魏 倩，魏文濤

（廣州地鐵集團(tuán)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(yuǎn)期規(guī)劃分階段開展各線路的統(tǒng)籌建設(shè)。在新形勢(shì)下，隨著城市軌道交通規(guī)?；熬W(wǎng)絡(luò)化的形成，遠(yuǎn)郊線路的建設(shè)規(guī)劃、降本增效的各項(xiàng)措施和地鐵的建設(shè)及運(yùn)營均對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的維護(hù)管理要求越來越高，線路間的信號(hào)綜合監(jiān)控實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通將成為信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展需求。

1 信號(hào)系統(tǒng)簡介

1.1 信號(hào)系統(tǒng)功能

信號(hào)系統(tǒng)作為大運(yùn)量、高密度的軌道交通自動(dòng)控制系統(tǒng)重要組成部分，目前發(fā)展趨勢(shì)為基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）。信號(hào)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CI）、列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）、列車自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)（ATO）、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）、維護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（MMS）組成。各子系統(tǒng)間相互滲透，實(shí)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(gè)以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮和運(yùn)行調(diào)整等功能為一體的 CBTC 系統(tǒng)。信號(hào)系統(tǒng)各關(guān)鍵子系統(tǒng)設(shè)備主要功能如下。

1.1.1 ATS 列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)

ATS 子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)下述功能：行車信息的顯示、列車進(jìn)路控制、列車運(yùn)行圖/時(shí)刻表的管理、列車運(yùn)用計(jì)劃及車輛管理、列車控制及運(yùn)行調(diào)整、列車運(yùn)行查詢、站臺(tái)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(dòng)化功能、運(yùn)營記錄與統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障報(bào)警、臨時(shí)限速管理、列車識(shí)別跟蹤、模擬演示及培訓(xùn)、與外部系統(tǒng)進(jìn)行信息交換等。

1.1.2 軌旁 ATP 列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)

軌旁 ATP 主要包括區(qū)域控制器（ZC）和臨時(shí)限速器（LC）。

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

臨時(shí)限速器負(fù)責(zé)計(jì)算臨時(shí)限速，同時(shí)存儲(chǔ)、更新ATS 發(fā)送的臨時(shí)限速請(qǐng)求，并校驗(yàn) ZC 和 CC 的應(yīng)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(shí)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(gè)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(dòng)命令。

1.1.4 聯(lián)鎖子系統(tǒng) CI

負(fù)責(zé)控制線路上道岔、信號(hào)機(jī)、進(jìn)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(shè)備只負(fù)責(zé)對(duì)本聯(lián)鎖區(qū)進(jìn)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(hào)系統(tǒng)中各個(gè)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(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)管系統(tǒng) 3 部分組成。

1.1.6 MMS 維護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)信號(hào)設(shè)備和收集報(bào)警、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與在線回放、計(jì)劃維護(hù)、提供維護(hù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。

1.2 信號(hào)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

信號(hào)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，可將其劃分為 3個(gè)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(shí)現(xiàn)信號(hào)綜合監(jiān)控互聯(lián)互通的關(guān)鍵。

圖1 信號(hào)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(shè)備等。

（3）車載層：車載 ATP/ATO 系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備有 CC車載機(jī)柜。

2 信號(hào)系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通概述

2.1 信號(hào)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(shè)規(guī)劃，相關(guān)設(shè)備維保部門通常在新線建設(shè)的同時(shí)還擔(dān)負(fù)著管理既有線路的責(zé)任。特別是遠(yuǎn)郊新線與市區(qū)線路之間往往存在距離遠(yuǎn)、信號(hào)監(jiān)控設(shè)備不集中等問題，導(dǎo)致設(shè)備管理難度成倍增加，尤其是信號(hào)設(shè)備。一旦對(duì)設(shè)備狀態(tài)未及時(shí)進(jìn)行監(jiān)管，發(fā)生故障后很難處理，嚴(yán)重情況下會(huì)對(duì)運(yùn)營造成重大影響。

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

2.2 信號(hào)系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通功能

通過設(shè)立統(tǒng)一的信號(hào)系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)ATS、車載、正線軌旁設(shè)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(bào)警、DCS 網(wǎng)絡(luò)（軌旁無線設(shè)備、車載交換機(jī)和 Modem）、故障回放、場(chǎng)強(qiáng)搜集、軸數(shù)記錄等關(guān)鍵功能。集中監(jiān)控能對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行全方位的搜集，對(duì)故障判斷和處理起到很好的促進(jìn)作用[4]。

2.3 信號(hào)系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通方案

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

（1）ATS 維護(hù)臺(tái)：能監(jiān)控所有的正線車站和車輛段信號(hào)設(shè)備，并對(duì)全線列車進(jìn)行集中監(jiān)控。

（2）MSS 遠(yuǎn)程維修診斷工作站：用于全線信號(hào)設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)和信息顯示、查詢，可查看全線信號(hào)設(shè)備狀態(tài)信息及報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷。

（3）DCS 網(wǎng)管工作站：用于對(duì)全線以太網(wǎng)設(shè)備（以太網(wǎng)交換機(jī)、AP 及車載 Modem）的網(wǎng)絡(luò)管理。

如圖 2 所示，信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)可利用通信專業(yè)的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過光纖直熔方式形成通信光路，由光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，即可實(shí)現(xiàn) 2 條遠(yuǎn)距離線路的信號(hào)綜合監(jiān)控互連互通功能，達(dá)到信號(hào)運(yùn)營維護(hù)人員可在 1 條線路同時(shí)監(jiān)控多條線路列車運(yùn)行信息及全線信號(hào)設(shè)備故障信息的目的，以便及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，確保城市軌道交通線路信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)營的可靠性[5]。本文以廣州地鐵 6 號(hào)線及 13 號(hào)線建設(shè)運(yùn)營管理為例，通過信號(hào)系統(tǒng)綜合監(jiān)控互聯(lián)互通，實(shí)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(hào)系統(tǒng)綜合監(jiān)控互連互通實(shí)例

3.1 系統(tǒng)介紹

廣州地鐵 6 號(hào)線、13 號(hào)線采用卡斯柯 Urbalis888 系統(tǒng)，是基于無線連續(xù)通信的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。它采用移動(dòng)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(hù)監(jiān)測(cè) MMS 子系統(tǒng)等構(gòu)成，并以計(jì)軸設(shè)備作為列車次級(jí)檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的降級(jí)及后備功能，保證控制列車高安全、高可靠地運(yùn)行。

根據(jù)廣州地鐵線網(wǎng)設(shè)置，6 號(hào)線與 13 號(hào)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(hào)線與 5 號(hào)線換乘站，設(shè)置有通信光路聯(lián)絡(luò)纜；魚珠站作為 13 號(hào)線與 5 號(hào)線換乘站，設(shè)置有通信光路聯(lián)絡(luò)纜，線路換乘示意圖如圖 3 所示。因此可以利用 6 號(hào)線、5 號(hào)線、13 號(hào)線的通信光路實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(shí)施

利用廣州地鐵 6 號(hào)線和 13 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)制式相同的優(yōu)勢(shì)，在 6 號(hào)線潯峰崗?fù)＼噲?chǎng) OCC 信號(hào)設(shè)備房、13 號(hào)線官湖車輛段 OCC信號(hào)設(shè)備房、6 號(hào)線坦尾站信號(hào)設(shè)備房、魚珠站信號(hào)設(shè)備房架設(shè)光電轉(zhuǎn)換器，通過通信 OTN光傳輸機(jī)柜光路可實(shí)現(xiàn) 2 條線路綜合監(jiān)控設(shè)備的信息互傳，如圖 4 所示。

設(shè)計(jì)過程中，需要注意以下問題：

（1）在光端機(jī)選型上，應(yīng)注意選擇以太網(wǎng)單模雙向傳輸距離能達(dá)到線路距離需求的光端機(jī)，項(xiàng)目實(shí)施過程中傳輸速率和丟包率均需要進(jìn)行驗(yàn)證，光衰耗應(yīng)在-40 dB 以下，保證具備良好的傳輸效果；

（2）信號(hào)系統(tǒng)綜合監(jiān)控建議應(yīng)用在信號(hào)系統(tǒng)制式相同的線路上，且 DCS 系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)相應(yīng)的 IP 端口地址，以確保維護(hù)終端功能可用。

3.3 實(shí)施效果

通過設(shè)計(jì) 6 號(hào)線與 13 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)綜合監(jiān)控互聯(lián)互通，將信號(hào)各個(gè)子專業(yè)的監(jiān)控維護(hù)臺(tái)集中在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)全線信號(hào)設(shè)備 24 h 實(shí)時(shí)集中監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如圖 5所示。

綜合監(jiān)控室設(shè)立相關(guān)崗位人員，負(fù)責(zé)所轄范圍內(nèi)的信號(hào)故障接報(bào)、故障處理監(jiān)控、維修人員調(diào)配、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等工作，形成全新的信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)制，進(jìn)一步提升設(shè)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(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)通知相應(yīng)人員處理，這樣的雙層保護(hù)機(jī)制能有效地避免可能影響運(yùn)營的各類故障。

圖3 廣州地鐵 6 號(hào)線、5 號(hào)線、13 號(hào)線換乘示意圖

圖4 廣州地鐵 6 號(hào)線、13 號(hào)線信號(hào)綜合監(jiān)控信息傳輸示意圖

圖5 車輛段信號(hào)綜合監(jiān)控平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)圖

4 結(jié)束語

目前，廣州地鐵 6 號(hào)線、13 號(hào)線已完成綜合監(jiān)控互聯(lián)互通建設(shè)，能夠滿足信號(hào)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(hào)系統(tǒng)提供借鑒。城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備還有很多不完善的地方，必須進(jìn)一步重視管轄設(shè)備的維護(hù)工作，對(duì)正線列車運(yùn)營的關(guān)鍵信號(hào)設(shè)備提高設(shè)備監(jiān)控、維護(hù)和管理水平，才能保證信號(hào)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。