TIAS 系統(tǒng)及其在北京地鐵6號(hào)線的應(yīng)用

陳吉余 李衛(wèi)娟 何紅光

北京地鐵6號(hào)線行車綜合控制自動(dòng)化系統(tǒng)(以下簡稱TIAS)，是將傳統(tǒng)信號(hào)系統(tǒng)中的列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)和傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行高度集成的項(xiàng)目。該方案將列車自動(dòng)監(jiān)控、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控等統(tǒng)一納入一個(gè)綜合數(shù)據(jù)信息平臺(tái)中，從而使整個(gè)系統(tǒng)的信息形成一個(gè)緊密結(jié)合的整體，對(duì)列車、電力、機(jī)電設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控，為運(yùn)營提供以行車指揮為核心的綜合運(yùn)營指揮平臺(tái)。

1 TIAS系統(tǒng)特點(diǎn)

TIAS系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成:中心級(jí)TIAS系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) (NMS)、仿真培訓(xùn)系統(tǒng)(TMS)、設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng) (DMS)、以及位于各車站的車站級(jí)TIAS系統(tǒng)。

1.統(tǒng)一的軟件平臺(tái)。整個(gè)TIAS系統(tǒng)建立在國產(chǎn)軟件平臺(tái)RT21的基礎(chǔ)上，搭建ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng))、PSCADA(電力監(jiān)控系統(tǒng))、BAS(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))等不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。它們遵從統(tǒng)一的平臺(tái)接口協(xié)議:統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫;統(tǒng)一的實(shí)時(shí)服務(wù)器并支持分布式部署;統(tǒng)一的人機(jī)界面。

2.統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。TIAS系統(tǒng)采用統(tǒng)一的赫思曼工業(yè)以太骨干網(wǎng)方案，ATS、PSCADA、BAS等業(yè)務(wù)功能，統(tǒng)一部署在由同一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成的骨干網(wǎng)絡(luò)中，通過專用的FEP實(shí)現(xiàn)TIAS系統(tǒng)與ATP/ATO/CI等信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)，既保證了整個(gè)系統(tǒng)的交互性，又保證了信號(hào)系統(tǒng)的安全性。

3.統(tǒng)一的運(yùn)營指揮。TIAS系統(tǒng)將 ATS、PSCADA、BAS業(yè)務(wù)建立在同一個(gè)軟件平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，提供統(tǒng)一的運(yùn)營指揮管理平臺(tái)。

4.統(tǒng)一的維護(hù)調(diào)度。TIAS系統(tǒng)的DMS子系統(tǒng)，融合了原信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)MSS和既有綜合監(jiān)控中所有的設(shè)備管理系統(tǒng)，統(tǒng)一對(duì)整個(gè)TIAS系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，負(fù)責(zé)設(shè)備的預(yù)防修、狀態(tài)修和計(jì)劃修，并針對(duì)設(shè)備故障提供RAMS(可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性)分析，輔助進(jìn)行維護(hù)調(diào)度決策。

2 軟件系統(tǒng)構(gòu)成

1．?dāng)?shù)據(jù)接口層。對(duì)被監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，主要由中心和車站的前端處理器FEP完成。

2．?dāng)?shù)據(jù)處理層。用于實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)管理，主要由中心、車站服務(wù)器構(gòu)成，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，提供TIAS系統(tǒng)的應(yīng)用功能。使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle11g作為歷史數(shù)據(jù)庫。

3．人機(jī)接口層。用于處理人機(jī)接口，主要由操作員、操作站構(gòu)成，通過從中心、車站服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，在操作站上顯示人機(jī)界面，完成各種監(jiān)控操作。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

TIAS系統(tǒng)的硬件分為2層:中心級(jí)TIAS系統(tǒng)(分為主控和備控)和車站級(jí)TIAS系統(tǒng)。下面以北京地鐵6號(hào)線TIAS系統(tǒng)為例，介紹各個(gè)子系統(tǒng)的構(gòu)成。

3.1 中心TIAS系統(tǒng)

中心TIAS系統(tǒng)依據(jù)熱備、冗余、開放、可靠、易擴(kuò)展的原則，采用分層、分布式設(shè)計(jì)，C/S結(jié)構(gòu)，TCP/IP協(xié)議。熱備冗余方式的主機(jī)故障時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行主備切換，確保連續(xù)的顯示及控制功能。

中心TIAS系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)為傳輸速率在100/1000Mb/s的冗余、相互獨(dú)立的三層工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過全線主干網(wǎng)，將各車站級(jí)的TIAS系統(tǒng)信息匯集到控制中心，從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的行車綜合自動(dòng)控制。主控制中心系統(tǒng)的主要設(shè)備如下。

1．以太網(wǎng)交換機(jī)。中心設(shè)備機(jī)房設(shè)置一套冗余的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，用于工業(yè)以太網(wǎng)主干網(wǎng)接入。

2．服務(wù)器。配置冗余的實(shí)時(shí)服務(wù)器 (應(yīng)用服務(wù)器)，完成中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理工作。

3．前端處理器。通過2組冗余配置的FEP，接收和發(fā)送OCC(控制中心)各相關(guān)子系統(tǒng)的信息。

4．操作站。設(shè)有多臺(tái)工作站，供各子系統(tǒng)值班員進(jìn)行操作。

5．打印機(jī)。配置多臺(tái)打印機(jī)，分別用于運(yùn)行圖打印、系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表打印，以及信號(hào)系統(tǒng)故障報(bào)警打印等。

6．TCC專用網(wǎng)關(guān)。在控制中心設(shè)備機(jī)房配置2套冗余的TCC專用網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)1負(fù)責(zé)傳送供電設(shè)備、機(jī)電設(shè)備等相關(guān)運(yùn)行信息;網(wǎng)關(guān)2負(fù)責(zé)傳送與列車運(yùn)行的相關(guān)信息。

7．大屏幕接口計(jì)算機(jī)。在調(diào)度大廳配置1臺(tái)大屏幕接口計(jì)算機(jī)，將站場圖等顯示信息轉(zhuǎn)換為指定格式發(fā)送到大顯示屏。

8．防火墻。在控制中心設(shè)備機(jī)房配置2臺(tái)專用防火墻。

9．電源設(shè)備、防雷設(shè)備。統(tǒng)一設(shè)置足夠容量的UPS不間斷電源為系統(tǒng)內(nèi)部所有服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電。

3.2 備用TIAS系統(tǒng)

與中心TIAS系統(tǒng)相同，備用中心TIAS系統(tǒng)采用分層、分布式設(shè)計(jì)，C/S結(jié)構(gòu)，TCP/IP協(xié)議。通過全線主干網(wǎng)，將各車站級(jí)的TIAS系統(tǒng)信息匯集到備用中心，從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的行車綜合自動(dòng)控制。

3.3 車站TIAS系統(tǒng)

當(dāng)中心TIAS系統(tǒng)或主干網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，車站TIAS系統(tǒng)仍可繼續(xù)工作。車站TIAS系統(tǒng)通過車站局域網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場級(jí)的信息匯集到車站級(jí)TIAS系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)車站級(jí)的行車綜合自動(dòng)控制，它與主干網(wǎng)之間通過冗余1000Mb/s光口進(jìn)行連接。

車站設(shè)備集中站和非設(shè)備集中站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有所不同。主要區(qū)別在于:在集中站，設(shè)置信號(hào)專用FEP(雙機(jī)配置、冗余網(wǎng)卡)，用于TIAS中央級(jí)系統(tǒng)、車站級(jí)系統(tǒng)與ATP/CI系統(tǒng)接口及驅(qū)動(dòng)發(fā)車計(jì)時(shí)器;在非集中站，設(shè)置信號(hào)專用FEP(單機(jī)配置、冗余網(wǎng)卡)，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)車計(jì)時(shí)器。

車站TIAS系統(tǒng)的主要設(shè)備:每個(gè)車站TIAS系統(tǒng)配置一套冗余的實(shí)時(shí)服務(wù)器，完成車站ATS、BAS、PSCADA等集成及互聯(lián)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理工作。設(shè)備集中站TIAS系統(tǒng)配置2組冗余的 FEP，其中一組用于接收和發(fā)送車站 BAS、PSCADA等集成和互連系統(tǒng)的信息，另一組用于實(shí)現(xiàn)TIAS系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng) (ATP/ATO/CI)的接入。車站TIAS系統(tǒng)主要有2套工作站:1套車站值班站長操作工作站;1套車站值班員操作工作站。在車站控制室設(shè)置IBP盤，在緊急情況時(shí)，可通過IBP盤實(shí)現(xiàn)車站的關(guān)鍵控制功能。在各站站臺(tái)的相應(yīng)位置、終端折返站入庫線和轉(zhuǎn)換軌的入正線處的適當(dāng)位置，設(shè)置正向發(fā)車計(jì)時(shí)器，指示列車在車站的發(fā)車時(shí)刻和進(jìn)入正線的時(shí)刻。該發(fā)車計(jì)時(shí)器含串口轉(zhuǎn)換器，具有故障診斷和報(bào)警功能。

3.4 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)支持TCP/IP和SNMP標(biāo)準(zhǔn)，采用C/S結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)對(duì)全線TIAS系統(tǒng)進(jìn)行功能維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理、配置管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、故障報(bào)告、事件記錄、參數(shù)調(diào)制、創(chuàng)建、編輯和刪除數(shù)據(jù)庫等操作。網(wǎng)管維護(hù)人員對(duì)全線網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行管理，收集報(bào)警日志記錄，產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)表，對(duì)整個(gè)TIAS系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行圖形維護(hù)、數(shù)據(jù)庫的管理維護(hù)、參數(shù)庫維護(hù)和新應(yīng)用程序的開發(fā)等。

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)定時(shí)檢查各系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及軟件模塊的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生故障立即作出相應(yīng)處理并報(bào)警。在控制中心的維護(hù)操作站上，顯示整個(gè)TIAS系統(tǒng)和各個(gè)車站的TIAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)圖，通過選擇對(duì)象，可以進(jìn)一步顯示該設(shè)備狀態(tài)，如:網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、應(yīng)用軟件運(yùn)行狀態(tài)、FEP的通信狀態(tài)、各個(gè)系統(tǒng)連接通道的工作狀態(tài)等，自動(dòng)記錄網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的在線/離線狀態(tài)等。網(wǎng)絡(luò)管理員能夠通過簡單的界面和操作，對(duì)全線TIAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高效的管理。同時(shí)，NMS系統(tǒng)還配置了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備和軟件，保障網(wǎng)管系統(tǒng)的安全。

3.5 設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)

設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)是TIAS系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和維護(hù)輔助工具，主要用于維護(hù)信息的采集，幫助維修調(diào)度人員對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行定位，管理維修作業(yè)。調(diào)度員可借助DMS制定、計(jì)劃與安排維修工作，達(dá)到比傳統(tǒng)人工方式更加有效的效果。DMS采用標(biāo)準(zhǔn)SNMP協(xié)議采集相關(guān)設(shè)備狀態(tài)，只要符合接口標(biāo)準(zhǔn)，即可納入DMS監(jiān)測范圍，具有良好的開放性、可靠性和可擴(kuò)展性。

3.6 仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

在培訓(xùn)室設(shè)置培訓(xùn)服務(wù)器、培訓(xùn)工作站、培訓(xùn)模擬器和打印機(jī)。其中，培訓(xùn)服務(wù)器是培訓(xùn)系統(tǒng)的核心;培訓(xùn)工作站為學(xué)員提供培訓(xùn)的人機(jī)界面;培訓(xùn)模擬器模擬列車運(yùn)行和信號(hào)設(shè)備的工作，響應(yīng)行調(diào)控制指令，為培訓(xùn)教師提供人機(jī)界面;培訓(xùn)系統(tǒng)的事件、報(bào)警、報(bào)表和運(yùn)行圖，可通過培訓(xùn)打印機(jī)輸出。

北京地鐵6號(hào)線TMS系統(tǒng)分別位于小營控制中心和五里橋車輛段。中心的培訓(xùn)服務(wù)器通過以太網(wǎng)接口，與控制中心以太網(wǎng)交換機(jī)連接，從而具備連接到主干網(wǎng)的條件，單向獲取TIAS系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

4 北京地鐵6號(hào)線的應(yīng)用

北京地鐵6號(hào)線全線共設(shè)車站27座，最大站間距4001m，最小站間距 845m，平均站間距1632m。全線設(shè)車輛段2座，停車場1座，車輛段位于朝陽區(qū)東部邊緣的五里橋和終點(diǎn)東小營站，停車場位于線路起點(diǎn)五路居站。信號(hào)系統(tǒng) (含綜合監(jiān)控系統(tǒng))采用將原信號(hào)系統(tǒng)中列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)ATS與原綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一技術(shù)平臺(tái)、信息全面整合的技術(shù)方案。

TIAS系統(tǒng)在北京地鐵6號(hào)線的布置如下:在小營的主控制中心設(shè)置中心級(jí)TIAS系統(tǒng)、NMS、TMS和 DMS;各個(gè)車站設(shè)置車站級(jí) TIAS系統(tǒng)、DMS;在五路居停車場設(shè)置TIAS系統(tǒng);在五里橋和東小營車輛段設(shè)置TIAS系統(tǒng);于五里橋車輛段備用中心設(shè)置TIAS系統(tǒng)、DMS、TMS和NMS等。根據(jù)不同應(yīng)用，將人機(jī)界面分為了8個(gè)邏輯區(qū)域。

1．車站選擇。該區(qū)域顯示北京地鐵6號(hào)線的整條行車線車站，包括車輛段、變電所。車站按鈕變色代表現(xiàn)已選擇的車站，控制中心操作員的初始選擇為全線中的某一車站，而車站操作員的初始選擇則為本車站。操作員可點(diǎn)擊代表車站的按鈕來直接進(jìn)入與該站有關(guān)的畫面?？刂浦行牟僮鲉T可點(diǎn)選任何一個(gè)車站，車站值班員只可以點(diǎn)選其有操作權(quán)限的車站。

2．專業(yè)導(dǎo)航。該區(qū)域提供布局圖、供電、機(jī)電、火災(zāi)報(bào)警、列車監(jiān)控、安全門、閉路電視、廣播、乘客信息、售檢票、門禁等。被禁用的子系統(tǒng)(因?yàn)楫?dāng)前用戶權(quán)限不許可)，其導(dǎo)航項(xiàng)將會(huì)變灰，且無法點(diǎn)擊，因此不會(huì)出現(xiàn)越權(quán)操作。專業(yè)按鈕變色代表現(xiàn)已選擇的專業(yè)，每一專業(yè)按鈕被點(diǎn)擊后，會(huì)帶出一個(gè)畫面類型導(dǎo)航項(xiàng)。

3．畫面類型導(dǎo)航。操作員點(diǎn)擊畫面類型導(dǎo)航按鈕，對(duì)應(yīng)的監(jiān)控界面將顯示在監(jiān)控主界面區(qū)，畫面類型導(dǎo)航按鈕變色，代表現(xiàn)已選擇的畫面類型導(dǎo)航。在中心的監(jiān)控畫面中，要調(diào)用車站的畫面，可以在導(dǎo)航區(qū)選擇“車站”按鈕，出現(xiàn)車站畫面類型導(dǎo)航欄。

4．監(jiān)控主畫面。該區(qū)域位于屏幕中央，包括監(jiān)控畫面、對(duì)話框、報(bào)警列表、報(bào)表、趨勢等等。根據(jù)選擇的系統(tǒng)和專業(yè)，這個(gè)區(qū)域呈現(xiàn)不同的視圖。在監(jiān)控畫面上選擇了某個(gè)設(shè)備后，調(diào)出一個(gè)對(duì)話窗口 (比如，控制命令窗口)。調(diào)出的對(duì)話框總是在畫面的最上層顯示，并盡量不阻擋處于后面的對(duì)象。每一對(duì)話框都有一個(gè)清晰的標(biāo)題，并有一個(gè)確認(rèn)按鈕或確認(rèn)和取消按鈕，讓操作員選擇是否保留或退出。

5．報(bào)警信息。該區(qū)域最新3條未確認(rèn)報(bào)警條位于界面的底端，包括:3條最新的報(bào)警文本行，顯示報(bào)警文本信息和發(fā)生的時(shí)間日期。報(bào)警記錄按優(yōu)先級(jí)順序顯示 (1級(jí)＞0級(jí)＞2級(jí))，后發(fā)頂置。

6．報(bào)警提醒及靜音欄。該區(qū)域用以提示當(dāng)前未確認(rèn)的報(bào)警條數(shù)、當(dāng)前總報(bào)警數(shù)目，以及提供靜音功能。

7．操作員信息和系統(tǒng)時(shí)間。該區(qū)域定義的顯示內(nèi)容包括:登入用戶名稱、用戶組。例如，操作員是“TIAS”，用戶組為“系統(tǒng)管理員”;日期格式是星期 xxyyyy-mm-dd，如星期六2009-07-04。

8．系統(tǒng)工具欄。該區(qū)域主要提供一些常用/緊急的功能，點(diǎn)擊工具按鈕，將會(huì)打開對(duì)應(yīng)的功能界面，主要工具包括:當(dāng)前扣車、當(dāng)前跳停、各類電力控制權(quán)限按鈕、報(bào)表瀏覽、縮放、前后頁面切換按鈕。

5 結(jié)束語

TIAS系統(tǒng)在中心或車站通過與ATS、PSCADA、 BAS、 CI、 ATP/ATO、 PA、 CCTV、 AFC、ACS、PSD等系統(tǒng)集成或者互聯(lián)，為運(yùn)營提供以行車指揮為核心的綜合運(yùn)營指揮平臺(tái)，統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)對(duì)全線的設(shè)備監(jiān)控。

［1］ 卡斯柯信號(hào)有限公司．TIAS系統(tǒng)需求定義文件［R］．2011，11.

［2］ 卡斯柯信號(hào)有限公司．TIAS系統(tǒng)ATS子系統(tǒng)軟件需求規(guī)格書［R］．2011，2.

［3］ 牛濤．地鐵信號(hào)系統(tǒng)車-地?zé)o線通信干擾分析［J］．鐵道通信信號(hào)，2013(6):66－68.

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［5］ 何永發(fā)．城際鐵路列控系統(tǒng)研究［J］．鐵道通信信號(hào)，2013(11):4－8.