全自动运行线路车载无线通信设备的唤醒自检项方案

2021-04-27苏志恒

城市轨道交通研究 2021年4期

陈璇苏志恒

(成都地铁运营有限公司，610031，成都 ∥ 第一作者，助理工程师)

1 无线自检的目的

在全自动运行线路中，专用无线通信系统为地铁运营的固定用户(控制中心调度员、停车场及车辆段(以下简为“场段”)调度员、车站值班员等)和移动用户(列车值守人员、防灾人员及维修人员)提供可靠的语音通信手段和数据信息交换手段。当地铁运营出现异常情况和有线通信设备发生故障时，专用无线通信系统亦能迅速服务于防灾救援和事故处理等，并提供多系统联动下的乘客紧急对讲功能，是地铁正常运行不可或缺的关键设备[1]。在全自动运行列车唤醒时，无线通信系统的车载设备需先进行自检，并对其故障进行预警，以保障全自动运行线路的行车安全、提高运输效率和改善服务质量。若无线自检失败会导致列车自动唤醒失败无法出库，影响当日行车运营组织。

2 车载无线通信设备的自检

车载无线通信设备主要指无线车载台、天线及车载台主机。在全自动运行列车唤醒自检中，无线车载设备的自检包括无线车载台自检、无线车载台与其他车辆设备接口自检。

2.1 无线车载台的结构及功能

无线车载台是专用无线通信系统的终端设备之一，包含话音台和数据台。在列车车头及车尾均各部署了1台话音台和1台数据台。话音台的主要功能是与控制中心的无线调度台进行通话、接受控制中心无线调度台的广播呼叫、与车站固定台进行通话、与其他车载台进行通话、紧急呼叫、自动越区切换及录音等。数据台的主要功能是发送乘客紧急对讲呼叫请求给控制中心的乘客调度台、将控制中心下发的预录广播词发送给车辆专业人员以实现在列车内的广播播放等。无线车载台的设备结构图如图1所示。

2.2 无线车载台与车辆设备接口的功能

无线车载台与车辆设备的接口主要包括无线车载设备的电源接口、与列车广播子系统的接口、与TCMS(列车控制和管理系统)的接口、与乘客紧急对讲机的接口[2]。图2为无线车载台与车辆设备的接口结构图，其中的箭头表示无线车载台实现功能的数据链路图。

图1 无线车载台结构图

图2 无线车载台与车辆接口结构图

1) 车辆为无线车载台的设备提供DC110 V电源。无线车载台专用电源模块的输入电源电压范围宽、效率高，能适应列车上复杂的电源环境，克服列车升降弓等操作对车载台工作稳定性的影响。

2) 话音台与列车广播子系统接口采用干接点及音频4线接口，可将调度员的话音转发至列车车厢。

3) 话音台和数据台将自身设备的自检结果通过TCMS接口发送给TCMS进行运算。TCMS根据运算结果来判断无线车载台的设备自检是否成功。

4) 乘客紧急对讲功能主要用于建立列车车厢乘客与控制中心乘客调度员的直接通话。数据台通过数据和音频接口同列车的乘客紧急电话系统对接，可实现乘客与乘客调度员通话[3]。该接口负责传送呼叫触发信号、乘客紧急通话触发信号、音频输入输出信号及车厢号信息。

2.3 无线车载台自检过程

全自动运行线路的列车上电后，列车各系统及设备开始进行自检测试。话音台和数据台也分别进行自检：自检项均正常则自检结果为1，自检项不正常则自检结果为0。设备的自检结果通过MVB(多功能车辆总线)发送至TCMS，TCMS对话音台和车载台反馈的自检结果进行运算(运算结果为1 则无线自检成功，结果为0则无线自检失败)，并将列车其他系统及设备自检结果发送给控制中心车辆专家工作站进行显示。其中，车辆专家工作站负责实时显示上线车辆运营信息、车辆设备实时状态和故障报警信息等。随后，TCMS将综合车辆自检结果发送给CC(车载控制器)。车载信号系统若在4 min内收到TCMS反馈的“上电自检完成”信息，则判断列车上电自检成功；若车载信号系统未在4 min内接收到TCMS反馈的“上电自检完成”信息，则判断列车上电自检失败。列车上电成功且车载各子系统自检完成后，开始执行列车与ATC(列车自动控制)系统的联合自检。联合自检成功后，ATS(列车自动监控)系统自动向唤醒并自检成功的FAM(全自动运行模式)列车下发运营计划和“待命”指令[4]。

2.4 自检项的必要性分析

根据无线车载台的设备结构及功能，表1和表2分别列出了车载话音台和车载数据台可进行自检测试的项目及其检测机制。

表1 无线话音台的自检信息

表2 无线数据台自检信息

话音台和数据台的自检项为列车唤醒无线自检通过判定项的必要性。

车载台的正常工作环境温度为-25～80 ℃。在列车空调系统运行正常情况下，列车环境温度能够保证为26 ℃左右，不会超过车载台正常工作环境温度。超出正常工作环境温度范围时，车载台会发送报警信息给通信无线二次开发设备网络管理系统，以便维护人员及时维修处理。

车载台正常运行的电压为11～15 V。车载台内部的电源模块输出基本恒定不变。如果电压出现偏差，则多由电源模块异常导致。异常的电源模块长时间工作会给车载台造成不可逆的损坏，故必须对车载台的电压状态进行实时监测。

信道机工作状态正常是车载台能成功注册到无线交换控制中心，进而实现车地无线通话功能的前提条件。车载台注册成功后，无线调度台和无线二次开发设备网络管理系统终端会显示上电列车车载台为开机状态。只有车载台处于开机状态，车地无线通信才能成功建立。

在无线链路检测中，车载台短信息的发送要经过直放站、基站、传输系统链路、MSO(交换控制设备)及调度服务器等[5]，其数据链路结构如图3所示。若场段无线通信覆盖设备发生故障，则将会导致大面积列车自检失败、无法出库。针对此情况，考虑到无线链路在设计上无法做到双网热备的实际情况，且列车无线通信车载设备自检信息已通过TCMS向车辆专家工作站反馈，可保证列车在进入正线无线覆盖范围后能建立正常通信，因此无线链路检测可不作为无线台自检成功的判断项。此外，无线网络管理系统和集中告警终端还会显示无线通信链路上的设备故障告警信息，以便维护人员及时处理。

图3 无线车载台数据链路结构图

车载台与车载PIS的接口检测是为了保证数据台与车载PIS的接口心跳检测信息正常，从而确保列车的预录广播功能和乘客紧急对讲功能正常使用。GoA 4(自动化等级为4)的全自动运行列车无人值守，其在车门紧急解锁、车门状态丢失、门障碍物检测及逃生门盖板打开的运营场景下会自动触发乘客紧急对讲功能并进行车载视频自动联动[6]。当其他紧急情况发生时，在列车值守人员到达现场前，乘客可以主动按下乘客紧急对讲按钮，以发起与控制中心乘客调度员的双向通话，以便控制中心调度员通过乘客及时了解现场情况，进而开展应急组织；控制中心调度员可根据现场情况对列车车厢进行广播,以稳定乘客情绪,引导乘客，并提醒乘客不要触动车上设备。数据台与PIS的接口状态信息会在无线二次开发设备网络管理系统终端显示界面上进行显示，以便相关人员查看状态信息。因此，数据台与车载PIS的接口状态检测是十分必要的。

2.5 自检策略

综上所述，为保证车地无线通信功能正常，控制中心的调度员能及时了解设备相关状态，方便设备维保人员能及时发现和处理故障，全自动运行列车唤醒自检中车载无线通信设备的自检策略为：自检通过判定项包含语音台和数据台的电压、信道机状态检测，数据台与车载PIS的接口检测。车载台温度和无线链路双向检测信息不作为自检通过判定项。自检结果会通过TCMS反馈给车辆专家工作站显示。无线通信网络管理系统终端显示无线通信设备故障告警信息。通信集中告警系统终端将无线通信系统故障信息按照故障等级转为声光告警，以便维护检修人员能及时发现和处理无线车载设备的故障。具体自检策略如表3及表4所示。