城市轨道交通信号维护支持系统设计

城市轨道交通信号维护支持系统设计

叶亮

苏州轨道交通运营有限公司运营一分公司  江苏苏州  215000

摘要：在城市地铁信号管理工作中，信号维护支持系统对提升其维修工作具有十分关键的作用。针对当前线路信号维修装备的配置状况，建议采用专用的维护支持体系。本文对系统的结构、实现功能及装备结构进行了阐述。在各正线车站、车辆段、停车场和控制中心均设有维护设备，并组成一个单独的通讯维修支撑网络。通过对信号设备进行远程监控，对其进行智能的分析，使维护单位能够及时地检测出信号设备的安全隐患。

关键词：轨道交通；信号维护；系统设计

Design of signal maintenance support system for urban rail transit

Ye Liang

Suzhou Rail Transit Operation Co., Ltd. No.1 Operation Branch Suzhou 215000, Jiangsu

Abstract: In the signal management of urban subway, the signal maintenance support system plays a key role in improving its maintenance work. According to the current configuration of line signal maintenance equipment, it is recommended to adopt a special maintenance support system. This paper describes the system structure, implementation functions and equipment structure. Maintenance equipment is set at each main line station, depot, parking lot and control center, and a separate communication maintenance support network is formed. Through the remote monitoring and intelligent analysis of the signal equipment, the maintenance unit can timely detect the potential safety hazards of the signal equipment.

Key words: rail transit; Signal maintenance; system design

随着社会和经济的发展，城市的交通流量也在不断增加，因此，轨道交通运输有效地减轻了城市的交通负担。为了提高城市轨道交通的安全性，必须保证其正常工作，因此，建立一个信号维护支持体系显得十分迫切和重要。设计功能完备、数据收集完整、数据分析和数据处理技术合理的城市轨道交通信号系统的管理支撑体系，是提高城市轨道交通运营安全性、促进城市轨道交通发展的关键。

一、城市轨道交通信号维护支持系统的重要性

在现代城市的轨道交通运行中，运营安全对信号设备提出更高的要求；设备规模、复杂度对运维效率提出更高要求；运营时间缩短等对运维智能化提出更高要求。信息维护已经成为了控制车辆安全性和保证运行质量的关键环节。在现代的城市交通运输业中，信息维修支撑技术已经是一项十分有价值的高新技术领域，它将对该行业的成长与发展产生着积极的促进作用。该系统不仅担负着对城市交通专业设施的运行状态的监测，同时也使信息维护机构可以借助网络信息技术和数据库技术，通过对信息的统计分析，对交通发展趋势、设备重要信息、季节对设备运行的影响等方面发挥关键作用，对信息的获取、保存、汇总和统计分析，具有着强大的可扩展性和开放性，为今后的技术发展和应用提供了重要依据;同时，也因为它的特点和关键作用，对它的安全性和可靠度都有了很高的要求。在此基础上，按照系统的级别，对系统做出了适当的授权优化，采用智能化、专业化和流程一体化的技术手段，有效地提升信号维修保障装置的工作效率和品质性能[1]。

二、城市轨道交通信号维护支持系统现状

1.采集信息不够全面

目前的数据处理技术支撑体系收集到的数据并不一致，一些特殊的线路数据（计轴、DCS、转辙机等）并未得到数据的收集，一些特殊的接口位置也未得到有效的监控（例如屏蔽门的接口，紧急停车按钮的接口，以及出入段场线路的接口）。因此，目前的信号维护支持体系，在监控信息不完整的情况下，仅能起到部分功能，无法在维护和管理中起到应有的作用。

2.缺少对信号维护管理工作的支持

信号维护支持系统不仅限于数据的收集与加工，还应该能够全面地为信号的维护与管理工作提供支撑。通过对设备运行状况的监控，以及对信号设备进行智能化的分析与诊断，可以为信号设备的维修提供重要的参考依据。只有把监测、分析和诊断的成果与信号的维修和管理有机地联系起来，使系统的性能得到最好的体现。目前的信号维护支撑体系还缺乏日常维护与管理的功能，目前急需将日常维护管理的功能集成到整个体系中，为信号维护工作创造了一个可操作的平台[2]。

3.线路信号维护支持方式不同，没有完善的标准

由于各主要信号设备厂商所提供的设备差别较大，因此，在项目初期，使用者无法充分认识到信号的特点，也就无法对其进行细致、清晰的维修要求。随着运行周期的延长，使用要求也越来越明确，越来越成熟，但是在这个时候，对维修方法和维修的内容进行重新调整已经很难，而且很难实施。所以，各线路的维护服务差别很大。

4.没有故障预警的功能

通过对信号设备进行早期的故障检测，可以使其从根本上减少或降低信号设备故障所造成的影响。对多个信号设备运行的数据进行收集，并对其运行参数进行长时间的追踪，对其运行状况进行动态监控，一旦出现故障，就能对故障进行预警和维修。但是，目前的维护支持系统存在着信息不全面、系统方案不统一、数据采集不准确等问题，不具备故障报警的能力。

5.功能较为分散，无法满足维护需求

现有的轨道交通维护系统主要包括系统维护功能、电源屏系统、车区/停车场的计算机监控系统。在实际的设备维修和管理中，仅依靠人工来综合分析和处理信息。这不但增加了维修工作的繁重，同时也使一些突发事件发生时，因缺乏有效的信息整合，使其在紧急情况下难以起到应有的功能。

此外，这种类型的维护系统是多个独立的子系统，既会加大工程造价，又会给以后的维修和管理造成很大的麻烦。由于各个系统的维修能力都是单一化的，所以它们只能够处理自己的问题。但是，由于信号系统是一个复杂的系统，它们之间的许多问题之间有着紧密的联系，因此必须各种维修信息有机地结合起来。然而，目前信号专业的大多数数据属于加密保护，无法将其有效地整合，存在诸多技术障碍，仅靠人力进行综合分析和诊断信号设备数据，因此，维护设备的功能和效率并不理想。

6.没有足够的故障处理支持

目前的信号维护支持体系只具备了数据重播和故障报警的能力，无法提供信号设备的运行状况及信号设备的故障检测和故障诊断等方面的技术支撑。

7.不能有效对信息进行分析和处理

信号维护支持系统是对故障信息进行反馈是比较容易的，而故障发生的原因在维修接口上是无法看到的，必须去对应的报警子系统进行查询和校验，以及必须安排人员到现场进行设备故障诊断。信号维护支持系统能够更好地利用这些设备信息和数据，为信号的维修提供更好的支撑[3]。

三、城市轨道交通信号维护支持系统设计

（一）系统结构

根据目前的地铁信号维护支持体系的现状和功能要求，给出了具体的体系结构，如图1。

图 1 信号维护支持系统网络结构图

从图1可以看出，地铁信号维护支持体系包括中心级设备、车站级设备以及数据通道三大模块.

图 2 信号维护支持系统四大体系

从图2可以看出，地铁信号维护支持包含四大体系：监测体系、业务体系、技术体系、评价体系。这四大体系相关管理职能及功能嵌入了上述三大模块设备中。

（二）系统功能的实现

1.车站级设备

控制中心、设备集中站、非设备集中站、车辆段/停车场设备是车站级的主要设备。中心站点的装置可以采集车站级设备如电源、信号机、电缆、道岔、环境温度湿度、按钮、继电器状态等数据；接收计轴、智能灯丝报警仪、电源屏报警信息，接收 ATS和设备集中站的运行和警报。车辆段/停车场车站设备与集中站设备类似，不同之处是，车辆段/停车场设备和联锁子系统采用串口通信；车辆段/停车场采用了相敏轨道电路，由系统数据采集器来获得轨道电路的相关信息[4]。

2.线网维护中心设备

提供一套单独的电力供应装置（包括 UPS)，一个用于管理分享网络中的数据资源的系统程序，一个用于控制每条线路的数据传输的防病毒软件，一个用于控制每条线路的数据处理的软件，１套网管工作站用来管理信号维护支持网络和通信前置机、防火墙、交换机（或路由器）等网络设备，如图3[5]。

图3 线网维护中心设备配置

3.线路维修中心

线路维修中心一般包含一套单独的电力供应装置、应用服务器、数据库服务器、磁盘阵列、WEB伺服器、交换机、管理终端、服务端口等。应用服务器的主要功能是进行对操作系统的服务和对数据库系统的管理。数据库服务器主要对系统的功能进行数据分析，如果发生了问题则会进行报警，并提出相应的维修意见。该系统的主要功能是对信号系统进行管理并提供维修建议，在发现设备的工作状态出现异常时，由服务器将报警的内容和建议发送给管理终端，由维修人员按照提示进行处理。WEB伺服器用于对以上这些装置及网络情况进行远距离监控，并可视情况设定多个线路维修中心和所需的网路装置，如图4。

图4 线路维修中心设备配置

四、城市轨道交通信号维护支持系统的应用

（一）故障检测的应用

由于城市轨道交通整个系统的运行涉及到了很多的设备设施，这些设施各有各的作用，并互相协作，从而促进城市轨道交通的发展。在实际生产中，若有一个或多个装置发生问题，将会对整个城市的轨道交通运营造成极大的不利影响，所以必须对其进行设备的工作状况和故障进行监测，以便及时发现、分析和解决问题。通过在前期收集各种设备故障诊断信息的基础上，利用采集、分析和智能处理各种故障的方法与策略，提高了对设备的检查和维修的效能，进一步确保城市轨道交通运营的安全性、可靠性。

（二）运行状态监测的应用

要保证地铁运行的安全性和可靠性，必须要及时、随时地掌握并了解其运行状况，并对其所掌握的信息做出相应的提示和建议并向维护人员发出相应的报警信息，以提高整个信号系统运行的效能。利用通信技术、网络技术、信息技术等技术，对城市轨道交通信号设备的运营状况进行实时监控，在发现故障的情况下，能够向工作人员发出警报，保证设备运行状态的可靠性。此外，随着城市轨道交通的发展，通过对信号维护支持系统进行改造和完善，使其具有专业化、智能化、流程化的功能，对提高其运行的安全性、可靠性，对维修的质量和效率将会起到很好的促进作用[6]。

图5 智能诊断分析及隐患预警分析

从图5可以看出，信号维护系统通过一套专用于轨道交通设备的分析语言及工具，可快速建立包含历史案例库和专家知识库的数据模型，在需要时，能够快速向信号系统维护人员给出故障预警、诊断分析或者维护建议。

例如，对于电源系统设备的维护支持，如图6、图7

图6 电源系统设备监测及维护设计

图7 电源系统设备监测及维护界面示例

在传统的信号维护体系下，一个电源链路出现问题断电后，维护人员需要根据相关设备的报警信息，利用检测工具，从电源正电开始，逐级测量，直至查找到故障点为止，整个过程效率极低，而且电源系统风险很高，比较容易发生触电伤人事故，尤其对经验不够丰富的维护人员，不仅查找故障难度大，而且安全风险大。但是，从图6及图7可以看出，在信号维护支持系统中，通过电源系统的监测及维护界面，能够清晰地看到各个“Y”型电路的结合情况，直观将设备故障点位显示在终端界面上，同时还能提供相应的故障处置注意事项及处置步骤，维护人员能够清晰、快速对故障进行定位并处理，极大地降低了故障处置风险并提升了处置效率。

上述这些功能同样可以应用在转辙机、屏蔽门、信号机、防淹门、紧停等子系统中，可以对整个信号系统起到强大的支持作用，大幅提高了信号系统的可靠性和稳定性。

五、结束语

信号维护支持体系能够对所要维护的信号设备进行实时监控和智能化的分析，这对于提高城市轨道运输的可靠性、安全性和提升效率具有十分重要的作用和意义，同时也是今后的轨道交通信号网络的一个重要组成部分，对保障地铁运行安全和高效具有重要作用。

参考文献：

[1]黄祖宁.城市轨道交通信号维护支持系统应用研究[J].通信电源技术，2020，37(11):61-63.

[2]陈骁，易晶怡，丁文君.城市轨道交通信号维护支持系统设计[J].电子测试，2017(20):48-49.

[3]李天然，代守双.浅论完善城市轨道交通信号维护支持系统的必要性[J].建材与装饰，2017(38):236-237.

[4]黄海标.城市轨道交通信号维护支持系统的应用及发展[J].技术与市场，2015，22(07):90+92.

[5]王磊.城市轨道交通信号维护支持系统研究[J].科技与企业，2015(04):96.

[6]樊国林.城市轨道交通信号维护支持系统研究[J].城市轨道交通研究，2014，17(04):39-42+107.