城市轨道交通远郊线路信号系统综合监控互联互通研究

魏 倩，魏文涛

（广州地铁集团有限公司，广东广州 510168）

0 引言

近几年，城市轨道交通迎来前所未有的发展，全国各城市均按近期和远期规划分阶段开展各线路的统筹建设。在新形势下，随着城市轨道交通规模化及网络化的形成，远郊线路的建设规划、降本增效的各项措施和地铁的建设及运营均对信号系统的维护管理要求越来越高，线路间的信号综合监控实现互联互通将成为信号系统的发展需求。

1 信号系统简介

1.1 信号系统功能

信号系统作为大运量、高密度的轨道交通自动控制系统重要组成部分，目前发展趋势为基于通信的列车控制系统（CBTC）。信号系统主要由计算机联锁子系统（CI）、列车自动监控子系统（ATS）、列车自动防护子系统（ATP）、列车自动驾驶子系统（ATO）、数据通信子系统（DCS）、维护监测系统（MMS）组成。各子系统间相互渗透，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥和运行调整等功能为一体的 CBTC 系统。信号系统各关键子系统设备主要功能如下。

1.1.1 ATS 列车自动监控子系统

ATS 子系统主要实现下述功能：行车信息的显示、列车进路控制、列车运行图/时刻表的管理、列车运用计划及车辆管理、列车控制及运行调整、列车运行查询、站台发车指示与车站乘客信息显示、调度命令编辑与传送自动化功能、运营记录与统计报表、故障报警、临时限速管理、列车识别跟踪、模拟演示及培训、与外部系统进行信息交换等。

1.1.2 轨旁 ATP 列车自动防护子系统

轨旁 ATP 主要包括区域控制器（ZC）和临时限速器（LC）。

区域控制器可对线路占用信息、自动防护和进路等进行处理，通过车载控制器（CC）发送的列车精确位置信息对每列列车的保护区域进行计算，并通过无线传输向每列列车发送其授权终点[1]。

临时限速器负责计算临时限速，同时存储、更新ATS 发送的临时限速请求，并校验 ZC 和 CC 的应用软件和配置数据版本，且能够在通信过程中向两者提供内部时钟同步。

1.1.3 车载 ATP/ATO 子系统

硬件上车载 ATP/ATO 系统是一个整体，即车载控制器 CC[2]，无明显的硬件划分。车载子系统可以平稳地驾驶列车以确保乘客的舒适度，并向车辆发送牵引和制动命令。

1.1.4 联锁子系统 CI

负责控制线路上道岔、信号机、进路等，并显示相邻联锁区的线路及车站状态，在非集中站的设备只负责对本联锁区进行监控。

1.1.5 DCS 数据通信子系统

DCS数据通信系统承载高可靠性的 CBTC 数据，为CBTC 信号系统中各个子系统之间的信息传输提供通信通道。按照通信方式，DCS 子系统由有线网络、无线网络和网管系统 3 部分组成。

1.1.6 MMS 维护监测系统

负责监测信号设备和收集报警、设备状态实时监测与在线回放、计划维护、提供维护统计数据等。

1.2 信号系统组成结构

信号系统总体结构如图 1 所示，可将其划分为 3个层次：中心层、轨旁层和车载层[2]。其中 DCS 无线通信系统是实现信号综合监控互联互通的关键。

图1 信号系统总体结构图

（1）中心层：包括控制中心ATS、MMS、DCS网管系统。

（2）轨旁层：包括 CI、ZC、LC、轨旁 DCS 无线接入设备等。

（3）车载层：车载 ATP/ATO 系统，关键设备有 CC车载机柜。

2 信号系统综合监控互连互通概述

2.1 信号系统综合监控互连互通概念

随着城市轨道交通线路的建设规划，相关设备维保部门通常在新线建设的同时还担负着管理既有线路的责任。特别是远郊新线与市区线路之间往往存在距离远、信号监控设备不集中等问题，导致设备管理难度成倍增加，尤其是信号设备。一旦对设备状态未及时进行监管，发生故障后很难处理，严重情况下会对运营造成重大影响。

信号系统综合监控互联互通是指运用技术手段，借助通信、信号传输机制将不同线路间的信号综合监控实现相互集中监控，达到有效监管线路设备状态、优化生产管理流程的目的[3]。

2.2 信号系统综合监控互连互通功能

通过设立统一的信号系统综合监控平台，可实现ATS、车载、正线轨旁设备的全方位监控，具备道岔功率曲线、电源屏、不间断电源（UPS）报警、DCS 网络（轨旁无线设备、车载交换机和 Modem）、故障回放、场强搜集、轴数记录等关键功能。集中监控能对故障现象进行全方位的搜集，对故障判断和处理起到很好的促进作用[4]。

2.3 信号系统综合监控互连互通方案

通过将原本分散的信号系统监控设备集中设置，可建立线路综合监控中心。以 2 条线路设计信号综合监控为例，综合监控中心主要包含以下设备，结构示意图如图 2 所示（OCC 为运行控制中心）。

（1）ATS 维护台：能监控所有的正线车站和车辆段信号设备，并对全线列车进行集中监控。

（2）MSS 远程维修诊断工作站：用于全线信号设备的远程维护和信息显示、查询，可查看全线信号设备状态信息及报警信息，实现远程故障诊断。

（3）DCS 网管工作站：用于对全线以太网设备（以太网交换机、AP 及车载 Modem）的网络管理。

如图 2 所示，信号监控系统可利用通信专业的通信传输网络，通过光纤直熔方式形成通信光路，由光电转换器进行光电转换，即可实现 2 条远距离线路的信号综合监控互连互通功能，达到信号运营维护人员可在 1 条线路同时监控多条线路列车运行信息及全线信号设备故障信息的目的，以便及时掌握设备运行状态，确保城市轨道交通线路信号系统运营的可靠性[5]。本文以广州地铁 6 号线及 13 号线建设运营管理为例，通过信号系统综合监控互联互通，实现 2 条线路的综合管理。

图2 综合监控互联互通结构图

3 信号系统综合监控互连互通实例

3.1 系统介绍

广州地铁 6 号线、13 号线采用卡斯柯 Urbalis888 系统，是基于无线连续通信的移动闭塞系统。它采用移动闭塞原则，由 ATP/ATO 子系统、联锁子系统、ATS 子系统、DCS 数据通信子系统和维护监测 MMS 子系统等构成，并以计轴设备作为列车次级检测设备，实现系统的降级及后备功能，保证控制列车高安全、高可靠地运行。

根据广州地铁线网设置，6 号线与 13 号线车辆段相距约 80 km，管理难度较大。通过分析研究，坦尾站作为6 号线与 5 号线换乘站，设置有通信光路联络缆；鱼珠站作为 13 号线与 5 号线换乘站，设置有通信光路联络缆，线路换乘示意图如图 3 所示。因此可以利用 6 号线、5 号线、13 号线的通信光路实现信号综合监控光路连通。

3.2 综合监控互联互通方案及实施

利用广州地铁 6 号线和 13 号线信号系统制式相同的优势，在 6 号线浔峰岗停车场 OCC 信号设备房、13 号线官湖车辆段 OCC信号设备房、6 号线坦尾站信号设备房、鱼珠站信号设备房架设光电转换器，通过通信 OTN光传输机柜光路可实现 2 条线路综合监控设备的信息互传，如图 4 所示。

设计过程中，需要注意以下问题：

（1）在光端机选型上，应注意选择以太网单模双向传输距离能达到线路距离需求的光端机，项目实施过程中传输速率和丢包率均需要进行验证，光衰耗应在-40 dB 以下，保证具备良好的传输效果；

（2）信号系统综合监控建议应用在信号系统制式相同的线路上，且 DCS 系统应增设相应的 IP 端口地址，以确保维护终端功能可用。

3.3 实施效果

通过设计 6 号线与 13 号线信号系统综合监控互联互通，将信号各个子专业的监控维护台集中在一起，能够实现全线信号设备 24 h 实时集中监控，现场设备如图 5所示。

综合监控室设立相关岗位人员，负责所辖范围内的信号故障接报、故障处理监控、维修人员调配、设备运行状态监控等工作，形成全新的信号系统监控机制，进一步提升设备故障的监管效率，以有效解决巡检人员紧缺、监控不连续、效率低等问题。一旦出现故障，值班人员即可实时监控并及时通知相应人员处理，这样的双层保护机制能有效地避免可能影响运营的各类故障。

图3 广州地铁 6 号线、5 号线、13 号线换乘示意图

图4 广州地铁 6 号线、13 号线信号综合监控信息传输示意图

图5 车辆段信号综合监控平台现场图

4 结束语

目前，广州地铁 6 号线、13 号线已完成综合监控互联互通建设，能够满足信号系统生产信息监控的要求，可为其他城市轨道交通线路信号系统提供借鉴。城市轨道交通信号系统关键设备还有很多不完善的地方，必须进一步重视管辖设备的维护工作，对正线列车运营的关键信号设备提高设备监控、维护和管理水平，才能保证信号系统安全、稳定运行。