地鐵聯(lián)鎖站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究*

王文龍 梁木海

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，510330，廣州//第一作者，工程師）

地鐵聯(lián)鎖站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究*

王文龍 梁木海

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，510330，廣州//第一作者，工程師）

詳細(xì)介紹了廣州地鐵2、8號線聯(lián)鎖站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)硬件架構(gòu)的組成，著重闡述了軌道電路及轉(zhuǎn)轍機(jī)的電參數(shù)測量方案、車地通信發(fā)送設(shè)備的實(shí)際列車識別報(bào)文解析方案、軌旁設(shè)備指示燈狀態(tài)監(jiān)測方案及現(xiàn)場操作員工作站的視頻監(jiān)測方案。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息的實(shí)時(shí)采集、存儲和分析，可獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)；能利用隔離技術(shù)獲取設(shè)備數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和大數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行解析，從而完成數(shù)據(jù)物理意義的表示。其對故障分析和排查有一定的幫助。該系統(tǒng)還具有良好的可擴(kuò)展性，已在廣州地鐵2號線蕭崗站試應(yīng)用，試用效果良好。

地鐵；聯(lián)鎖站；設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測；故障分析

廣州地鐵2、8號線采用西門子信號系統(tǒng)，共有12個(gè)聯(lián)鎖站。每個(gè)聯(lián)鎖站配置1套信號設(shè)備，其中包括軌旁ATP（列車自動(dòng)保護(hù)）設(shè)備、PTI（實(shí)際列車識別）設(shè)備、LOW（現(xiàn)場操作員工作站）機(jī)、FTG S（S數(shù)字頻率軌道電路）室內(nèi)設(shè)備和轉(zhuǎn)轍機(jī)室內(nèi)設(shè)備等。目前，廣州地鐵2、8號線聯(lián)鎖站軌旁的ATP設(shè)備與PTI缺乏設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測手段，其運(yùn)行狀態(tài)、軌道電路電壓和LOW機(jī)的操作過程等信息沒有記錄存儲，發(fā)生故障時(shí)無法提供設(shè)備故障信息。這使得故障分析缺少足夠的依據(jù)，不能保障故障得到完全的處理。

本文針對實(shí)際情況設(shè)計(jì)一種聯(lián)鎖站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”），以實(shí)時(shí)采集存儲PTI報(bào)文數(shù)據(jù)，采集存儲FTG S及轉(zhuǎn)轍機(jī)等設(shè)備的電氣參數(shù)，以視頻形式記錄軌旁ATP、PTI設(shè)備指示燈狀態(tài)及LOW機(jī)的操作過程，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解析或處理，從而獲取故障過程中的故障現(xiàn)象和數(shù)據(jù)信息。當(dāng)聯(lián)鎖站信號設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，維護(hù)人員可查看存儲和記錄的數(shù)據(jù)，了解故障時(shí)的設(shè)備狀態(tài)和操作情況，方便維護(hù)人員對故障進(jìn)行快速判斷和處理，提高故障排查和處理效率。

1 監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

監(jiān)測系統(tǒng)分為本地監(jiān)測站設(shè)備和集中監(jiān)測站設(shè)備兩部分（如圖1所示）。在本地監(jiān)測站設(shè)備中，轉(zhuǎn)轍機(jī)電參數(shù)隔離采集板、軌道電路電參數(shù)隔離采集板、PTI報(bào)文隔離串口板通過PCI串口擴(kuò)展卡連接安裝在本地服務(wù)器內(nèi)，VGA（視頻圖形陣列）分屏編碼器和高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭連接至網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，交換機(jī)作為媒介傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。集中監(jiān)測站設(shè)備由集中工作站、顯示器組成。

本地監(jiān)測站設(shè)備部署在聯(lián)鎖站信號設(shè)備房或值班房，負(fù)責(zé)本地?cái)?shù)據(jù)的采集、處理和本地顯示。集中監(jiān)測站設(shè)備部署在集中監(jiān)測站點(diǎn)，負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程集中監(jiān)測所有本地監(jiān)測站設(shè)備的情況。集中監(jiān)測站點(diǎn)可設(shè)在某個(gè)聯(lián)鎖站信號設(shè)備房或值班房，也可設(shè)在運(yùn)營控制中心。本地監(jiān)測站設(shè)備與集中監(jiān)測站設(shè)備之間通過OTN（光傳輸網(wǎng)絡(luò)）和光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)硬件架構(gòu)

1.2 FTG S及轉(zhuǎn)轍機(jī)的電參數(shù)測量與分析

首先，利用高輸入阻抗的電壓跟隨放大電路對轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電壓、表示電壓及軌道電路電壓進(jìn)行分壓采樣，并利用電流互感器對轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電流進(jìn)行非接觸式檢測；然后，將互感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；再將處理過的電壓與電流信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換芯片處理后送到單片機(jī)，并由單片機(jī)編碼后通過串口發(fā)送給本地服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲；最后，再由本地服務(wù)器對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、處理和分析，并繪制圖形結(jié)果。

以轉(zhuǎn)轍機(jī)由右位轉(zhuǎn)換至左位測量繪制轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電流為例，其部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)果如圖2所示。

（1）t0—t1階段：轉(zhuǎn)轍機(jī)未動(dòng)作時(shí)，電路為表示電路，動(dòng)作電流為零。

（2）t1—t2階段：當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)由右位啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，電路切換為動(dòng)作電路。1、4端子構(gòu)成回路，L1線與N線的電流大小相等而方向相反；2、3端子構(gòu)成回路，L2線與L3線電流的大小相等而方向相反。

（3）t2—t3階段：繼續(xù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)裝置時(shí)，速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)發(fā)生改變，電路形成Y型連接。因?yàn)殡姍C(jī)的線圈電阻未必完全相等，故L1線、L2線、L3線的電流大小未必相等，而三者的相位差為120°。

（4）t3—t4階段：當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換至左位時(shí)，速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)再次發(fā)生改變，電路斷開Y型連接。2、4端子構(gòu)成回路，L2線、N線電流大小相等而方向相反；1、3端子構(gòu)成回路，L1線、L3線電流大小相等而方向相反。

（5）t4—t5階段：當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，電路切換為表示電路，動(dòng)作電流為零。

1.3 PTI報(bào)文解析

1.3.1 采集連接方式

PTI機(jī)柜原有1個(gè)串口連接至RTU（遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端）。為保證監(jiān)測系統(tǒng)不影響原信號設(shè)備正常使用，設(shè)計(jì)了1個(gè)轉(zhuǎn)換模塊將此串口轉(zhuǎn)換為雙串口，其中1個(gè)串口連接至本地服務(wù)器，另1個(gè)串口仍連接至RTU。

圖2 轉(zhuǎn)轍機(jī)一個(gè)動(dòng)作過程的電流數(shù)據(jù)部分結(jié)果

1.3.2 報(bào)文信息解析

首先，獲取大量串口數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)得出報(bào)文有效數(shù)據(jù)；然后，對報(bào)文有效數(shù)據(jù)進(jìn)行更改替換和對比，分析獲取報(bào)文信息內(nèi)容。

例如，某一時(shí)刻，獲取的PTI報(bào)文為：61 32 31 39 37 39 37 30 32 37 31 33 47 32 31 32 31 31 30 30 30 32 39 30 0D 34 34 61 32 31 39 37 39 37 30 32 37 31 33 47 32 31 32 31 31 30 30 30 32 39 30 0D 34 34

該報(bào)文解釋為：該時(shí)刻，車組號為1211、乘務(wù)號為979、車次號為3702的列車，已經(jīng)運(yùn)營29 km，將以停站的模式，沿上行線運(yùn)行，并進(jìn)嘉禾望崗站折返線后折返至下行站臺。

1.4 軌旁ATP、PTI指示燈狀態(tài)視頻監(jiān)測

對于軌旁ATP、PTI指示燈狀態(tài)，采用多攝像頭加多通道硬盤錄像機(jī)的視頻監(jiān)測方案。該監(jiān)測方案的組成如圖3所示。

圖3 軌旁ATP、PTI指示燈狀態(tài)視頻監(jiān)測方案構(gòu)成

由網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)對網(wǎng)段內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)視頻端口進(jìn)行監(jiān)測，從而完成軌旁ATP、PTI指示燈狀態(tài)視頻錄像。查看設(shè)備監(jiān)測視頻時(shí)，可利用本地服務(wù)器或集中工作站通過網(wǎng)絡(luò)連接查看硬盤錄像機(jī)內(nèi)的錄像內(nèi)容，了解故障時(shí)的設(shè)備指示燈狀態(tài)；還能將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，方便故障分析。

1.5LOW機(jī)視頻監(jiān)測

對于LOW機(jī)顯示內(nèi)容和操作過程，采用VGA分屏編碼器+多通道硬盤錄像機(jī)的視頻監(jiān)測方案。方案構(gòu)成如圖4所示。特別的，該VGA分屏編碼器支持ONVIF協(xié)議，可以方便地與網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)進(jìn)行視頻流信號傳輸。

圖4 LOW機(jī)視頻監(jiān)測方案構(gòu)成

LOW機(jī)的VGA視頻信號經(jīng)VGA分屏編碼器一分為二，一部分送LOW機(jī)顯示器輸出進(jìn)行顯示，另一部分經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)并連接進(jìn)入交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)對網(wǎng)段內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)視頻端口進(jìn)行監(jiān)測，完成LOW機(jī)視頻錄像。查看設(shè)備監(jiān)測視頻時(shí)，可利用本地服務(wù)器或集中工作站通過網(wǎng)絡(luò)連接查看硬盤錄像機(jī)內(nèi)的錄像內(nèi)容，了解故障時(shí)的設(shè)備指示燈狀態(tài)，還能將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，方便故障分析。

2 監(jiān)測系統(tǒng)的可拓展性

監(jiān)測系統(tǒng)具有豐富的可拓展性。轉(zhuǎn)轍機(jī)電參數(shù)的測量方案經(jīng)過針對性改進(jìn)，可應(yīng)用于S700K、ZYJ7等多種型號轉(zhuǎn)轍機(jī)。FTG S電參數(shù)測量方案如采用板卡提供的拓展總線，最多可支持160個(gè)點(diǎn)的測量。軌旁ATP、PTI指示燈狀態(tài)視頻監(jiān)測方案可對其他設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)最多可支持4個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻端口（視設(shè)備型號而定），其監(jiān)測視頻時(shí)長取決于硬盤容量。LOW機(jī)視頻監(jiān)測方案也可應(yīng)用于對VGA信號視頻的監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)最多可支持4個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻端口（視設(shè)備型號而定），視頻時(shí)長取決于硬盤容量。

3 結(jié)語

監(jiān)測系統(tǒng)已在廣州地鐵2號線蕭崗站應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)的功能包括：對PTI報(bào)文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集存儲及其解析，對FTG S及轉(zhuǎn)轍機(jī)等設(shè)備電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)采集存儲，對軌旁ATP及PTI設(shè)備指示燈狀態(tài)、LOW機(jī)操作過程的視頻記錄。運(yùn)營部門利用系統(tǒng)采集和分析的數(shù)據(jù)，能監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，了解設(shè)備的操作過程；在發(fā)生故障時(shí)通過提取系統(tǒng)數(shù)據(jù)可對故障進(jìn)行分析和排查，提升故障處理效率。同時(shí)，該監(jiān)測系統(tǒng)具備可拓展性，通過拓展和升級，可增強(qiáng)系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備多數(shù)據(jù)的監(jiān)測和分析。

［1］ 胡湘洲，宋戈文.西門子S700K型道岔監(jiān)控電路故障分析［J］.城市軌道交通研究，2009（9）：79.

［2］ 馬常江.ATP系統(tǒng)與監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯浚跩］.鐵道通信信號工程技術(shù)，2010，7（2）：54.

［3］西門子信號有限公司.User Manual for PTI Toolkit［R］.西安：西門子信號有限公司，2003.

［4］ 西門子信號有限公司.PTI Mux Customisation Manual［R］.西安：西門子信號有限公司，2005.

On the Design of Interlocking Station Data Monitoring System

WANG Wenlong，LIANG Muhai

The composition of hardware architecture for Guangzhou metro Line 2 and Line 8 interlocking station data monitoring system is introduced，including the electrical parameter measurement scheme for track circuit and point switch,the message parsing scheme for PII equipment,the running status of the wayside ATP receiving antenna and PTI transmitting antenna.Interlocking station data monitoring system is designed to achieve real-time information collection，storage and analysis，obtain equipment real-time status.It can use the isolation technology to obtain equipment data，analyze the data by means of mathematical statistics and large data processing to explain the physical meaning of the data.This system has been applied to Xiaogang Station on Guangzhou metro Line 2 with good performance.

metro；interlocking station； equipment data monitoring；fault analysis

Author′s address Guangzhou Metro Group Co.， Ltd.，510330，Guangzhou

U231.7

10.16037/j.1007-869x.2017.12.033

*廣州地鐵集團(tuán)有限公司科研經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（12A0012）

2016-02-19）