地铁联锁站数据监测系统设计研究*

王文龙 梁木海

（广州地铁集团有限公司，510330，广州//第一作者，工程师）

地铁联锁站数据监测系统设计研究*

王文龙 梁木海

（广州地铁集团有限公司，510330，广州//第一作者，工程师）

详细介绍了广州地铁2、8号线联锁站数据监测系统硬件架构的组成，着重阐述了轨道电路及转辙机的电参数测量方案、车地通信发送设备的实际列车识别报文解析方案、轨旁设备指示灯状态监测方案及现场操作员工作站的视频监测方案。该系统实现了信息的实时采集、存储和分析，可获取设备的实时状态；能利用隔离技术获取设备数据，并对这些数据使用数理统计和大数据处理方法进行解析，从而完成数据物理意义的表示。其对故障分析和排查有一定的帮助。该系统还具有良好的可扩展性，已在广州地铁2号线萧岗站试应用，试用效果良好。

地铁；联锁站；设备数据监测；故障分析

广州地铁2、8号线采用西门子信号系统，共有12个联锁站。每个联锁站配置1套信号设备，其中包括轨旁ATP（列车自动保护）设备、PTI（实际列车识别）设备、LOW（现场操作员工作站）机、FTG S（S数字频率轨道电路）室内设备和转辙机室内设备等。目前，广州地铁2、8号线联锁站轨旁的ATP设备与PTI缺乏设备运行状态的监测手段，其运行状态、轨道电路电压和LOW机的操作过程等信息没有记录存储，发生故障时无法提供设备故障信息。这使得故障分析缺少足够的依据，不能保障故障得到完全的处理。

本文针对实际情况设计一种联锁站数据监测系统（以下简称“监测系统”），以实时采集存储PTI报文数据，采集存储FTG S及转辙机等设备的电气参数，以视频形式记录轨旁ATP、PTI设备指示灯状态及LOW机的操作过程，并对这些数据进行解析或处理，从而获取故障过程中的故障现象和数据信息。当联锁站信号设备发生故障时，维护人员可查看存储和记录的数据，了解故障时的设备状态和操作情况，方便维护人员对故障进行快速判断和处理，提高故障排查和处理效率。

1 监测系统的设计与实现

1.1 监测系统架构

监测系统分为本地监测站设备和集中监测站设备两部分（如图1所示）。在本地监测站设备中，转辙机电参数隔离采集板、轨道电路电参数隔离采集板、PTI报文隔离串口板通过PCI串口扩展卡连接安装在本地服务器内，VGA（视频图形阵列）分屏编码器和高清网络摄像头连接至网络硬盘录像机，交换机作为媒介传输网络数据。集中监测站设备由集中工作站、显示器组成。

本地监测站设备部署在联锁站信号设备房或值班房，负责本地数据的采集、处理和本地显示。集中监测站设备部署在集中监测站点，负责远程集中监测所有本地监测站设备的情况。集中监测站点可设在某个联锁站信号设备房或值班房，也可设在运营控制中心。本地监测站设备与集中监测站设备之间通过OTN（光传输网络）和光纤进行数据传输和交换。

图1 监测系统硬件架构

1.2 FTG S及转辙机的电参数测量与分析

首先，利用高输入阻抗的电压跟随放大电路对转辙机动作电压、表示电压及轨道电路电压进行分压采样，并利用电流互感器对转辙机动作电流进行非接触式检测；然后，将互感器输出的电流信号转换成电压信号；再将处理过的电压与电流信号经AD转换芯片处理后送到单片机，并由单片机编码后通过串口发送给本地服务器进行数据存储；最后，再由本地服务器对这些数据进行解码、处理和分析，并绘制图形结果。

以转辙机由右位转换至左位测量绘制转辙机动作电流为例，其部分数据结果如图2所示。

（1）t0—t1阶段：转辙机未动作时，电路为表示电路，动作电流为零。

（2）t1—t2阶段：当转辙机由右位启动转换时，电路切换为动作电路。1、4端子构成回路，L1线与N线的电流大小相等而方向相反；2、3端子构成回路，L2线与L3线电流的大小相等而方向相反。

（3）t2—t3阶段：继续转换，当电机转动带动传动装置时，速动开关接点发生改变，电路形成Y型连接。因为电机的线圈电阻未必完全相等，故L1线、L2线、L3线的电流大小未必相等，而三者的相位差为120°。

（4）t3—t4阶段：当转辙机转换至左位时，速动开关接点再次发生改变，电路断开Y型连接。2、4端子构成回路，L2线、N线电流大小相等而方向相反；1、3端子构成回路，L1线、L3线电流大小相等而方向相反。

（5）t4—t5阶段：当转辙机转换结束后，电路切换为表示电路，动作电流为零。

1.3 PTI报文解析

1.3.1 采集连接方式

PTI机柜原有1个串口连接至RTU（远方数据终端）。为保证监测系统不影响原信号设备正常使用，设计了1个转换模块将此串口转换为双串口，其中1个串口连接至本地服务器，另1个串口仍连接至RTU。

图2 转辙机一个动作过程的电流数据部分结果

1.3.2 报文信息解析

首先，获取大量串口数据，通过大数据挖掘技术得出报文有效数据；然后，对报文有效数据进行更改替换和对比，分析获取报文信息内容。

例如，某一时刻，获取的PTI报文为：61 32 31 39 37 39 37 30 32 37 31 33 47 32 31 32 31 31 30 30 30 32 39 30 0D 34 34 61 32 31 39 37 39 37 30 32 37 31 33 47 32 31 32 31 31 30 30 30 32 39 30 0D 34 34

该报文解释为：该时刻，车组号为1211、乘务号为979、车次号为3702的列车，已经运营29 km，将以停站的模式，沿上行线运行，并进嘉禾望岗站折返线后折返至下行站台。

1.4 轨旁ATP、PTI指示灯状态视频监测

对于轨旁ATP、PTI指示灯状态，采用多摄像头加多通道硬盘录像机的视频监测方案。该监测方案的组成如图3所示。

图3 轨旁ATP、PTI指示灯状态视频监测方案构成

由网络硬盘录像机对网段内的网络视频端口进行监测，从而完成轨旁ATP、PTI指示灯状态视频录像。查看设备监测视频时，可利用本地服务器或集中工作站通过网络连接查看硬盘录像机内的录像内容，了解故障时的设备指示灯状态；还能将数据导出，方便故障分析。

1.5LOW机视频监测

对于LOW机显示内容和操作过程，采用VGA分屏编码器+多通道硬盘录像机的视频监测方案。方案构成如图4所示。特别的，该VGA分屏编码器支持ONVIF协议，可以方便地与网络硬盘录像机进行视频流信号传输。

图4 LOW机视频监测方案构成

LOW机的VGA视频信号经VGA分屏编码器一分为二，一部分送LOW机显示器输出进行显示，另一部分经网络传输至网络硬盘录像机并连接进入交换机。网络硬盘录像机对网段内的网络视频端口进行监测，完成LOW机视频录像。查看设备监测视频时，可利用本地服务器或集中工作站通过网络连接查看硬盘录像机内的录像内容，了解故障时的设备指示灯状态，还能将数据导出，方便故障分析。

2 监测系统的可拓展性

监测系统具有丰富的可拓展性。转辙机电参数的测量方案经过针对性改进，可应用于S700K、ZYJ7等多种型号转辙机。FTG S电参数测量方案如采用板卡提供的拓展总线，最多可支持160个点的测量。轨旁ATP、PTI指示灯状态视频监测方案可对其他设备状态进行监测。监测系统最多可支持4个网络视频端口（视设备型号而定），其监测视频时长取决于硬盘容量。LOW机视频监测方案也可应用于对VGA信号视频的监测。监测系统最多可支持4个网络视频端口（视设备型号而定），视频时长取决于硬盘容量。

3 结语

监测系统已在广州地铁2号线萧岗站应用，实现的功能包括：对PTI报文数据的实时采集存储及其解析，对FTG S及转辙机等设备电气参数的实时采集存储，对轨旁ATP及PTI设备指示灯状态、LOW机操作过程的视频记录。运营部门利用系统采集和分析的数据，能监测设备的运行状态，了解设备的操作过程；在发生故障时通过提取系统数据可对故障进行分析和排查，提升故障处理效率。同时，该监测系统具备可拓展性，通过拓展和升级，可增强系统功能，实现多设备多数据的监测和分析。

［1］ 胡湘洲，宋戈文.西门子S700K型道岔监控电路故障分析［J］.城市轨道交通研究，2009（9）：79.

［2］ 马常江.ATP系统与监测软件数据传输的研究［J］.铁道通信信号工程技术，2010，7（2）：54.

［3］西门子信号有限公司.User Manual for PTI Toolkit［R］.西安：西门子信号有限公司，2003.

［4］ 西门子信号有限公司.PTI Mux Customisation Manual［R］.西安：西门子信号有限公司，2005.

On the Design of Interlocking Station Data Monitoring System

WANG Wenlong，LIANG Muhai

The composition of hardware architecture for Guangzhou metro Line 2 and Line 8 interlocking station data monitoring system is introduced，including the electrical parameter measurement scheme for track circuit and point switch,the message parsing scheme for PII equipment,the running status of the wayside ATP receiving antenna and PTI transmitting antenna.Interlocking station data monitoring system is designed to achieve real-time information collection，storage and analysis，obtain equipment real-time status.It can use the isolation technology to obtain equipment data，analyze the data by means of mathematical statistics and large data processing to explain the physical meaning of the data.This system has been applied to Xiaogang Station on Guangzhou metro Line 2 with good performance.

metro；interlocking station； equipment data monitoring；fault analysis

Author′s address Guangzhou Metro Group Co.， Ltd.，510330，Guangzhou

U231.7

10.16037/j.1007-869x.2017.12.033

*广州地铁集团有限公司科研经费资助项目（12A0012）

2016-02-19）