地鐵聯鎖站數據監測系統設計研究*

王文龍 梁木海

（廣州地鐵集團有限公司，510330，廣州//第一作者，工程師）

地鐵聯鎖站數據監測系統設計研究*

王文龍 梁木海

（廣州地鐵集團有限公司，510330，廣州//第一作者，工程師）

詳細介紹了廣州地鐵2、8號線聯鎖站數據監測系統硬件架構的組成，著重闡述了軌道電路及轉轍機的電參數測量方案、車地通信發送設備的實際列車識別報文解析方案、軌旁設備指示燈狀態監測方案及現場操作員工作站的視頻監測方案。該系統實現了信息的實時采集、存儲和分析，可獲取設備的實時狀態；能利用隔離技術獲取設備數據，并對這些數據使用數理統計和大數據處理方法進行解析，從而完成數據物理意義的表示。其對故障分析和排查有一定的幫助。該系統還具有良好的可擴展性，已在廣州地鐵2號線蕭崗站試應用，試用效果良好。

地鐵；聯鎖站；設備數據監測；故障分析

廣州地鐵2、8號線采用西門子信號系統，共有12個聯鎖站。每個聯鎖站配置1套信號設備，其中包括軌旁ATP（列車自動保護）設備、PTI（實際列車識別）設備、LOW（現場操作員工作站）機、FTG S（S數字頻率軌道電路）室內設備和轉轍機室內設備等。目前，廣州地鐵2、8號線聯鎖站軌旁的ATP設備與PTI缺乏設備運行狀態的監測手段，其運行狀態、軌道電路電壓和LOW機的操作過程等信息沒有記錄存儲，發生故障時無法提供設備故障信息。這使得故障分析缺少足夠的依據，不能保障故障得到完全的處理。

本文針對實際情況設計一種聯鎖站數據監測系統（以下簡稱“監測系統”），以實時采集存儲PTI報文數據，采集存儲FTG S及轉轍機等設備的電氣參數，以視頻形式記錄軌旁ATP、PTI設備指示燈狀態及LOW機的操作過程，并對這些數據進行解析或處理，從而獲取故障過程中的故障現象和數據信息。當聯鎖站信號設備發生故障時，維護人員可查看存儲和記錄的數據，了解故障時的設備狀態和操作情況，方便維護人員對故障進行快速判斷和處理，提高故障排查和處理效率。

1 監測系統的設計與實現

1.1 監測系統架構

監測系統分為本地監測站設備和集中監測站設備兩部分（如圖1所示）。在本地監測站設備中，轉轍機電參數隔離采集板、軌道電路電參數隔離采集板、PTI報文隔離串口板通過PCI串口擴展卡連接安裝在本地服務器內，VGA（視頻圖形陣列）分屏編碼器和高清網絡攝像頭連接至網絡硬盤錄像機，交換機作為媒介傳輸網絡數據。集中監測站設備由集中工作站、顯示器組成。

本地監測站設備部署在聯鎖站信號設備房或值班房，負責本地數據的采集、處理和本地顯示。集中監測站設備部署在集中監測站點，負責遠程集中監測所有本地監測站設備的情況。集中監測站點可設在某個聯鎖站信號設備房或值班房，也可設在運營控制中心。本地監測站設備與集中監測站設備之間通過OTN（光傳輸網絡）和光纖進行數據傳輸和交換。

圖1 監測系統硬件架構

1.2 FTG S及轉轍機的電參數測量與分析

首先，利用高輸入阻抗的電壓跟隨放大電路對轉轍機動作電壓、表示電壓及軌道電路電壓進行分壓采樣，并利用電流互感器對轉轍機動作電流進行非接觸式檢測；然后，將互感器輸出的電流信號轉換成電壓信號；再將處理過的電壓與電流信號經AD轉換芯片處理后送到單片機，并由單片機編碼后通過串口發送給本地服務器進行數據存儲；最后，再由本地服務器對這些數據進行解碼、處理和分析，并繪制圖形結果。

以轉轍機由右位轉換至左位測量繪制轉轍機動作電流為例，其部分數據結果如圖2所示。

（1）t0—t1階段：轉轍機未動作時，電路為表示電路，動作電流為零。

（2）t1—t2階段：當轉轍機由右位啟動轉換時，電路切換為動作電路。1、4端子構成回路，L1線與N線的電流大小相等而方向相反；2、3端子構成回路，L2線與L3線電流的大小相等而方向相反。

（3）t2—t3階段：繼續轉換，當電機轉動帶動傳動裝置時，速動開關接點發生改變，電路形成Y型連接。因為電機的線圈電阻未必完全相等，故L1線、L2線、L3線的電流大小未必相等，而三者的相位差為120°。

（4）t3—t4階段：當轉轍機轉換至左位時，速動開關接點再次發生改變，電路斷開Y型連接。2、4端子構成回路，L2線、N線電流大小相等而方向相反；1、3端子構成回路，L1線、L3線電流大小相等而方向相反。

（5）t4—t5階段：當轉轍機轉換結束后，電路切換為表示電路，動作電流為零。

1.3 PTI報文解析

1.3.1 采集連接方式

PTI機柜原有1個串口連接至RTU（遠方數據終端）。為保證監測系統不影響原信號設備正常使用，設計了1個轉換模塊將此串口轉換為雙串口，其中1個串口連接至本地服務器，另1個串口仍連接至RTU。

圖2 轉轍機一個動作過程的電流數據部分結果

1.3.2 報文信息解析

首先，獲取大量串口數據，通過大數據挖掘技術得出報文有效數據；然后，對報文有效數據進行更改替換和對比，分析獲取報文信息內容。

例如，某一時刻，獲取的PTI報文為：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

該報文解釋為：該時刻，車組號為1211、乘務號為979、車次號為3702的列車，已經運營29 km，將以停站的模式，沿上行線運行，并進嘉禾望崗站折返線后折返至下行站臺。

1.4 軌旁ATP、PTI指示燈狀態視頻監測

對于軌旁ATP、PTI指示燈狀態，采用多攝像頭加多通道硬盤錄像機的視頻監測方案。該監測方案的組成如圖3所示。

圖3 軌旁ATP、PTI指示燈狀態視頻監測方案構成

由網絡硬盤錄像機對網段內的網絡視頻端口進行監測，從而完成軌旁ATP、PTI指示燈狀態視頻錄像。查看設備監測視頻時，可利用本地服務器或集中工作站通過網絡連接查看硬盤錄像機內的錄像內容，了解故障時的設備指示燈狀態；還能將數據導出，方便故障分析。

1.5LOW機視頻監測

對于LOW機顯示內容和操作過程，采用VGA分屏編碼器+多通道硬盤錄像機的視頻監測方案。方案構成如圖4所示。特別的，該VGA分屏編碼器支持ONVIF協議，可以方便地與網絡硬盤錄像機進行視頻流信號傳輸。

圖4 LOW機視頻監測方案構成

LOW機的VGA視頻信號經VGA分屏編碼器一分為二，一部分送LOW機顯示器輸出進行顯示，另一部分經網絡傳輸至網絡硬盤錄像機并連接進入交換機。網絡硬盤錄像機對網段內的網絡視頻端口進行監測，完成LOW機視頻錄像。查看設備監測視頻時，可利用本地服務器或集中工作站通過網絡連接查看硬盤錄像機內的錄像內容，了解故障時的設備指示燈狀態，還能將數據導出，方便故障分析。

2 監測系統的可拓展性

監測系統具有豐富的可拓展性。轉轍機電參數的測量方案經過針對性改進，可應用于S700K、ZYJ7等多種型號轉轍機。FTG S電參數測量方案如采用板卡提供的拓展總線，最多可支持160個點的測量。軌旁ATP、PTI指示燈狀態視頻監測方案可對其他設備狀態進行監測。監測系統最多可支持4個網絡視頻端口（視設備型號而定），其監測視頻時長取決于硬盤容量。LOW機視頻監測方案也可應用于對VGA信號視頻的監測。監測系統最多可支持4個網絡視頻端口（視設備型號而定），視頻時長取決于硬盤容量。

3 結語

監測系統已在廣州地鐵2號線蕭崗站應用，實現的功能包括：對PTI報文數據的實時采集存儲及其解析，對FTG S及轉轍機等設備電氣參數的實時采集存儲，對軌旁ATP及PTI設備指示燈狀態、LOW機操作過程的視頻記錄。運營部門利用系統采集和分析的數據，能監測設備的運行狀態，了解設備的操作過程；在發生故障時通過提取系統數據可對故障進行分析和排查，提升故障處理效率。同時，該監測系統具備可拓展性，通過拓展和升級，可增強系統功能，實現多設備多數據的監測和分析。

［1］ 胡湘洲，宋戈文.西門子S700K型道岔監控電路故障分析［J］.城市軌道交通研究，2009（9）：79.

［2］ 馬常江.ATP系統與監測軟件數據傳輸的研究［J］.鐵道通信信號工程技術，2010，7（2）：54.

［3］西門子信號有限公司.User Manual for PTI Toolkit［R］.西安：西門子信號有限公司，2003.

［4］ 西門子信號有限公司.PTI Mux Customisation Manual［R］.西安：西門子信號有限公司，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

*廣州地鐵集團有限公司科研經費資助項目（12A0012）

2016-02-19）