地鐵列車車載信號設備數據采集及智能預警系統

甘覲溪

摘要：中國城市的快速發展，城市公共交通系統也在逐漸發生著改變，城軌運輸逐漸成為我國城市市民出行的重要方式。而在城軌列車運行的過程中，其承載信號是保證地鐵車正常運行的重要因素，其為地鐵列車的運行提供對應的控制和管理信息。對于當前的地鐵車載信號維護和管理工作，其主要是通過RCM維修方式實現，這一技術在多個行業中都有應用，且維修安全性較高，維護費用較低，是大部分企業對設備維修的主要方式。通過RCM維修模式，其能夠對地鐵行業中的各個模塊進行充分的利用，保證設備維護的不斷優化，從而保障地鐵車載信號的正常運行。

關鍵詞：地鐵列車車載信號設備 數據采集 智能預警系統

隨著城市軌道交通的快速發展普及，地鐵車輛的性能、安全等問題受到軌道交通管理部門越來越多的重視。為了實現對故障和事故進行科學分析和取證，需要一個完整的、實時的列車行車事件記錄。地鐵列車信號數據采集系統（俗稱“黑匣子”）正是為解決上述問題而被廣泛采用的。目前，數據記錄儀主要為瑞士SecheronHaslerGroup公司的TELOC系列產品和德國DEUTAW-erkeGmhH公司的REDBOX系列產品。德國DEVAT公司設計的KWR6事件記錄儀，是基于新車輛的開發，采用列車網絡控制原理對車輛的各個信號進行采集，在硬件和軟件的開發上成本很大，弊端在于不適用于已有車輛的改造。我國內燃、電力機車，動車組及高鐵上已普遍應用數據記錄儀，但城市軌道交通車輛上安裝數據記錄儀是直到20世紀90年代才提出的新概念。為了滿足日常的維護工作需求，更好的還原設備在事故中的運行狀態，急需對車載信號數據采集及智能預警系統進行自主設計和研發。

1主要功能

1）列車ATP和ATO數據記錄采集傳輸。結合列控車載設備的工作原理，在完全不影響列控車載設備工作的前提下，實現ATP和ATO內部數據訪問、記錄，并根據實際使用的需求，將采集到的數據，一方面通過傳送給智能數據處理模塊;另一方面，通過數據存儲模塊，記錄實時采集的數據到硬件平臺本身存儲，并且根據需要，可以將數據拷貝到移動存儲設備進行拷貝保存。2）數據處理解析。根據實時使用車輛base進行數據解析，將車輛數據不同類型的數據內容例如：進路地圖、軌道狀態、TSR等分類進行本地存儲，并區別存儲ATO和ATP數據，方便維護人員根據需要查看不同類型數據。3）歷史數據分析與統計。歷史數據分析與統計功能主要由系統的數據記錄模塊和數據分析統計模塊實現。數據記錄模塊記錄的歷史數據可以根據需要進行自由的拼接，將需要進行分析的歷史數據導入到數據分析統計模塊中，實現歷史數據的顯示、統計和查詢功能。數據分析統計模塊能夠將導入的各參數歷史狀態信息以文字或圖表的方式進行顯示，如同上述支持多形式的圖表顯示，對于特定歷史數據，能夠通過設置區段或時間范圍進行查詢和數據導出。4）智能分析預警。智能分析預警模塊對歷史故障數據基于BP神經網絡模型進行聚類，能夠根據評估模型生成相關參數的預警閾值和故障判斷方法，進行實時預警。

2應用現狀

隨著信息化技術和通信技術的發展，地鐵信號系統的集成度和自動化程度逐漸提高、功能日益強大，提高了列車運行效率、減輕了運營人員的工作強度。與此同時，由于系統集成度和復雜度的增加，信號系統的故障也對正常運行造成了更大的影響。如何對信號系統的運行狀態進行監測，如何減少故障所產生的影響，是提高信號系統運營維護質量的一個重點課題。受制于維護工作的人力資源和技術手段，目前的日常維護基本上圍繞著設備的機械故障進行。對于電氣故障，以事后修為主。涉及功能方面的電氣故障發生后，由于沒有定位故障的可靠手段，一般會采取分散有關部件進一步定位故障的方式來確定故障部件。對于設備的電氣性能下降，通常會在發生2次故障后，才能定位故障部件并進行更換。為減少信號系統故障對運營造成的負面影響，就必須要做到“事前修”，也就是在部件性能下降到一定程度后就進行更換。信號系統的日志信息是判斷其運行狀態和故障原因的重要手段。各廠商的信號設備都對此作了大量工作，目前主流信號廠商都已實現日志的在線存儲與報警。維護人員結合報警信息對故障時段的日志進行分析，可以基本實現故障原因的分析與定位。但是，由于日志的信息太過龐大，以目前維修人員的人力資源而言，僅能實現對出現故障的列車進行日志下載與分析，且人工分析嚴重依賴個人的經驗和細致程度。依靠人工對日志進行分析、歸類和推理來實現故障預警是不可靠的。

3優化措施

3.1性能指標的跟蹤與比對

對于信號系統的傳感器，根據其工作特點可以繪制出變化曲線。通過對單個設備不同時間的曲線對比、多個同類設備的曲線對比，可得出其性能變化趨勢。具體處理原理如下：通過對日志信息中的測速報文、ATP處理報文和應答器接收報文的綜合處理和分析，可以得出測速電機（OPG）、測速雷達、車載應答器傳輸單元（BTM）天線的工作狀態，根據它們之間的偏差，可確定傳感器的性能下降幅度并給出預警。

3.2地鐵車載信號維護優化措施

對于地鐵車載信號設備的維護措施，其可以通過計劃預修制度和全員生產維修等不同制度進行優化改善。如計劃預修制度，這一制度是地鐵交通中最早的設備維修制度模式，其對設備的維護工作起到了非常重要的作用。對于這一制度，其是通過對設備進行計劃性的管理來保證設備的正常運行，通過對設備運行中可能出現的問題進行提前預想，從而制定對應的預防措施，保證設備能夠正常運行。對于這一制度的執行，其需要對修理周期和修理復雜系數進行重點關注，這兩項系數是判斷設備出現故障以及故障位置等的重要內容。另外則是全員生產維修制度，這一制度是根據日本地鐵車載信號設備維修模式改善而來，其主要內容包括對設備的各項效率進行最高目標確定以及全公司各部門之間的通力配合等。

4結語

總之，地鐵列車車載信號設備數據采集及智能預警系統，打破了國外廠商對國內地鐵車載信號設備數據記錄儀的壟斷，實現車輛信號數據的可視化監控，具有信號數據的快速查詢及統計分析功能，能夠實現對超出范圍的參數進行報警提醒，同時實現一定程序上的自動預警，為維護人員的維護提供可靠依據。在上海地鐵3、4號線的實車運行測試中，達到了設計標準和應用標準，在數據永久存儲、數據在線及離線分析、故障智能預警等方面實現了良好的應用，為城市軌道交通的監控和維護提供了有力的支持和保障。

參考文獻：

[1]趙時昱，蔡國強，賈利民，等.基于數據融合的軌道交通車載故障智能診斷系統[J].智能系統學報，2008，12（3）：76-79.

（作者單位：蘭州軌道交通有限公司）