城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)仿真平臺的發(fā)展研究

孟凡輝

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京，210061）

21世紀(jì)初，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)將供電系統(tǒng)與機電系統(tǒng)整合，實現(xiàn)了以電調(diào)、環(huán)調(diào)為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并與廣播系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、列車自動監(jiān)控系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)進(jìn)行接口信息互聯(lián)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成為過去城市軌道交通建設(shè)必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，綜合監(jiān)控的發(fā)展也帶動了綜合監(jiān)控仿真平臺（以下簡稱仿真平臺）的發(fā)展。

1 綜合監(jiān)控仿真平臺研究現(xiàn)狀

伴隨著綜合監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展，為了有效培養(yǎng)地鐵運營人員，提高地鐵調(diào)度、運營、維護(hù)人員的水平，培養(yǎng)專業(yè)人才，文獻(xiàn)[1-3]等人設(shè)計了一種RT21-STS培訓(xùn)系統(tǒng)，對綜合監(jiān)控各個子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行模擬仿真或者與實物聯(lián)合仿真，特定場景管理和數(shù)據(jù)反演，該系統(tǒng)已在西安、鄭州、太原、重慶、北京、寧波等城市進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，如圖1所示。文獻(xiàn)[4]通過建設(shè)基地的方式進(jìn)行仿真教學(xué)和培訓(xùn)，基地主要分為三大功能區(qū)，包括列車駕駛、車輛檢修與乘務(wù)服務(wù)實訓(xùn)區(qū)，行車調(diào)度指揮控制仿真實訓(xùn)區(qū)，城軌供用電實訓(xùn)區(qū)，采用軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)對學(xué)生的培訓(xùn)，老師可以根據(jù)操作記錄進(jìn)行審閱、評判、管理、最后發(fā)布成績。文獻(xiàn)[5]無錫地鐵培訓(xùn)中心的ISCS是將PLC、軟件、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，通過將中心內(nèi)PSCADA、CLK、PA、CCTV、PSD、FAS、ACS、BAS專業(yè)數(shù)據(jù)采集模擬到仿真平臺，統(tǒng)一處理、單獨存儲與功能仿真。文獻(xiàn)[6]提出綜合運營仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是涵蓋OCC(運營控制中心)調(diào)度人員、車站值班人員、列車司機等進(jìn)行培訓(xùn)的綜合仿真系統(tǒng)，可實現(xiàn)各個相關(guān)子系統(tǒng)的獨立仿真培訓(xùn)功能,又可進(jìn)行有效的結(jié)合,從而實現(xiàn)對運營相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)合培訓(xùn)和演練功能。目前學(xué)?；蛘叩罔F公司主要搭建綜合仿真基地對城市軌道交通進(jìn)行綜合仿真。除了綜合監(jiān)控仿真外，目前國內(nèi)大多數(shù)城市軌道交通仿真都是針對特定專業(yè)或者特定場景進(jìn)行仿真，如文獻(xiàn)[7]研究基于虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù),集成走步設(shè)備、視覺設(shè)備、火災(zāi)仿真、地鐵環(huán)境系統(tǒng)建模等技術(shù),構(gòu)建適用于地鐵大空間的沉浸式火災(zāi)疏散仿真軟硬件技術(shù)框架,文獻(xiàn)[8]設(shè)計了一種閉路電視監(jiān)控仿真系統(tǒng)，該仿真系統(tǒng)由通信單元、仿真攝像機和仿真界面三部分組成,為學(xué)員提供模擬的真實環(huán)境等，其他還有很多針對車輛、ATS、PA進(jìn)行單獨專業(yè)進(jìn)行仿真。

圖1 一種綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)平臺架構(gòu)

2 綜合監(jiān)控仿真平臺存在問題

雖然城市軌道交通綜合仿真平臺過去有了一定的發(fā)展，但是它的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于綜合監(jiān)控的建設(shè)，尤其近年來綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件的應(yīng)用研究已更側(cè)重于深度集成、無人駕駛、綜合安防及運維、云平臺等領(lǐng)域，越來越多的城市形成線網(wǎng)級的監(jiān)控，同時隨著數(shù)字技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)有的仿真平臺已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足地鐵建設(shè)和運營的需求。

目前仿真平臺普遍都存在著以下不足：

(1)仿真平臺集成優(yōu)勢發(fā)揮不明顯

在各個城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮的仿真效果欠佳，雖然能模擬一些操作，但是復(fù)雜的模擬，聯(lián)動模擬等模擬測試等不夠深入，導(dǎo)致現(xiàn)場運營人員使用較少。地鐵里面工作人員太多，有調(diào)度、值班、客服、維修、管理、保安和安檢、物業(yè)管理人員，由于這些工種又細(xì)分很多領(lǐng)域，例如調(diào)度分為行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)、維調(diào)、總調(diào)等，維護(hù)又電力、機電、信號、通信、車輛等，該培訓(xùn)只能面向綜合監(jiān)控專業(yè)或者調(diào)度人員進(jìn)行簡單的仿真，面向面太窄，普及率不高，實效性發(fā)揮不明顯，沒有充分發(fā)揮綜合監(jiān)控專業(yè)最大的集成優(yōu)勢。

(2)仿真平臺靈活性較差

地鐵里面工種多種多樣，目前的仿真平臺都是固定在某一個地點或者一個區(qū)域，靈活性較差。讓員工去一個固定的地方去進(jìn)行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，耗時耗力，當(dāng)有疫情等特殊原因時，仿真平臺無法發(fā)揮最大作用，造成一定的資源浪費。

(3)協(xié)同培訓(xùn)場景功能較差

地鐵發(fā)生應(yīng)急故障往往是需要多個工種協(xié)同工作，傳統(tǒng)的都是對同一個工種進(jìn)行培訓(xùn)或者協(xié)同合作資源有限，達(dá)不到理想應(yīng)急演練效果。

(4)沒有針對地鐵不同工種進(jìn)行差異化分類

沒有對地鐵不同的工種進(jìn)行差異化分類，度、值班、客服、維修、管理、保安和安檢、物業(yè)管理等人員等看到內(nèi)容差異化較小，場景設(shè)置沒有針對不同工種進(jìn)行設(shè)定或者不夠全面。

(5)仿真規(guī)模有限

由于硬件和軟件資源的限制，仿真的規(guī)模有限，往往只能仿真?zhèn)€別車站和設(shè)備，無法仿真全線運營情況，無法進(jìn)行等效的數(shù)值分析和研究。

(6)云平臺、線網(wǎng)中心、智慧車站等新型綜合監(jiān)控建設(shè)方式目前還沒法進(jìn)行有效仿真。

3 綜合監(jiān)控仿真平臺發(fā)展展望

隨著目前數(shù)字化技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云平臺技術(shù)的快速推進(jìn)，綜合監(jiān)控的建設(shè)方式也有了多種形式，從傳統(tǒng)的方式，形成線網(wǎng)+線路+車站等的運營方式，ATS和ISCS的深度集成的TIAS建設(shè)形勢，還有基于云平臺架構(gòu)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)有的仿真平臺已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足地鐵建設(shè)和運營的需求。

針對以上的綜合監(jiān)控仿真平臺缺陷和最幾年新技術(shù)新場景的快速應(yīng)用，筆者對綜合監(jiān)控系統(tǒng)仿真平臺做以下展望（如圖2）：

圖2 綜合監(jiān)控仿真平臺展望

(1)與移動互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的培訓(xùn)仿真方式

傳統(tǒng)仿真平臺往往都是在固定的培訓(xùn)基地，移動性較差，像疫情這種特殊情況，就無法進(jìn)行仿真，移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，在線教育的快速普及，可以讓仿真平臺和在線教育平臺相結(jié)合的方式，實現(xiàn)移動仿真和移動模擬仿真，提高仿真培訓(xùn)的實時性、便利性，提高仿真培訓(xùn)效率。

(2)模型建立由傳統(tǒng)的二位模型向二維模型和多維模型相結(jié)合的方式轉(zhuǎn)化

傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)仿真平臺通常使用二維展示設(shè)備，不夠真實和直觀模擬設(shè)備功能，隨著智能制造、工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、數(shù)字孿生技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的快速推進(jìn)，創(chuàng)建設(shè)備的數(shù)字模型，通過調(diào)用數(shù)字接口驅(qū)動，能夠動態(tài)直觀模擬具體設(shè)備運行狀態(tài)和原理展示，實現(xiàn)對員工的深入式培訓(xùn)，提高員工工作技能。

(3)充分發(fā)揮綜合監(jiān)控深度集成優(yōu)勢，對列車、車輛、電力、環(huán)控、客流等設(shè)備、交換設(shè)備、服務(wù)器、架構(gòu)、運行方式等進(jìn)行高度集成仿真。

隨著大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識到數(shù)據(jù)的可貴價值，這幾年綜合監(jiān)控系統(tǒng)接入各專業(yè)（如ATS、車輛、PA）的數(shù)據(jù)更加完整，為更好的進(jìn)行仿真平臺建設(shè)提供了有利條件，如果不能直接集成，可以集成對方提供仿真接口，將孤立的仿真平臺，集成到綜合監(jiān)控中去，形成一體化的仿真平臺，便于運營培訓(xùn)管理和培養(yǎng)多方面人才，有效節(jié)約人工成本。

(4)形成線網(wǎng)級的仿真分析平臺，考慮社會、人、環(huán)境等因素對地鐵運營的分析，提供數(shù)值分析和等價研究

隨著越來越多的城市從線路到線網(wǎng)開始發(fā)展，原來綜合監(jiān)控主要針對的線路仿真也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足相關(guān)需求，必須考慮多線路的情況，同時可以仿真社會、人、環(huán)境對列車運營、客流等對線路的影響，提高仿真平臺的研究功能，分析不同因素對各個專業(yè)或者運營的影響。

隨著云平臺技術(shù)的發(fā)展，容器技術(shù)的普及，輕便小的容器使得模擬全線路車站和中央成為可能，使用云平臺容器技術(shù)將為仿真平臺節(jié)約很多的硬件資源，能夠?qū)崿F(xiàn)線網(wǎng)級等更大規(guī)模仿真，并通過微服務(wù)等更好的做數(shù)據(jù)分析和研究。

(5)為不同工種定義不同的仿真場景和協(xié)作場景

對不同工種進(jìn)行場景分類，仿真分類，制定不同的培訓(xùn)場景實現(xiàn)各個工種的仿真培訓(xùn)，對于不同工種進(jìn)行定制化服務(wù)和協(xié)同服務(wù)。

地鐵的故障的應(yīng)急處理需要各個崗位的人員協(xié)同合作，包括調(diào)度、值班、客服維修、管理、保安和安檢、物業(yè)管理人員等各專業(yè)人員的協(xié)同合作，通過一體化的仿真平臺能夠有效仿真不同的應(yīng)急場景，實現(xiàn)多工種協(xié)同合作。

4 總結(jié)

城市軌道交通綜合仿真平臺過去有了一定的發(fā)展，但是它的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于綜合監(jiān)控的建設(shè)，隨著數(shù)字技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、基于容器的云平臺技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)有的仿真平臺已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足地鐵建設(shè)和運營的需求。本文針對目前仿真平臺的不足，對未來仿真平臺建設(shè)進(jìn)行展望，從而更好的為調(diào)度、值班、客服、維修、管理、保安和安檢、物業(yè)管理人員等地鐵人員進(jìn)行仿真培訓(xùn)或者相關(guān)對從業(yè)人員進(jìn)行更好的數(shù)據(jù)研究。