文 星

目前,廣州地鐵2、8號(hào)線(xiàn)采用西門(mén)子LZB700M信號(hào)系統(tǒng)［1］,正線(xiàn)車(chē)站的車(chē)地通信軌旁接收設(shè)備（軌旁盒）［2］型號(hào)為S25448-M2-A2,用于接收由列車(chē)下發(fā)的開(kāi)/關(guān)站臺(tái)門(mén)命令,其可靠接收范圍集中在60 cm（信號(hào)覆蓋區(qū)域以車(chē)地通信軌旁盒中心點(diǎn)為零點(diǎn),前后各30 cm）以?xún)?nèi)。隨著設(shè)備在線(xiàn)使用年限的增長(zhǎng),個(gè)別設(shè)備的接收性能會(huì)有所下降,外加列車(chē)本身停車(chē)精度欠佳,導(dǎo)致列車(chē)車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)［3］不能聯(lián)動(dòng)的情況時(shí)有發(fā)生,為此需對(duì)軌旁盒進(jìn)行改進(jìn),以提高其信號(hào)接收能力。

1 設(shè)備?簡(jiǎn)介

軌旁盒由盒體、電路板、感應(yīng)線(xiàn)圈、接線(xiàn)端子等組成,見(jiàn)圖1,用于接收列車(chē)信號(hào)的感應(yīng)線(xiàn)圈被設(shè)計(jì)封裝在軌旁盒內(nèi)部（圖1中紅色線(xiàn)條表示隱藏在盒體內(nèi)部的感應(yīng)線(xiàn)圈）。軌旁盒安裝在站臺(tái)區(qū)域的地面上,位于軌道正中央,其一端引出一根電纜與室內(nèi)設(shè)備相連接。列車(chē)在站臺(tái)對(duì)標(biāo)停穩(wěn)后,軌旁盒處在主駕駛室發(fā)送天線(xiàn)［4］的正下方,當(dāng)列車(chē)發(fā)送開(kāi)/關(guān)車(chē)門(mén)及站臺(tái)門(mén)控制命令時(shí),軌旁盒接收信號(hào)并輸送到車(chē)站室,實(shí)現(xiàn)對(duì)站臺(tái)門(mén)與列車(chē)車(chē)門(mén)的同步開(kāi)/關(guān)（或聯(lián)動(dòng)開(kāi)/關(guān)）［5］控制。

圖1 車(chē)地通信軌旁盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

2 測(cè)試分析

在廣州地鐵2號(hào)線(xiàn)試車(chē)線(xiàn)［7］上,選取某個(gè)站臺(tái)上的軌旁盒進(jìn)行測(cè)試,調(diào)用列車(chē)在該設(shè)備區(qū)域發(fā)送的開(kāi)/關(guān)門(mén)信號(hào),模擬列車(chē)在正線(xiàn)車(chē)站站臺(tái)上對(duì)標(biāo)停車(chē)及開(kāi)/關(guān)門(mén)作業(yè),并使列車(chē)信號(hào)發(fā)送天線(xiàn)處于軌旁盒中心點(diǎn),在前、后2個(gè)方向各200 cm范圍內(nèi)移動(dòng)列車(chē),且每次移動(dòng)距離保持在10～20 cm,操作開(kāi)/關(guān)列車(chē)車(chē)門(mén)；在室內(nèi)采用示波器［8］監(jiān)測(cè)軌旁盒傳來(lái)的信號(hào),并記錄車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)的聯(lián)動(dòng)情況,將采集到的數(shù)據(jù)描繪成一張數(shù)據(jù)分布圖,以掌握軌旁盒有效信號(hào)的分布及接收能力［9］。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)軌旁盒接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)所描繪出來(lái)的波形較窄,其有效聯(lián)動(dòng)信號(hào)主要集中在60 cm的區(qū)域內(nèi),且有效信號(hào)存在發(fā)散的情況,即在前后60～90 cm的范圍內(nèi)也有聯(lián)動(dòng)的可能性。而廣州地鐵2、8號(hào)線(xiàn)列車(chē)ATP的整個(gè)停車(chē)窗范圍為120 cm（以軌旁盒中心點(diǎn)為零點(diǎn),前后各60 cm）,與現(xiàn)場(chǎng)站臺(tái)門(mén)聯(lián)動(dòng)范圍的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比,軌旁盒的有效接收范圍遠(yuǎn)不及列車(chē)車(chē)門(mén)允許打開(kāi)的范圍。為此,分別對(duì)軌旁盒內(nèi)部感應(yīng)線(xiàn)圈的形狀、材質(zhì)、繞圈倍數(shù)、尺寸等進(jìn)行分類(lèi)測(cè)試,以確定改進(jìn)方案。

2.1 感應(yīng)線(xiàn)圈的形狀

在不改變線(xiàn)圈周長(zhǎng)的情況下,將軌旁盒內(nèi)的感應(yīng)線(xiàn)圈由原來(lái)的長(zhǎng)方形（跟軌旁盒形狀一致）改為正方形、圓形、橢圓形、三角形等形狀分別進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明,不論是哪種幾何形狀,有效信號(hào)只集中在全包圍結(jié)構(gòu)的線(xiàn)圈范圍內(nèi),若超出線(xiàn)圈圍成的圖形,則信號(hào)明顯減弱并消失,即有效信號(hào)的覆蓋范圍無(wú)明顯擴(kuò)大或增強(qiáng)。

2.2 感應(yīng)線(xiàn)圈的材質(zhì)

將封裝在軌旁盒壁內(nèi)感應(yīng)線(xiàn)圈電纜的材質(zhì)［10］,由原來(lái)的多股銅導(dǎo)線(xiàn)更改為鐵絲、銅包鋼線(xiàn)、鍍錫銅線(xiàn),分別測(cè)試上述材料接收信號(hào)的強(qiáng)度,其中導(dǎo)電性越好、線(xiàn)纜內(nèi)阻越小,有效信號(hào)相對(duì)越強(qiáng),發(fā)現(xiàn)設(shè)備既有的多股銅導(dǎo)線(xiàn)最好。

2.3 感應(yīng)線(xiàn)圈的倍數(shù)（匝數(shù)）

原設(shè)備的感應(yīng)線(xiàn)圈為單線(xiàn)圈,通過(guò)增加圈數(shù)（2圈、3圈、5圈）,進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。發(fā)現(xiàn)相同位置的信號(hào)強(qiáng)度與線(xiàn)圈匝數(shù)成正比,但隨著感應(yīng)線(xiàn)圈圈數(shù)的增加,信號(hào)強(qiáng)度的增大,波形失真程度越發(fā)嚴(yán)重,影響設(shè)備工作的穩(wěn)定性；而且隨著信號(hào)強(qiáng)度的增加,有效信號(hào)區(qū)域雖有所增加,但增加的范圍有限。

2.4 感應(yīng)線(xiàn)圈的大小

受到盒體的限制,盒內(nèi)的感應(yīng)線(xiàn)圈尺寸無(wú)法改變,故將感應(yīng)線(xiàn)圈外置,材料仍使用導(dǎo)電性較好的多股銅導(dǎo)線(xiàn),尺寸（長(zhǎng)×寬）分別設(shè)置為100 cm×30 cm、200 cm×30 cm、300 cm×30 cm。測(cè)試結(jié)果顯示,有效信號(hào)的覆蓋范圍與感應(yīng)線(xiàn)圈圍成的長(zhǎng)方形尺寸成正比,且有效信號(hào)集中在感應(yīng)線(xiàn)圈內(nèi),無(wú)發(fā)散情況。但在車(chē)地通信設(shè)備功率一定的情況下,隨著感應(yīng)線(xiàn)圈的周長(zhǎng)增加,其感應(yīng)線(xiàn)圈總內(nèi)阻也會(huì)隨之增大,而內(nèi)阻的增大會(huì)減弱信號(hào)強(qiáng)度。因此,感應(yīng)線(xiàn)圈的整體尺寸不能無(wú)限放大,應(yīng)選擇合理的尺寸。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn),封裝在盒體內(nèi)部的感應(yīng)線(xiàn)圈是影響信號(hào)接收范圍的關(guān)鍵。在感應(yīng)線(xiàn)圈材質(zhì)保持不變的基礎(chǔ)上,增加感應(yīng)線(xiàn)圈尺寸可得到明顯效果。

3 改造方案

設(shè)計(jì)要求廣州地鐵2、8號(hào)線(xiàn)列車(chē)允許開(kāi)車(chē)門(mén)的停車(chē)窗范圍為120 cm,將封裝在車(chē)地通信軌旁盒體內(nèi)部原有的長(zhǎng)方形感應(yīng)線(xiàn)圈移到盒外,且感應(yīng)線(xiàn)圈的長(zhǎng)邊由原來(lái)接近30 cm的長(zhǎng)度改造為120 cm,寬邊由原來(lái)接近15 cm的長(zhǎng)度適當(dāng)增加至35 cm,使得長(zhǎng)方形感應(yīng)線(xiàn)圈的長(zhǎng)度與列車(chē)開(kāi)車(chē)門(mén)允許打開(kāi)的停車(chē)范圍條件相對(duì)一致。即使列車(chē)出現(xiàn)對(duì)標(biāo)停車(chē)的精度+60 cm或-60 cm的極端情況,站臺(tái)門(mén)與車(chē)門(mén)打開(kāi)后的最小重合部分,即乘客上、下列車(chē)的最小有效空間也為70 cm（廣州地鐵2、8號(hào)線(xiàn)單側(cè)站臺(tái)共有30個(gè)站臺(tái)門(mén),其中站臺(tái)前端第一個(gè)站臺(tái)門(mén)寬度為165 cm,其余29個(gè)站臺(tái)門(mén)為200 cm,列車(chē)單扇車(chē)門(mén)寬度為70 cm）,不會(huì)給乘客上、下列車(chē)造成較大影響,且當(dāng)列車(chē)對(duì)標(biāo)停車(chē)的精度超出停車(chē)窗（120 cm）范圍時(shí),列車(chē)ATP系統(tǒng)經(jīng)過(guò)檢測(cè)后,判斷此時(shí)列車(chē)已超出停車(chē)窗,而出于安全保護(hù)不會(huì)給出允許開(kāi)關(guān)的指令,因此,車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)都不會(huì)被打開(kāi),這與允許開(kāi)門(mén)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備改造原理見(jiàn)圖2（紅色線(xiàn)條表示為改造后的感應(yīng)線(xiàn)圈）。

圖2 車(chē)地通信軌旁盒改造后的結(jié)構(gòu)示意

改造后對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試,在不同的時(shí)間、不同的列車(chē),同一個(gè)測(cè)試點(diǎn)累計(jì)測(cè)試超過(guò)10次,結(jié)果表明將軌旁盒感應(yīng)線(xiàn)圈改造后,可有效控制站臺(tái)門(mén)信號(hào)的分布范圍,與被改造的感應(yīng)線(xiàn)圈所圍成的長(zhǎng)方形區(qū)域基本一致,且有效信號(hào)不存在發(fā)散情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明,將原封裝隱藏在軌旁盒內(nèi)部的感應(yīng)線(xiàn)圈進(jìn)行合理改造后,有效提升了其接收能力,可以將其接收范圍由原來(lái)的60 cm擴(kuò)大到120 cm（以改造后感應(yīng)線(xiàn)圈長(zhǎng)度為120 cm為例）。該項(xiàng)目在2020年5月已成功獲得國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：ZL 2019 2 0594580.X）。廣州地鐵根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)需要,分別在2號(hào)線(xiàn)、8號(hào)線(xiàn)推廣應(yīng)用超過(guò)10個(gè)站點(diǎn),解決了列車(chē)車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)不能聯(lián)動(dòng)的問(wèn)題。