懸掛式單軌交通綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)集成方案研究與設(shè)計

秦俊非

(中鐵建電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司 河南洛陽 471000)

1 引言

隨著高速鐵路、城市軌道交通四電系統(tǒng)的集成化、自動化和智能化不斷發(fā)展，“四電”技術(shù)的大幅度革新為傳統(tǒng)懸掛式單軌系統(tǒng)性能提升創(chuàng)造了必要條件，而懸掛式單軌交通設(shè)施作為一種輕型、低速、中型運(yùn)量的新型公共交通形式，未來是城市立體式、一體化、多模式的城市公共交通體系的必要組成部分，與傳統(tǒng)巴士、城軌等其它公共交通形式形成優(yōu)勢互補(bǔ)、有益補(bǔ)充和完善，具有巨大的市場潛力。目前懸掛式單軌交通系統(tǒng)的弱電系統(tǒng)的自動化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的研究還有諸多空白[1-3]，本文根據(jù)懸掛式單軌交通的特點，設(shè)計了綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)集成系統(tǒng)，以行車為核心，深度集成ATS、車輛、綜合監(jiān)控、設(shè)備維護(hù)管理等系統(tǒng)功能，按中心、車站、車輛基地、列車進(jìn)行配置，信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)深度集成，聯(lián)動協(xié)同順利完成懸掛式列車運(yùn)行各個環(huán)節(jié)的全自動化運(yùn)轉(zhuǎn)管控，同時將火災(zāi)自動報警、廣播、視頻監(jiān)控、乘客信息PIS、時鐘CLK、自動售檢票AFC、門禁等系統(tǒng)與綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)互聯(lián)，可互聯(lián)通信系統(tǒng)集中告警等監(jiān)控信息，具有成本低、管理高效、運(yùn)營簡單、技術(shù)先進(jìn)等特點，可推動新型軌道交通技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化。

2 多制式軌道交通的不同應(yīng)用場景分析

懸掛式單軌交通系統(tǒng)既不同于高速鐵路大而全的制式，又區(qū)別于傳統(tǒng)地鐵、輕軌、有軌電車等城市軌道交通，根據(jù)各種制式軌道交通進(jìn)行應(yīng)用場景分析如表1所示[4-7]。

表1 多制式軌道交通應(yīng)用場景分析

通過其應(yīng)用場景分析，其弱電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)具有以下特點：

(1)建設(shè)投資小。懸掛式單軌的建設(shè)環(huán)境一般為旅游景區(qū)或城市主要交通連接線，建設(shè)成本低。

(3)運(yùn)營相對簡單。運(yùn)營沒有地鐵復(fù)雜，線路相對獨(dú)立，線路設(shè)置也比較簡單。

(4)施工難度大。需要在梁體或墩柱上進(jìn)行安裝，有的還需要進(jìn)行預(yù)埋預(yù)設(shè)，安裝難度大。

3 系統(tǒng)設(shè)計思路及原則

懸掛式單軌交通綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)的設(shè)計以實現(xiàn)輕量化、全自動化運(yùn)營為目標(biāo)，構(gòu)建以行車為核心的綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)，依據(jù)應(yīng)用場景分析，以下四點為設(shè)計思路及原則：

(1)成本降低。所有系統(tǒng)集成，服務(wù)器和存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共用共享，數(shù)量節(jié)約大概25%(PSCADA/BAS/ATS/綜合監(jiān)控/網(wǎng)管，PIDS/CCTV/PA/調(diào)度電話，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共用)。

(2)管理高效。所有系統(tǒng)成為內(nèi)部系統(tǒng)，簡化業(yè)主的系統(tǒng)接口管理工作量，直接降低建設(shè)管理的人力資源數(shù)量和技術(shù)要求。

(3)運(yùn)營簡單。中心電調(diào)、行調(diào)、環(huán)調(diào)、維調(diào)、總調(diào)崗位合并，減少運(yùn)營人力需求；系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)功能一體化智能化，降低維保人員數(shù)量，大幅提高維保效率。

(4)技術(shù)先進(jìn)。調(diào)度、監(jiān)測、管理一體化，是輕型軌道交通弱電發(fā)展趨勢，票務(wù)系統(tǒng)與全域旅游票務(wù)聯(lián)動，是輕型軌道交通和旅游線路的樣板工程。

4 總體方案

該系統(tǒng)(見圖1)以實現(xiàn)全自動化運(yùn)營為目標(biāo)，構(gòu)建以行車為核心的綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)，深度集成了ATS、PSCADA、BAS，界面集成PA、CCTV、PIS，其中PA和PIS一體化設(shè)計，并與ACS、CLK、AFC、PSD、FAS、車輛TCMS、UPS等互聯(lián)互通[8-9]。

(1) 添加生物炭可以改變土壤容重、飽和含水量、毛管孔隙度、田間持水量及水分蒸發(fā)量，隨生物炭含量的增加，土壤容重與飽和含水量表現(xiàn)出相反的趨勢，而毛管孔隙度和田間持水量則表現(xiàn)出相同的趨勢。

圖1 系統(tǒng)總體方案架構(gòu)

(1)采用全自動化運(yùn)行信號系統(tǒng)，并以行車指揮為核心，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)深度融合，實現(xiàn)對車、電、機(jī)的統(tǒng)一監(jiān)控。

(2)采用統(tǒng)一的軟、硬件平臺，統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一的人機(jī)界面，實現(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)營指揮和統(tǒng)一的維護(hù)調(diào)度。

(3)正線車站不設(shè)控制室，實現(xiàn)中心扁平化一級管理，和中心、現(xiàn)地兩級控制，具備本地和遠(yuǎn)程干預(yù)能力。

(4)全面的智能化車站設(shè)計，實現(xiàn)智能化車站管控和乘客自主化管理，實現(xiàn)無人值守的車站運(yùn)營模式。

(5)多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)深度融合，實現(xiàn)智能化運(yùn)營管理、維護(hù)，節(jié)能化運(yùn)營。

5 系統(tǒng)主要功能構(gòu)成

5.1 自動列車監(jiān)控功能

采用了輕量型CBTC系統(tǒng)+車輛CCTV監(jiān)控系統(tǒng)來進(jìn)行列車運(yùn)行狀態(tài)檢測[10-11]。

輕量型CBTC系統(tǒng)采用正線ZC和聯(lián)鎖一體化，去除了傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)、計軸系統(tǒng)、信號機(jī)、動態(tài)應(yīng)答器以及大量的軌旁信號線纜，大大降低了項目成本以及軌旁信號設(shè)備的施工難度。

為提高列車安全性配置車輛CCTV功能，實時動態(tài)監(jiān)控列車前方障礙物，并與輕量型CBTC系統(tǒng)形成聯(lián)動。

5.2 通信集中告警功能

綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)在OCC和通訊集中網(wǎng)管系統(tǒng)互聯(lián)互通，通訊集中網(wǎng)管系統(tǒng)向綜合調(diào)度自動化提供通信傳輸系統(tǒng)、民用通信、專用通信、無線系統(tǒng)、CCTV監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、CLK系統(tǒng)、供電及UPS系統(tǒng)的整體工作情況。綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)還負(fù)責(zé)主要設(shè)備報警和故障情況的信息選擇、篩選以及顯示。

5.3 聯(lián)動功能

綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)能按各不相同子系統(tǒng)相互間的聯(lián)動要求，設(shè)計并全面實現(xiàn)必要的系統(tǒng)之間的聯(lián)動，并全面提高運(yùn)行操作的安全性能，不斷改進(jìn)各個專業(yè)相互之間的協(xié)調(diào)，進(jìn)一步提高應(yīng)急處理操作能力，減少突發(fā)狀況下操作管理人員的工作心理壓力，避免出現(xiàn)無謂的操作偏差，減低勞動量。

聯(lián)動分類包含了：全自動聯(lián)動、半自動聯(lián)動、手動聯(lián)動、火災(zāi)自動報警火災(zāi)聯(lián)動的特殊處理。

5.4 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)功能(NMS)

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)是綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)的“管理中心”，支持TCP/IP和SNMP標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé)對綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)所屬服務(wù)器、工作站、各個子專業(yè)所屬服務(wù)器、工作站、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理和維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)管理功能包含網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、故障報告、事件記錄、統(tǒng)計報表、系統(tǒng)配置功能、監(jiān)控功能、報警管理功能、在線自診斷、故障定位功能、軟件在線功能(含編輯、維護(hù)、修改、擴(kuò)展)。

5.5 設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)功能(DMS)

設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)用來對控制中心、車站內(nèi)各種類型基礎(chǔ)設(shè)備(比如電力監(jiān)控系統(tǒng)和環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)控的基礎(chǔ)設(shè)備)進(jìn)行維護(hù)和管理[12]。

6 硬件集成方案

6.1 方案一

中心采用超融一體機(jī)，用超融合一體機(jī)替換各專業(yè)中心服務(wù)器、磁盤陣列和服務(wù)器之間通信的交換機(jī)，并使用超融合架構(gòu)提供的虛擬化方法，虛擬出各專業(yè)邏輯服務(wù)器，不破壞各專業(yè)原有的軟件部署方式。

6.2 方案二

車站和車輛段采用分立服務(wù)器方案，各專業(yè)在車站和車輛段部署的服務(wù)器，采用各系統(tǒng)原來的分立服務(wù)器部署方式。

7 軟件集成方案

綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)采用的操作系統(tǒng)為穩(wěn)定、安全、可靠的UNIX或LINUX系統(tǒng)，采用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為開放的、主流的商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，并采取冗余架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫的容量支持動態(tài)可擴(kuò)充性。

7.1 界面集成方案

人機(jī)界面集中顯示，實現(xiàn)各專業(yè)統(tǒng)一的人機(jī)界面，人機(jī)界面集成后可在彼此界面中進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)互顯，也可以單屏、兩屏、三屏顯示ATS控顯界面，并且任意兩屏或三屏之間ATS控顯界面實現(xiàn)無縫動態(tài)拼接顯示，實現(xiàn)統(tǒng)一的權(quán)限管理等。

通過人機(jī)界面之間，以及人機(jī)界面和后臺服務(wù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

技術(shù)實現(xiàn)方式：ISCS人機(jī)界面HMI以動態(tài)庫調(diào)用的方式在中央顯示區(qū)域調(diào)用顯示ATS控顯界面，ATS控顯界面區(qū)域的所有顯示、控制等輸入輸出都為ATS實現(xiàn)，其他由ISCS實現(xiàn)。

7.2 服務(wù)端集成方案

服務(wù)器端各專業(yè)軟件通過通信協(xié)議的方式，交換信息和數(shù)據(jù)。

方案采用的超融合架構(gòu)，在統(tǒng)一的資源池中，虛擬出原來各專業(yè)服務(wù)器，因此，各專業(yè)服務(wù)器的軟件部署模式不變。

8 結(jié)束語

本文對比分析了多種制式軌道交通的應(yīng)用場景，根據(jù)懸掛式單軌交通的特點及應(yīng)用需求，設(shè)計了一種集成化程度高、靈活性強(qiáng)、建造成本低等優(yōu)點的綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)，集直觀、互動、回溯、預(yù)測和智能尋檢等功能于一體，利于可視化和精細(xì)化管理，可實現(xiàn)運(yùn)營管理的高效、精準(zhǔn)和事前預(yù)判，是一種具有良好推廣價值的懸掛式單軌弱電系統(tǒng)集成解決方案。