支持系統(tǒng)在眾多地區(qū)地鐵建設(shè)中得到應(yīng)用，并且得到了處理監(jiān)測項目全面、測試精準(zhǔn)度高、軟件功能強(qiáng)大、操作相對簡便等不錯反饋，逐漸成為城市軌道交通信號維護(hù)技術(shù)人員的關(guān)鍵工具。文章主要針對城市軌道交通中常用的信號設(shè)備FTGS音頻無絕緣軌道電路、屏蔽門、同步環(huán)線等監(jiān)測技術(shù)展開分析探究，為城市軌道交通信號維護(hù)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱璐聞，馮崢.城市軌道交通信號系統(tǒng)車載設(shè)備大部件互換方案應(yīng)用研究[J].中國設(shè)備工程，2020（5）：176-177.

[2] 戴汀.城市軌道交通信號安全隱患分析[J].數(shù)字通信世界，2020（3）：82-83.

[3] 李剛.城市軌道交通信號設(shè)備監(jiān)測技術(shù)探討[J].鐵道通信信號，2018，54（6）：79-82，86.

[4] 劉永樂，于毅，趙慧，等.基于ZigBee-GPRS技術(shù)的城市軌道交通列車關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)[J].城市軌道交通研究，2016，19（2）：117-120.

[5] 范永華.城市軌道交通信號維護(hù)支持系統(tǒng)的方案設(shè)計[J].自動化應(yīng)用，2014（3）：98-100.