城市軌道交通換乘站綜合監(jiān)控平臺的構(gòu)建

姚國華 張 寧 張曉軍

（1.南京地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司，210008，南京；2.東南大學(xué)教育部ITS研究中心，210018，南京；3.鎮(zhèn)江市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，212004，鎮(zhèn)江∥第一作者，工程師）

城市軌道交通的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)涉及面廣、技術(shù)復(fù)雜、專業(yè)繁多，各子系統(tǒng)、各部門協(xié)調(diào)配合，才能確保乘客的安全、列車的有效運(yùn)營和設(shè)備的正常工作。綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）由此應(yīng)運(yùn)而生。從20世紀(jì)80年代開始，國外很多公司開始規(guī)劃、研究以行車調(diào)度指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。目前，國外地鐵運(yùn)營部門已逐步接受并認(rèn)可了“以行車指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)”，而且制定了相應(yīng)的運(yùn)營調(diào)度組織機(jī)構(gòu)。我國采用的綜合監(jiān)控系統(tǒng)均是以電調(diào)、環(huán)控為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案，其與信號系統(tǒng)則通過互聯(lián)的方式進(jìn)行信息交換。國內(nèi)對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究主要集中在綜合監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、集成方式、功能、可靠性、時(shí)鐘同步等方面。

目前，國內(nèi)外一些主要大城市的軌道交通已從過去的單線建設(shè)發(fā)展到了網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)階段。軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)過程中的最大特點(diǎn)，是線路與線路交叉，形成多座換乘站。網(wǎng)絡(luò)中各線路間換乘站的便捷性和舒適性，是廣大乘客關(guān)注的重點(diǎn)。換乘站設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)置很大程度上影響了其便捷性和舒適性。目前，國內(nèi)外對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究多局限于單線的整個(gè)系統(tǒng)，為此有必要對換乘站綜合監(jiān)控平臺作針對性研究。本文介紹了車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置和功能需求，給出換乘站綜合監(jiān)控平臺弱電系統(tǒng)的整合建議；在此基礎(chǔ)上提出了換乘站綜合監(jiān)控平臺構(gòu)建的三種方案，并進(jìn)行了對比分析。

1 車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用通用開放的硬件接口及軟件通信協(xié)議，以集成和互聯(lián)的方式與各弱電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交換，最終實(shí)現(xiàn)對各相關(guān)機(jī)電設(shè)備的集中監(jiān)控功能和各系統(tǒng)之間的信息互通、信息共享和協(xié)調(diào)互動(dòng)功能。它能快速、高效地應(yīng)對火災(zāi)、阻塞等突發(fā)事件，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)，克服以往“孤島系統(tǒng)”的缺點(diǎn)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)多采用分層分布式結(jié)構(gòu)，以車站控制為基本單位，采取控制中心、車站兩級管理。因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)又分為中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)和車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

車站級綜合監(jiān)控平臺直接集成車站級各弱電系統(tǒng)的信息，使全站的各個(gè)系統(tǒng)成為有機(jī)整體。它與中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)互通信息，從中央級綜合監(jiān)控平臺的集成數(shù)據(jù)庫中讀取本系統(tǒng)所需的其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并接收中央級綜合監(jiān)控平臺的指令和請求（如圖1）。

車站級綜合監(jiān)控平臺是整個(gè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其功能主要是：實(shí)現(xiàn)原有車站調(diào)度管理工作的全部功能；監(jiān)視各接口系統(tǒng)的信息；監(jiān)視車站管轄范圍內(nèi)的環(huán)境、災(zāi)害、乘客、供電及車站主要設(shè)備的運(yùn)行情況；控制操作車站的機(jī)電設(shè)備；停止或允許時(shí)間表；數(shù)據(jù)處理、存檔、報(bào)表、打印及其他服務(wù)。換乘站綜合監(jiān)控平臺的構(gòu)建應(yīng)確立為運(yùn)營服務(wù)、為設(shè)備維修服務(wù)、為乘客服務(wù)的原則，聯(lián)動(dòng)功能要實(shí)用、完備、深入。換乘站綜合監(jiān)控平臺共享方案應(yīng)有利于綜合監(jiān)控平臺發(fā)揮信息共享平臺的作用，實(shí)現(xiàn)車站的調(diào)度管理、秩序管理、實(shí)時(shí)票務(wù)管理和車站安全管理，保障上下車和列車到發(fā)的安全準(zhǔn)點(diǎn)，提高緊急工況下系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力，在系統(tǒng)整個(gè)生命周期內(nèi)不斷地為運(yùn)營管理的進(jìn)步服務(wù)。

圖1 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

2 弱電系統(tǒng)接入方式

換乘站綜合監(jiān)控平臺接入的弱電系統(tǒng)主要包括：電力監(jiān)控系統(tǒng)（Power Supervisory Control and Data Acquisition，簡為P－SCADA），機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（EMCS），列車自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)，自動(dòng)售檢票（AFC）系統(tǒng)，屏蔽門（PSD）系統(tǒng)，防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS），廣播（PA）系統(tǒng)，乘客信息系統(tǒng)（PIS），門禁系統(tǒng)（ACS）、防淹門（FG）和通信系統(tǒng)等。由于接入的弱電系統(tǒng)太多，其接入通常可采用集成和互聯(lián)兩種方式。

集成是指將接入的各子系統(tǒng)的全部功能都集中在一個(gè)統(tǒng)一的ISCS平臺內(nèi)，具有共同的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)信息共享。互聯(lián)是指ISCS只整合子系統(tǒng)中與運(yùn)營管理相關(guān)的、必要的信息?；ヂ?lián)子系統(tǒng)具有獨(dú)立完整的操作界面、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，正常情況下可脫離ISCS獨(dú)立運(yùn)行，能夠完成系統(tǒng)的正常和緊急操作。

換乘站綜合監(jiān)控平臺的初步設(shè)計(jì)必須確定對哪些專業(yè)系統(tǒng)集成，對哪些系統(tǒng)互聯(lián)，并確定集成與互聯(lián)的范圍。應(yīng)從其為運(yùn)營管理服務(wù)的功能定位出發(fā)，保證與運(yùn)營密切相關(guān)的信息被準(zhǔn)確采集，同時(shí)避免系統(tǒng)不必要的集成，減輕數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。根據(jù)以往工程實(shí)踐并考慮我國綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，建議按表1將弱電系統(tǒng)接入ISCS。

表1 弱電系統(tǒng)的接入方式

城市軌道交通通信系統(tǒng)包括傳輸、公務(wù)和專用電話、無線通信、廣播、乘客信息、閉路電視監(jiān)視、時(shí)鐘及電源等子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)均以互聯(lián)方式接入綜合監(jiān)控平臺。

3 換乘站綜合監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)方案

綜合監(jiān)控平臺監(jiān)控范圍大、涉及層面廣，應(yīng)遵循安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、工程化、適用性及可擴(kuò)展性等設(shè)計(jì)原則。

城市軌道交通有垂直交叉、斜交、平行交織等多種換乘形式。換乘站綜合監(jiān)控平臺對弱電系統(tǒng)的整合和構(gòu)建，主要是進(jìn)行設(shè)備和信息資源共享，提高管理及運(yùn)營效率，對空間的影響較小。因此，在換乘站綜合監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)方案中，可不考慮換乘站的換乘形式。本文以2線換乘車站（A線和B線）為例，提出構(gòu)建全新2線換乘車站綜合監(jiān)控平臺的三種可能方案。

3.1 方案一

方案一的主旨是將換乘車站定位為一個(gè)完整的車站，在一個(gè)換乘車站建設(shè)的初期，就將該換乘車站的每一個(gè)弱電系統(tǒng)統(tǒng)一接入本站的綜合監(jiān)控平臺并與不同的控制中心兼容；同時(shí)通過主干節(jié)點(diǎn)機(jī)分別接往A線、B線其他車站，以及控制中心或其他指揮中心。方案一把所有與運(yùn)營有關(guān)的系統(tǒng)功能整合在一個(gè)人機(jī)界面上，使得換乘的2線共享一個(gè)車站傳輸網(wǎng)絡(luò)（見圖2）。

3.2 方案二

方案二的主旨是弱電系統(tǒng)按線分別布置，但仍接入統(tǒng)一的換乘站綜合監(jiān)控平臺并與不同的控制中心兼容；同時(shí)通過主干節(jié)點(diǎn)機(jī)分別接往A線和B線其他車站，以及控制中心或其他指揮中心（見圖3）。

3.3 方案三

方案三的主旨是A線和B線的弱電系統(tǒng)按線分別布置，接入自己的綜合監(jiān)控平臺并與各自的控制中心兼容；同時(shí)通過主干節(jié)點(diǎn)機(jī)分別接往A線和B線其他車站，以及控制中心或其他指揮中心。不同線路間的監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備FEP（前端處理器）和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)溝通并達(dá)到聯(lián)動(dòng)的功能（見圖4）。FEP作為網(wǎng)關(guān)，主要圍繞正常、災(zāi)害、故障、阻塞等模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，從運(yùn)營管理角度出發(fā)，在正常運(yùn)營模式下，通過FEP網(wǎng)關(guān)，乘客可通過PIS了解換乘線的信息；在非正常運(yùn)營模式下，F(xiàn)EP網(wǎng)關(guān)可相互提供相關(guān)報(bào)警信息，各弱電系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)應(yīng)急模式，為防災(zāi)、救援和事故處理的指揮提供方便。

圖2 方案一框架圖

圖3 方案二框架圖

圖4 方案三框架圖

4 換乘站綜合監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)方案對比

在換乘站綜合監(jiān)控平臺方案選用上，需考慮換乘車站的運(yùn)營管理模式、集成商的能力、方案的技術(shù)難度及經(jīng)濟(jì)代價(jià)等因素。三種方案的各種特性對比見表2。構(gòu)建換乘站綜合監(jiān)控平臺，主要是實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備處理器（控制器）、網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)界面、信息及空間（綜合監(jiān)控平臺的工作站及主機(jī)設(shè)置一套并放置于同一房間）共享。如果能達(dá)到信息共享，則達(dá)到了換乘站的主要管理目標(biāo)。因此，方案一、方案二和方案三都可以獲得資源共享的最大優(yōu)勢。

表2 換乘站綜合監(jiān)控平臺構(gòu)建方案對比

每個(gè)方案的實(shí)施需要不同的前提，且實(shí)施難度不一，因此在工程實(shí)施中，應(yīng)根據(jù)具體軌道交通建設(shè)的情況，采取相應(yīng)的技術(shù)方案，并做好規(guī)劃，以達(dá)到資源共享、增加運(yùn)營效率、降低建設(shè)成本及維護(hù)成本的目的。對于全新的換乘站，當(dāng)選用方案一時(shí)，2線車站土建需同期執(zhí)行，且2線系統(tǒng)以單一招標(biāo)方式設(shè)置；當(dāng)選用方案二時(shí)，車站土建及2線系統(tǒng)的招標(biāo)和設(shè)計(jì)需同期執(zhí)行，并由單一承包商構(gòu)建車站傳輸網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)選用方案三時(shí)，車站土建同期執(zhí)行，2線系統(tǒng)可由不同承包商提供，可先后運(yùn)營，網(wǎng)關(guān)由后來者負(fù)責(zé)?？梢钥闯?，方案三的實(shí)施更具一定的靈活性。從系統(tǒng)使用效果看，方案一最好，但其集成難度最高。方案的集成難度越高，其風(fēng)險(xiǎn)越大，對承包商的要求也越高，在選擇時(shí)應(yīng)注重承包商的集成經(jīng)驗(yàn)及能力。換乘站的換乘形式對方案的選擇也有一定的影響。2線換乘越方便，其對聯(lián)動(dòng)的要求越高，此時(shí)方案一更具優(yōu)勢。

構(gòu)建換乘站綜合監(jiān)控平臺主要是為運(yùn)營管理服務(wù)。統(tǒng)一管理、防災(zāi)聯(lián)動(dòng)等是換乘站建設(shè)的重點(diǎn)，要不斷調(diào)整已有的運(yùn)行管理模式與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的適應(yīng)性。同時(shí)，在換乘站綜合監(jiān)控平臺構(gòu)建過程中，需要業(yè)主及設(shè)計(jì)提前考慮防排煙設(shè)施及模式、給排水設(shè)施、換乘站客流組織方式和分界原則等諸多難點(diǎn)問題。

5 結(jié)語

換乘站機(jī)電系統(tǒng)包括空調(diào)及通風(fēng)、給排水及消防、供電、弱電等多個(gè)系統(tǒng)，綜合監(jiān)控平臺可用于監(jiān)控所有的弱電系統(tǒng)。目前，新建軌道交通工程幾乎都選擇建設(shè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，車站綜合監(jiān)控平臺已成為監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。換乘站綜合監(jiān)控平臺的構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)換乘站設(shè)備的協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理，有效提高系統(tǒng)的可靠性、響應(yīng)性和運(yùn)營效率，并實(shí)現(xiàn)成本的最小化和運(yùn)營效益的最大化。本文針對全新2線換乘站提出了換乘站綜合監(jiān)控平臺構(gòu)建的三種方案，并進(jìn)行了對比分析，為今后換乘站綜合監(jiān)控平臺的構(gòu)建方案選擇提供理論依據(jù)。

［1］Jablonski T R.New York City’s subway century：rail transit’s role in growth and development［R］.Washington DC：Transportation Research Board Business Office，2006：3－7.

［2］魯放，韓寶明，李得偉.網(wǎng)絡(luò)化城市軌道交通在城市客運(yùn)中的骨干作用［J］.綜合運(yùn)輸，2008（2）：67.

［3］Drolet M，Beckley D.Control centers：human machine factor aspects［J］.Developments in mass transit systems，1998，156（4）：146.

［4］Chang C S，Xu D Y.Differential evolution based tuning of fuzzy automatic train operation for mass rapid transit system［J］.Institution of Engineering and Technology，2000，147（3）：206.

［5］Schiitte J.Recent trends in automatic train controls［C］∥Oakland：Intelligent Transportation Systems，2001：813－819.

［6］Joy J E.Objectively assessing automatic vs.manual control for transit systems［C］∥Arlington：the International Conference on Automated People Movers，2009：546.

［7］張森.基于故障樹的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析方法研究與軟件研制［D］.成都：西南交通大學(xué)，2007.

［8］費(fèi)振豪.基于NTP的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)鐘同步技術(shù)的研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2004.

［9］王開滿，王軍，張慎明.城市軌道交通自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成模式［J］.城市軌道交通研究，2007（3）：57.

［10］羅利平.城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案［J］.城市軌道交通研究，2008（11）：7.

［11］戴琳.軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行模式研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2008（2）：73.

［12］湛維昭.地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成模式［J］.都市快軌交通，2007（4）：82.

［13］李世雄.上海軌道交通線網(wǎng)的換乘［J］.城市軌道交通研究，2004（4）：66.