城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行條件下綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案研究

程 媛

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢 ∥ 正高級(jí)工程師)

1 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)及其運(yùn)營(yíng)模式的匹配發(fā)展

“高智商”軌道交通控制系統(tǒng)的大力發(fā)展將是實(shí)現(xiàn)國(guó)發(fā)〔2015〕28號(hào)《中國(guó)制造2025》國(guó)家行動(dòng)綱領(lǐng)的一個(gè)重要抓手。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)作為城市軌道交通建設(shè)的高端科技產(chǎn)物，可以大幅度提升機(jī)電自動(dòng)化水平，為城市軌道交通提供了運(yùn)營(yíng)便利。目前，許多發(fā)達(dá)國(guó)家的城市軌道交通都開(kāi)通了全自動(dòng)運(yùn)行線路，而在國(guó)內(nèi)不少城市亦開(kāi)始嘗試采用全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)。采用全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)已逐漸成為大型城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為高度集成的城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)，其發(fā)展一直與城市軌道交通運(yùn)營(yíng)模式相適應(yīng)。伴隨著運(yùn)營(yíng)維護(hù)模式從分專(zhuān)業(yè)運(yùn)維到全系統(tǒng)綜合運(yùn)管的進(jìn)程，綜合監(jiān)控系統(tǒng)也從無(wú)到有，從非安全信息整合的以環(huán)調(diào)、電調(diào)為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，向與信號(hào)系統(tǒng)緊密結(jié)合的全機(jī)電系統(tǒng)信息集成演進(jìn)，并逐步向基于云平臺(tái)的深度融合型綜合監(jiān)控系統(tǒng)方向發(fā)展。

2 全自動(dòng)運(yùn)行條件下的綜合監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景

國(guó)際公共交通協(xié)會(huì)將列車(chē)運(yùn)行的自動(dòng)化等級(jí)(GoA)劃分為5級(jí)。其中，有人值守的列車(chē)全自動(dòng)運(yùn)行(DTO)模式屬于GoA3，該模式不設(shè)置列車(chē)司機(jī)崗位，但列車(chē)有人值守；無(wú)人值守的列車(chē)全自動(dòng)運(yùn)行(UTO)模式屬于GoA4，該模式列車(chē)不搭載工作人員。全自動(dòng)運(yùn)行(FAO)分為DTO和UTO兩種模式。

全自動(dòng)運(yùn)行條件下城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景通常分為正常場(chǎng)景、故障場(chǎng)景及緊急場(chǎng)景等3類(lèi)。

1) 正常場(chǎng)景指城市軌道交通線路中列車(chē)、機(jī)電系統(tǒng)等按時(shí)刻表自動(dòng)運(yùn)行的場(chǎng)景。該運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景主要包含車(chē)站監(jiān)控、列車(chē)監(jiān)控、段場(chǎng)監(jiān)控及重啟控制等4個(gè)部分。其中，一部分正常場(chǎng)景涉及到綜合監(jiān)控系統(tǒng)。與綜合監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的正常運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景包括運(yùn)營(yíng)準(zhǔn)備、車(chē)站自檢、列車(chē)到發(fā)站、關(guān)站、休眠及人員工作區(qū)管理等。

2) 故障場(chǎng)景指主要系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)重大故障，且足以影響城市軌道交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行或危及設(shè)備安全的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，以及主要系統(tǒng)需要檢修時(shí)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景。該運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景主要包含列車(chē)故障、車(chē)站設(shè)備故障、區(qū)間設(shè)備故障等3個(gè)部分。絕大部分的故障場(chǎng)景均涉及綜合監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)作。與綜合監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的故障場(chǎng)景包括重要車(chē)載設(shè)備報(bào)警、列車(chē)各種異常/緊急制動(dòng)、防淹門(mén)/人防門(mén)/站臺(tái)門(mén)狀態(tài)報(bào)警、車(chē)地通信故障/丟失等。

3) 緊急場(chǎng)景指當(dāng)列車(chē)在站臺(tái)、隧道區(qū)間受阻時(shí)，軌道交通運(yùn)營(yíng)部分受阻滯或現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)設(shè)備確認(rèn)災(zāi)害時(shí)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景。這些場(chǎng)景全部涉及綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。緊急場(chǎng)景包含自然災(zāi)害緊急情況、車(chē)站災(zāi)害及乘客異常等3個(gè)部分。

3 全自動(dòng)運(yùn)行條件下的綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 設(shè)計(jì)原則

全自動(dòng)運(yùn)行條件下的綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)增加如下設(shè)計(jì)原則：

1) 全自動(dòng)運(yùn)行條件下綜合監(jiān)控系統(tǒng)為安全苛求系統(tǒng)，應(yīng)遵循故障導(dǎo)向安全的設(shè)計(jì)理念；

2) 全自動(dòng)運(yùn)行條件下綜合監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制策略從以時(shí)間計(jì)劃為中心向以行車(chē)指揮為中心轉(zhuǎn)變；

3) 全自動(dòng)運(yùn)行條件下綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備高運(yùn)能及救災(zāi)能力，為消除安全隱患，應(yīng)能有預(yù)見(jiàn)性地進(jìn)行場(chǎng)景分析和預(yù)案設(shè)定；

4) 全自動(dòng)運(yùn)行條件下綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備高可靠性，以及完善的冗余機(jī)制。

3.2 調(diào)度員席位設(shè)置

傳統(tǒng)城市軌道交通線路的控制中心設(shè)置行車(chē)調(diào)度員、環(huán)境與設(shè)備調(diào)度員、電力調(diào)度員、維修調(diào)度員及總調(diào)度員等。

基于全自動(dòng)運(yùn)行模式下的管控需求，控制中心調(diào)度員的職責(zé)亦發(fā)生了變化。全自動(dòng)運(yùn)行模式下列車(chē)不再配備司機(jī)，原司機(jī)負(fù)責(zé)完成的行車(chē)管理、車(chē)載設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、乘客交互等轉(zhuǎn)化為行車(chē)調(diào)度的功能增強(qiáng)，增加了車(chē)輛調(diào)度和乘客調(diào)度席位。

新增的車(chē)輛調(diào)度需代替司機(jī)為行車(chē)提供必要的技術(shù)支持，其主要負(fù)責(zé)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，以解決車(chē)輛的技術(shù)問(wèn)題。新增的車(chē)輛調(diào)度主要包括：對(duì)列車(chē)進(jìn)行休眠和喚醒，對(duì)列車(chē)狀態(tài)信息以及開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)進(jìn)行監(jiān)視，接收列車(chē)故障信息，確認(rèn)列車(chē)火災(zāi)報(bào)警，響應(yīng)列車(chē)緊急制動(dòng)報(bào)警，下達(dá)遠(yuǎn)程隔離和旁路命令，設(shè)置并緩解列車(chē)停放制動(dòng)等。

新增的乘客調(diào)度需掌握行車(chē)基本知識(shí)，以及具備較強(qiáng)的溝通能力與心理疏導(dǎo)能力。乘客調(diào)度員代替司機(jī)時(shí)刻監(jiān)視列車(chē)上的客流情況，并負(fù)責(zé)接聽(tīng)列車(chē)上乘客的緊急呼叫，直接與乘客通話，幫助乘客解決問(wèn)題。新增的乘客調(diào)度主要包括：對(duì)列車(chē)進(jìn)行廣播，發(fā)布車(chē)載乘客信息，應(yīng)答乘客呼叫，接聽(tīng)乘客火災(zāi)報(bào)警電話，進(jìn)行車(chē)載視頻監(jiān)控，站臺(tái)邊緣異物協(xié)助確認(rèn)以及組織乘客疏散等。

3.3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的關(guān)系

在傳統(tǒng)的城市軌道交通線路中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立設(shè)置。但在全自動(dòng)運(yùn)行條件下，兩者的關(guān)系更加密切。首先需要在調(diào)度層面進(jìn)行信息的深度融合；不僅是傳統(tǒng)的地面接口，必要時(shí)可增加備用車(chē)載接口；尤其當(dāng)列控系統(tǒng)與地面信號(hào)系統(tǒng)發(fā)生通信故障時(shí)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)將作為地面信號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息來(lái)源。

基于全自動(dòng)運(yùn)行的嚴(yán)格需求，綜合監(jiān)控系統(tǒng)可與信號(hào)系統(tǒng)深度集成；采用統(tǒng)一硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，并將這些平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行冗余配置。建立以行車(chē)指揮為核心的全系統(tǒng)綜合監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)基于行車(chē)調(diào)度的豐富的多專(zhuān)業(yè)聯(lián)動(dòng)，以及實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度指揮，并對(duì)列車(chē)、設(shè)備、人員進(jìn)行全面管控。

3.4 基于車(chē)載監(jiān)控信息的車(chē)地?zé)o線傳輸方案

城市軌道交通列車(chē)的車(chē)載控制管理系統(tǒng)包括列車(chē)控制管理系統(tǒng)、列車(chē)火災(zāi)報(bào)警及環(huán)控系統(tǒng)、車(chē)載視頻監(jiān)視系統(tǒng)、車(chē)載乘客信息系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。該系統(tǒng)由車(chē)載乘客信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、多功能車(chē)輛總線網(wǎng)絡(luò)及車(chē)載維護(hù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接及協(xié)同工作。

全自動(dòng)運(yùn)行條件下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以與車(chē)載系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控，以及響應(yīng)列車(chē)緊急制動(dòng)報(bào)警和火災(zāi)報(bào)警。必要時(shí)設(shè)置車(chē)載綜合監(jiān)控系統(tǒng)，利用車(chē)載網(wǎng)絡(luò)，整合運(yùn)營(yíng)行車(chē)、列車(chē)健康管理、環(huán)控及乘客服務(wù)信息等數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)列車(chē)的全面監(jiān)控。

城市軌道交通可用的車(chē)地?zé)o線傳輸通道一般有信號(hào)系統(tǒng)車(chē)地?zé)o線傳輸通道、專(zhuān)用通信系統(tǒng)無(wú)線集群通道及乘客信息系統(tǒng)車(chē)地?zé)o線傳輸通道等3條。信號(hào)系統(tǒng)和乘客信息系統(tǒng)的車(chē)地?zé)o線傳輸通道可通過(guò)綜合承載實(shí)現(xiàn)，此時(shí)兩者可共用一張網(wǎng)絡(luò)。全自動(dòng)運(yùn)行條件下，無(wú)論是乘客信息系統(tǒng)自建通道還是與信號(hào)系統(tǒng)共建綜合承載通道，綜合監(jiān)控系統(tǒng)不再自建車(chē)地傳輸通道，而是利用通信系統(tǒng)建設(shè)的車(chē)地?zé)o線通道。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)自身機(jī)制，可建立穩(wěn)定、高速、可靠的信息傳輸通道。該系統(tǒng)將車(chē)載子系統(tǒng)信息、車(chē)載視頻圖像等根據(jù)實(shí)時(shí)性、重要性及時(shí)準(zhǔn)確地傳送至對(duì)應(yīng)調(diào)度人員，確保全自動(dòng)運(yùn)行下控制中心對(duì)列車(chē)進(jìn)行全面安全的掌控。

3.5 綜合監(jiān)控系統(tǒng)新增功能及接口

在全自動(dòng)運(yùn)行條件下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)與電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的監(jiān)控功能及接口均需加強(qiáng)。其中，站臺(tái)門(mén)新增的車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)間異物報(bào)警功能，以及站臺(tái)邊緣與列車(chē)間有異物或有異物侵入站臺(tái)邊緣時(shí)的報(bào)警功能，是全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的必備功能。同時(shí)上述報(bào)警將觸發(fā)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)聯(lián)動(dòng)。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)將通過(guò)增強(qiáng)信號(hào)系統(tǒng)接口，以及新增與車(chē)載列車(chē)控制系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的全面管控。此外，該系統(tǒng)還新增了乘客呼叫，以及站臺(tái)門(mén)、防淹門(mén)、人防門(mén)報(bào)警信息觸發(fā)的聯(lián)動(dòng)功能。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)將在車(chē)站級(jí)與上述系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)報(bào)警觸發(fā)的聯(lián)動(dòng)功能。全自動(dòng)運(yùn)行條件下的綜合監(jiān)控系統(tǒng)具體構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1 全自動(dòng)運(yùn)行條件下的綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.6 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的安全考慮

全自動(dòng)運(yùn)行條件下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)城市軌道交通正常可靠運(yùn)營(yíng)起到至關(guān)重要的作用。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的信息安全方案應(yīng)按照《信息安全等級(jí)保護(hù)管理辦法》《信息系統(tǒng)安全保護(hù)條例》和《信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級(jí)保護(hù)實(shí)施指南》等規(guī)范執(zhí)行。參照上述規(guī)范的第三級(jí)要求，綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠防范病毒入侵及黑客攻擊，并對(duì)數(shù)據(jù)有審計(jì)功能。

3.7 云平臺(tái)與全自動(dòng)運(yùn)行條件下綜合監(jiān)控系統(tǒng)的適應(yīng)性

云平臺(tái)是近年來(lái)城市軌道交通發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)，其具備嚴(yán)格的系統(tǒng)安全審計(jì)和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等功能；云平臺(tái)是能提供豐富的計(jì)算以及存儲(chǔ)資源的平臺(tái)，便于實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)融合，且具備快速海量數(shù)據(jù)處理和大數(shù)據(jù)輔助決策的能力；云平臺(tái)的雙活中心能方便地實(shí)現(xiàn)異地容災(zāi)，以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。云平臺(tái)的特點(diǎn)與全自動(dòng)運(yùn)行條件下城市軌道交通對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的高度整合、數(shù)據(jù)的快速處理，以及專(zhuān)家分析決策的多重需求均具備較好的匹配性。

圖2為基于云平臺(tái)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)采用了雙活中心的推薦方案。

圖2 基于云平臺(tái)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)提升了城市軌道交通運(yùn)管能力、全系統(tǒng)自動(dòng)化水平及乘客體驗(yàn)感受。隨著以云平臺(tái)、新一代5G通信為基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)、人工智能為主導(dǎo)的新技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，科技改變出行的體系正在被重構(gòu)。智慧地鐵理念將賦予全自動(dòng)運(yùn)行條件下綜合監(jiān)控系統(tǒng)更為深刻的內(nèi)涵，使其更好地服務(wù)于全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)。