以行車調(diào)度為核心的綜合監(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∥高級(jí)工程師)

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以行車調(diào)度為核心的綜合監(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∥高級(jí)工程師)

介紹了城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主流集成方案,分析了建設(shè)以行車指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的必然性。提出了包括功能優(yōu)化、接口方案、數(shù)據(jù)流程、網(wǎng)絡(luò)方案在內(nèi)的完整的綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案,分析了其對(duì)運(yùn)營(yíng)管理的積極影響,并指出了系統(tǒng)集成技術(shù)后續(xù)發(fā)展的方向。

綜合監(jiān)控系統(tǒng); 系統(tǒng)集成; 行車調(diào)度指揮

Author′s address China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.,Ltd.,430063,Wuhan,China

目前,軌道交通機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)化水平達(dá)到前所未有的高度。在建軌道交通項(xiàng)目均考慮設(shè)置綜合監(jiān)控系統(tǒng),通過計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)整合實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)電設(shè)備綜合自動(dòng)化。綜合監(jiān)控系統(tǒng)在充分考慮乘客、環(huán)境及設(shè)備的防災(zāi)和安全的基礎(chǔ)上,通過對(duì)眾多機(jī)電系統(tǒng)的集成和互聯(lián),提供各系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)和觸發(fā)聯(lián)動(dòng),提高了事件反應(yīng)能力和速度,提升了軌道交通運(yùn)營(yíng)管理水平及服務(wù)質(zhì)量。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案

1.1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案介紹

目前，國內(nèi)外軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成方案主要有兩種:一是采用以環(huán)調(diào)、電調(diào)為核心并兼顧部分與行調(diào)有關(guān)子系統(tǒng)的集成方案；二是以行車調(diào)度指揮為核心,同時(shí)提供環(huán)境監(jiān)控、電力監(jiān)控和乘客監(jiān)控等功能的集成方案。目前國內(nèi)大部分已實(shí)施或準(zhǔn)備實(shí)施的綜合監(jiān)控系統(tǒng)都推薦采用以環(huán)境調(diào)度、電力調(diào)度為核心的集成方式。北京地鐵6號(hào)線等部分國內(nèi)新建線路，以及新加坡地鐵東北線、法國巴黎地鐵14號(hào)線等境外項(xiàng)目也成功采用了以行車調(diào)度指揮為核心的集成方案。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)的集成對(duì)象主要是列車自動(dòng)監(jiān)控(ATS)子系統(tǒng)。ATS子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行的集中監(jiān)控和行車指揮。ATS系統(tǒng)的核心功能包括:列車運(yùn)行圖/時(shí)刻表的編制及管理,列車進(jìn)路的控制,列車運(yùn)行描述、調(diào)整、限制、查詢,節(jié)能運(yùn)行控制,操作和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),監(jiān)視及報(bào)警功能,提供發(fā)車指示,以及實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的外部接口。

1.2 兩種綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案比較

兩種方案的主要區(qū)別在于對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的集成深度上。以環(huán)調(diào)、電調(diào)為核心的集成方案相對(duì)較易實(shí)現(xiàn)集成。行車調(diào)度系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行,即使集成平臺(tái)出現(xiàn)故障也不會(huì)影響全線的行車安全。該集成方案不僅具有較高的可實(shí)施性,對(duì)提高運(yùn)營(yíng)管理水平也有較大幫助,但不具備行車指揮能力。這與我國當(dāng)前軌道交通管理水平相適應(yīng)。

以行車調(diào)度指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在集成了環(huán)境調(diào)度、電力調(diào)度子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步集成了ATS子系統(tǒng)。此時(shí)系統(tǒng)具備行車、電力、環(huán)境控制的綜合調(diào)度能力,不僅減少了系統(tǒng)間接口,還加強(qiáng)了系統(tǒng)間的信息互通和資源共享，使軌道交通機(jī)電設(shè)備的整體運(yùn)營(yíng)性能得到進(jìn)一步提升。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成ATS子系統(tǒng)后便直接負(fù)責(zé)行車指揮調(diào)度,故對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求更高，為此增加了安全性指標(biāo)。由于增加了軟件平臺(tái)的整合和兼容要求、數(shù)據(jù)類型一致性協(xié)商、數(shù)據(jù)流向協(xié)調(diào)，以及ATS與ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)閉環(huán)輸入部分的兼容性等眾多內(nèi)容,其內(nèi)部接口更加復(fù)雜。

1.3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成ATS子系統(tǒng)的必然性

城市軌道交通運(yùn)輸?shù)纳窠?jīng)中樞即為信號(hào)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,以行車調(diào)度指揮為核心的集成方式已成為軌道交通自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。采用該集成方式能更好地發(fā)揮綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),做到行車、設(shè)備、乘客和環(huán)境的綜合智能化管理,為實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)作直接服務(wù)于“運(yùn)輸”提供全面的技術(shù)平臺(tái)。2008年加拿大蒙特利爾市的軌道交通采用ALSTOM(阿爾斯通)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了4條線路的全面監(jiān)控,并在控制中心實(shí)現(xiàn)了包含行車調(diào)度、電力調(diào)度、環(huán)控調(diào)度等業(yè)務(wù)在內(nèi)的綜合調(diào)度,對(duì)多條線路的運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)視和控制。

近年來,在國內(nèi)已對(duì)以行車指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)開展研究,既從綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成ATS子系統(tǒng)的可行性、優(yōu)缺點(diǎn)、安全性指標(biāo)、對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響等角度進(jìn)行了探討;也有相關(guān)科研報(bào)道給出接口實(shí)施方案。南瑞集團(tuán)公司和卡斯柯公司聯(lián)合開發(fā)的TIAS系統(tǒng)已在北京地鐵6號(hào)線實(shí)施。

2 以行車調(diào)度指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案

2.1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能優(yōu)化

(1) 通過系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的信息融合。綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成ATS子系統(tǒng)后,由于其系統(tǒng)功能模塊在通用功能模塊、電力監(jiān)控模塊、環(huán)境監(jiān)控模塊的基礎(chǔ)上增加了ATS功能模塊,故具備ATS子系統(tǒng)全部功能,可對(duì)軌道交通中環(huán)境、供電、設(shè)備、乘客及列車等進(jìn)行全面監(jiān)控,并通過新的功能和手段,來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間快速聯(lián)動(dòng)和非正常情況的快速反應(yīng)。

(2) 實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛下的深度集成功能。這些功能包括:①列車自動(dòng)喚醒、啟停運(yùn)等全自動(dòng)駕駛支持;②早起運(yùn)行、站臺(tái)火災(zāi)、區(qū)間掉電、防淹門閉鎖等以行車指揮為核心的聯(lián)動(dòng);③實(shí)施列車報(bào)警、車輛管理的車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè);④實(shí)時(shí)列車位置查詢、乘客呼叫響應(yīng)、列車自動(dòng)報(bào)站等乘客服務(wù)功能。

(3) 實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面整合。既有的站場(chǎng)圖中將與行車安全息息相關(guān)的牽引供電、火災(zāi)報(bào)警、屏蔽門開閉及防淹門位置狀態(tài)等信息集中整合體現(xiàn),形成一張以行車指揮為中心的機(jī)電系統(tǒng)圖,使站場(chǎng)圖得到較大幅度的功能升級(jí),并對(duì)時(shí)間信息、報(bào)警信息,以及菜單欄等通用功能模塊內(nèi)容進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。

(4) 全線機(jī)電設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)集中設(shè)置。

(5) 為后備控制中心的建設(shè)提供了有利條件。

2.2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與ATS子系統(tǒng)接口方案

接口方案是綜合監(jiān)控系統(tǒng)與ATS子系統(tǒng)集成的核心內(nèi)容。接口方案包括物理接口和功能接口。

ATS子系統(tǒng)從信號(hào)系統(tǒng)中劃分出來,成為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一部分。綜合監(jiān)控系統(tǒng)與ATS子系統(tǒng)從車站接口到中央級(jí)服務(wù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃和實(shí)施。

(1) 中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置統(tǒng)一的SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)平臺(tái),按照電力監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、ATS監(jiān)控劃分功能模塊;提供統(tǒng)一對(duì)外的I/O(輸入/輸出)接口服務(wù);提供統(tǒng)一的通用時(shí)間、報(bào)警、事件、打印功能;提供統(tǒng)一的HMI(人機(jī)界面);實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。

(2) 中央級(jí)配置統(tǒng)一的歷史數(shù)據(jù)庫,綜合監(jiān)控系統(tǒng)及其集成各系統(tǒng)共用歷史數(shù)據(jù)庫平臺(tái);歷史數(shù)據(jù)共享,集中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理、維護(hù)管理和培訓(xùn)管理。

(3) 中央級(jí)/信號(hào)集中站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器中配置邏輯獨(dú)立的ATS功能模塊,用于完成ATS中央級(jí)和連鎖區(qū)段的功能。

(4) 在信號(hào)設(shè)備集中站配置ATS專用接口設(shè)備,用于與車站的CI/ATP(列車自動(dòng)保護(hù))/ATO接口;普通站配置ATS專用接口設(shè)備,用于驅(qū)動(dòng)發(fā)車指示器。

(5) 綜合監(jiān)控系統(tǒng)保留原有通信前置機(jī)與供電系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的接口,完成車站級(jí)設(shè)備監(jiān)控、乘客導(dǎo)向服務(wù)。

(6) 綜合監(jiān)控系統(tǒng)車站值班員工作站,提供統(tǒng)一的界面集中進(jìn)行設(shè)備管理、聯(lián)動(dòng)控制以及人機(jī)接口。

2.3 系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)方案

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)流程是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能的關(guān)鍵技術(shù)。在物理接口的基礎(chǔ)上安全、有效的數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)是成功集成ATS子系統(tǒng)的核心。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方式以車站為基本顆粒,而信號(hào)系統(tǒng)則以設(shè)備集中站為監(jiān)控管理的基本顆粒;ATS子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流相對(duì)其他集成系統(tǒng)獨(dú)立存在,同時(shí)也有一定程度的同向數(shù)據(jù)流。鑒于此，與獨(dú)立設(shè)置ATS專用接口設(shè)備的接口方案相一致,將ATS的數(shù)據(jù)流獨(dú)立,可既保證數(shù)據(jù)通信快速,也保證穩(wěn)定性和安全性。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流向見圖1,其功能示意圖見圖2。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流程圖

圖2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能示意圖

2.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

基于上述分析,建議為ATS子系統(tǒng)劃分獨(dú)立的VLAN(虛擬局域網(wǎng))完成集中站內(nèi)部的數(shù)據(jù)流,同時(shí)在設(shè)備集中站通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)完成車站與中央級(jí)的數(shù)據(jù)通信。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)主流的網(wǎng)絡(luò)方案是組建工業(yè)以太環(huán)網(wǎng),雙網(wǎng)冗余熱備。該方案組網(wǎng)靈活、收斂速度快,服務(wù)質(zhì)量高,可靠性好,便于擴(kuò)展。綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成ATS子系統(tǒng)采用該方案可便利地實(shí)現(xiàn)獨(dú)立子網(wǎng)劃分及子網(wǎng)間通信安全。

2.5 對(duì)運(yùn)營(yíng)的積極影響

通過對(duì)ATS系統(tǒng)后的子系統(tǒng)的整合可提升整個(gè)軌道交通機(jī)電設(shè)備的整體運(yùn)營(yíng)性能和安全性能。通過對(duì)現(xiàn)行的運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)管理體制進(jìn)行調(diào)整能更好地發(fā)揮集成ATS綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),并對(duì)運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的管理體制產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

(1) 通過統(tǒng)一平臺(tái)構(gòu)建的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制提供新的功能和手段,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間快速聯(lián)動(dòng)和反應(yīng),提高運(yùn)營(yíng)指揮的效率。

(2) 擴(kuò)大綜合維修系統(tǒng)覆蓋的范圍,真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)電系統(tǒng)的綜合維護(hù),給運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員提供了人性化的輔助手段。增強(qiáng)了設(shè)備的自診斷功能,使運(yùn)營(yíng)維護(hù)功能得到加強(qiáng),降低了運(yùn)營(yíng)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

(3) 實(shí)施多列車的自動(dòng)、實(shí)時(shí)、協(xié)同控制可實(shí)現(xiàn)列車及車站機(jī)電設(shè)備節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行,降低系統(tǒng)整體的能耗。其主要途徑包括:①合理安排列車交會(huì),避免列車交會(huì)中的起停;②防止列車同時(shí)起動(dòng),避免負(fù)載集中;③實(shí)現(xiàn)列車、機(jī)電設(shè)備最優(yōu)化運(yùn)行。

3 結(jié)語

在信號(hào)集成商ATS系統(tǒng)接口技術(shù)開放的前提下,綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商采用通用接口平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)ATS子系統(tǒng)的集成,實(shí)現(xiàn)HMI、系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)、公共通用服務(wù)的集成目標(biāo)。本文建議的以行車指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口方案可實(shí)施性強(qiáng),能滿足集中調(diào)度、統(tǒng)一管理的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理需求,對(duì)運(yùn)營(yíng)效果提升明顯,并與國內(nèi)的技術(shù)、運(yùn)管水平相適應(yīng),是值得推廣的集成技術(shù)。但本方案也存在不足:方案的核心是系統(tǒng)接口,而ATS子系統(tǒng)在功能模塊和網(wǎng)絡(luò)上均邏輯獨(dú)立,故對(duì)后續(xù)功能的擴(kuò)展造成一定的局限;此外,隨著全自動(dòng)駕駛時(shí)代的來臨,ATS子系統(tǒng)需要達(dá)到SIL2級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn),以行車指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)也需遵循EN 50128等標(biāo)準(zhǔn)完成獨(dú)立的安全評(píng)估以滿足軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全需求。這也是綜合監(jiān)控系統(tǒng)在今后的工程實(shí)際中發(fā)展的方向。

[1] 魏祥斌.集成信號(hào)列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案[J].城市軌道交通研究,2012(8):86.

[2] 陳吉余,李衛(wèi)娟,何紅光.TIAS系統(tǒng)及其在北京地鐵6號(hào)線的應(yīng)用[J].鐵道通信信號(hào),2014(11):49.

[3] 謝紅兵,劉小樹,智艷利.以行車指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件集成方案研究[J].自動(dòng)化博覽,2015(1):90.

Integrated Supervisory Control System Centered on Train Dispatching Control

CHENG Yuan

The mainstream integration solution of integrated supervisory control system adopted in urban rail transit is introduced. The necessity of integrated supervisory control system centered on traffic control is analyzed. Then a complete project of integration is put forward, including the function optimization, interface design, data flow and network plan. Then the positive influence of the solution on operation management is analyzed, the development direction of integration technology in the future is pointed out.

integrated supervisory control system (ISCS); system integration; train dispatching

U 29-39

10.16037/j.1007-869x.2016.06.013

2015-11-12)