中低速磁浮通信信號系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)方案探討

別碧勇

綜合聯(lián)調(diào)（或稱聯(lián)調(diào)聯(lián)試，簡稱聯(lián)調(diào)）是軌道交通工程建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)，目的是檢驗各系統(tǒng)功能是否達到設(shè)計要求，驗證各系統(tǒng)是否能聯(lián)合運轉(zhuǎn)，為試運營打下堅實基礎(chǔ)［1］。中低速磁浮是一種新的軌道交通制式，其軌道、通信、信號、供電、道岔等系統(tǒng)技術(shù)方案有別于傳統(tǒng)輪軌制式，目前國內(nèi)開通的僅有長沙磁浮快線和北京S1線兩條線路。關(guān)于中低速磁浮工程的聯(lián)調(diào)，國內(nèi)外分享的經(jīng)驗極少。鑒于此，本文在全國首條中低速磁浮線路“長沙磁浮快線”綜合聯(lián)調(diào)的基礎(chǔ)上，探討清遠磁浮旅游專線通信信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)方案，分享經(jīng)驗教訓(xùn)以供交流。

1 清遠磁浮旅游專線聯(lián)調(diào)項目

清遠磁浮旅游專線一期工程（以下簡稱清遠磁?。┻B接廣清城際鐵路銀盞站和在建的清遠長隆主題公園，線路長8.14 km，全線設(shè)3座高架站和一處停車場。采用3節(jié)編組的中低速磁懸浮車輛，最高運行速度120 km/h［2］。采用直流1500 V接觸軌授流，信號配置完整的CBTC系統(tǒng)。

在借鑒已開通的2條磁浮線聯(lián)調(diào)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合清遠磁浮工程實際情況，將冷滑、磁浮車輛故障工況下救援等首次納入磁浮線路的聯(lián)調(diào)項目中，最終確定聯(lián)調(diào)測試23個大項［3］。其中，通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)調(diào)試項目共8個大項，占總調(diào)試項目的34.8%。信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)項包括信號系統(tǒng)與車輛、站臺門系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，信號系統(tǒng)與磁浮道岔系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，信號系統(tǒng)全功能測試，信號全線列車運行能力測試；通信系統(tǒng)聯(lián)調(diào)項包括通信傳輸系統(tǒng)與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，乘客信息系統(tǒng)與廣播、視頻監(jiān)視及磁浮車載設(shè)備聯(lián)動測試，無線通信系統(tǒng)與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，時鐘系統(tǒng)與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

2 信號系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)方案

清遠磁浮信號系統(tǒng)由正線信號系統(tǒng)和停車場信號系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)構(gòu)成與相關(guān)接口如圖1所示。其中，正線信號采用CBTC系統(tǒng)，車地通信采用基于LTE-M技術(shù)的A/B雙網(wǎng)業(yè)務(wù)綜合承載方案。CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、原理與輪軌交通類似，主要差異體現(xiàn)在計軸和測速方式不一樣，測速采用電渦流測速傳感器和多普勒雷達2種方式并用［4］；停車場信號系統(tǒng)由計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)單獨控制，控制中心可對停車場運行情況進行監(jiān)視。由于磁浮道岔采用軌道梁關(guān)節(jié)式道岔，道岔未開向端會形成斷軌形式，為防止列車冒進信號后掉道風(fēng)險，停車場配置與道岔區(qū)防護信號機對應(yīng)的點式有源應(yīng)答器設(shè)備，并增強車載ATP功能，使系統(tǒng)具備道岔區(qū)闖紅燈安全防護功能。

圖1 清遠磁浮信號系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

清遠磁浮信號系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)主要有4項，見表1。

下面以其中的信號系統(tǒng)與磁浮道岔系統(tǒng)聯(lián)調(diào)為例展開分析。信號與道岔的聯(lián)調(diào)，不僅要測試多種控制方式的控制邏輯是否準(zhǔn)確，還要核實道岔轉(zhuǎn)換時間，從接收指令到解鎖、橫移、鎖定、反饋表示信息，全過程要求小于15 s［5-6］。

2.1 磁浮道岔及與信號系統(tǒng)接口

中低速磁浮道岔設(shè)計采用關(guān)節(jié)型軌道梁道岔，由主體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動、鎖定、控制等部分組成，其主體結(jié)構(gòu)由主動和從動三段鋼結(jié)構(gòu)梁組成，利用三點定心轉(zhuǎn)轍原理，實現(xiàn)三段鋼梁不同角度偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)線。中低速磁浮道岔按結(jié)構(gòu)組成和轉(zhuǎn)轍后的線路狀態(tài)分為單開道岔、三開道岔、對開道岔、單渡線道岔和交叉渡線道岔，以三開道岔為例，其結(jié)構(gòu)見圖2。

信號系統(tǒng)聯(lián)鎖和集中監(jiān)測分別與磁浮道岔系統(tǒng)接口，見圖3。磁浮道岔有聯(lián)鎖進路方式、單操方式、現(xiàn)場控制和強控4種控制模式［7］。清遠磁浮共有11組道岔，停車場為3組三開道岔，正線1組三開道岔、6組單開道岔和1組對開道岔。分別對每組道岔進行4種模式的聯(lián)調(diào)，確認(rèn)信號系統(tǒng)與道岔的接口功能與設(shè)計目標(biāo)一致、滿足運營需求。

表1 清遠磁浮信號系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)一覽表

圖2 中低速磁浮三開道岔構(gòu)成示意圖

圖3 信號系統(tǒng)與道岔系統(tǒng)接口示意圖

2.2 前提條件

聯(lián)調(diào)開始前，確保聯(lián)調(diào)大綱已通過專家評審，同時核實是否具備如下工程條件。

1）信號系統(tǒng)與道岔的接口已經(jīng)連接。

2）信號系統(tǒng)聯(lián)鎖調(diào)試完成并滿足設(shè)計、運行條件。

3）道岔系統(tǒng)調(diào)試已經(jīng)完成，供貨商、施工單位提交接口自測報告。

4）通信系統(tǒng)已投入運行，公務(wù)電話、無線系統(tǒng)投入使用。

5）車輛具備上線運行條件，參與調(diào)試的列車性能良好，動車手續(xù)和行車計劃到位。

2.3 聯(lián)調(diào)流程

信號系統(tǒng)與磁浮道岔系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時，現(xiàn)場聯(lián)調(diào)人員在道岔區(qū)操作現(xiàn)地裝置，觀察、記錄道岔控制柜各指示狀態(tài)，并記錄轉(zhuǎn)轍時間；控制中心和車站控制室聯(lián)調(diào)人員負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度指揮，操作控制臺，觀察記錄相關(guān)設(shè)備顯示信息。

在磁浮道岔4種控制方式中，聯(lián)鎖進路方式是運營時期主用的控制模式。下面以一組三開磁浮道岔聯(lián)鎖進路方式聯(lián)調(diào)為例，介紹聯(lián)調(diào)操作步驟。

1）道岔初始在“N位”（中線），控制中心操作控制臺，排列經(jīng)過道岔“R位”（右線）的進路（如果有多列車在線運行，注意選擇接近區(qū)段無車進路）；現(xiàn)場觀察確認(rèn)道岔轉(zhuǎn)轍正常，控制柜道岔位置“R位”表示燈亮，并用秒表測量、記錄轉(zhuǎn)轍時間；控制中心觀察確認(rèn)聯(lián)鎖控制臺是否為“R位”表示，無擠岔報警。

2）控制中心操作控制臺，排列經(jīng)過道岔“L位”（左線）的進路，確認(rèn)進路排列正確；現(xiàn)場觀察道岔轉(zhuǎn)轍情況，確認(rèn)控制柜道岔位置“L位”表示燈亮，并用秒表測量、記錄轉(zhuǎn)轍時間；控制中心觀察確認(rèn)聯(lián)鎖控制臺是否為“L位”表示，無擠岔報警。

3）控制中心操作控制臺，排列經(jīng)過道岔“N位”的進路，確認(rèn)進路排列正確；現(xiàn)場觀察道岔轉(zhuǎn)轍是否正常，確認(rèn)控制柜道岔位置“N位”表示燈亮，測量、記錄轉(zhuǎn)轍時間；控制中心觀察確認(rèn)聯(lián)鎖控制臺是否為“N位”表示，無擠岔報警。

在測試過程中，應(yīng)重點核實磁浮關(guān)節(jié)型軌道梁道岔的動作邏輯、狀態(tài)表示是否正確，并記錄核實轉(zhuǎn)轍時間是否滿足要求。用秒表計算磁浮道岔轉(zhuǎn)換的時間，應(yīng)從指令下達開始，到鎖閉信息正確反饋截止。聯(lián)調(diào)實施流程的每一步都必須做好記錄，記錄表設(shè)計應(yīng)盡量簡捷、易操作，以判斷和選擇型記錄為主，盡量少用描述型記錄，以提高效率、避免歧義。

2.4 問題分析

該階段的主要任務(wù)是對聯(lián)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題歸類整理，通常根據(jù)對行車安全的影響程度進行分類整理，收錄入聯(lián)調(diào)問題庫，以便后續(xù)整改、復(fù)測，影響行車安全的必須重點復(fù)測。根據(jù)以往測試經(jīng)驗，本項聯(lián)調(diào)容易發(fā)現(xiàn)的問題及解決措施見表2。

2.5 評估總結(jié)

該階段主要是對所有道岔具體測試項目的結(jié)果進行統(tǒng)計分析，包括一次性測試通過率、復(fù)測通過率的計算，并評估是否符合設(shè)計和運營要求、是否通過該項測試。其中，需重點關(guān)注信號聯(lián)鎖與道岔系統(tǒng)接口功能部分，必須全部通過才能進入試運行環(huán)節(jié)。對于道岔監(jiān)測部分可能存在的一些工藝和軟件顯示問題，可以在試運行階段對工藝整改和軟件升級，這樣可以提高效率、節(jié)省工期。對于核心關(guān)鍵指標(biāo)，要審慎下評估結(jié)論。例如磁浮道岔轉(zhuǎn)轍時間的評估，建議最好多次計量，取較大值來進行評估。

表2 信號系統(tǒng)與道岔系統(tǒng)聯(lián)調(diào)高發(fā)問題及解決措施［8］

3 通信系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)方案

清遠磁浮通信系統(tǒng)由傳輸系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、電話系統(tǒng)（公務(wù)電話與專用電話合設(shè)）、時鐘系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）、廣 播 系 統(tǒng)（PA）、乘 客 信 息 系 統(tǒng)（PIS）、計算機網(wǎng)絡(luò)、安防系統(tǒng)、大屏顯示系統(tǒng)等組成［9］。其聯(lián)調(diào)項目主要有4項，見表3。

其中，無線通信系統(tǒng)采用LTE-M的車地通信綜合承載網(wǎng)，是LTE-M首次應(yīng)用于磁浮交通領(lǐng)域，也是首次用一張網(wǎng)綜合承載所有車地通信業(yè)務(wù)，所以是聯(lián)調(diào)的一個重點。清遠磁浮無線通信系統(tǒng)采用A/B雙網(wǎng)冗余組網(wǎng)，使用13 MHz（1 787～1 800 MHz）的 可 用 頻 率 資 源，其 中10 MHz用于A網(wǎng)承載信號CBTC、語音調(diào)度、PIS、車載視頻監(jiān)控、車輛狀態(tài)信息、磁浮智能檢修維護等業(yè)務(wù)；3 MHz用于B網(wǎng)承載信號CBTC、語音調(diào)度、車輛狀態(tài)信息。另外，中低速磁浮交通在國內(nèi)的發(fā)展處于起步階段，諸多系統(tǒng)設(shè)備可能是首次應(yīng)用于中低速磁浮領(lǐng)域，對新的工程環(huán)境和接口關(guān)系的適應(yīng)性，也是通信系統(tǒng)聯(lián)調(diào)需要關(guān)注的重點。

下面以無線通信系統(tǒng)與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)為例展開分析。

3.1 無線通信系統(tǒng)

清遠磁浮無線通信系統(tǒng)由LTE核心網(wǎng)設(shè)備、調(diào)度機、網(wǎng)管服務(wù)器、GPS時鐘、基帶處理單元（BBU）、射頻拉遠單元（RRU）、車載TAU設(shè)備及天饋系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成，其系統(tǒng)構(gòu)成及與相關(guān)系統(tǒng)的接口關(guān)系見圖4。

3.2 前提條件

該項調(diào)試開始前需完成聯(lián)調(diào)大綱專家評審，并具備如下工程條件。

1）車輛：已完成車載無線通信設(shè)備、傳輸線纜、車載廣播和車載CCTV的安裝和調(diào)試，已完成車輛與PIS車載子系統(tǒng)的接口調(diào)試。

表3 清遠磁浮通信系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)一覽表

圖4 清遠磁浮無線通信系統(tǒng)構(gòu)成及接口關(guān)系示意圖

2）信號系統(tǒng)：ATS調(diào)試完成；完成指定車輛的信號動車調(diào)試，能按照運行圖正常行車。

3）無線通信系統(tǒng)：LTE-M中心級、車站級和車載設(shè)備安裝調(diào)試完成，設(shè)備投入運行、工作正常。

另外，為排除外界干擾因素，得到準(zhǔn)確客觀的評估效果，還需要考慮磁浮列車運營過程中是否會對無線通信車載設(shè)備、軌旁設(shè)備等產(chǎn)生干擾，避免出現(xiàn)不合格測試項時，設(shè)備供應(yīng)商、施工單位等各方將其歸因為磁浮電磁干擾。長沙磁浮聯(lián)調(diào)期間出現(xiàn)過此類問題，為此專門做了相關(guān)電磁干擾測試。測試結(jié)果顯示，在車地?zé)o線通信系統(tǒng)設(shè)備工作的1.8 GHz頻段區(qū)間，背景電磁騷擾與磁浮列車運行時騷擾基本無差別。根據(jù)湖南省職業(yè)病防治院出具的“長沙磁浮工程電磁環(huán)境檢測報告”和其他相關(guān)測試研究也表明，在各頻率段，中低速磁浮列車運行產(chǎn)生的干擾遠小于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制［10］，可忽略不計。因此建議由環(huán)評認(rèn)可的第三方機構(gòu)進行電磁環(huán)境檢測，一是數(shù)據(jù)權(quán)威，二是可避免重復(fù)測量。

3.3 聯(lián)調(diào)流程

無線通信系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時，列車上的調(diào)試人員在司機室和客室觀察、記錄通話和車載廣播情況；車站車控室和站臺調(diào)試人員負(fù)責(zé)觀察、記錄語音通話和站臺無線廣播情況；控制中心調(diào)試人員負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度指揮，模擬故障，觀察、記錄控制中心相關(guān)設(shè)備顯示信息。

在聯(lián)調(diào)過程中，應(yīng)注意在控制中心和車站安排專人觀察并記錄行車調(diào)度臺上顯示的列車信息是否與正線運行的列車信息一致，抽查顯示車速與實際車速是否有較大誤差。建議對所有列車、全部車站進行全覆蓋測試，不留死角，避免給日后運營留下隱患。具體流程和步驟見圖5。

圖5 清遠磁浮無線通信系統(tǒng)聯(lián)調(diào)流程示意圖

聯(lián)調(diào)問題分析和聯(lián)調(diào)評估階段的主要任務(wù)與前述信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)類似，不再贅述。

4 結(jié)語

中低速磁浮作為一種新的軌道交通制式，其綜合聯(lián)調(diào)與傳統(tǒng)輪軌制式在調(diào)試方法、評估標(biāo)準(zhǔn)等方面有所差異，目前還沒有統(tǒng)一規(guī)范可依，也尚未形成行業(yè)慣例。本文以清遠磁浮為例探討的通信信號系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)方案充分借鑒了長沙磁浮快線和北京S1線2條已開通磁浮線路的經(jīng)驗，其主要調(diào)試內(nèi)容、實施步驟、評估方法可供類似工程參考借鑒。