城市軌道交通信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)探討

陳瑋瑩

摘要：在當(dāng)前社會(huì)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(shì)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(huì)伴生一定的問題，其中，信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)故障屬于關(guān)鍵部分，這類故障的出現(xiàn)會(huì)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(hào)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(duì)信號(hào)設(shè)備的監(jiān)測(cè)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(hào)設(shè)備;監(jiān)測(cè)技術(shù);自動(dòng)化系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：F570.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

現(xiàn)階段我國(guó)城市軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)制式多種多樣，如ATC系統(tǒng)、ATP/TD系統(tǒng)、移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)等，正因?yàn)楦鱾€(gè)信號(hào)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(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CSM）作為信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試與智能化維護(hù)的關(guān)鍵信號(hào)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(jì)與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面對(duì)城市軌道交通信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)（MSS）進(jìn)行分析，并對(duì)其中信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行著重分析。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合城市軌道交通按線路建設(shè)、維護(hù)、管理的特點(diǎn)，信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需要圍繞這些特點(diǎn)進(jìn)行。在運(yùn)營(yíng)總部設(shè)置MSS中心，將各條線路MSS中心進(jìn)行接入，同時(shí)結(jié)合實(shí)際的運(yùn)維需求，設(shè)置一定數(shù)量的信號(hào)分部與運(yùn)營(yíng)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(shí)際需求設(shè)置一定數(shù)量的信號(hào)分部或工班終端;每個(gè)車站單獨(dú)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(shí)，MSS還應(yīng)具備與各個(gè)信號(hào)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(gè)設(shè)備集中站與車輛段的MSS站機(jī)，將所采集到的信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)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(huì)經(jīng)由光纖接入臨近設(shè)備集中站MSS站機(jī);自動(dòng)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(hào)分部的終端設(shè)備中，能夠?qū)崟r(shí)查看網(wǎng)內(nèi)各個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(chǔ)在計(jì)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(kù)實(shí)現(xiàn)。通常來講，為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要對(duì)數(shù)據(jù)的保密性及數(shù)據(jù)庫(kù)的直觀性有所確保，所以可用到SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。整個(gè)系統(tǒng)采用C語(yǔ)言且在VS平臺(tái)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(shí)在可編程優(yōu)勢(shì)加持下能夠以自定義的方式去標(biāo)記方法。同時(shí)，為了解決城市軌道交通信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，還要對(duì)其數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證其完整性與可拓展性。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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

信號(hào)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(diǎn)就在于對(duì)軟件數(shù)量的精簡(jiǎn)，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(kù)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(jì)，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?、單站、全線路的信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)信息。各車站均部署了數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件，為每一個(gè)需要對(duì)信息進(jìn)行審視與分析的站點(diǎn)部署數(shù)據(jù)展示軟件，如車站、工班、信號(hào)與運(yùn)營(yíng)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(tái)機(jī)器中相互配合[4]。這樣的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，意味著維護(hù)人員能夠在任一數(shù)據(jù)顯示軟件端，對(duì)任一車站的信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行查看與分析。

3 信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的設(shè)備多種多樣，主要設(shè)備為FTGS音頻無(wú)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(hào)機(jī)等與鐵路信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)完全相同則不進(jìn)行論述。

3.1 FTGS音頻無(wú)絕緣控制電路的監(jiān)測(cè)技術(shù)

FTGS指的是遠(yuǎn)程控制音頻無(wú)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(cè)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(duì)來源于軌道旁ATP的報(bào)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(gè)方向電路，而且軌道電路的傳送段及接收端電壓會(huì)跟隨方向電路的改變而變化，意味著就算采樣點(diǎn)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(shí)際監(jiān)測(cè)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(duì)所有項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)。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(dòng)化增益控制及數(shù)字化濾波，同時(shí)具備時(shí)頻分析、總線通信的作用，對(duì)電壓、載頻、低頻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。采取動(dòng)態(tài)量程的方式進(jìn)行軟件處理，不僅可以確保監(jiān)測(cè)范圍更廣，同時(shí)也可確保在信號(hào)微弱狀態(tài)下?lián)碛懈呔鹊谋O(jiān)測(cè)，具備更好的抗電氣化諧波干擾能力、監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度、監(jiān)測(cè)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(shí)采集，而且在分開采集的基礎(chǔ)上每個(gè)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(hào)與屏蔽門系統(tǒng)接口電路的監(jiān)測(cè)技術(shù)

要想對(duì)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)的接口電路狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)且全方位的監(jiān)測(cè)，一定要掌握開關(guān)門信號(hào)、24 V工作電壓、屏蔽門系統(tǒng)返回信號(hào)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(duì)屏蔽門系統(tǒng)的開關(guān)門信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在現(xiàn)場(chǎng)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(jì)，各個(gè)電壓采集單元負(fù)責(zé)對(duì)兩路電壓信號(hào)進(jìn)行采集，而要想實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽門開關(guān)門信號(hào)的采集，則要用到2個(gè)電壓采集單元，一個(gè)采集24 V電壓，另外一個(gè)則對(duì)開關(guān)門信號(hào)進(jìn)行采集。電壓采集單元對(duì)電壓信號(hào)的處理會(huì)用到DSP數(shù)字處理器，同時(shí)會(huì)用到高阻、熔斷器、隔離放大器實(shí)施隔離操作。

對(duì)屏蔽門狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集會(huì)用到電壓采集盒，各個(gè)屏蔽門需要采集6個(gè)狀態(tài)信號(hào)，各個(gè)電壓采集盒至多能夠采集8路電壓信號(hào)，主要采取的繼電器盒裝設(shè)計(jì)，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(jì)軸磁頭電壓的監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)中計(jì)軸設(shè)備的計(jì)軸磁頭電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(jì)軸設(shè)備從室內(nèi)向室外計(jì)軸磁頭所發(fā)送的信號(hào)為直流脈沖信號(hào)，電壓在0～10 V，持續(xù)時(shí)間會(huì)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(cè)試要求，需要對(duì)智能計(jì)軸采集單元進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，該采集單元需要滿足如下兩個(gè)條件：其一，擁有較高采樣速率，能夠?qū)τ?jì)軸磁頭電壓信號(hào)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(hào)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(cè)精度不能超過2%的誤差。所以，每個(gè)智能計(jì)軸采集單元都只能監(jiān)測(cè)一路計(jì)軸磁頭電壓，目的就是為了保證采樣速率最大化。智能計(jì)軸采集單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為本地存儲(chǔ)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(cè)技術(shù)

地鐵之所以能夠精準(zhǔn)?？吭谲囌镜念A(yù)定點(diǎn)，很大功勞要?dú)w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(duì)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(huì)嚴(yán)重影響城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。在對(duì)同步環(huán)線的監(jiān)測(cè)中，主要發(fā)揮作用的是移頻采集單元，每一個(gè)移頻采集單元會(huì)對(duì)1路同步環(huán)線的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，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(duì)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(tái)數(shù)的方式去增加電流信號(hào)采集路數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市軌道交通系統(tǒng)中信號(hào)設(shè)備有著眾多種類，而且許多信號(hào)設(shè)備并未納入鐵路CSM系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍?，F(xiàn)如今城市軌道交通信號(hào)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(cè)項(xiàng)目全面、測(cè)試精準(zhǔn)度高、軟件功能強(qiáng)大、操作相對(duì)簡(jiǎn)便等不錯(cuò)反饋，逐漸成為城市軌道交通信號(hào)維護(hù)技術(shù)人員的關(guān)鍵工具。文章主要針對(duì)城市軌道交通中常用的信號(hào)設(shè)備FTGS音頻無(wú)絕緣軌道電路、屏蔽門、同步環(huán)線等監(jiān)測(cè)技術(shù)展開分析探究，為城市軌道交通信號(hào)維護(hù)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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