城市軌道交通遠郊線路信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互聯(lián)互通研究

魏 倩，魏文濤

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510168）

0 引言

近幾年，城市軌道交通迎來前所未有的發(fā)展，全國各城市均按近期和遠期規(guī)劃分階段開展各線路的統(tǒng)籌建設。在新形勢下，隨著城市軌道交通規(guī)?；熬W(wǎng)絡化的形成，遠郊線路的建設規(guī)劃、降本增效的各項措施和地鐵的建設及運營均對信號系統(tǒng)的維護管理要求越來越高，線路間的信號綜合監(jiān)控實現(xiàn)互聯(lián)互通將成為信號系統(tǒng)的發(fā)展需求。

1 信號系統(tǒng)簡介

1.1 信號系統(tǒng)功能

信號系統(tǒng)作為大運量、高密度的軌道交通自動控制系統(tǒng)重要組成部分，目前發(fā)展趨勢為基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）。信號系統(tǒng)主要由計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CI）、列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、列車自動防護子系統(tǒng)（ATP）、列車自動駕駛子系統(tǒng)（ATO）、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）、維護監(jiān)測系統(tǒng)（MMS）組成。各子系統(tǒng)間相互滲透，實現(xiàn)地面控制與車上控制結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制結(jié)合，構(gòu)成一個以安全設備為基礎(chǔ)，集行車指揮和運行調(diào)整等功能為一體的 CBTC 系統(tǒng)。信號系統(tǒng)各關(guān)鍵子系統(tǒng)設備主要功能如下。

1.1.1 ATS 列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)

ATS 子系統(tǒng)主要實現(xiàn)下述功能：行車信息的顯示、列車進路控制、列車運行圖/時刻表的管理、列車運用計劃及車輛管理、列車控制及運行調(diào)整、列車運行查詢、站臺發(fā)車指示與車站乘客信息顯示、調(diào)度命令編輯與傳送自動化功能、運營記錄與統(tǒng)計報表、故障報警、臨時限速管理、列車識別跟蹤、模擬演示及培訓、與外部系統(tǒng)進行信息交換等。

1.1.2 軌旁 ATP 列車自動防護子系統(tǒng)

軌旁 ATP 主要包括區(qū)域控制器（ZC）和臨時限速器（LC）。

區(qū)域控制器可對線路占用信息、自動防護和進路等進行處理，通過車載控制器（CC）發(fā)送的列車精確位置信息對每列列車的保護區(qū)域進行計算，并通過無線傳輸向每列列車發(fā)送其授權(quán)終點[1]。

臨時限速器負責計算臨時限速，同時存儲、更新ATS 發(fā)送的臨時限速請求，并校驗 ZC 和 CC 的應用軟件和配置數(shù)據(jù)版本，且能夠在通信過程中向兩者提供內(nèi)部時鐘同步。

1.1.3 車載 ATP/ATO 子系統(tǒng)

硬件上車載 ATP/ATO 系統(tǒng)是一個整體，即車載控制器 CC[2]，無明顯的硬件劃分。車載子系統(tǒng)可以平穩(wěn)地駕駛列車以確保乘客的舒適度，并向車輛發(fā)送牽引和制動命令。

1.1.4 聯(lián)鎖子系統(tǒng) CI

負責控制線路上道岔、信號機、進路等，并顯示相鄰聯(lián)鎖區(qū)的線路及車站狀態(tài)，在非集中站的設備只負責對本聯(lián)鎖區(qū)進行監(jiān)控。

1.1.5 DCS 數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)

DCS數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)承載高可靠性的 CBTC 數(shù)據(jù)，為CBTC 信號系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)之間的信息傳輸提供通信通道。按照通信方式，DCS 子系統(tǒng)由有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡和網(wǎng)管系統(tǒng) 3 部分組成。

1.1.6 MMS 維護監(jiān)測系統(tǒng)

負責監(jiān)測信號設備和收集報警、設備狀態(tài)實時監(jiān)測與在線回放、計劃維護、提供維護統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。

1.2 信號系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

信號系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，可將其劃分為 3個層次：中心層、軌旁層和車載層[2]。其中 DCS 無線通信系統(tǒng)是實現(xiàn)信號綜合監(jiān)控互聯(lián)互通的關(guān)鍵。

圖1 信號系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

（1）中心層：包括控制中心ATS、MMS、DCS網(wǎng)管系統(tǒng)。

（2）軌旁層：包括 CI、ZC、LC、軌旁 DCS 無線接入設備等。

（3）車載層：車載 ATP/ATO 系統(tǒng)，關(guān)鍵設備有 CC車載機柜。

2 信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通概述

2.1 信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通概念

隨著城市軌道交通線路的建設規(guī)劃，相關(guān)設備維保部門通常在新線建設的同時還擔負著管理既有線路的責任。特別是遠郊新線與市區(qū)線路之間往往存在距離遠、信號監(jiān)控設備不集中等問題，導致設備管理難度成倍增加，尤其是信號設備。一旦對設備狀態(tài)未及時進行監(jiān)管，發(fā)生故障后很難處理，嚴重情況下會對運營造成重大影響。

信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互聯(lián)互通是指運用技術(shù)手段，借助通信、信號傳輸機制將不同線路間的信號綜合監(jiān)控實現(xiàn)相互集中監(jiān)控，達到有效監(jiān)管線路設備狀態(tài)、優(yōu)化生產(chǎn)管理流程的目的[3]。

2.2 信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通功能

通過設立統(tǒng)一的信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺，可實現(xiàn)ATS、車載、正線軌旁設備的全方位監(jiān)控，具備道岔功率曲線、電源屏、不間斷電源（UPS）報警、DCS 網(wǎng)絡（軌旁無線設備、車載交換機和 Modem）、故障回放、場強搜集、軸數(shù)記錄等關(guān)鍵功能。集中監(jiān)控能對故障現(xiàn)象進行全方位的搜集，對故障判斷和處理起到很好的促進作用[4]。

2.3 信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通方案

通過將原本分散的信號系統(tǒng)監(jiān)控設備集中設置，可建立線路綜合監(jiān)控中心。以 2 條線路設計信號綜合監(jiān)控為例，綜合監(jiān)控中心主要包含以下設備，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 所示（OCC 為運行控制中心）。

（1）ATS 維護臺：能監(jiān)控所有的正線車站和車輛段信號設備，并對全線列車進行集中監(jiān)控。

（2）MSS 遠程維修診斷工作站：用于全線信號設備的遠程維護和信息顯示、查詢，可查看全線信號設備狀態(tài)信息及報警信息，實現(xiàn)遠程故障診斷。

（3）DCS 網(wǎng)管工作站：用于對全線以太網(wǎng)設備（以太網(wǎng)交換機、AP 及車載 Modem）的網(wǎng)絡管理。

如圖 2 所示，信號監(jiān)控系統(tǒng)可利用通信專業(yè)的通信傳輸網(wǎng)絡，通過光纖直熔方式形成通信光路，由光電轉(zhuǎn)換器進行光電轉(zhuǎn)換，即可實現(xiàn) 2 條遠距離線路的信號綜合監(jiān)控互連互通功能，達到信號運營維護人員可在 1 條線路同時監(jiān)控多條線路列車運行信息及全線信號設備故障信息的目的，以便及時掌握設備運行狀態(tài)，確保城市軌道交通線路信號系統(tǒng)運營的可靠性[5]。本文以廣州地鐵 6 號線及 13 號線建設運營管理為例，通過信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互聯(lián)互通，實現(xiàn) 2 條線路的綜合管理。

圖2 綜合監(jiān)控互聯(lián)互通結(jié)構(gòu)圖

3 信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通實例

3.1 系統(tǒng)介紹

廣州地鐵 6 號線、13 號線采用卡斯柯 Urbalis888 系統(tǒng)，是基于無線連續(xù)通信的移動閉塞系統(tǒng)。它采用移動閉塞原則，由 ATP/ATO 子系統(tǒng)、聯(lián)鎖子系統(tǒng)、ATS 子系統(tǒng)、DCS 數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)和維護監(jiān)測 MMS 子系統(tǒng)等構(gòu)成，并以計軸設備作為列車次級檢測設備，實現(xiàn)系統(tǒng)的降級及后備功能，保證控制列車高安全、高可靠地運行。

根據(jù)廣州地鐵線網(wǎng)設置，6 號線與 13 號線車輛段相距約 80 km，管理難度較大。通過分析研究，坦尾站作為6 號線與 5 號線換乘站，設置有通信光路聯(lián)絡纜；魚珠站作為 13 號線與 5 號線換乘站，設置有通信光路聯(lián)絡纜，線路換乘示意圖如圖 3 所示。因此可以利用 6 號線、5 號線、13 號線的通信光路實現(xiàn)信號綜合監(jiān)控光路連通。

3.2 綜合監(jiān)控互聯(lián)互通方案及實施

利用廣州地鐵 6 號線和 13 號線信號系統(tǒng)制式相同的優(yōu)勢，在 6 號線潯峰崗停車場 OCC 信號設備房、13 號線官湖車輛段 OCC信號設備房、6 號線坦尾站信號設備房、魚珠站信號設備房架設光電轉(zhuǎn)換器，通過通信 OTN光傳輸機柜光路可實現(xiàn) 2 條線路綜合監(jiān)控設備的信息互傳，如圖 4 所示。

設計過程中，需要注意以下問題：

（1）在光端機選型上，應注意選擇以太網(wǎng)單模雙向傳輸距離能達到線路距離需求的光端機，項目實施過程中傳輸速率和丟包率均需要進行驗證，光衰耗應在-40 dB 以下，保證具備良好的傳輸效果；

（2）信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控建議應用在信號系統(tǒng)制式相同的線路上，且 DCS 系統(tǒng)應增設相應的 IP 端口地址，以確保維護終端功能可用。

3.3 實施效果

通過設計 6 號線與 13 號線信號系統(tǒng)綜合監(jiān)控互聯(lián)互通，將信號各個子專業(yè)的監(jiān)控維護臺集中在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)全線信號設備 24 h 實時集中監(jiān)控，現(xiàn)場設備如圖 5所示。

綜合監(jiān)控室設立相關(guān)崗位人員，負責所轄范圍內(nèi)的信號故障接報、故障處理監(jiān)控、維修人員調(diào)配、設備運行狀態(tài)監(jiān)控等工作，形成全新的信號系統(tǒng)監(jiān)控機制，進一步提升設備故障的監(jiān)管效率，以有效解決巡檢人員緊缺、監(jiān)控不連續(xù)、效率低等問題。一旦出現(xiàn)故障，值班人員即可實時監(jiān)控并及時通知相應人員處理，這樣的雙層保護機制能有效地避免可能影響運營的各類故障。

圖3 廣州地鐵 6 號線、5 號線、13 號線換乘示意圖

圖4 廣州地鐵 6 號線、13 號線信號綜合監(jiān)控信息傳輸示意圖

圖5 車輛段信號綜合監(jiān)控平臺現(xiàn)場圖

4 結(jié)束語

目前，廣州地鐵 6 號線、13 號線已完成綜合監(jiān)控互聯(lián)互通建設，能夠滿足信號系統(tǒng)生產(chǎn)信息監(jiān)控的要求，可為其他城市軌道交通線路信號系統(tǒng)提供借鑒。城市軌道交通信號系統(tǒng)關(guān)鍵設備還有很多不完善的地方，必須進一步重視管轄設備的維護工作，對正線列車運營的關(guān)鍵信號設備提高設備監(jiān)控、維護和管理水平，才能保證信號系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。