廣州地鐵1號正線鐵路信號集中監測系統的設計與實現

王旭輝 謝智多

王旭輝:廣州市地下鐵道總公司 工程師 510000 廣州

謝智多:中國鐵道科學研究院通信信號研究所 工程師 100081北京

廣州地鐵1號線信號系統采用了西門子LZB700連續式信號控制系統，由于其不具有監測功能，發生故障時沒有有效的手段進行分析和判斷，故現場迫切需要安裝監測設備對信號設備進行實時監測，及時給出預警，從而減少因設備故障對運營造成的影響。

廣州地鐵運營公司和鐵科院通號所聯合，以《鐵路信號集中監測系統技術條件》 (運基信號［2010］ 709號)、《鐵路信號集中監測系統安全要求》 (運基信號 ［2011］ 377號)等文件為基礎，結合廣州地鐵1號線的設備情況，在全國范圍內首次設計了一套針對地鐵信號設備專用的鐵路信號集中監測系統。并針對廣州地鐵1號正線使用的全電子模塊化的計算機聯鎖系統 (SICAS)和FTGS-917型軌道電路，在采集和處理方式上進行了特殊處理，下面就這幾種特殊的設計進行介紹。

1 道岔轉轍機動作電流采集

室內采用西門子模塊化計算機聯鎖系統，室外配合國產的ZD6-D型電動轉轍機。

1．技術參數。①監測點為轉轍機動作回線;②監測量程0～10 A;③動作時間0～40 s;④測量精度±2%;⑤采樣周期40 ms。

2．硬件測試結構。道岔電流測試由電流傳感器、衰耗器、智能AD采集板等幾部分實現。從VKM分線架將道岔轉轍機動作回線延伸出來，穿過可開啟的有源電流傳感器，經電流傳感器的輸出到衰耗器匯總后，通過34芯電纜連接到監測機柜中的智能AD采集板，具體結構如圖1所示。

圖1 道岔電流采集結構框圖

3．軟件處理流程。由于模塊化的聯鎖系統沒有提供1DQJ的采樣位置，也就無法判斷道岔動作的起止時間，因此采用了實時在線測試的方法，根據電流的幅度確定道岔動作的起止時間，并對電流幅度判斷起始時間所造成的啟動階段漏采集問題，采取了以采樣速率為標準的預存儲方式，使道岔動作電流曲線完整的記錄存儲下來。具體流程如圖2所示。

2 軌道采集

FTGS-917軌道電路作為LZB 700M系統的基礎，主要用于進行軌道電路的空閑檢測和發送LZB電碼。即一方面給聯鎖SICAS提供空閑、占用信息;另一方面在軌道占用時，通過軌道發送來自軌旁ATP的報文給車載ATP設備接收。因此，FTGS-917軌道電路 (軌道空閑檢測系統)可以說是聯系聯鎖SICAS和ATP/ATO系統的基礎設備。

圖2 道岔電流采集處理流程圖

1．技術參數。①工作/額定頻率 9.5 kHz、10.5 kHz、 11.5 kHz、 12.5 kHz、 13.5 kHz、14.5 kHz、15.5 kHz、16.5 kHz;②頻率調制 (移頻鍵控);③編碼位模式15 bit;④傳輸速率，時分比特傳輸Vb=最大200 b/s，LZB電碼傳輸Vb=最大200 b/s，位錯率約為10－4。

2．硬件測試結構。對于FTGS-917軌道電路測試分為軌道電壓測試和軌道頻率測試2部分，采樣點為室內分線架 (VKM架)，通過采用高阻隔離的移頻軌道采集單元運算處理后，將運算結果以CAN通信方式傳送給機柜。具體結構如圖3所示。采用DSP數字信號處理技術對FTGS-917移頻軌道電路的頻率進行解調，精確計算出工作頻率。

圖3 移頻軌道采集結構框圖

3．軟件處理流程。根據FTGS-917軌道電路按進路方向不同，發送端和接收端軌道電壓相互轉換的特性，軟件中采用對高電壓端判斷優先的原則來分辨出當前軌道所處的狀態。同時將DSP對音頻軌道電路頻率解調的處理結果送給站機進行處理。具體流程如圖4所示。

圖4 移頻軌道采集處理流程圖

3 LOW終端站場操作記錄采集

為了能夠記錄LOW終端上站場的操作記錄信息，特殊設計了一種利用視頻采集卡和轉錄軟件相結合的方法，可以按照設定的時間長度分段存儲站場信息，完美地解決了LOW終端站場記錄的問題，具體結構如圖5所示。

4 上位機軟件設計

上位機軟件是以2010版鐵路信號集中監測站機、服務器、終端軟件為基礎，將新的采集項目納入其中 (如軌道頻率、LOW顯示等)，并實現了工班、車間、通號維修部之間的聯網。

5 LOW終端圖像壓縮

為便于LOW終端操作記錄的可靠存儲和良好回放，特殊設計了采用無損視頻分配采集方式，將視頻圖像采集到監測站機上，并結合專門開發的視頻圖像壓縮存儲軟件，可以實現按照設定的時間間隔將LOW終端站場操作信息分段存儲記錄在監測站機上，方便現場按照時間分段回放LOW終端操作信息，也可以通過網絡遠程調取現場圖像記錄信息。

6 寬范圍高靈敏度自動增益調整

FTGS軌道電路發送端和接收端電壓根據方向電路的不同而改變，變化范圍從幾百毫伏到幾十伏。為此特殊設計了寬范圍高靈敏度自動增益調整，以適應這種大范圍變化的高精度測量。在16位AD采樣芯片的前端采用了3級自反饋硬件放大器，后端采用了7級軟件放大器，通過采樣將小信號放大，大信號壓縮，以達到量程的自動調整功能，使測量結果穩定可靠。

7 移頻鍵控頻率測量

針對FTGS-917軌道電路的額定工作頻率范圍從9.5～16.5 kHz，采用了針對移頻鍵控頻率的特殊計算方法，通過ARM芯片與DSP芯片的配合，將干擾頻率濾除把指定軌道的頻率測量輸出。

8 結束語

鐵路信號集中監測系統地鐵專用版目前已經在廣州地鐵1號正線折返站西朗正式投入運行，到目前為止運行情況良好，能夠滿足電務維修的需要，為設備維修提供了可靠的測試依據。1號線另一端折返站廣州東也即將加裝這套設備，完全安裝上道后，必將對廣州地鐵1號線的信號設備維護提供積極有效的保障和幫助。

［1］ 王念旭.DSP基礎與應用系統設計［M］ .北京:航空航天大學出版社，2001，08.

［2］ 鐵道部科技運［2008］ 36號.客運專線鐵路信號產品暫行技術條件－信號集中監測系統.2008.

［3］ 鐵道部運基信號［2010］ 709號鐵路信號集中監測系統技術條件.2010.

［4］ 鐵道部運基信號［2011］ 377號.鐵路信號集中監測系統安全要求.2011.