城市軌道交通遠郊線路信號系統綜合監控互聯互通研究

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展，全國各城市均按近期和遠期規劃分階段開展各線路的統籌建設。在新形勢下，隨著城市軌道交通規模化及網絡化的形成，遠郊線路的建設規劃、降本增效的各項措施和地鐵的建設及運營均對信號系統的維護管理要求越來越高，線路間的信號綜合監控實現互聯互通將成為信號系統的發展需求。

1 信號系統簡介

1.1 信號系統功能

信號系統作為大運量、高密度的軌道交通自動控制系統重要組成部分，目前發展趨勢為基于通信的列車控制系統（CBTC）。信號系統主要由計算機聯鎖子系統（CI）、列車自動監控子系統（ATS）、列車自動防護子系統（ATP）、列車自動駕駛子系統（ATO）、數據通信子系統（DCS）、維護監測系統（MMS）組成。各子系統間相互滲透，實現地面控制與車上控制結合、現地控制與中央控制結合，構成一個以安全設備為基礎，集行車指揮和運行調整等功能為一體的 CBTC 系統。信號系統各關鍵子系統設備主要功能如下。

1.1.1 ATS 列車自動監控子系統

ATS 子系統主要實現下述功能：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、列車控制及運行調整、列車運行查詢、站臺發車指示與車站乘客信息顯示、調度命令編輯與傳送自動化功能、運營記錄與統計報表、故障報警、臨時限速管理、列車識別跟蹤、模擬演示及培訓、與外部系統進行信息交換等。

1.1.2 軌旁 ATP 列車自動防護子系統

軌旁 ATP 主要包括區域控制器（ZC）和臨時限速器（LC）。

區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）發送的列車精確位置信息對每列列車的保護區域進行計算，并通過無線傳輸向每列列車發送其授權終點[1]。

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

1.1.3 車載 ATP/ATO 子系統

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

1.1.4 聯鎖子系統 CI

負責控制線路上道岔、信號機、進路等，并顯示相鄰聯鎖區的線路及車站狀態，在非集中站的設備只負責對本聯鎖區進行監控。

1.1.5 DCS 數據通信子系統

DCS數據通信系統承載高可靠性的 CBTC 數據，為CBTC 信號系統中各個子系統之間的信息傳輸提供通信通道。按照通信方式，DCS 子系統由有線網絡、無線網絡和網管系統 3 部分組成。

1.1.6 MMS 維護監測系統

負責監測信號設備和收集報警、設備狀態實時監測與在線回放、計劃維護、提供維護統計數據等。

1.2 信號系統組成結構

信號系統總體結構如圖 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 無線通信系統是實現信號綜合監控互聯互通的關鍵。

圖1 信號系統總體結構圖

（1）中心層：包括控制中心ATS、MMS、DCS網管系統。

（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，關鍵設備有 CC車載機柜。

2 信號系統綜合監控互連互通概述

2.1 信號系統綜合監控互連互通概念

隨著城市軌道交通線路的建設規劃，相關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線路之間往往存在距離遠、信號監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。一旦對設備狀態未及時進行監管，發生故障后很難處理，嚴重情況下會對運營造成重大影響。

信號系統綜合監控互聯互通是指運用技術手段，借助通信、信號傳輸機制將不同線路間的信號綜合監控實現相互集中監控，達到有效監管線路設備狀態、優化生產管理流程的目的[3]。

2.2 信號系統綜合監控互連互通功能

通過設立統一的信號系統綜合監控平臺，可實現ATS、車載、正線軌旁設備的全方位監控，具備道岔功率曲線、電源屏、不間斷電源（UPS）報警、DCS 網絡（軌旁無線設備、車載交換機和 Modem）、故障回放、場強搜集、軸數記錄等關鍵功能。集中監控能對故障現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 信號系統綜合監控互連互通方案

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

（1）ATS 維護臺：能監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信息及報警信息，實現遠程故障診斷。

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

如圖 2 所示，信號監控系統可利用通信專業的通信傳輸網絡，通過光纖直熔方式形成通信光路，由光電轉換器進行光電轉換，即可實現 2 條遠距離線路的信號綜合監控互連互通功能，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，確保城市軌道交通線路信號系統運營的可靠性[5]。本文以廣州地鐵 6 號線及 13 號線建設運營管理為例，通過信號系統綜合監控互聯互通，實現 2 條線路的綜合管理。

圖2 綜合監控互聯互通結構圖

3 信號系統綜合監控互連互通實例

3.1 系統介紹

廣州地鐵 6 號線、13 號線采用卡斯柯 Urbalis888 系統，是基于無線連續通信的移動閉塞系統。它采用移動閉塞原則，由 ATP/ATO 子系統、聯鎖子系統、ATS 子系統、DCS 數據通信子系統和維護監測 MMS 子系統等構成，并以計軸設備作為列車次級檢測設備，實現系統的降級及后備功能，保證控制列車高安全、高可靠地運行。

根據廣州地鐵線網設置，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信號綜合監控光路連通。

3.2 綜合監控互聯互通方案及實施

利用廣州地鐵 6 號線和 13 號線信號系統制式相同的優勢，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換器，通過通信 OTN光傳輸機柜光路可實現 2 條線路綜合監控設備的信息互傳，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）信號系統綜合監控建議應用在信號系統制式相同的線路上，且 DCS 系統應增設相應的 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 號線信號系統綜合監控互聯互通，將信號各個子專業的監控維護臺集中在一起，能夠實現全線信號設備 24 h 實時集中監控，現場設備如圖 5所示。

綜合監控室設立相關崗位人員，負責所轄范圍內的信號故障接報、故障處理監控、維修人員調配、設備運行狀態監控等工作，形成全新的信號系統監控機制，進一步提升設備故障的監管效率，以有效解決巡檢人員緊缺、監控不連續、效率低等問題。一旦出現故障，值班人員即可實時監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 號線信號綜合監控信息傳輸示意圖

圖5 車輛段信號綜合監控平臺現場圖

4 結束語

目前，廣州地鐵 6 號線、13 號線已完成綜合監控互聯互通建設，能夠滿足信號系統生產信息監控的要求，可為其他城市軌道交通線路信號系統提供借鑒。城市軌道交通信號系統關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鍵信號設備提高設備監控、維護和管理水平，才能保證信號系統安全、穩定運行。