城市軌道交通信號設備監測技術探討

陳瑋瑩

摘要：在當前社會經濟高速發展的大環境下，城市軌道交通在載人運輸方面優勢越發明顯，在解決城市路面交通擁堵、優化城市空間結構、高效利用城市用地等方面有著較高優越性。然而城市軌道交通的快速發展也會伴生一定的問題，其中，信號設備系統故障屬于關鍵部分，這類故障的出現會導致軌道交通出現碰撞與追尾事故，嚴重影響乘客人身安全。因此，信號系統作為城市軌道交通最關鍵且最易出現故障的系統，需要加強該系統建設及做好對信號設備的監測工作，確保城市軌道交通有序且安全運行。

關鍵詞：城市軌道交通;信號設備;監測技術;自動化系統

中圖分類號：F570.3 文獻標識碼：A

現階段我國城市軌道交通的信號系統制式多種多樣，如ATC系統、ATP/TD系統、移動閉塞ATC系統等，正因為各個信號系統的制式差異，所以在維護手段及內容方面存在極大差別。信號集中監測系統（CSM）作為信號系統自動化測試與智能化維護的關鍵信號設備，在鐵路當中有著廣泛應用。但是城市軌道交通與鐵路系統有著很大區別，所以CSM系統在城市軌道交通系統中的應用并不多。因此，本文將從系統結構設計與系統軟件設計方面對城市軌道交通信號維護支持系統（MSS）進行分析，并對其中信號設備監測技術進行著重分析。

1 系統結構設計

結合城市軌道交通按線路建設、維護、管理的特點，信號維護支持系統結構設計也需要圍繞這些特點進行。在運營總部設置MSS中心，將各條線路MSS中心進行接入，同時結合實際的運維需求，設置一定數量的信號分部與運營總部終端;每一條線路均需增設線路MSS中心，作用在于接入該線路內的所有MSS車站分機，結合實際需求設置一定數量的信號分部或工班終端;每個車站單獨設置MSS車站分機[1]。

MSS車站分機設備涵蓋MSS站機、采集設備、電源設備、網絡設備等;同時，MSS還應具備與各個信號系統的接口，設備配置與系統接口也要根據MSS站機而定[2]。MSS中心設備涵蓋應用服務器、數據服務器、接口服務器等。各個設備集中站與車輛段的MSS站機，將所采集到的信號設備監測信息與接口獲取到的各類系統信息，經由通信網絡傳送至MSS中心;智能電源屏信息會經由光纖接入臨近設備集中站MSS站機;自動列車監控系統與數據傳輸系統中的信息能夠直接傳輸至MSS中心接口服務器[3]。在運行維護中心及信號分部的終端設備中，能夠實時查看網內各個子系統的監測信息。

系統結構設計作為系統開發工作中的基礎，應當結合城市軌道交通特點，將控制中心布設在車輛段之處，保證所有工作環節都要經過客戶端去處理，然后將數據傳給服務器，從而提高客戶端的響應速度。另外，大部分數據均存儲在計算機設備內，包含設備維護檢修記錄、出廠參數等，此類信息的收集與審視都能利用數據庫實現。通常來講，為了保證系統正常運轉，要對數據的保密性及數據庫的直觀性有所確保，所以可用到SQL Server數據庫，能夠滿足系統結構設計要求。整個系統采用C語言且在VS平臺上進行開發，不僅能夠滿足開發功能的需求，也能與現代開發工具形成良好配合，同時在可編程優勢加持下能夠以自定義的方式去標記方法。同時，為了解決城市軌道交通信號維護支持系統的數據冗余現象，還要對其數據庫進行設計，保證其完整性與可拓展性。

2 系統軟件設計

結合城市軌道交通信號設備按線路管理的特點，對監測信息的分析與審視也需要按照線路去劃分，因此也設計出來充分適應該管理模式的信號維護支持系統軟件架構。

信號維護支持系統軟件架構與鐵路存在極大差異，最明顯的特點就在于對軟件數量的精簡，核心應用軟件只有數據采集、數據顯示、數據庫與應用服務器等，將鐵路系統中原有的通信前置機軟件、終端機軟件等去除掉。通過這樣的全新設計，強化了數據顯示的軟件功能，并且為不同用戶分配不同的權限，從而能夠審視多站、單站、全線路的信號設備監測信息。各車站均部署了數據采集應用軟件，為每一個需要對信息進行審視與分析的站點部署數據展示軟件，如車站、工班、信號與運營總部等。數據展示軟件不僅能夠與數據采集軟件集成在統一設備中，還能夠分別配置在兩臺機器中相互配合[4]。這樣的軟件架構設計，意味著維護人員能夠在任一數據顯示軟件端，對任一車站的信號設備監測信息進行查看與分析。

3 信號設備監測技術

城市軌道交通信號系統中的設備多種多樣，主要設備為FTGS音頻無絕緣軌道電路、屏蔽門控制系統、同步環線等，而其他如電源屏、信號機等與鐵路信號設備監測技術完全相同則不進行論述。

3.1 FTGS音頻無絕緣控制電路的監測技術

FTGS指的是遠程控制音頻無絕緣軌道電路，這類電路在軌道電路中應用極廣，能夠對電路進行空閑監測及發送LZB代碼，換而言之便是不僅能夠獲取軌道區間空閑與占用的相關信息，并且也能在軌道區間占用狀態下，對來源于軌道旁ATP的報文進行傳送，途徑為軌道電路，接收為車載ATP設備。

按照進路方向進行劃分，FTGS軌道電路可分成3個方向電路，而且軌道電路的傳送段及接收端電壓會跟隨方向電路的改變而變化，意味著就算采樣點不變，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，因此在實際監測中存在難度[5]。

在FTGS軌道電路采集過程中，音頻軌道電流采集單元負責對所有項目進行監測。具體來講，音頻軌道電流采集單元的處理工作方式為“DSP+ARM”的聯合并行處理方式，能夠實現自動化增益控制及數字化濾波，同時具備時頻分析、總線通信的作用，對電壓、載頻、低頻進行實時監測。采取動態量程的方式進行軟件處理，不僅可以確保監測范圍更廣，同時也可確保在信號微弱狀態下擁有高精度的監測，具備更好的抗電氣化諧波干擾能力、監測精準度、監測速度及安全穩定性。為了避免出現同頻干擾情況，接收端與傳送端的電壓不能同時采集，而且在分開采集的基礎上每個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 信號與屏蔽門系統接口電路的監測技術

要想對軌道交通信號系統、屏蔽門系統的接口電路狀態進行動態且全方位的監測，一定要掌握開關門信號、24 V工作電壓、屏蔽門系統返回信號等相關數據，需要進行集中采集。其中，電壓采集單元的功能記載于對屏蔽門系統的開關門信號進行監測，在現場安裝過程中為了方便，電壓采集單元基本上都為小型化設計，各個電壓采集單元負責對兩路電壓信號進行采集，而要想實現對屏蔽門開關門信號的采集，則要用到2個電壓采集單元，一個采集24 V電壓，另外一個則對開關門信號進行采集。電壓采集單元對電壓信號的處理會用到DSP數字處理器，同時會用到高阻、熔斷器、隔離放大器實施隔離操作。

對屏蔽門狀態信號進行采集會用到電壓采集盒，各個屏蔽門需要采集6個狀態信號，各個電壓采集盒至多能夠采集8路電壓信號，主要采取的繼電器盒裝設計，處理方式也是“DSP+ARM”聯合并行，隔離用到的是高阻、熔斷器與隔離放大器。

3.3 計軸磁頭電壓的監測技術

對城市軌道交通系統中計軸設備的計軸磁頭電壓進行監測，是確保地鐵正常運轉的關鍵因素。其中，常用的TAZ-Ⅱ型計軸設備從室內向室外計軸磁頭所發送的信號為直流脈沖信號，電壓在0～10 V，持續時間會受到車輪直徑、運行速度等因素影響，而脈沖寬度最小是2 ms。為了達到測試要求，需要對智能計軸采集單元進行重新設計，該采集單元需要滿足如下兩個條件：其一，擁有較高采樣速率，能夠對計軸磁頭電壓信號全方位采集，而且采樣周期要控制在0.1 ms之內;其二，信號偏弱的狀態下需要保持較高采樣隔離度，最低標準為2 MΩ，而且監測精度不能超過2%的誤差。所以，每個智能計軸采集單元都只能監測一路計軸磁頭電壓，目的就是為了保證采樣速率最大化。智能計軸采集單元的數據存儲為本地存儲方式，經過過濾后再上傳到MSS站系統，此舉能夠保證在高采樣速率環境下擁有最大數據傳輸量。

3.4 同步環線的監測技術

地鐵之所以能夠精準停靠在車站的預定點，很大功勞要歸屬于同步環線，在該設備的作用下停車精度能夠控制在0.5 m之內。而且，地鐵均特別加裝了屏蔽門系統，因此對同步環線的精準停車要求變得更高，倘若同步環線出現故障，將會嚴重影響城市軌道交通的運營質量。在對同步環線的監測中，主要發揮作用的是移頻采集單元，每一個移頻采集單元會對1路同步環線的電壓、電流信號進行檢測，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”聯合并行，對于采集到的信息數據處理方式也沒有變化。唯一的區別在于，移頻采集單元能夠通過增設電流傳感器設備臺數的方式去增加電流信號采集路數。

4 結語

綜上所述，城市軌道交通系統中信號設備有著眾多種類，而且許多信號設備并未納入鐵路CSM系統的監測范圍。現如今城市軌道交通信號維護支持系統在眾多地區地鐵建設中得到應用，并且得到了處理監測項目全面、測試精準度高、軟件功能強大、操作相對簡便等不錯反饋，逐漸成為城市軌道交通信號維護技術人員的關鍵工具。文章主要針對城市軌道交通中常用的信號設備FTGS音頻無絕緣軌道電路、屏蔽門、同步環線等監測技術展開分析探究，為城市軌道交通信號維護提供參考。

參考文獻

[1] 朱璐聞，馮崢.城市軌道交通信號系統車載設備大部件互換方案應用研究[J].中國設備工程，2020（5）：176-177.

[2] 戴汀.城市軌道交通信號安全隱患分析[J].數字通信世界，2020（3）：82-83.

[3] 李剛.城市軌道交通信號設備監測技術探討[J].鐵道通信信號，2018，54（6）：79-82，86.

[4] 劉永樂，于毅，趙慧，等.基于ZigBee-GPRS技術的城市軌道交通列車關鍵設備監測系統[J].城市軌道交通研究，2016，19（2）：117-120.

[5] 范永華.城市軌道交通信號維護支持系統的方案設計[J].自動化應用，2014（3）：98-100.