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摘要：随着社会的进步和经济的发展，城市化进程的不断加快使得交通运输逐渐成为城市建设中的重要内容。我国交通运输业在时代背景下取得了巨大的进步，城市轨道交通作为能够有效缓解交通运输压力的先进交通运输方式，逐渐被各个城市广泛的应用。城市轨道交通车辆在为人们带来极大便利的同时，我们应该加强对车辆与信息系统接口在城市交通工程建设中的重要性。论文从城市轨道交通车辆信号系统的基本功能入手，对车辆与信号系统接口问题展开了研究。
关键词：城市轨道交通；车辆；信号系统；接口；管理
一、城市轨道交通车辆信号系统的基本功能
（一）自动监控系统。自动监控系统是城市轨道交通车辆正常运行的重要保障，也是及时发现车辆异常情形及故障的重要手段。整个自动监控系统由以下几部分组成：（1）控制中心。控制中心负责收集统计整个监控系统采集到的数据信息并将相应结果反馈给各个正在运行的车辆。（2）车站。车站主要负责对轨道交通车辆的调度，按照信号系统发送的信息对相应车辆进行监控，尤其是在发现故障或异常情形后及时安排维修并调整车辆的运行，避免引发交通事故。（3）车载设备。车载设备是收集城市轨道交通车辆信息的重要工具，每辆车均装载有一个车载设备，负责采集该车辆的各种信息并负责将其发送至控制中心和接收控制中心反馈的信息。
（二）自动防护系统。自动防护系统主要由固定设备以及车载设备两部分组成，固定设备则是通过设立于城市轨道交通固定位置的采集装置收集本区间内车辆运行信息，而车载设备则是采集整个运行期间的运行信息。自动防护系统有着严格而明确的设定程序，一旦城市轨道交通车辆时速超过规定范围即会发出报警信息并实施制动操作，将车速控制在安全范围内。与此同时实时收集车辆位置信息，为其在弯道、岔路口或者是规避其他交通工具、车门自动开启提供可靠而安全的信息支持。
（三）自动驾驶系统。自动驾驶系统是保障列车安全运行的重要智能控制系统，同样由固定设备以及车载设备两部分组成，在自动防护系统以及自动监控系统的辅助下根据自动监控系统发出的指令平稳、安全的运行轨道车辆并在到站后完成对车门开关的自动开启和关闭。
二、车辆PIS功能现状及对策分析
随着社会的发展，乘客对安全愉快出行要求的逐步提高，车辆PIS系统功能也日益丰富，比如天气预报、新闻等实时信息播送，火灾、阻塞等非正常情况下的紧急疏散提示已得到广泛认可。但伴随而来的是一系列的接口问题，且目前地面PIS系统与车辆PIS系统接口方式较多，未形成统一的标准，甚至同一城市不同线路接口方式也不尽相同。
比较突出的问题有以下3点：（1）地面PIS要通过车辆PIS实现视频直播、监控视频上传以及站台视频上车，均是基于无线通信，但源于车地无线通信系统存在一定的误码缺陷，且车辆与地面PIS系统架构不一致使得其在通过技术手段弥补这一缺陷时效果不甚理想，视频直播、监控视频上传以及站台视频上车功能往往不能真正完美实现；（2）媒体广告宣传片自动从地面PIS服务器下载并按照播放列表进行播放，播放列表包含播放素材、播放周期、播出范围及其他控制信息。面对如此复杂的播放列表，车辆PIS必须能够完全解析所有信息，并根据接口协议下载属于车辆部分的列表。此外，由于车辆通电时间段的不确定性，还涉及到断点续传、下载完成反馈、过期播表内容自动清理等比较复杂的逻辑判断问题；（3）控制中心通过客室LCD屏发布滚动字幕、紧急消息插播等功能，对车辆PIS系统供货商研发成本和周期也是一个不小的考验。在地铁成路网运营的趋势下，结合路网客流总体情况，通过滚动字幕引导乘客进行错峰乘车换乘，充分发挥各线路运能，为乘客带来更好地乘车体验；在列车遇到紧急情况时，控制中心可以人工选取预先设定好的文本信息、音视频内容，通过车辆PIS所有LCD、LED显示终端均全屏显示相应预案处理信息，指导乘客有序疏散。
以上问题可以通过划分车辆PIS与地面PIS接口面得到一定的改善，并从设计、建设、运营维护等多角度找一个平衡点，既能保证两个系统互联互通，功能得到较好的实现，又要保证在工程建设和使用维护过程中规避如功能故障时责任模糊不易确定、地面PIS系统维护大量的车载设备等现实问题。
三、转换接口结构设计研究
地铁车辆转向架故障诊断系统的以太网/RS485转换接口主要由RS485收发器模块、以太网/RS485转换模块和以太网控制模块及相应的接口组成，其转换接口结构如图1所示。
监测模块利用各种传感器（加速度传感器、位移传感器、温度传感器、声音传感器等）对地铁车辆转向架的齿轮箱、轮对、轴承、轴等部件的振动、温度等物理量进行采集，然后将采集到的数据通过RS485接口传输至以太网/RS485转换模块。
RS485控制模块负责串口的数据收发。串口控制模块采用RSM3485ECHT隔离收发器，该模块自带隔离电源输出引脚，并集成电气隔离、RS485接口芯片和总线保护器件于一身，相比传统设计更加简单、稳定、可靠；RSM3485ECHT采用灌封工艺，具有很好的隔离特性，隔离电压高达2500VDC，而且具有电磁辐射低、电磁抗干扰高等优点。
以太网/RS485转换模块一方面将RS485采集的数据通过协议转换，利用以太网发送至上位机；另一方面将上位机使用以太网发送的命令通过转换接口，以RS485通信方式发送至RS485收发器。本文选用飞思卡尔基于ARM9内核的I.MX287芯片作为该模块的处理器。它是针对工业及消费电子、汽车行业推出的高性能、低功耗处理器，包含丰富的外设资源。
以太网控制器的任务是控制网络的数据收发，本文使用DP83848K芯片。它具有稳定、可靠、体积小等优点，可以在工业级温度范围内正常运行，其性能远远高于IEEE标准。
上位机的主要工作是接收数据、处理数据和发送命令等。
四、紧急制动接口分析
1.功能需求
（1）系统检测到突破ATP防护等危险发生时，应立即命令实施紧急制动。
（2）紧急制动施加后，在列车停车且紧急制动原因消失前，不可缓解。
（3）在ATO模式下，列车紧急制动停车后，不可自动恢复ATO模式。
（4）信号系统应监视列车的紧急制动施加状态。
2.接口内容和技术要求
（1）信号→车辆：输出紧急制动命令，要求安全信息双路输出，对车辆的紧急制动回路实现双断接入。
（2）车辆→信号：输出紧急制动状态。针对紧急制动后的缓解，目前存在多种设计。根据IEC62290要求，紧急制动施加后，可以在制动原因消失后自动缓解，制动原因消失且持续一定时间后自动缓解，或制动原因消失后通过人工命令进行缓解。上海地铁早期项目中，从列车紧急制动到停车，且制动原因消失后，还需司机按压一个紧急制动复位按钮，才能实现紧急制动缓解。这种方式主要是为了在发生不明紧急制动时，强制司机进行检查确认后，才能复位紧急制动。此外，为实现司机紧急制动复位功能，还需增加司机紧急制动复位的接口信息给信号系统；而在自动折返功能或全自动驾驶功能中，为了替代司机的复位紧急制动操作，信号系统还需增加紧急制动复位输出；由此造成接口复杂化。因此，建议取消司机紧急制动复位按钮，采用紧急制动自动缓解方式，以便简化接口设计。
五、做好接口管理的建议
1、建立完善的接口管理体系
应用标准化管理原理，通过接口管理组织标准化、接口管理流程标准化、接口管理制度标化。建立起一个完善的接口管理体系。以解决管理职能接口不清晰、职责不明确等弊端接口管理组织标准化主要包括人员、职责标准化。
2、接口管理流程标准化
材料设备的技术参数的确定，是影响信号系统内、外部技术接口设计的关键因素。因此必须通过加强与供货商的设计联络，来尽快明确设备材料的技术参数，以解决接口设计的困难。具体措施为：（1）业主应尽量提前系统设备的招标，为设计联络提供足够的时间条件；（2）设计方要坚持“先外后内”接口设计原则。即先与相关系统进行设计联络，确定相关系统的材料设备技术参数后，再根据其他系统设备技术参数来确。
3、加强接口管理过程控制
接口管理过程控制的要点为质量、工期。针对接口质量控制。设计单位在设计阶段应加强设计联络，尤其需加强信息类接口性能匹配的设计联络，确保接口的设计质量；施工单位严格按照设计要求施工；监理单位在接口实施过程中，加强接口质量监督、检查，发现问题，及时整改；接口试验必须严格按照型式试验、出厂试验、现场安装试验或设备联调试验的程序进行。
针对接口工期控制。业主组织接口管理相关方，编制下发各接口实施节点工期，各单位应严格按照节点工期组织实施；运用“界面交接验收”控制方法，制定接口节点工期考核制度，来加强对各方节点工期的控制，确保各方按节点工期完成接口。
结束语
城市轨道交通的产生证明了社会的不断进步，这种先进的交通模式有效的缓解了交通的压力。但城市轨道交通设计部门要重视对车辆与信号系统接口中存在的问题，并加强对车辆与信号系统接口关系的了解，从而实现整个系统的科学合理性。
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