地铁列车在线监测与网络化运维系统

地铁列车在线监测与网络化运维系统

朱璐闻

长沙市轨道交通集团有限公司 湖南省长沙 410000

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，地铁工程建设越来越多。地铁结构的稳定是地铁运营期间的安全保障。本文首先分析了地铁列车在线监测，其次探讨了地铁列车网络化运维，以供参考。

关键词：地铁信号设备；在线监测系统；更新与改造

引言

地铁信号系统的重要性始终贯穿于整个地铁领域。信号系统作为地铁运营的指挥系统，是保证地铁运营效率和交通安全的重要保障。近年来，随着地铁线路的不断增加，各个城市都在逐步扩大自己的地下网络，完善地铁线路的信号系统，建立地铁运营控制中心。列车运行由运行控制中心进行监控和指挥，可以掌握列车运行的全部状态。首先，主要包括环境设备监控系统、纱门监控系统、火灾报警系统、信号系统等。其次，维修系统，它主要负责监控整个线路各现场的机电设备状态，如果出现故障，应立即联系故障处理中心，由专业人员到现场进行维修。作为部分地铁线路的“信号系统”在我国建设初期就处于运行状态，随着运行时间的增加，许多设备出现老化、响应速度慢等问题。因此，为了充分保障地铁线路运行的稳定性，需要建立在线监测系统，为地铁线路的正常运行提供充分的保障。

1地铁列车在线监测

1.1供电及尺寸设置

全站仪供电暂定采用隧道内直流电供电，电缆一端连接全站仪，另一端连接地铁隧道内既有直流电接口。电缆在隧道内应做好固定，并且避开隧道内其他通信线缆和电缆。全站仪、基准点棱镜安装位置应符合地铁方面要求。全站仪托盘在满足仪器转动角度的要求下应尽量贴近隧道侧墙，此次全站仪暂定距离隧道侧墙小于45cm，基准点三角铁暂定突出隧道侧墙20cm，具体尺寸在满足地铁部门要求下可以进行适当调整。监测完毕后，应对棱镜等进行拆除，并对布设测点所涂抹的胶水等进行清理，对所钻孔洞予以填补，填补材料应符合地铁方面要求。如图一。

     图一   全站仪供电

1.2选取沉降监测参考基准网

在选取沉降监测基准网前，需要统一进行基准设置。沉降监测网络中每个监测点的变化，都是根据多个时间段的观测结果得到的。使用不同的标准分析时，这些点的垂直位移不相同。准则的选择与基准网的调整方法密切相关。固定参考是参考网选取的标准，可将其作为参考网监测的固定监测点。该监测点不会随着时间变化而变化，因此被称为固定参考点。沉降监测网中的监测点要么是变形点，要么是不固定的测点，根据观测数据和沉降测量点分析，认为变形点和不固定测点的出现概率相同，因此可以在参考基准网中添加固定参考，将其作为基准网选取基础。除了需要选取固定点，在设置参考网时还需要预先划分基线。为了得到可靠的基线位置，需要人为引入和约束参考数值。以各点的平均值为基准，考虑到不同时间段内所有点的数值变化，采用自由网络进行调整，调整结果以重心基准为主。该调整方法作为重心基准判断的一种特殊形式，可以用于参考线的划分。固定参考线划分的三个基准包括固定基准、重心基准和亚稳态基准。一般来说，如果监控网络有固定点，最好采用固定基线。与滑坡观测一样，基准网对沉降监测基点的判断需要进行转换，在有限的转换半径范围内，可考虑远离中心的参考点，从而实现监测基点转换［1］。在进行监测时，如果监控网络呈现部分稳定，则需要进行稳定基准测试，以将监控网络状态调整到完全稳定。如果监测网络中的每个点都是变换点，并且变形的概率相等，可以使用质心基准进行无秩缺陷网络调整。

1.3网络实时发布系统

成果网络实时发布系统对监测成果进行数据管理，可以实时进行数据查询、数据分析，并下载各类监测报表与分析报告，如图二。具体自动化监测成果管理内容如下:(1)监测期报告。监测期报告包括垂直位移、水平位移变形量及变形曲线报表，由自动化监测系统自动生成。(2)预警短信。预警短信是将超过报警值的测点及变形量以手机短信的形式发给项目相关单位领导，以提请领导注意。(3)预警电邮。预警电邮是将超过报警值的测点变形量及当期监测报告以邮件的形式发给项目相关单位领导，以提请领导注意。

图二   地铁轨道网络实时发布系统

2地铁列车网络化运维

2.1车地无线传输子系统

车地无线传输子系统包括车载通信网关、地面通信网关、宽频带组合天线和配套电缆，如图三所示。通过车辆 PIDS 系统( 乘客信息与视频监控系统) 的无线传输通道( LTE) 实现车载感知子系统与地面综合应用子系统的无线数据传输功能，将列车监测数据和故障信息实时、可靠的向地面维保生产管理子系统传输，以实现对在途列车的健康状态实时监测与诊断。

图 3 车地无线传输子系统

2.2与 TCMS 连接

在车辆状态智能提取诊断主机与 TCMS 系统之间设置 MVB 网关设备，实时获取牵引系统、制动系统、辅助系统的各项工作参数和状态参数，MVB 网关负责将 TCMS 系统中的牵引系统、制动系统、辅助系统等在 MVB 上的数据信息实时转发到车辆状态智能提取诊断主机，再通过无线网络转发到地面分析子系统(见图 四)。

图 2    TCMS 连接拓扑图

2.3监测数据处理

目前，使用比较多的自动监测数据处理方法是差分法和坐标转换法。案例自动化监测系统可以充分发挥智能全站仪的优越性，采用极坐标法监测，然后对监测结果进行差分法分析。测量测站点到基准点和变形点之间的斜距、水平角度和垂直角度，然后将测站点到基准点的测量值与其基准测量值进行比较计算，得到两者间的差值［2］。变形观测过程中可以采用同样的仪器和监测方法，并且基准点具有一定的稳定性，因此要将该差值认为是与外界条件变化对基准点和变形点的影响具有相关性，可以将基准点和变形点的观测值采用差分法的方式进行处理，并计算位移量。

2.4辅助系统状态监测告警

系统通过TCMS(列车控制与监控系统)获取辅助系统中辅助逆变器和蓄电池相关的电压、电流、温度及告警信息，通过阈值比较、逻辑计算等方式，实现辅助系统工作状态监测。其中蓄电池状态信息也可由蓄电池系统直接接入。可监测告警的辅助系统状态异常和故障包括:IGBT、FC/ACC滤波电容实时温度异常、FC/ACC滤波电容值异常、蓄电池单体电量、内阻、温度异常。

3自动化监测技术的应用优势

自动化监测技术具有以下明显的特点和优势：（1）无人值守，完全自动，能够对隧道内的监测点进行长期的监测。（2）监测精度高。系统监测位移的精度能够达到毫米级，能准确掌握变形趋势。（3）实时处理，可视化显示。系统经计算机采集的数据，只需要3次就可以监测出有效的测量数据，确保最终监测数据的误差值较小［3］。（4）可靠性高，运行成本低。全自动化监测可以节省人工成本，实现无人值守的长期监测。

结语

综上所述，与国内既有线项目相比，该系统可以实时监测车辆走行部( 轴箱、齿轮箱、牵引电机等) 工作状态，同时可以通过 TCMS 系统获取车辆各子系统( 牵引、辅助、制动、车门等系统) 的工作状态和故障信息。该系统为运维人员建立了完整的列车信息库，进行了列车全生命周期状态监测和记录，并实现了列车的健康管理、车间检修管理，保证了列车安全、高效的运营管理。采用这种状态修方式，可通过在线智能监测与诊断，做出合理的维修决策，减少或缩短设备停用时间，延长设备使用寿命。

参考文献

［1］侯文军，吴彩秀．地铁车辆智慧运维平台研究［J］．电力机车与城轨车辆，2019，42(6):1－3．

［2］张珊．地铁车辆关键系统故障分析与检修策略优化［D］．北京:北京交通大学，2019．

［3］向伟彬，王亮．地铁车辆场段工艺设备检修管理影响因素探析［J］．中国标准化，2019(22):222－223．