时间：2022-06-10 19:15:31
【关键词】城市轨道交通；信号支持维护系统；分析
随着城市的不断发展，交通压力越来越大，轨道交通逐渐成为缓解城市交通压力的重要方式。为了确保轨道交通的运行安全，必须要确保交通信号设备的安全、稳定运行。基于此，目前很多城市纷纷建立了信号支持系统，用于保障和维护城市轨道交通信号设备的良好运行。这样，才能够进一步提升城市轨道交通运行的安全性和高效性，对于城市立体交通的发展，以及城市经济的可持续发展都有着十分重要的意义和作用。
1信号维护支持系统的作用
在城市轨道交通当中，信号系统是最为重要的技术设备之一，负责对轨道列车的运行进行指挥，以提升运输效率、确保行车安全。在信号系统当中，主要包括了列车自动监控系统、列车自动驾驶系统、数据通信系统、电源屏系统、车辆停车场联锁系统、正线计算机联锁系统、列车自动防护系统等部分构成，主要的设备由轨道电路、转辙机、信号机、计轴等。在信号系统当中，由信号维护支持系统负责进行维护与监测，利用通信技术和计算机网络技术，集中监视信号系统设备的运行状态，对发生的故障进行迅速定位和报警[1]。同时对故障原因、故障时间、故障维修等进行管理和指挥，从而对故障进行有效控制，确保信号系统的良好运行。利用综合维护平台进行流程化、智能化、专业化的管理，能够提升信号设备维护管理的效率和效果，从而确保城市轨道交通的安全运行。
2信号维护支持系统的现状
在车辆停车场中，采用了微机连锁信号系统，同时配备了微机监测系统。在列车自动监控系统界面，汇集列车自动驾驶、自动防护、自动监控系统的设备报警信息，同时对部分信号设备的报警信息进行提供。利用故障和周期性维护的方式对信号设备进行维修和维护，但是在很多系统当中，对于电源屏、转辙机等设备的监测有所不足。另外，正线采用了以通信为基础的列车运行控制系统，在自动监控系统界面，汇集了列车自动驾驶、自动防护、自动监控系统的设备报警信息。全列车自动控制系统的报警和维护信息，也在自动监控系统中进行提供。将智能电源屏配备在全线信号电源中，从而形成专用的电源屏监测网络。
3信号维护支持系统的应用
在设计信号维护支持系统的过程当中，要对网络的单一性和独立性加以考虑，从而对于不同系统供应商所提供的信号系统，都能够加以适应。在配备设备的时候，应尽量采用模块化或小型化的设备。这样，对于城市轨道交通当中较为零散的车辆段、停车场、集中站等，就能够通过控制中心统一进行管理。在建立信号维护支持系统的时候，应当应用较为先进的技术和方法，确保信号设备能够始终维持良好的运行状态。对于监测范围、数据传输系统机、不间断电源信号机、数据记录等，都要实时进行监测[2]。在信号维护支持系统当中，应当根据城市轨道交通的运行要求，设置高效的监督系统、屏蔽门系统、以及记录信号系统等。在实际应用信号维护支持系统的过程中，为了防止其它信号对信号设备的干扰和影响，在被监测设备和信号设备之间，应当进行隔离，从而确保真实有效的采集数据。应将其它的系统与采集信息系统建立联系，从而提高信息资源共享的效率。在信号维护支持系统模拟量采集器投入实际应用之前，应当进行细致的校验，确保其能够符合相应的技术标准。在信号维护支持系统中，对于信号设备的工作信息，能够实现迅速的采集，然后对大量的信息数据利用智能化系统进行分析和整理。一旦发现信号系统发生故障，能够立即进行报警，从而提高维修效率。信号维护支持系统主要是为了严格的监测设备信号监测设备的运行效果，同时分类设备的故障类型[3]。同时，在信号维护支持系统当中，应当具备良好的故障诊断功能，如果信号设备发生故障，根据信号设备的状态信息，分析和查找发生故障的位置和类型，从而第一时间采取措施进行处理。在信号维护支持系统的运行当中，容易受到外界因素的影响和干扰，因此，在设计和建立信号维护支持系统的过程中，应当重视对其抗干扰能力的加强。
4信号维护支持系统的发展
在城市轨道交通当中，随着对信号维护支持系统相关研究的不断深入，对于信号系统中不同的维护信息数据和信息接口，可进行标准化的处理，从而使整个系统的维护能力得以加强。这样，可以统一的管理操作界面，从而强化信号维护管理系统的完整性，降低了维护人员的工作量。由于信号维护系统当中具备故障诊断、状态监测、数据分析等功能，因而信号系统的运行效率和质量都能够得到有效的提高，并且也能够降低信息系统的维护成本。一旦信号设备发生故障，根据其具体的运行数据，系统能够进行快速的分析和报警，从而尽快完成故障的发现和维护，尽可能的降低损失[4]。随着城市的不断发展，城市交通系统的压力不断增大，轨道交通量系统也面临着更大的挑战。客流量不断提升，行车之间的间距也不断减小，因而对信号维护提出了更高的要求。但是，在我国当前很多城市轨道交通系统当中，信号维护设备普遍存在着一定的问题和不足。基于此，应当不断加强对维护信息的整理与归纳，建立和不断强化信号维护支持系统的性能和效率，并且建立便捷、可靠的城市轨道交通信号维护支持系统，对轨道交通的信号设备进行更好的维护，以确保城市轨道交通的行车效率和行车安全。
5结语
在当前的城市交通网络当中，随着交通流量的不断增加，城市轨道交通也面临着越来越大的压力。不同与其它交通方式的是，轨道交通的良好运行，需要很多系统的支持。其中，信号设备十分关键，负责指挥轨道交通的运行。因此，必须建立和完善城市轨道交通信号维护支持系统，更好的监控和维护信号设备系统的运行状态，从而确保城市轨道交通的安全、稳定、高效的运行。
参考文献：
[1]陈琦,张冲,孙冀东,李文祥.城市轨道交通信号维护支持系统与信号系统同步设计的可行性及实践[J].中国铁路,2014.
[2]李国锋,李建朝.城市轨道交通信号维护支持系统电缆绝缘测试改进方案[J].中国铁路,2014.
[3]周庭梁,张兵建,赵时旻.信号维护支持系统的仿真测试方法研究[J].城市轨道交通研究,2015.
摘 要： 随着计算机和通讯技术的飞速发展，自动控制技术也得以迅猛发展，广泛应用于城市道交通行业。为提高城市轨道交通的运营效率，人们研发出一种基于无线通信的列车自动控制系统，即CBTC系统。本文通过介绍网新CBTC系统及泰雷兹CBTC系统的构架，并在两套系统的对比中，对网新CBTC系统及泰雷兹CBTC系统的异同点进行进一步阐述。
关键词： CBTC；闭塞；车地通信；自动控制
1.背景
我国大多数普速铁路的闭塞方式是固定闭塞，而移动闭塞更多地应用于高铁、地铁和轻轨。随着通信技术的应用，采用开放空间无线方式是车地通信的发展方向。目前城市轨道交通中最常用的信号系统为两大类：准移动闭塞和移动闭塞信号系统。两者都是基于传统的电气集中联锁控制技术发展而成，区别在于后者在外部传输媒介上采用的是无线通信技术。
CBTC系统得益于计算机技术和通信方式的发展，信号的概念已经改变：从被动反应到主动检测，从轨旁设备控制到列车自我控制，车地通信具备了思考和对话的能力。
2.概念
信号系统的列控方式有两种：基于轨道电路的列车控制方式和基于无线通信的列车控制方式。前者是传统的信号系统，后者是基于前者衍生的CBTC系统。它们的区别在于传输媒介的不同，后者是无线传输。
CBTC系统的定义：一个连续的列车自动控制系统，它利用高分辨率的列车位置确定方式，不依赖于轨道电路；高容量的车地双向数据通信；以及能够实现“故障―安全”功能的车载和轨旁处理器。
3. CBTC系统构架
基于CBTC移动闭塞的ATC系统，具备ATP防护、ATO驾驶和后备模式的点式ATP防护功能。它主要的子系统包括：区域控制器（MAU+PMI）、接口继电器、计轴ACE、ATS子系统、ATP子系统、ATO子系统、车载控制器以及连接各子系统的数据通信系统 （DCS）。
3.1 区域控制器（MAU+PMI）
区域控制器-MAU，是冗余校验的三取二配置，具备“故障―安全”的功能，每个联锁区域设一套MAU。它实现与所控区域内所有列车的安全信息交互，同时向所辖区域内每辆列车移动授权LMA，并实现对屏蔽门（PSD）的监督与控制。
区域控制器-PMI，是冗余校验的2x2oo2配置，也具备“故障―安全”的功能，每个联锁区域设一套PMI。它实现与所控区域内除屏蔽门（PSD）外的所有联锁控制，并监督屏蔽门（PSD）状态。
3.2接口继电器和计轴ACE
接口继电器用于区域控制器（MAU+PMI）与现场设备的接口，如：信号机、道岔、紧急停车按钮、屏蔽门等。计轴ACE用于检测区段的占用、出清和受扰。
3.3 ATS子系统
ATS子系统主要实现对列车运行的监督和控制，辅助调度人员对全线列车进行管理，其功能包括：调度区段内列车运行情况的集中监视与控制，监测进路控制、列车间隔控制设备的工作，按行车计划自动控制道旁信号设备以接发列车，列车运行实迹的自动记录，时刻表自动生成、显示、修改和优化，运行数据统计及报表自动生成，设备运行状态监测，设备状态及调度员操作记录，运输计划管理等，还具有列车车次号自动传递等功能。
ATS子系统包括控制中心设备和ATS车站、车辆段分机。控制中心ATS设备有中心计算机系统、工作站、显示屏、绘图仪、打印机、UPS等。每个控制站设一台ATS分机，用于采集车站设备的信息和传送控制命令，并实现车站进路自动控制功能。车辆段ATS分机用于采集车辆段内库线的列车占用情况及进/出车辆段的列车信号机的状态。它采用的是“集中后备”的结构，其组成框图如图所示。
3.4 ATP子系统
ATP子系统的功能是对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输人，与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。
ATP子系统不断将从地面获得的前行列车位置信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等通过轨道电路等传至车上，由车载设备计算得到当前所允许的速度，或由行车指挥中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行，以缩短列车运行间隔，保证行车安全。
采用轨道电路传送ATP信息时，ATP子系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成，并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。
3.5. ATO子系统
ATO子系统主要用实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返，根据控制中心的指令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，传送车门和屏蔽门同步开关信号。
使用ATO后，可使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此明显提高了乘客的舒适度，提高了列车正点率并减少了能量消耗和轮轨磨损。
ATO子系统包括车载ATO单元和地面设备两部分。地面设备有站台电缆环路、车地通信设备（TWC）以及与ATP，联锁系统的接口设备。
3.6 车载控制器
车载控制器是冗余校验的三取二配置，具备“故障―安全”的功能，每辆车设一套车载控制器。它实现与轨旁设备的安全信息通信，根据移动授权实现安全距离计算、车门控制等功能。
3.7 数据通信系统DCS
DCS采用独立双网的架构，两张网络完全独立且配置基本相同。车地通信使用无线空间波，采用802.11g协议，使用UDP/IP作为设备之间的通信协议。控制中心至车站的骨干网是一个完全冗余的通道；车站至每个轨旁无线单元的信息通过两个不同的路径传送；轨旁无线单元的配置遵循完全冗余的无线覆盖原则。所有数据同时在双网中传输，保证了系统的可靠性和可用性，单网络故障时无需切换时间。
4.系统维修
系统维修分为三级：计轴设备的特点主要提现在以下两个方面：
（1）一级维修：现场轨旁设备的故障修复，部件的更换、维修和测试；
（2）二级维修：提供一个环境仿真器用以检测并隔离故障板。
（3）三级维修：采用通用测试设备和特定诊断软件来维修和恢复LLRU（元器件级）
关键词：城市轨道交通；信号系统；互联互通
中图分类号：C913文献标识码： A
所谓城市轨道交通的“互联互通”，是指列车可以在包含不同厂商设备的线路或网络中安全运营。若买现路网间的联通、联运，轨道交通的建设、运营、管理就可以买现资源共享，减少轨道交通的建设、维修和运营成本等优点。还有利于不同车辆的共线混跑;有利于不同线路的车辆综合备用;有利于线路改造及延长。
1城轨互联互通实现的条件
城市轨道交通线路之间运营互联互通是一个系统工程，涉及土建、轨道、车辆、行车组织、供电、信号、安全门/屏蔽门等多个专业，需要各线路统一标准，协同配合才有可能买现(如图1)。
2城轨信号系统互联互通的优点
可以独立于轨旁设备，自由的采购车载设备;列车能够在多条线路上运行，而只装备一套车载ATC设备;对于既有线路的延长，能够有具有竞争力的报价;可提供替代设备的供应商数量增加;降低了信号系统全生命周期成本;由于标准化，降低了培训的成本。
3城轨信号系统互联互通方案
目前，随着我国城轨信号系统核心技术设备从自主研发已走向成熟应用，使得我国城轨信号系统之间实现互联互通已不再是雾里看花，根据国铁互联互通成功实施的经验，城轨实现互联互通已完全成为可能。但我们需要清晰地看到目前已经研发出来的几家国产化信号系统由于设计理念和设计标准的不统一，使得虽然实现的系统功能基本相同，但系统的结构、子系统的功能分配、子系统间的接口等存在着诸多的不同点，这就需要制定统一的信号系统互联互通相关标准，结合各家的开放的接口，进行二次开发，实现真正意义上的信号系统互联互通。
3.1从众共性的基础设备
实现城轨信号系统互联互通首先要实现基础设备的设计标准的统一，基础设备的统一是互联互通的前提条件、基础设备的统一不是狭义的统一生产厂家，而是统一基础设备的类型、性能和设计规范统一基础设备采取的原则为“从众共性”的原则，保证基础设备的选择满足大多数供货商的设备选型需求，从而减少大多数供货商实现互联互通的工作量和实现难度。基础设备主要包括:通用基础设备(包括信号机、计轴、转辙机等)、应答器、无线通信设备等。
3.2统一标准的信号系统解决方案
3.2.1互联互通需求分析
在实现信号系统间的互联互通前，必须统一地进行功能需求分析，所有需要互联的子系统必须有统一的功能需求书。然后通过功能需求细分，进而将整个信号系统的功能变成各子系统的功能，从而得到大家都认同的系统需求书，并对系统间的接口进行详细定义。按照目前信号系统的组成，大致可以分为轨旁系统、车载系统、车地通信系统和列车自动监督系统、实现互联互通的基础是列车和轨旁ATP的相互通信和安全功能的共同实现，还有列车和ATS系统的相互通信和非安全调整功能的共同实现。可以通过系统功能分配，建立各子系统需求书。
(1)车载系统需求
线路间识别能力;存储所有线路的地图数据，且和轨旁系统的地图数据必须完全兼容;同一类型车载系统可以和不同供应商提供的轨旁ATP通信;车载系统和不同供应商提供轨旁系统的数据交换可以保证列车的运行安全;车载系统可以适应不同类型的列车性能和线路条件，保证列车安全和列车自动运行。
(2)轨旁系统需求
同一类型轨旁ATP系统可以和不同供应商提供的车载系统通信;和不同供应商提供车载系统的数据交换可以保证列车的运行安全;和不同供应商提供车载系统的地图数据必须完全兼容;和不同供应商提供轨旁系统的数据交换可以保证列车在跨区时运行安全。
(3)车地通信系统需求
车地通信系统必须是选明传输;必须建立统一的开放标准和协议，并采用共同认可的通用制式、
(4)ATS系统需求
ATS系统可以和不同供应商提供的车载系统通信;和不同供应商提供车载系统的数据交换可以保证列车的运行调整;可以识别不同供应商提供车载系统的位置报告;可以和不同供应商提供轨旁ATP系统通过通用标准进行通信。
3.22互联互通接口要求
CBTC系统是模块化设计的现代化系统.提供了灵活的接口。图2展示了互联互通接口
（1）通信接口条件
CBTC互联互通包括以下通信接口:
车载设备与轨旁ATP设备接口;轨旁ATP设备与相邻轨旁ATP设备接口;ATS与轨旁ATP设备接口;ATS与车载设备接口。
(2)轨旁连续式通信
建议轨旁连续式通信系统依据开放无线局域网(WLAN)标准，并以选明传输方式支持所有IP协议。对于ATC设备，车地通信系统就像是两个冗余的标准连接的路由器。连续通信系统允许如下的直接通信:车载系统和 ATS系统;车载和轨旁ATP系统。连续式通信系统必须完全独立于ATC系统，只是为ATC系统提供一个传输通道。
(3)轨旁点式通信
根据国内业主的需求和互联互通的需求对应答器报文预留字段的补充定义，制定统一的国内应答器报文标准。使用主流产品S供应商提供的欧式应答器即可实现互联互通。
3.2.3统标准的信号系统解决方案
目前轨道交通信号系统通常具有三种控制级别，分别是联锁控制等级，点式控制等级和连续式控制等级。从这三个等级方面，各家信号系统供应商可以通过统一的标准来实现信号系统的互联互通。互联互通标准按照控制等级可以划分为联锁控制等级互联互通标准，点式控制等级互联互通标准和连续式互联互通控制等级标准。这些标准制定的完成和信号基础设备的统一将成为互联互通实现的关键。
(1)联锁控制等级互联互通标准
联锁控制等级属于互联互通标准中最低等级的标准，其他两个等级能够向下兼容本控制等级，由于本控制等级只由基础的信号设备构成，因此基础的信号设备及信号设计的统一即能满足本控制等级的互联互通，例如统一信号机的显示制式，统一设计保护区段、接近区段等，因此本控制等级最容易实现互联互通，该控制等级能够满足装备列车和非装备列车混跑的功能需求。由于没有车载ATP的防护，这种互联互通方式效率和安全性比较低。此方式只运用到非运营时段的列车跨线调车中。
(2)点式控制等级互联互通标准
点式控制等级是基于点式应答器及轨道检测设备的列车运行控制信息的点式系统，本控制等级的信号设备是通过联锁控制等级增加点式信号设备来实现点式控制等级，点式控制等级的地面设备由轨道检测设备、点式应答器设备、联锁设备以及列车自动监督设备组成，车载设备由车载ATP设备及设备构成。速度传感器、HMI、信标天线等)，系统的机构如图3所示。
互联互通需要确定和分配的主要功能如下:
列车定位功能;点式下列车安全防护功能(包括接近锁闭和解锁，保护区段锁闭和解锁，进路和道岔保护等);点式下的屏蔽门联动功能;点式下的临时限速功能;点式下列车自动驾驶功能。
其中列车定位和列车安全防护功能是强制需求，其他功能是可选需求，可以根据具体用户需求确定。对于上面的功能实现，需要各供应商共同协商和制定统一的功能需求书和接口说明书。
对于点式下的互联互通由于关键接口比较少，车地设备相对较独立，相对于CBTC模式下实现互联互通在统一功能需求、系统需求以及接口需求方面都相对容易实现。采用欧式应答器标准，效仿欧洲的URTMS根据国内的需求出具统一报文标准，便可以方便享用互联互通成果，如与干线铁路、市郊铁路和城际铁路联通联运。而且可在最终实现连续式ATP的互联互通之前，率先实现在点式ATP上的互联互通。
【关键词】轨道交通；信号系统；可靠性；安全性
在轨道交通系统的运行中采用相应的交通信号系统，不但能够在最大程度上保证列车的安全正常行驶，解决各个列车行驶时间上的冲突和矛盾，避免追尾事件发生，还能够极大的提高列车的运行效率，增大轨道交通建设的经济效益和社会效益。除此之外，轨道交通信号系统的使用还有利于实现列车运行自动化管理，对于提高城市交通管理现代化水平有着重要意义。而要使轨道交通信号系统发挥其应有的作用，就要确保其可靠性与安全性。以下本文笔者就结合自己对轨道交通信号系统的认识来探讨其可安全性与可靠性问题。
一、轨道交通信号系统概述
轨道交通信号系统主要是由连锁装置与列车自动控制系统（ATC）组成。ATC系统又包括列车自动监控系统（ATS）、列车自动防护系统（ATP）及列车自动运行系统（ATO）。其中，ATS的主要作用是对列车的实际运行情况进行监督与控制，这样可以使行车调度工作者对整个线路的列车进行全面、系统、完整的管理。ATP的作用主要是对行驶中的列车进行监控和安全防护，避免其出现连锁设备或自身系统中出现问题故障而影响列车运行安全。ATO则主要是通过分析地面情况来对列车进行控制，这样就可以避免列车在行驶中突然的加速或减速，提高列车运行的舒适性和节能性。这三个系统相互作用，相互影响，从列车、地面、控制中心三个方面对列车进行全方位的控制，确保列车的安全稳定运行。目前的轨道交通系统是各种先进科技的共同产物，其不但技术密集程度较高，而且成本低，效益高，是一种高速度、高效率、高安全性的可靠控制系统。
二、轨道交通信号系统的安全性分析
对于轨道交通信号系统而言，安全性主要是指行车的安全和乘客的人身安全。在列车的行驶过程中，无论是因为设备出现故障，还是因为电路、软件出现问题，都可能会影响到列车的正常行驶，而由此造成的误动或错误操作，极有可能造成严重的安全事故。为此，在轨道交通信号系统的设计与应用中，应该将以故障为导向的安全性能放在首要地位。在此过程中，需要解决的问题主要包括轨道数据处理、数据采集与驱动以及数据传输等三个方面的故障-安全问题。可以采用当前先进的计算机技术，如容错技术、故障检测和诊断技术以及多重化技术等，均能够为提高轨道交通信号系统的安全性提供技术支持。以下主要对列车自动控制系统的各个子系统的安全性进行分析。
1、ATS系统
（1）在控制中心设立两套ATS系统，互为热备份，即其中的一个系统在线时，另一个系统也在不断更新其数据信息，当出现故障需要切换时，热备份系统在很短时间内完成对轨旁信息的扫描，从而保证系统获取最新的数据。
（2）控制中心ATS主机与车站ATS设备间采用双通道（主、备）或环路方式构成系统（由通信专业提供），以保证某点或某段通信信道发生故障时，系统仍能正常工作。
（3）当系统中某些单元出现故障或运营过程中出现异常情况时，系统具备降级运行的功能，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，如在车站可以完成自动进路调整或根据列车识别号进行自动信号控制。
（4）当列车运行偏离运行图时，系统自动生成调整计划或自动调整列车的停站时间、区间运行时间。当偏离误差较大时，可由调度员人工介入，指定列车的停站时间和区间运行时间，或对系统实施运行图进行调整。
（5）通过列车识别装置（PTI）能自动完成全线监控区域内的列车跟踪（服务号、目的地号、车体号、车次号）。随着列车的运行，跟踪显示从一个轨道区段向下一个轨道区段移位、显示。
2、ATP系统
由于ATP系统主要是对列车的设备和系统进行安全监控，因此其安全性设计应该将重点放在保证设备系统安全上。首先，ATP系统可以利用双层网络与全冗余的模式来进行设计，将系统中的所有设备都设置相应的冗余接口，并做好备份，以保证系统某个节点出现故障后系统也可以不受影响而正常运行。其次，编码软件也可以利用冗余技术，且编码中不可出现循环语句，这样是为了保证某个编码控制程序出现中断后可以继续对系统进行控制，且不会形成死循环的问题。第三，为了进一步的保证系统的安全性与可靠性，对于一些较为重要或者较为容易出现故障的设备，应该进行双重备份。同时，为了避免强信号对系统产生干扰，还要在电路中设计一定的防冲击电路和防干扰措施。这样才可以很好的保证系统的安全运行。
3、ATO系统
作为以地控车的控制系统，ATO系统应该能够在列车超速运行时给予一定的警告，并利用系统中的车载设备采取一定制动措施。正常情况下ATO系统是自动运行，但是如果其因故障无法自动运行，应该要能够尽快转入人工操作的程序中，以保证列车安全运行。同时，在系统的运行中需要大量的实时数据，因此数据传输应该首先循环传送。为了保证行驶中的列车和地面工作站点之间可以随时联系沟通，在列车出站之前，要对ATO系统进行检查，尤其是要对接口处进行仔细检查，以保证系统的安全工作。
三、轨道交通信号系统的可靠性分析
要充分发挥轨道交通信号系统的作用，不但要保证其安全性，还要保证其可靠性。因为只有确保系统的可靠，才能保证其高安全性。尤其是在实践中，可靠性是评价轨道交通信号系统安全性的重要指标。在国际上目前已经提出了定量可靠性性分析指标，并规定列车超速防护的车上设备的平均无故障时间（MTBF）不低于104h，地面设备的平均无故障时间不低于105h。
在城市轨道交通中由于ATP系统在正常驾驶模式下使用，是惟一能连续控制列车运行，并长期确保列车安全运行的驾驶模式。降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。不过，该模式并不能避免所有风险，所以要求正常驾驶模式必须非常稳定可靠，以尽量减少采用降级驾驶模式。鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的可靠必须高于99.99%。
四、结语
总之，在现代城市轨道交通事业的发展中，加强列车运行的安全控制是非常重要的。这就需要合理的设计和运用轨道交通信号系统，从每个子系统的角度出发来确保其安全性与可靠性，为人们出行提供安全可靠的交通设施。
参考文献
[1]何泳斌.城市轨道交通信号控制方式研究[J].交通世界，2004（09）.
关键词 城市轨道交通,信号系统,设计方案
城市轨道交通的信号系统担当着控制和指挥列车运行的任务,是影响整个城轨交通系统运营安全和效益的关键点。信号系统的水平也成为城市快速轨道交通现代化的重要标志。设计出一个优秀的系统方案不仅有利于保证行车安全,提高运输能力,实现迅速、及时、准确的行车调度指挥和运输管理现代化,提高服务质量,而且还有利于合理使用工程投资,降低工程造价。
1 系统构成方案
城市轨道交通是一个技术先进,具备相当程度自动化水平的运输体系。其中信号控制系统的构成必须与整个交通运输相适应。
在《城市快速轨道交通工程项目建设标准—试行本》中,把信号系统划分了三个层次:第一层次设备在运量较小、行车密度较低的线路上,可配置联锁设备、自动闭塞、机车信号和自动停车系统;第二层次设备在运量较大、行车密度较高的线路上,可配置列车自动监控(ats) 系统和列车自动防护(atp) 系统; 第三层次设备在运量大、行车密度高的线路上,配置列车自动监控系统、列车自动防护系统和列车自动运行(ato) 系统。
上述第一层次系统配置属最低水平等级,只适于行车间隔大于3 min 的线路运用。也就是说,在行车密度较高时, 这种线路将面临整个系统的改造,造成大量的废弃工程;另一方面,由于机车信号和自动停车装置所能容纳的信息量少,列车运行的安全性很大程度上只能依赖于司机的驾驶;然而其国产化率水平是最高的,工程造价是最低的。应该说,该层次的设备适宜在近期运量小、行车密度低, 而且远期运量无明显变化的工程,如在中等城市或是郊区轨道交通系统中运用。
第二层次的信号系统配置,适于行车间隔在2 min 以上的线路运用,行车安全可以完全由列车自动防护系统来保证。虽然其国产化率水平降低,工程造价增高,但是该层次设备技术先进,便于向第三层次扩展,不存在明显的废弃工程,符合工程按近远期分步实施、合理预留的原则,所以系统的综合经济指标是合理的。这种系统能适应大多数城市轨道交通的运用需要,是大运量的城市轻轨交通的首选方案。
第三层次的系统配置具备很高的现代化技术水平,适于行车间隔小于2 min 的线路运用,不仅行车安全可以完全由列车自动防护系统来保证,而且列车自动运行系统还可以完成站间自动运行、定位停车,接收控制中心运行指令,实现列车运行自动调整,使整套信号系统能够满足列车高速、高密度运行的需要。这种系统的国产化率水平低,工程造价高,是其在工程运用中不利的一面,但系统高水平的自动化程度无疑将给日后的运营、管理带来巨大的经济和社会效益;另外,由于安装屏蔽门对列车精确定位停车功能和大运量对列车高折返能力等等方面的具体需求,这种线路的运行都要由列车自动运行(ato) 系统来保证。所以只要条件许可,在城市轨道交通中,特别是高运量的地铁工程中,该系统方案非常值得推荐。
2 主要技术方案
2. 1 设计行车间隔
城市轨道交通工程为适应乘客运量大、行车密度高的特点,往往采取缩短行车间隔的办法。这样一方面有利于减少旅客候车时间以提高服务质量; 另一方面可以减少列车编组辆数,节省工程投资。但是由于信号atp 系统技术的限制,如轨道区段的长度、“ 车-地”通信的有效速率、列车进路的建立和恢复时间等等因素,正常的行车间隔不可能无限制缩短。换言之,最小行车间隔极大地影响着信号的atp 系统方案和工程造价。确定合理的行车间隔时分成为信号atp 系统方案设计的控制参数。
根据一些发达国家城市轨道交通的运营经验, 信号atp 系统可按满足高峰运营流量130 % 的能力标准进行设计。也就是说,如果线路的客流量在某个特殊时段增加到预测高峰值的130 % 时,atp 系统仍有能力满足运营采取的临时措施,如临时增加运营列车等。表1 以某一条线路运营方案为例予以说明。
两种方案均可满足运量要求,但它们的运能余量,即单向运输能力与高峰小时单向最大断面客流量比是不同的。其中方案a 为1. 00 , 方案b 为1. 08 。那么,如果按方案a 实施,在高峰时间内的线路运营将处于全饱和状态, 按上述标准设计相应的atp 系统应采用184 s 的设计行车间隔;如果按方案b 实施,在高峰时间内的线路运营尚有8 % 的调节余量,相应的atp 系统只需采用245 s 的设计行车间隔。显而易见,从信号系统的设计角度来看,方案b 优于方案a 。
应该指出的是,ats 系统所具备的行车间隔调控能力与上述的atp 的设计行车间隔能力是有区别的。ats 对列车运行的调控主要是当列车运行秩序有紊乱时,通过控制列车停站时分而使列车运行秩序尽快恢复的一种措施。当然,这种调控能力的实现也是要体现在atp 行车间隔能力上的。
在实际的工程运用中,应结合线路近、远期运量,以及工程实施方案、ats 调控能力等综合因素, 确定一个合理的满足运营要求、节省工程投资的设计行车间隔。
2. 2 atp 信息传输方式
atp 系统是确保列车运行安全的关键设备,它由轨旁设备和车载设备组成, 列车通过地面atp 设备接收运行信息,实现列车的间隔控制。atp 设备主要有两种划分方式,一是按“车-地”atp 信息传输方式分为连续式和点式发码方式;另一种是按对列车控制方式分为模式曲线方式和阶梯式控制方式。其中按前一种划分的两种atp 设备工程造价差异大,是选择atp 系统方案的主要比较点。
连续式的atp 设备一般可利用轨道电路或连续敷设的电缆向车载接收设备连续不断地传递地面信息。其特点是信息传递实时性高、技术复杂、造价昂贵。点式atp 设备利用地面应答器或点式环线把地面信息传至列车。这种方式实时性较差, 但技术简单、造价低廉。
控制实时性较差高行车间隔大于90 s 可小于90 s 自动驾驶功能尚无产品有列车检测功能需另设轨道电路有系统扩展对行车干扰较小对行车干扰大安装调试周期较短周期长工程造价较低高维修成本低高生产厂家少多
在我国现有的地铁交通中,由于运量大、行车密度高、地铁隧道内驾驶条件较差等特点,均采用连续发码方式的atp 系统是适宜的。
随着点式atp 技术的发展,在城市轨道交通工程,特别是城市轻轨工程中采用点式atp 设备显得越来越合理。在点式atp 系统中,以目前较有代表性的西门子公司zub120 为例,其主要的技术指标如下:
·传输制式 移频键控(fsk) ,串行
·传输速率 50k·-1
·传输间距 130～210 mm
·电码可靠性 循环码多次判断,海明距为4
·电码长度 可编程有用比特96 位
·机车设备平均故障间隔时间 2 ×104 h
·地面应答器平均故障间隔时间 9 ×105 h 对于点式系统控制实时较差、缺乏紧急停车功能等缺点,则可以通过接近连续式发码方式进行弥补。上海莘闵轻轨交通线作为我国第一条城市轻轨线路就已按点式atp 系统进行设计。另据西门子公司介绍,目前该公司新研制的点式atp 系统不仅打破了90 s 行车间隔的限制,也具备了自动驾驶功能。
3 小结
在实际的工程运用中,结合工程具体情况就不难设计出优秀的系统方案。例如:在天津市区至滨海新区轻轨工程招标中,我方依据轻轨客运量近、远期分别为18. 4 万人次/ 日、28. 4 万人次/ 日,列车运行近、远期3 min 的追踪间隔,以及列车4 列、6 列的不同编组,首先确定的投标方案中设计行车间隔为135 s , 采用点式atp 和国产ats , 预留ato 方案;而结合本线列车运行速度高达100 km/h , 列车制动距离长的特点,从保证行车安全、节省工程造价的角度出发,我方又推荐了采用模拟无绝缘轨道电路加连续式环线的atp 方案。两种方案的技术论证受到了评判专家组的一致好评。
总之,在系统构成和主要的技术方案确定以后,信号系统虽已基本定型,但要真正全面地设计出一个良好的系统,还有许多细节需要考虑。例如:为发挥投资效益,根据城市轨道交通工程近、远期不同的建设规模和标准,信号系统的配置应考虑按不同阶段的运量要求分步实施、合理预留,并使之容易进行技术改造和升级;信号系统设计方案中应充分考虑到国家对机电设备国产化率的要求,除某些必须引进的设备外,尽量选用国产设备或与引进国外技术国内组装相结合的方式。
另外,城市轨道交通信号系统的特殊技术指标也是应在设计过程中重点考虑的问题。如在长大坡道上设立的保护性延续进路对列车运行追踪时分的影响;为缩短折返进路建立时间,如何处理折返进路有关的渡线道岔等技术问题。
关键词： 轨道交通；信号；室内；安装
中图分类号：U491文献标识码： A
一、室内信号设备安装介绍
城市轨道交通室内设备根据联锁区域划分还分为设备集中站与非设备集中站两种类型。设备集中站室内设备包含联锁设备、通信设备、电源设备，室内设备较多，它不仅控制本站的室外设备，还控制它所包含的非集中站室外设备，工程施工量大。非设备集中站室内主要包含通信设备、电源设备，由于本站的室外设备控制都是由它所属的集中站控制，所以设备数量相对较少，工程量小。
二、室内安装操作要点
1. 设备垫层钢管预埋
1.1电缆从区间电缆引入孔进入信号设备房，经过其它专业设备房或走廊时，在砌墙与打垫层之前需提前预埋管道，各设备房位置确定即可进行管道的预埋。
1.2电缆从轨行区进入车站时，调查土建单位预留电缆引入孔是否合适，电缆引入孔要综合考虑其它弱电专业电缆共用。
2.准备工作
2.1调查设备房装修单位进度、设备房照明、施工临电、图纸的会审与技术交底、设备检查等达到要求。
2.2设备进入设备室，检查外观有无损坏部件及变形。
2.3确认设备名称、规格、型号与设计文件相符。
三、室内设备底座和线槽安装
1.设备底座安装水平、牢固，组合柜、电源屏及其它机柜在一排时，所有底座排列整齐、底座间预留15mm的空间。
2.室内线槽走向考虑机柜间的布线、防静电地板支架固定以及其它专业线槽经信号设备房时布置情况。
3.线槽接头连接处单独打眼并用6mm2地线把线槽做电气连接，使线槽间接地可靠。
4.加工设备底座时，在设备底座边上焊接一块角钢，便于铺设静电地板时直接把静电地板铺设到角钢上。
5.光电缆通过其它专业或其它专业光电缆通过信号设备房时，无预埋钢管或槽钢的，走静电地板下面时，靠房间边缘布设，尽量避免交叉。
四、设备安装固定
1.进行设备固定，各类机柜（架）与底座、柜（架）之间连接螺栓连接牢固、密贴、平直，底座着地不悬空，保证机柜固定整齐、稳固、美观。
2.每列柜（架）面、顶及底面在同一直线上，同类机柜（架）高低在同一平面上；机柜距墙、排间距离符合设计要求。
3.机架（柜）安装前检查紧固件完整，组合配线正确，鉴别销位置正确。
4机柜底座与走线槽连接后，走线槽平直、牢固。不随意调换机柜的位置。
5.机柜排列整齐，柜无缝隙。在两侧上下各钻Φ10mm的孔，用M8×30mm的镀锌螺栓紧固。
五、配线
1.机柜的背面左右两侧垂直安装的塑料走线槽，与2×18端子零层上方水平安装的塑料线槽连接，布设在槽道内的配线可通过塑料走线槽直接接至相应的端子。
2.组合柜背面走线槽安装距离与组合侧面端子留有一定的距离，便于后续组合侧面绑线。
3.电源配线放置在设备间走线槽的最下层，布线采取最短距离原则。
4.分线盘电缆根数较多，采取电缆分层固定，电缆引入分线柜地线要顺直，避免交叉。
5.根据电缆配线图进行电缆分线。扭绞电缆芯线组在线槽内不开绞。
6.分线柜与其它机柜间的各种配线从两侧底部上线，屏蔽接地做在分线盘端。
7.对光、电缆在电缆间进行预留，保持备用量盘放整齐。无电缆备用间，光、电缆在设备房静电地板下面预留，避开设备底座、静电地板支架。电缆预留时，走Ω型或S型。
六、电源设备的安装
1.电源屏
1.1按照室内设备布置图纸进行安装，与底座采用连接螺栓连接牢固、密贴、平直。
1.2电源屏配线的规格、型号、敷设径路符合设计规定。安装完并连接好屏间配线后，进行通电检查试验。
1.3根据智能监测显示系统的不同显示内容分别进行测试。接入负载，各模块的工作状态符合设备说明书和设计要求。
1.4信号设备专用的交、直流电源，均应对地绝缘。
1.5电源屏相位与引入电源的相位、屏与屏之间的相位应相符，额定电压、电流、功率、调压范围、稳定精度及输出电压、电流、闪烁频率均应符合设备技术指标的要求。
2.UPS、稳压器设备的安装位置、方向符合室内设备布置图纸的要求，稳固地安放在底座上，其安装应符合设备制造商提供的技术规格书，各种功能满足设计文件的要求。UPS、稳压器设备与其他电源设备之间配线的规格、型号、敷设径路符合设计规定。
3.电池柜中蓄电池的安装及配线符合设计规定，并保证串联（并联）极性正确。
4.线缆的敷设
4.1各种线型分开绑扎，各种线型终端设标识铭牌。
4.2分线柜上电缆成端接地线采用6mm2塑料软线接至分线柜接地排上（一根电缆引出一根地线）。分线柜接地排、各种机柜与底座及线槽分别用采用16mm2专用接地线接至专用接地母排上。同一类型的机柜如组合柜、电源屏、联锁机柜、DCS机柜可采用16mm2地线进行柜间环接再用25mm2地线接至室内接地母排上。室内接地线缆预留1.5米。
4.3扭绞线、屏蔽线和0.5mm2软线均采用压针成端，扭绞线用1mm2针头；屏蔽线和0.5mm2软线用0.5mm2压针。
4.4柜间各种线缆敷设完后，校对后上侧面端子。侧面配线从线槽至端子部分绑扎，绑扎整齐，美观，设备调试之前对电源线进行检测。
七、通信设备安装配线
1.安装配线
1.1配合监理对到货设备进行外观及开箱检查，做好开箱检查记录，对随机资料妥善保管，以备交工使用。
1.2按照设备对地线及电源线的线径及色谱要求连接设备的电源线及接地线，电源线和接地线分开布放。
1.3按照设计图纸，布放机柜内及机柜间的数据线、网络线、跳纤，网络线、数据线布放要便于保护跳纤不被破坏，方便维护。
1.4数据线按照设备接口要求布放，网络线按照568B制作RJ11水晶插头。跳纤按照ODF单元法兰盘型号及设备光接口要求布放。
1.5保证施工工艺，对所有线缆分类进行绑扎整齐美观且固定，跳纤使用环保双面粘胶布绑扎，并做好线缆标识。
1.6对施工配线、跳纤及线路进行测试，并做好测试记录。
2. 注意事项
2.1光缆在布放时不得扭绞、打弯，分清A\B端布放，在接续处、机械室及其他设计要求的地段做好预留。
2.2光缆开剥长度按照接续后线芯预留不小于80CM考虑，加强芯按照设计要求进行连通或悬空，接头盒按照盒内施工工艺操作书做好密封。
2.3光缆预留时光缆预留圈直径不小于光缆直径的20倍，收容盘内或盘流处收容直径不小于4cm，跳接时注意清洁连接的法兰和光纤断面。
3.导通测试 。将万用表调好放置平稳，接续处需包裹防护，并将表针调整至零位置。专人看图、表，做记录，防止遗漏或错接导通芯线，并进行导通测试。
4.质量与安全控制要点
4.1 质量控制措施
4.1.1设备垫层钢管与槽钢预埋必须做好前期调查，在预埋垫层钢管或槽钢时提前核实地面的标高。设备位置摆放正确、整齐、牢固、平稳，配线的规格型号及位置正确。
4.1.2侧面端子上线压接牢固或焊接焊接必须牢固，焊点应光滑、无毛刺，不得有脱焊、断股、假焊、虚焊现象。
4.1.3配线线头根部套有去向塑料套管，套管直径大小、长度应均匀一致。上线或焊接之前必须进行导通测试。
4.1.4在加工设备底座时，要提前在各设备房把防静电地板标高与地板网格线标识清楚。
5.车载信号系统的调试
车载信号系统调试有静态调试和动态调试两个部分，二者缺一不可。
5.1车载信号系统的静态调试
车载信号系统的静态调试是列车在生产车间、停车场或车辆段等停车处，列车与电源断开，对列车车载信号系统设备的安装、紧固以及线路进行核对、检查。
5.1.1车载吊装件检查
地铁列车信号系统设备的编码里程计、天线等设备均不安装在列车内部，一般悬挂安装在列车底盘下方，因此被称之为吊装件。吊装件主要检查其紧固度，而且还要检查支架的稳定性，焊缝是否合格等。车载无线电线是列车定位和车--地通信的关键设备，这就要求在吊装无线天线时保证相当的水平度，对其检测要使用水平尺等精密仪器对其水平度进行检测；对信标天线检查，主要是检查信标天线限制范围内有无其他金属屏蔽和干扰，以免影响信标天线对地--车信息的传递。
5.1.2线缆校核
列车生产完成后，要对列车的车载信号系统设备线路一一检查，检查时，按照列车装配施工图，将车载信号各个设备部件的电缆接头拆开，应用万用表对车载信号系统的每个设备线路和插孔检测，保证每个设备线路接通，无短路和线路连接错误现象，如发生突况，应立即找出问题的部位，并给与解决，确保地铁车载信号系统安全、可靠。
5.1.3车内设备检查
车内设备主要有车载计算机、以太网交换机，对其检查主要检查线路和接头，确保显示单元的外观和连接正常无误，列车所有的线路、接头检查完成且线路无信号连接错误时，再将所有的车载信号系统设备安装牢固，车内和车外设备检查完毕后，准备接通电源进行上电调试。
5.1.4上电静调
车内及车外设备检查完成后，将列车接通电源进行调试，通过电调试更加直观的对设备启动和运行进行观察，接通电源后，观察车载DMI显示屏幕上的信息提示，车载计算机、以太网交换机等设备的电源指示灯情况，如有发现指示灯异常可进一步的观察记录，发现是短路器脱跳或者有危险指示灯报警提示，应立即关闭电源，对车载信号系统设备重新检查，再上电调试，直至上电调试合格。
5.2车载信号系统的动态调试
地铁列车静态调试完成后，再对列车进行动态调试，动态调试也分为两个部分，即：库内车辆段试车线调试和正线运行调试。
5.2.1库内车辆段试车线调试
列车接通电源后，由停车库股道将列车牵往段内试车线调试。段内调试主要是测试车载信号系统设备的基本功能是否良好，是否满足列车正常运行基本要求。段内调试过程中，列车测试时划过定位信标，如果信标天线功能正常就会有相应的列车位置信息；通过段内的波导管区段，可以测试列车车载无线天线的通信功能，当无线天线功能正常，在列车进入波导管区段时，列车就会与地面建立车--地之间连续通信，保证列车运行的通信畅通；通过给列车实施牵引和制动命令，观察列车的运行和制动，通过车载DMI给出的列车速度信息、移动授权信息，来测试DMI的显示和编码里程计的测速功能是否正常；通过对列车不断的选择切换移动闭塞/固定闭塞、自动驾驶/人工驾驶、限制模式/非限制模式，来测试列车的切换按钮和开关反应是否灵敏。通过对列车上诉几项设备功能不断的测试，保证列车的两个车头的车载信号系统功能正常。
5.2.2正线调试
列车车载信号系统只是整个列车信号系统的一部分，列车车载信号系统段内测试完成后，还需要进行正线调试，正线调试需要多个部门和人员共同配合完成，如列车生产厂家、信号系统设备生产厂家、运营商专业技术人员、列车驾驶员等等。列车正线调试项目众多且复杂，主要调试包括：出入段模式选择、进入正线的移动闭塞控制模式、点式后备模式、控制模式、人工驾驶模式、自动巡航驾驶模式、限制模式、非限制模式的转换，模式显示和使用操作，正线调试主要用来测试列车在全速运行的稳定性和车载信号系统设备功能的可靠度，列车在站台停车与站台自动屏蔽门的联动特性，列车自动巡航驾驶停车的对标情况，列车超速行驶时自动防护功能。
列车在正线调试时属于非营运列车，调试工作通常在地铁线路停运的夜间进行，如果需要在地铁营运时间段正线调试，应先与地铁行车调度部门、车站部门和车辆运行部门联系，待各个部门调节完成后方可开车上线调试，正线调试的列车在运行时，通过车站时不可停车载客，如果条件允许，可以同时安排多辆列车上线调试。
结束语 ：
城市轨道交通信号系统是一种高科技含量、行车过程全自动化和安全性能极高的设备。并且对其可使用标准的设计理念和管理模式，有它自主的研发团队，生产供货一体化，加速了城市轨道交通的发展，最重要的是有效改善了信号系统制式的冗杂，以最新的角度和立意在城市发展中取得了轨道交通信号标准体系的成功发展。
参考文献：
[1]杜平.城市轨道交通信号系统的发展[J].铁道通信信号.2010.（5）.
[2]肖宝弟，贾学祥.对我国城市轨道交通信号系统发展战略的思考 [J]. 现代城市轨道交通，2004.(2) .
关键词 上海市轨道交通5号线 信号系统 profibus 控制网络 数据传输
1 前 言
当今城市轨道交通信号系统是控制列车运行的核心设备,数据传输的安全性和可靠性对于列车运行控制至关重要。在上海市轨道交通5号线信号系统控制网络中,控制中心和联锁之间的通信和所有相关组件之间的数据传输都采用profibus总线(即:processfieldbus过程现场总线),该网络系统支持了整个信号系统的构成。profibus,是德国国家标准din19245和欧洲标准50170的现场总线标准,是一种国际性的开放式的现场总线标准。现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的,被誉为自动化领域的计算机局域网。它把单个分散的监控设备变成网络节点,以现场总线为纽带,把它们连结成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
profibus网络技术主要应用于:制造业自动化、过程控制自动化、铁路交通自动控制等。
2 现场总线技术的标准———profibus及其概貌
profibus现场总线,由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。1996年3月15日批准为欧洲标准,即din50170v.2。profibus产品在世界市场上已被普遍接受,市场份额占欧洲首位,年增长率25%。目前世界上许多自动化技术的生产厂家都为他们生产的设备提供了profibus接口。
profibus可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化,该系统分为主站和从站。profibus根据应用特点,分为三个兼容版本,即:profibus dp(decentralizedperiphery),profibus pa(processautomation),profibusfms(fieldbusmessagespecification)。
上海市轨道交通5号线信号系统由西门子交通技术集团提供,其控制网络采用了profibus fms,是一个令牌结构、实时多主网络。整个系统中共有19个工作站,即:联锁xml1、联锁xml2、人机接口mmi1～4、总调台mmic、时刻表ttp、列车自动跟踪和列车自动进路att/ars1、att/ars2、过程耦合单元pcu、5个设备集中站的本地工作站low1～5、服务与诊断s＆d、存档archive、记录与回放r＆p。19个工作站均作为控制网络系统中的主站,主站决定总线的数据通信,当主站得到总线控制权(令牌)时,可以主动发送信息。
3 上海市轨道交通5号线控制网络profibus的协议结构
3.1 profibus协议结构是根据iso7498(iso国际标准化组织)国际标准,以开放式系统互联网络(opensysteminterconnection简称osi)作为参考模型的。
osi模型是现场总线技术的基础。现场总线技术既要遵循开放系统集成的原则,又要充分兼顾测控应用的特点和特殊要求。对于工业控制底层网络来说,单个节点面向控制的信息量不大,信息传输的任务相对比较简单,但实时性、快速性的要求较高。现场总线采用的通信模型大都在osi模型的基础上进行了不同程度的简化。
osi参考模型将开放系统的通信功能划分为7个层次:物理层;数据链路层;网络层;传输层;会话层;表示层;应用层。
profibus fms的协议结构定义了第一、二、七层,应用层包括现场总线信息规范(fieldbusmessagespecification fms)和低层接口(lowerlayerinterface lli)。fms包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。lli协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口,如图1所示。
profibus fms的协议结构层和子层说明如下:
第一层:物理层(physicallayer简称phy)规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。
第二层:数据链路层。现场总线数据链路层包括介质存取控制(mediumaccesscontrol简称mac)子层,描述了连接到传输介质的总现存取方法;和现场总线链路控制(fiedlbuslinkcontrol简称flc)子层,规定了对低层接口(lli)有效的服务,提供服务访问点的管理和与lli相关的缓冲器。
第二层的现场总线管理(fma1/2)完成第二层mac子层特定的总线参数的设定和第一层phy的设定,激活或撤消flc子层和lli子层之间的服务访问点的管理。第一层和第二层可能出现的错误事件会被传递到更高层(fma7第七层的现场总线管理)。
第三～六层:在profibus中没有具体应用,但这些层要求的任何重要功能都已经集成在底层接口(lli)中。例如,包括连接监控和数据传输的监控。
第七层:应用层。包括低层接口(lli)子层和现场总线信息规范(fms)子层,lli子层将现场总线信息规范(fms)的服务映射到第二层flc子层的服务。除了上面已提到的监控连接或数据传输,lli还检查在建立连接期间用于描述一个逻辑连接通道的所有重要参数。可以在lli中选择不同的连接类型,主/主连接或主/从连接。数据交换可以是循环的也可以是非循环的。现场总线信息规范(fms)子层将用于通信管理的应用服务和用于用户数据(变量、域、程序、事件通告)的分组。借助于此,才可能访问一个应用过程的通信对象。fms主要用于协议数据单元的编码和译码。
第七层的现场总线管理(fma7)保证fms和lli子层的参数化以及总线参数向第二层(fma1/2)的传递。在某些应用过程中,还可以通过fma7把各个子层的时间和错误显示给用户。
位于第七层之上的应用层接口(applicationlayerinterface简称ali)构成了到应用层的接口。ali的目的是将过程对象转换为通信对象。
3.2重要的profibus电文结构
用户数据按如下原理组成块结构:
synsddasafcdata-unitfcsed
数据块中各字段含义如下:
syn同步位
对于profibus,每个握手报文前必须保持33位的空闲状态(二进制“1”信号)。
sd启动字节(启动符)
规定了有关的报文类型。profibus区别对待到以下几种报文:
不带数据域的信息域长度固定格式sd1(代码:10h)
信息域长度可变格式sd2(代码:68h)
带数据域的信息域长度固定格式sd3(代码:a2h)
令牌报文sd4(代码:dch)
短确认sd5(代码:e5h)
da目的地址字节(目的地址)
sa源地址字节(源地址)
fc控制字节(帧控制)
此字段定义报文类型
data-unit数据域
此字段包含要传输的用户数据。数据域有固定长度(=8字节)和可变长度(<246字节)。数据域还包括ssap(源服务存取点)和dsap(目的服务存取点)。
fcs校验字节(帧校验序列)
在profibus中,所有报文(除令牌和短确认外)用校验和存储。
ed终止字节(结束符)
此字段标志着报文结束,而且对于可变长度格式的报文,为了得到海明距离hd=4,这些报文的实际长度也必须传输。
4 profibus的传输技术
profibus提供了三种数据传输类型:(物理层)
用于dp和fms的rs485传输
用于pa的iec1158-2传输
光纤:用于dp和fms
上海市轨道交通5号线信号系统控制网络中采用了rs485传输和光纤传输技术。
4.1rs485传输技术
在rs-422标准的基础上,eia(美国电子工业协会)研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的rs-485总线标准(半双工)。rs-485传输是profibus最常用的一种传输技术。这种技术通常称之为h2。采用的电缆是屏蔽双绞铜线。
4.2光纤传输技术
profibus系统在电磁干扰很大的环境下应用时,可使用光纤导体,以增加高速传输的距离。可使用两种光纤导体,一是价格低廉的塑料纤维导体,供距离小于50米情况下使用;另一种是玻璃纤维导体,供距离小于1km情况下使用。这两种光纤在5号线控制网络中均有应用。许多厂商提供专用总线插头可将rs-485信号转换成光纤导体信号或将光纤导体信号转换成rs-485信号。这样就为在同一系统上使用rs485和光纤传输技术提供了一套开关控制十分方便的方法,如5号线控制网络中应用的olm(光连接模块)。
4.3 系统网络的冗余结构
上海市轨道交通5号线信号系统网络采用profibus现场总线,该网络是冗余结构,分为通道冗余和机器冗余。
通道冗余指profibus网络分为a、b网络,两套网络同时工作,a、b通道信息同步。5号线信号系统19个工作站中有8个工作站是通道冗余的,即存档archive、pcu、mmic、时刻表ttp、联锁xml1、联锁xml2、列车自动跟踪和列车自动进路att/ars1和att/ars2,见下图2。这8个工作站可使用profibus网络中a、b通道中任意一个通道来传输信息,完成数据交换,提高了可靠程度。 机器冗余指两台工作站具有相同的功能,如att/ars1和att/ars2、mmi1和mmi2。以att/ars1和att/ars2为例,为了提高att(列车自动跟踪系统)和ars(进路自动排列系统)设备的可靠性,运行这两套系统的计算机有两台。这两台计算机有相同的软件配置,即它们能完全独立的运行,无需依靠另一台计算机。当两台电脑都正常运行时,一台为主机,一台处在待命状态。两台计算机从联锁系统获得完全相同的数据输入并完全独立的进行数据处理。工作的主计算机将其处理结果发送到后续系统(例如vicosoc100人机界面,联锁系统等),待命的计算机则不发送其处理结果。由于只有一台计算机处理att输出,避免了两套(列车自动跟踪系统都向ars系统发送初始信号的危险。如果主计算机发生故障,自动切换到备用计算机进行数据处理,理论上无任何中断。至于哪台计算机为主,哪台为备用,这完全自由决定。
上海市轨道交通5号线信号系统网络拓扑结构是冗余的由星型和线型组成的混合型拓扑结构,数据传输速度=500kbps。下图2是上海轨道交通5号线信号系统控制网络的连接简图。从图上可见各个本地工作站和控制中心工作站都连在profibusa、b网络上,信号系统通过pcu与外部系统进行通信。
5 profibus的总线存取协议
profibus的三个版本dp、fms、pa均使用一致的总线存取协议。该协议是通过数据链路层来实现,包括保证数据可靠性技术以及传输协议和报文的处理。
profibus总线存取协议的设计要满足在复杂的自动化系统(主站)间的通信,必须保证在确切限定的时间间隔中,任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。
5.1 总线存取协议的内容
上海市轨道交通5号线信号系统控制网络中19个工作站均为主站,采用令牌传递方式。令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权(令牌)。令牌是一条特殊的电文,它在所有主站中循环一周的最长时间是事先规定的。在profibus中,令牌仅在各主站之间通信时使用,每一个站用唯一的地址标识,禁止多址分配,令牌循环周期ttr为200ms。
5.2 总线存取协议的特点
(1)主站或从站可以在任何时间点接入或断开,总线存取协议将自动地重新组织令牌环。
(2)令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务。因此,用户必须计算全部目标令牌环时间(ttr)。
(3)总线访问协议有能力发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、传输错误和其他所有可能的网络失败。
(4)所有信息(包括令牌信息)在传输过程中确保高度安全,以免传输错误。海明距离hd=4。
6 上海市轨道交通5号线信号系统控制网络的安全性、可靠性
对轨道交通的信号系统而言,除了信息处理必须满足故障-安全原则外,数据信息传输也必须符合信号安全的基本原则,即数据传输是符合故障—安全原则的安全数据传输。在上海市轨道交通5号线信号系统控制网络中,控制中心和各个本地工作站通过标准的profibus现场总线进行相互连接和数据传输,通信协议采用dp协议。差错控制采用具有较强检错能力的循环冗余校验crc码,海明距离为4。通过这些技术提高了数据传输的安全性。与其它现场总线系统相比,profibus的最大优点在于具有稳定的国际标准en50170做保证,并经过实际应用验证具有普遍性。经调查,在德国和欧洲市场中,profibus占开放性工业现场总线系统的市场超过40%。
由于采用了profibus现场总线,信号控制网络的系统结构具有高度分散性,网络采用冗余结构,而且从profibus-fms协议结构模型看,显而易见不仅简化了系统结构和设备,还提高了可靠性。重要工作站,如:att/ars都享有信息通道冗余,可实时地选用profibusa、b网络中任一通道完成数据传输,保证了信息的安全性和可靠性。
参考文献
1 阳宪惠主编.现场总线技术及其应用.清华大学出版社,1999.
【关键词】城市轨道 信号系统 安全策略 可靠性
1前言
随着我国城市轨道交通的迅猛发展，运量日益增长，列车运行密度不断加大，为了保障运营系统的安全、高效，配置一套 科学 、合理的信号系统成为大家关注的核心。
目前 ，对于信号系统设计方案的取舍，注重其功能的实现和价格的高低，而很少甚至没有从安全和可靠性方面进行分析比较，其结果是造成系统性能和用途不协调，投资大小和投资方向的准确性下降，通俗地说不是“大马拉小车”就是“小马拉大车”。本文将从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等的安全和可靠，陛方面进行分析，希望能够对信号系统的方案设计提供—些借鉴。
2 系统方案的安全策略
信号系统的安全性体现在两个方面，即方案的安全性和设备的安全性。—一般人们只注重了设备的安全性，而忽视了方案的安全性比较，也就是说在不同没备提供同样的安全性指标时，巾于方案选择的不同，也会造成整个信号系统安全性能的差异。
2．1 列车检测方式的选择
实时安全的列车检测是实现列车安全运行和其他系统安全工作的基础，合理选择列车检测方式也就成为确保运营安全、高效的关键课题。列车检测的 方法 有模拟轨道电路、音频数字轨道电路、查询应答器、感应电缆环线、计轴以及无线通信等。
传统的模拟轨道电路用于检测列车位置，虽然具有较高的安全性，但是由于不能提供“车—地’传输的足够多的信息，较长的应变时间也无法把行车间隔时间进一步缩短，而且存在钢轨绝缘接头，增加了维修工作量，并 影响 乘坐的舒适性，所以已几乎不在城市轨道交通的正线中运用。
音频数字轨道电路采用微处理器对地面信息进行数字编码，再传递到钢轨上，由于其编码可包含的信息量大，不仅可以检测列车位置，还可以作为“车—地’通信的方式，对列车进行较精确的控制，并且由于数字轨道电路的高度灵敏度和可靠性，所以该系统的安全性能是很高的。另外取消了钢轨绝缘接头，已使之成为城轨交通工程中采用的ATP系统的主要方式。 查询应答器也属于较实用的系统，在国外有较多的运用，我国上海莘闵轻轨交通工程已设计采用此方式。该系统工程造价较低，维护成本低，使之具备较强的竞争力。虽然查询应答器系统不能提供紧急制动功能以及钢轨的断轨检测功能，但是城市轨道交通属于封闭线路，一般能够进行良好的行车组织、车站管理和线路维护等工作，在一定程度上弥补了上述不足之处。当然，在繁忙的线路上，这种不连续的列车检测方式将降低整个运营系统的安全陛和效率，在系统设计时应充分考虑采用相应的补充设备，譬如在必要地点设置电缆环线。
感应电缆环线的检测列车的方法大多被用于移动闭塞系统中，它可以实现“车—地”的双向通信，并可以非常精确地定位列车的位置。目前，正在建设中的武汉轻轨一号线就是采用的这种设备。但与查询应答器一样，它也无法对钢轨的完整性进行检测，所以其本身是存在安全性缺陷的，当然可在采用这种系统时，增加轨道电路作为补充，可以提高运行的安全性。另一个 问题 是，感应电缆环线存在串码干扰问题，特别是在某段环线被损坏时，而环线的铺设也对工务维修带来不便，这些因素都是设计时应考虑的。
计轴设备一般作为主设备故障情况下的备用设备使用，它的安全性缺点在于无“记忆性”道区段有车占用情况下，当停电再恢复供电时，计轴信息会丢失，造成轨道区段无车的假象使用计轴设备时，一定要采用不停电措施或者其他手段以保证运行安全。
无线通信则由于技术和管理上的因素，目前尚难以在城市轨道交通工程中运用。
2．2 机车信号的选择
由于在城市轨道交通的正线运营中，已基本取消地面信号，列车凭借ATP机车信号运行。依据ATP机车信号的“车—地”信息传输方式，可分为连续式还是点式ATP系统，虽然点式ATP系统和连续式ATP系统都属于“故障—安全”系统，并且在信息量、信息传输速度，信息码可靠性等技术参数均能满足城市轨道交通的需求，但是两者的区别仍对运行的安全性和行车效率产生影响。
点式ATP系统意味着“车—地”之间的信息传递是不连续的，显然这样造成了后续追踪列车无法及时得知前行列车的运行区段，也就不能及时改变运行速度，以保证列车运行的安全性并提高线路的通过能力。另一方面，由于“车—地”之间的信息传递是间断的，反过来，将对“车—地，’通信的设备的可靠性要求更高，以免遗漏某个点的信息。点式ATP系统对列车的高密度运行、加速效率以及紧急停车等都是不利。但考虑到工程投资和维护成本的约束，点式ATP在低密度等项目中仍具备一定的优势。
连续式ATP系统克服了点式ATP的缺点，能够及时得知前方区段占用或故障情况，以及时改变运行速度，保证运行的安全和高效。连续式ATP系统即能适用于固定闭塞，也能适用于移动闭塞。
需要指出的是，为了确保行车安全，“车—地”的信息传输可以是间断的或连续的，但列车的速度检测必须是连续的，只有连续的速度检测才能保证列车运行速度实时地控制在安全范围内。另一方面，在配有ATO系统的列车上，虽然ATO系统具备很高的可靠性，但其本身不是“故障—安全’设备，所以仍需要ATP系统的车载设备能够提供列车行进速度和安全速度的指示信息，以便司机监视和控制。
2．3 设备控制方式
设备控制方式指的是对沿钱各种信号设备控制点的设置方式，一般分为集中控制和分散控制两种。虽然控制方式的不同选择对设备本身的可靠性并不会产生变化，但对于整个系统运行的可用性带来 影响 。
采用设备集中控制方式，可以减少系统维护工作，并且减少沿线工区和人员配置；而采用设备分散控制，则可以减小系统故障时的影响面，从而提高全线运营的保障性。由此在系统设计时，可依据设备不同的重要性来选择，例如：ATS设备的故障—般不会对全线运行安全产生巨大影响，采用集中控制方式有利于发挥其优势；而ATP中央设备的故障可能造成全线范围的停运，其的后果是严重的，所以对于可靠性不是很高的ATP系统采用采用分散控制方式是个明智之举，即便设备故障其影响也是局部的，可以容忍的。
2．4 系统的通信
现代 化的信号系统依赖于 计算 机之间大量的信息传递，所以系统通信的安全、可靠性必须得到保障。通信 网络 运行的安全 问题 是一个综合、复杂的问题，值得注意的是除了提供商所描述的系统功能外，用户必需关注系统的安全通信接口、升级能力、失败/恢复技术以及我国对密码进口的制度等等。
3 系统的可靠性 分析
在信号系统的设计时，除了系统安全性外，可靠性评估也是非常重要的，高度的可靠性也是高安全性的一个重要保障。为了能够放心地在实际中运用，设计一个完善的信号系统必须定量地分析出系统的可靠性指标。例如：在国铁规范中，已明确了列车超速防护的车上设备的平均无故障时间(MTBF)不低于104h，地面设备的平均无故障时间不低于105h。
在城市轨道 交通 中由于ATP系统在正常驾驶模式下使用，是惟一能连续控制列车运行，并长期确保列车安全运行的驾驶模式。降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。不过，诙漠式并不能避免所有风险，特别是不能保护列车不闯关闭的信号机，所以要求正常驾驶模式必须非常稳定可靠，以尽量减少采用降级驾驶模式。鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的可靠必须高于99．99％。其中，月为系统可靠性概率；T为系统设计寿命；MTBF为平均无故陶司隔时间。
【关键词】LZB700-连续式音频轨道电路 TGMT-移动闭塞 ATO-列车自动驾驶
一、介绍
（一）目的
1.提高客户满意度
2.提高项目质量（故障率是一项重要指标）
3.提高维护维护人员故障处理水平
4.提高工作效率和节约大量的工时，降低成本
（二）适用范围
该标准流程适用于中国西门子地铁信号LZB700M系统和TGMT系统的安装、调试、维护、质保期故障处理。
（三）必要性和意义
首先，随着项目数量越来越多，国产化趋势的必然性，故障有不可忽视的结构性放大负面效应和累积性放大负面效应，容易造成客户的满意度持续或连续下降，失去中国市场的占有率，失去赖以生存空间，所以必须重视员工故障的处理能力培养。
其次，由于中国的轨道事业起步较晚，项目管理的实践时间也相对较短，因而我们没有找到能够有效地对员工进行故障处理职业化培训的方法，我们的技术在很多情况下是口口的，缺乏职业化的训练.专家与新手的区别在于经验、知识面和知识的组织方式上，只有在该领域达到专家的水平，在解决故障的过程中才会得心应手。
再次，随州现代轨道事业的分工越来越细，合作越来越强，人员规模越来越大，故障处理人员跨子系统、跨部门、跨公司、跨区域、甚至跨国域是不可更改的事实，加上各项目之间人员调动频繁，责任范围的不清晰或过于清晰，在出现系统问题时合作意识不强，不可避免得给维护故障的汇报、交接、跟踪处理或知识共享带来一种不安定和浮躁感。
最后，要解决的是维护人员的故障处理习惯问题，无为而治强调的一种境界；它在解决人的深层次的思想. 要提高故障处理深层次意识，只有在把维护人员的思想、习惯调整好的前提下，很多流程，维护人员才能自觉地遵守，故障处理效率自然就会大幅度提高，只有形成清晰、明确的故障处理规章、流程，才能培养出高技术水平的员工，只有提倡这种规章和流程才能形成员工积极的工作态度。
二、故障解决的定义
故障偏离了预期状态，是由一定的问题现象引起，故障解决是指按照保证系统可靠、安全、高效运行为目标，采取一系列现象调查、原因分析、制定计划和进行维护行为操作，使故障得以解决且得到客户的确认的过程。
三、故障类型
根据故障的明确性，发生频率，发生原因和等级，分为如下类型：
（一）界定清晰的故障.指故障的初始状态或目标状态以及有初始状态如何达到目标状态的一系列过程都很清楚的故障。
（二）界定含糊的故障.指没有清楚的描述或说明，或者两者都没有明确的说明，这些故障具有很大的不确定性。
（三）偶发性故障
（四）随机性故障
（五）周期性故障
（六）单重故障. 单一原因造成，多为子系统故障
（七）多重故障. 多种原因造成，多为系统性故障
（八）紧急重要 （高） .严重影响白天载客系统可靠、安全、高效运行。如联锁，自动防护系统，控制中心软件故障或大量 列车紧急制动
（九）重要不紧急（中）. 潜在的影响白天载客系统可靠、安全、高效运行
（十）不重要不紧急（低）.一些小故障不会影响白天载客系统可靠、安全、高效运行故障的种类划分时相对的，而不是彼此割裂的.故障类型从理论上说是有效的，也有可能因为太过学术化就对平常故障处理毫无帮助，或者因为太过含糊而没有任何意义.所以必须得根据实际情况进行划分。
四、故障处理基本方法
（一）定量分析。运用统计分析对所发生的故障进行数量的描述，适用于故障生命周期较长的场合，且必
须得到合理真实的数据，要对数据的性质选择恰当的统计方法，也要对分析的结果有正确的解释。
（二）定性分析。对故障进行语言和图片描述、解释，更多的介入到故障处理的情境中。
（三）采取临时的措施。找到最终解决方案之前的一种临时性方式，当问题发生很突然，需要我们立即采取相应的措施，要通过采取临时措施来减少故障的发生次数或消除客户的不满。
（四）保持初始状态。经过多次尝试处理后未果，应保持维护的初始状态， 以确保故障的真实性。
（五）故障的联系性。寻找当前问题与过去相关故障的联系性， 加快故障处理的速度
（六）知识经验积累。加强子系统间原理的理解，因为故障的解决，对于维护维护人员来说，既需要技术 水平的高超，也需要积累大量的解决问题的实际经验。
（七）制定系统性执行计划。好的处理结果来源于好的计划，所以故障处理前的详细计划是必不可少的。
（八）做出假设性推论。合理的假设可以简化故障并且过滤掉其他干扰因素。
五、故障分析的实用思路
（一）不要问为什么。目的性要强， 结果导向，排除无关性，不要急于发散思考，应立即执行出有立竿见影效果的方案，即使还不知道原因也不要问为什么。
（二）关注最傻瓜的原因。重大故障的原因往往是一个小小的原因，从最基础的可能性考虑起，不要总想着过于复杂的原因。
（三）枚举法。对于有限可能性的问题亲手实验而推出结果，只需要罗列出所有的可能性组合，逐一试出需要的结果。
（四）怀疑一切并重新建模。不要在别人的分析或实验基础之上验证推断你的逻辑. 按照你的思路从头开始一步步试验并推断出最后的结果。
（五）在问题之上看问题。要从问题里出来，站在更高的角度看待问题，或者作为局外人，会有意外收获。
（六）不要把聋子治成聋哑。不要把问题扩大化，保证故障处理过程中的每一步尝试行为具有可逆性，即能使故障状况回复到原始状态，不会产生新的故障。
（七）故障转移判别术。 善于从故障转移中发现故障点所在，如新旧版本互换，位置对调等。
（八）把正常系统当成实验室。对于个别难觅的故障，很可能同时几个元件都存在故障，甚至几个性能差的元件组合到一起才出故障.而分散使用替换不会出现故障，拿好的元件/板块来故障设备上一一替代法试验是无法找的原因的，一个有效的办法是把怀疑对象一一放到正常设备上试验，放入一个如果未出现故障，不要拿出第一个怀疑对象，继续放第二个怀疑对象，一直放到故障出现为止。当然前提是要评估是否会使故障扩大化。将系统模块化，单个分析并击破
若碰到TGMT系统性故障，如整个系统瘫痪导致控制权丢失，LOW灰显等状况，则需将各个子系统隔离出来，联锁/ATS/无线层层剥离处理故障.
六 故障处理流程
（一）明确、清晰的故障处理流程，能够在设备发生故障后，指导维护人员准确分析、判断故障部位，对减少运营影响，处理是否得当，确保行车安全关系密切，缩短故障寿命具有指导意义。
（二）故障信息输入，核实信息数据有效性。要对信息的筛选和判断有正确的认识，做到这一点很重要，由于收集的第一手故障现象具有很大的不真实性和不确定性.这些信息没有如实地反映故障的本身，所得信息存在不少的相互矛盾的内容，在和多场合下，这其中包含了某些没有价值的可信性信息，所以我们不要对拥有的大量信息盲目乐观。维护人员有责任有义务及时澄清故障现象。把握好故障的确定、描述的效度，控制和减少误差. 对于无关的影响故障处理目标和方向的变量进行有效的控制和排除，避免人为的主观影响对故障处理造成的重复性工作和误判断。
（三）启动故障处理流程。如果确认为信号方故障，应及时启动故障处理流程，同时创建好故障报告和把故障加入故障清单中。在故障现象描述是应采用定量和定性的方法，把故障直观地反映出来。
（四）数据整理及原因分析。在信号系统的故障处理中，很多故障都可以从系统产生的报文来分析故障的原因，熟悉故障代码及其解决方法，从报文中找出故障产生的原因，同时做好报文的存档和整理。
（五）故障类型判断。根据数据整理和原因分析结果，判断故障类型，采取相应的处理办法.
（六）采取临时措施。在找到最终解决方案之前的一种临时性的应对方式，当问题发生的很突然，需要我们立即采取相应的措施时，我们要通过采取合理的临时措施如限速或通过人为操作来避免、减少故障的产生，消除客户的不满。
（七）制定计划和解决方案。在通过一系列的报文分析和硬件电路如BOC或维护手册的查阅，及时制定有效的计划决方案，同时做好设备恢复的测试步骤，在故障报告中记录好工作日志，计划。
（八）判断是否为接口故障。日常的故障处理中，信号系统是终端设备，所以非信号设备出现的故障，往往是表现在信号系统上，维护人员有责任和义务判断出故障的来源，并通知接口方，在接口方处理好后，需要及时地跟踪、确认故障是否解决。
（九）检查设备/测试。根据计划和解决方案，进入维护进行设备的检查和测试. 如多次处理未果，需要注意保持好维护的初始状态。
（十）查找故障点必须针对故障点，做好故障扩大化的预防措施
（十一）故障排除及时恢复设备
（十二）功能性检查。在故障解决后，需要对系统进行测试，如一致性测试、动车测试，确保系统功能正常，同时做好测试记录和维护的收尾如清洁等工作。
随着我国城市轨道交通的高速建设和大规模投入运营，其安全、准点、快捷、舒适的特点吸引着越来越多的乘客采取该种出行方式，随之而来的是乘客在候车、乘车过程中的多种多样的需求。通信技术的发展，特别是移动电话的普及，则要求轨道交通的地下空间（主要是地下车站及地下区间隧道等）覆盖通信信号，以满足乘客通话、上网的需要，这就是城市轨道交通民用通信系统的由来。
2.重庆轨道交通民用通信系统建设模式探讨
我国各大城市轨道交通民用通信系统的建设，根据投资方的不同，可划分为轨道方投资建设和非轨道方投资建设两种模式。这两种建设模式在重庆轨道交通民用通信系统建设过程中均有采用，本文拟结合重庆的建设情况，论述两种模式的优、缺点，以期寻找一条轨道交通与通信运营商双赢的道路。
2.1 轨道方投资建设民用通信系统。重庆轨道交通二号线是我国第一条跨座式单轨线路，目前开通运营较场口-新山村段长19.15km，包含三座地下车站及区间隧道。重庆轨道集团在二号线工程建设时，自主投资建设了民用通信系统，并于2005年6月28日二号线开通运营时，在市政府及市民等各方的强烈要求下，将民用通信系统投入使用，信号覆盖二号线的较场口、临江门、大坪三个车站（站厅、站台），大坪、临江门隧道区间、曾家岩车站人防通道，取得了良好的社会反响。
2.1.1 轨道方投资建设民用通信系统有以下优点：
1）重庆轨道集团在投资建设民用通信系统过程中，统一协调设计、建设、监理等各责任部门，统筹安排所有的建设项目，落实责任人，准确把握各项工作的时间进程，从而确保民用通信系统与轨道交通同步开通。
2）重庆轨道集团在安装民用通信系统设备之前，已经在二号线内进行了各种测试，证明民用通信系统的使用不影响列车运营信号、专用无线通信、公安通信、PIDS等与轨道交通运营密切相关的各系统，从而降低设备管理风险。
3）重庆轨道交通二号线的民用通信系统在建设过程中，均在轨道交通内部人员的监督管理下完成，提高了轨道交通建设期的安全性；二号线开通运营后，重庆轨道集团制定了严格的设备巡检制度，定期的维修养护制度，从而杜绝运行列车发生事故的安全隐患。
2.1.2 轨道方投资建设民用通信系统有以下劣势：
1）由于重庆轨道集团不是专业的民用通信系统建设单位，故在轨道交通开通前2-3年就要求通信运营商提供民用通信系统的标准，以利于及时开展规划、设计，但是由于通信技术发展革新速度快，给设备的升级改造带来了一定的困难。
2）由于通信系统设备非集中采购，设备招标价格高，这就导致了重庆轨道集团与通信运营商在商务洽谈中的分歧较大；而且，民用通信系统建成后，却未能及时与通信运营商签订协议，迫于舆论压力而开通使用后，导致在商务洽谈中的被动局面。
2.2 非轨道方（通信运营商）投资建设民用通信系统。重庆轨道交通一、三号线采用的是通信运营商投资建设民用通信系统的模式，目前两条线路均处于合同签订完成，设计工作积极开展，进场施工即将开始的阶段。其中，一号线长36km，地下车站16座，地下区间22.4km；三号线一、二期长42km，地下车站10座，地下区间13.52km。经过与通信运营商（移动、联通、电信）的多次洽谈协商，对轨道交通资源使用租赁及管理服务的相关事宜达成了共识。
2.2.1 非轨道方投资建设民用通信系统有以下优点：
1）三家通信运营商（移动、联通、电信）根据各自的技术要求建设民用通信系统，有利于通信设备的升级改造，且随着国家工信部出台的“共建共享”文件要求，三家运营商共有设备统一建设、使用，可以降低建设成本。
2）三家通信运营商实行大规模集中采购各自适应的设备，建成的民用通信系统的价格比轨道交通方投资建设的价格低，因此，在商务洽谈过程中双方相对容易达成一致意见。
3）三家通信运营商在开通后的通信系统设备的维护保养过程中，委托与其有长期合作的公司开展，从专业性的角度讲，比重庆轨道集团开展维保的效果更好。
2.2.2 非轨道方投资建设民用通信系统有以下缺点：
1）由于轨道交通自身的特点，每当建设一个新系统或引入新的无线频段时，都要充分论证、试验，严格把关，如果通信运营商集中采购设备没有经过安全测试，或是安装的设备质量不达标，就会对轨道交通运行列车造成严重的安全隐患。
2）在轨道交通内安装民用通信系统设备，需要三家移动运营商协调后再与轨道交通方协调，如有关施工位置与其它专业存在冲突，则还需要与轨道交通的设计、施工、监理单位协调，协调难度加大。
3）通信移动运营商通过招标，低价中标选择维保单位，这些单位的人员流动性强，素质参差不齐，对单位的归属感差，难以确保检查质量。
4）对于在轨道交通内的通信运营商设备，轨道交通方难于管理和控制，存在很大的安全风险；而且，一旦通信运营商设备出现故障而成为干扰源，将干扰轨道交通的相关系统，轨道交通方难于及时控制，将影响轨道交通的运行安全。
3.结论与建议
3.1 鉴于由通信运营商在轨道交通内建设民用通信系统存在的一系列问题和存在严重影响城市轨道交通运行安全的情况，本着确保城市轨道交通安全运行的原则，建议城市轨道交通内的民用通信系统由轨道交通方根据通信运营商的需求统一规划、设计、建设，在建设完成，通信运营商验收达到使用标准后，采用回购的方式向轨道交通方支付建设成本，以此规避在建设过程中存在的安全风险。
一、轨道交通无线通信系统网络覆盖
1.1覆盖率
轨道交通无线通信网络覆盖率是指轨道交通专用无线电波覆盖情况，其与时间环境和地理空间环境具有必然的联系。在无线网络质量控制中，无线信号基站之间的距离设置是保证无线信号覆盖的关键因素，因为无线信号功率距离发射设备越远则越小，计算无线信号功率随距离的增加而衰减的公式可以表达为：，其中d为无线基站之间的距离，d0=1，为近地参考距离，n为路径损耗指数。在以基站为中心的无线网络覆盖，计算基站覆盖率公式为：，其中，γ为接收信号阈值，R为覆盖区域半径，P为接收信号电平。
1.2覆盖特性
根据无线通信电波传播规律，轨道交通通信系统无线网络覆盖特性在不同环境下具有明显的差异性。可利用Hata模型对无线网络覆盖特性建立预测模型，Hata模型公式为L=A+B×log(d)，其中，L为路径损耗，A为截距，B为斜率，d为距离。不同环境下的无线通信路径损耗因子不同，譬如城市无线通信路径损耗修正因子为：3.2×（log11.75H）2-4.97；郊区无线通信路径损耗修正因子为：()2[log(f/28)]-5.42L市区；乡村无线通信路径损耗修正因子为：()-4.78(logf)18.33(logf)-40.942L市区×+；城市无线传播路径损耗公式可表达为：L(dB)=69.55+26.16logf－13.82log(Hb)+[44.9-6.55log(Hb)]logd－α(Hm)其中，Hb为基站高度，Hm为移动台高度。由此可知，无线通信路径损耗取决于截距的无线信号频率、基站高度和移动台高度。在轨道交通无线通信系统覆盖范围中，隧道作为特殊环境无线通信电波在传播过程中受到列车、隧道洞壁构造、隧道界面及曲面等因素的影响，可利用Motley模型计算无线电波路径损耗，计算公式为：PL=PL0(37dB)+10nlog(d)+Fwall+Ffloor，其中PL为1m范围内损耗参照点，n为衰减因子n=2，d为收发器距离，Fwall为基站与移动台之间墙壁引起信号衰减总值，Ffloor为基站与移动台之间地面衰减总值。
二、轨道交通通信系统干扰问题与应对策略
2.1干扰问题
轨道交通无线通信网络采用IEEE802.11标准无线局域网技术，该标准技术具有广泛的应用性和开放性，其中IEEE802.11a工作频段为5.8GHz，传输速率54Mbps，IEEE802.11b工作频段为2.4GHz，传输速率可达11Mbps，IEEE802.11g工作频段为2.4GHz，传输速率54Mbps。在轨道交通无线通信系统中，普遍采用IEEE802.11g标准的WLAN，频率范围在2412-2484MHz之间，信道有1-14个，平均带宽为22MHz。在无线通信系统工作中，经常出现各系统间相互干扰和争抢信道的问题，总结无线通信干扰源主要来源于同频干扰和邻道干扰。同频干扰问题是轨道交通通信系统所采用的通信频率与外界其他系统通信频率相同相互之间产生干扰现象。在同一信道上每次只允许发送一个数据帧，当来自不同系统信道同时发送请求时，会产生数据延时发送，并且在延时过程中数据帧之间发生碰撞会出现丢包问题。邻道干扰问题是相邻信道功率之间会产生信道频率干扰，譬如信道与信道之间产生重叠现象，导致通信串频现象。
2.2应对策略
在面对轨道交通通信系统通信干扰问题时可采取合理规划轨道交通周边基站设施建设、正确选择无线频段、提高有效信号发生频率、降低干扰信号发射频率等方法予以应对。在轨道交通通信基站的建设中，通过合理规划与布局，禁止架设其他类型的通信发射和接收设备，以确保轨道交通无线通信不受干扰；在轨道交通无线通信标准的选择上，采取与公用IEEE802.11g系统开放2.4GHz频段不同的频段，如5.8GHz频段，增强轨道交通无线通信频段的专属性；为保证轨道交通通信信道不受干扰，在轨道交通运行时适当降低其他通信源的发射功率，并增强轨道交通无线通信的发射功率。
三、结语
【关键词】Camtasia Studio PPT软件 CBTC系统 微课
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2017）04C-0092-03
随着信息技术的发展，在教育教学领域的应用越来越广泛，教育教学的理念和技术出现了新的变革，微课作为教育教学信息化的一种新的网络学习方式，整合了学科教学和信息化技术，在国内外已经迅速发展起来。教学课程微课的设计、开发与应用已经成为信息化教学的热议话题之一，城轨车载信号系统维护课程作为城市轨道交通控制专业的核心课，制作优秀的微课进行辅助教学，对提高教学效率是非常有意义的。
城轨车载信号系统维护课程的教学利用事先制作好的教学视频，形成数据库，这些视频简短而完整，围绕某个较难理解的知识点或者实践操作环节而制作微课。到网上后，供学生预习和课后随时随地自主学习，在课堂上教师还可以利用微课组织各式各样的教学活动，开拓学生的思维，激发学生的兴趣，调动学生的积极性，加深学生对课程内容特别是重点难点的理解，减少教师的辅导工作，真正做到教学以学生为主体，从而提高教学效率。
微课制作的方法很多，目前应用较多的主要有手机拍摄、摄像机拍摄、可汗学院模式、屏幕软件录制等模式。城轨车载信号系统维护课程的理论教学微课采用的是Microsoft Offices 2010版PPT软件和屏幕录像专家Camtasia Studio V8进行录制。本文以课程教学中的重点和难点内容“CBTC系统工作原理”为例，研究课程微课的设计与制作。
一、城轨车载信号系统维护课程介绍
（一）课程性质
城轨车载信号系统维护是城市轨道交通控制专业的一门重要的专业核心课。主要讲授有关城市轨道交通车载信号设备与维护的基本内容，车载测速定位技术，车地信息交换系统，车载ATP系统、车载ATO系统、车载信号设备的故障诊断和维护方法以及CBTC系统车载信号设备。
（二）课程目标
通过教学，学生学完本课程可以了解城市轨道交通车载设备的基本组成结构和功能；掌握城市轨道交通列车测速设备、测速和定位技术的原理和应用；掌握城市轨道交通车载ATP系统组成、结构以及工作原理和应用；掌握城市轨道交通车载ATO系统组成、结构以及工作原理和应用；掌握车载信号设备的故障诊断和维护方法；掌握CBTC系统的结构、功能和工作原理；能够全面地了解城市轨道交通车载信号设备，为进行实际系统设备的维护和管理奠定一定的基础，并培养学生在面临城市轨道交通控制领域的基本问题时解决问题的思维方式。
（三）城轨车载信号系统维护课程内容的结构
城轨车载信号系统维护是一门实践性很强的应用型课程，学生必须在理论和实践教学中培养车载信号系统的基础知识的掌握、车载ATP设备和车载ATO设备的综合应用和维护能力。
城轨车载信号系统维护课程内容共分为五个部分，分别为城市轨道交通ATP系统、城市轨道交通ATO系统、车载测速和定位技术、车载信号设备、CBTC系统车载信号设备等，城市轨道交通ATP系统重点讲解ATP系统的功能、车载ATP速度控制方式、车载ATP系统车门控制技术和过程；城市轨道交通ATO系统重点讲解ATO系统的组成和主要功能、ATO系统的基本工作原理、驾驶模式的转换方法和条件；车载测速和定位技术城市轨道交通测速技术基础、车载测速设备的组成和结构；车载信号设备重点讲解车载ATP、ATO模块功能、车载ATP接口、车载MMI人机界面和操作方法、车地信息交换系统设备的组成和功能、掌握车载ATP/ATO的故障分析和处理；CBTC系统车载信号设备重点讲解CBTC系统原理、车载信号设备的结构和功能。
二、城轨车载信号系统维护课程微课制作
（一）Camtasia Studio软件
Camtasia Studio是美国Tech Smith公司出品的一款功能强大的录屏及编辑软件，能实现音视频编辑，录制、视频编辑、视频剪辑、视频菜单制作、视频剧场、视频播放等功能，界面友好，易于学习，是广大微课制作者常用的工具。
（二）针对课程内容，设计出制作微课的方案
根据课程的结构和课堂教学中较难解决的重难点，合理选择微课制作的内容，形成微课系列。本研究将城轨车载信号系统维护课程的重点、难点分解成5个相对独立的学习模块作为微课制作的主要内容，分别是“ATP系统的结构”“ATO系统的工作原理”“CBTC系统的工作原理”“车载信号设备的故障诊断”等。本文以“CBTC系统的工作原理”为例，对这模块的教学目的、过程及课件进行设计，课件制作采用Microsoft Offices 2010版PPT软件制作成动画的形式，思路清晰、结构完整、简单易懂和趣味性强，目的是调动学习者兴趣和积极性，加强对CBTC系统原理的理解和应用，充分发挥微课实用和易用的特点。
（三）建立城轨车载信号系统维护课程微课资源库
微课是新近流行的新型教学模式，具有短小精悍的特点，时间短，时空限制小，内容精练，结构完整，学习效率高，适用于集体教学，同时可以进行个别网络重复学习。城轨车载信号系统维护课程将“ATP系统的结构”“ATO系统的工作原理”“CBTC系统的工作原理”“车载信号设备的故障诊断”等模块的知识制作成微课后，全部到学校网站学习专栏上，整合成资源库，实时在线共享，且根据学习反馈和讨论更新微课视频，提供给学生在线学习和下载，进行随时随地自主学习，提高教学效率。
三、“CBTC系统的工作原理”微课设计与制作
（一）CBTC系统的工作原理
CBTC系统是基于无线通信的列车运行控制系统，当列车在线路上运行时，前行列车B基于光电测速传感器和多普勒雷达，连续计算列车位置，将列车实时位置和占用通过车载无线设备传输到轨旁无线设备，轨旁无线设备传输到DTS设备，DTS设备传输到区域控制器，区域控制器设备计算冲突点，这个冲突点到前行列车的车尾，给出移动授权，然后将冲突点和移动授权通过DTS设备和轨旁无线设备传输到车载，后续列车的车载信号设备通过无线设备接收到冲突点和移动授权，车载CBTC设备ATP和ATO计算安全曲线和列车运行曲线，优化列车运行，对列车运行进行防护，保证与前行列车之间的安全间隔，保证列车安全。
（二）PPT课件制作
采用Microsoft Offices 2010版PPT软件做录屏动画，PPT课件选用诗情画意的设计模板作为背景，城市轨道交通CBTC系统设备分为地面设备和车载设备，地面设备又分为室内设备和轨旁设备，室内设备有DTS设备，画出三台计算机示意，区域控制用机箱表示，轨旁设备包括轨道电路和轨旁无线设备，分别以轨道区段间隔和无线发射台图形表示，在版面的中间采用绿色的横线分隔开室内和轨旁设备，在轨道上绘制两列列车A和B，B为前行列车、A为追踪列车，车载信号设备放置在车上，主要绘制了车载CBTC系统和车载无线通信设备，车载CBTC系统包括ATP系统和ATO系统，为了能实现列车向右运行的效果，采用轨道沿直线向左移动的方式，用箭头移动表示信息传输的流向，用表示冲突点信息的流向，用标注显示CBTC系统工作原理的每个步骤。
（三）微课视频的制作
制作好PPT课件的动画之后，在电脑屏幕上同时打开Camtasia Studio视频录像软件和PPT课件，选择全屏录制模式，分辨率设置为1024×768，调整好录屏界面的大小和位置，全屏放映PPT课件动画，点击录制按钮之后，开始录制，用鼠标点击使动画中的标注文字按讲解的步骤出现，数据流向和冲突点信息流向也随之动作，讲解的内容为CBTC系统的工作原理，讲解时注意节奏和语气，使教学过程生动有趣。视频录制完成后，要进行必要的处理和加工，使用Camtasia Studio软件完成剪辑和合成等工作，根据讲解内容添加字幕，使字幕和讲解的声音同步，播放时间调整到8分钟，从而提高微课视频的质量，增强微课视频的教学效果，然后单击“Produce and share”按钮，导出为“MP4”视频格式的文件。
（四）少量配音读错的处理方法
“CBTC系统的工作原理”微课录制完后，检查时发现讲解CBTC系统设备组成时有读错的地方，为了提高录制的效率，采用了使错读部分的录音静音，然后加入语音旁白的方法，具体操作如下：
1.单击轨道上方“voice narration”按钮，录屏软件窗口界面左上角出现如图2所示的界面。
2.音视频共有2个轨道，单击所在轨道“轨道2”后面类似于查看图表的“关闭关闭跟踪禁用内容”按钮，此时轨道2的内容变为灰色，进入不可操作状态。
3.再单击图2中的带红点的“开始录制”按钮，重新进行正确的录音，单击“停止录制”结束录音，弹出保存音频文件的窗口，保存格式为.wav，此时多出一个新的轨道3，如图4所示。
4.单击“轨道2”的“打开打开跟踪启用内容”按钮，轨道2的音视频内容便进入可编辑状态，选中轨道2中读错的录音，移动轨道3正确的录音到读错的录音以外的区域，如图5所示，单击菜单栏中的“工具”菜单“音频”菜单项，点击“静音”按钮，选中的读错音频便可消除，将轨道3上.wav格式的正确录音拖回到需要修改录音的位置，如图6所示，这样CBTC系统设备组成部分读错录音便配上正确的录音，此方法还可以用于其它配音读错的处理。
城轨车载信号系统维护是城市轨道交通控制专业必不可少的一门核心课程，为地铁信号系统的车载信号设备维护岗位人才培养起到非常重要的作用，该门课程内容较多，涉及计算机技术、通信技术和自动控制技术，比较抽象难懂，学生的学习理解难度较大。通过深入分析城轨车载信号系统维护课程的特点和教学目标，结合高职院校高素质技能型人才的要求，分解课程内容学习模块的重难点内容，制作微课视频，建立微课资源库，并到网上，提供给学生自主学习，实现了信息化教学方式与传统教学方式相结合，提高了教学效果。
【参考文献】
[1]汤月红.浅谈微课的制作方法和技巧[J].读天下，2016（20）
[2]高建华，曹华，虞春华，郭化山，高露文.高职高专《医学遗传学》微n制作与应用[J].科学大众（科学教育），2016（10）
[3]刘建国.浅析微课制作方法[J].数码世界，2016（11）
[4]缪小玲.基于微课制作的高职《前厅服务与管理》课程教学设计[J].时代农机，2016（9）
【基金项目】2016年度广西高校中青年教师基础能力提升项目“城市轨道交通车载ATO控制器实验装置的研制”（KY2016YB763）
