現(xiàn)代有軌電車弱電系統(tǒng)集成方案研究

孫昊天?黃榮

內(nèi)容摘要 在充分考慮有軌電車運(yùn)營管理的業(yè)務(wù)特點(diǎn)及應(yīng)用系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)上，研究基于信號(hào)控制的“弱電集成”系統(tǒng)，通過骨干網(wǎng)和無線通信網(wǎng)絡(luò)的綜合承載、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制和綜合調(diào)度平臺(tái)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營和維護(hù)人員對(duì)信號(hào)系統(tǒng)、PSCADA、BAS、AFC、PIS、PA、CCTV等弱電系統(tǒng)的統(tǒng)一操作和管理，及時(shí)獲得全線所有專業(yè)系統(tǒng)的綜合信息。

關(guān)鍵詞 有軌電車 弱電集成系統(tǒng) 綜合承載 綜合調(diào)度平臺(tái)

1 引言

本次研究過程中，擬對(duì)有軌電車弱電原本彼此獨(dú)立的各子系統(tǒng)進(jìn)行集成，從而形成適應(yīng)有軌電車運(yùn)營需求的高度集成、運(yùn)營維護(hù)友好、節(jié)約投資的弱電集成系統(tǒng)，基于云計(jì)算、綜合承載、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)將原本復(fù)雜獨(dú)立的各子系統(tǒng)有機(jī)融為一體，從而形成功能集中，軟硬件架構(gòu)精簡(jiǎn)的有軌電車弱電集成系統(tǒng)，做到對(duì)行車、設(shè)備、乘客、環(huán)境的綜合智能化管理，提高有軌電車綜合調(diào)度效率，有利于推動(dòng)有軌電車建設(shè)。

2 有軌電車弱電集成系統(tǒng)方案

2.1 弱電集成系統(tǒng)需求與架構(gòu)

弱電集成系統(tǒng)需求：①有軌電車系統(tǒng)構(gòu)架簡(jiǎn)單，有必要對(duì)信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)做集成，將本增效。②運(yùn)營操作的需要，有軌電車系統(tǒng)車站實(shí)行無人值守，對(duì)信號(hào)、車輛、車站設(shè)備等線路操控需要有完整的輔助手段，保證中央對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的了解。③對(duì)突發(fā)情況的高效處置依賴于運(yùn)控系統(tǒng)為其提供融合高效的監(jiān)控界面和信息智能分析能力，快速高效組織、設(shè)備修復(fù)、災(zāi)害救援和人員疏散。④設(shè)施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，安全感知維護(hù)，運(yùn)維一體化管理模式需求[1]。

弱電集成系統(tǒng)架構(gòu)分為3層：應(yīng)用層、平臺(tái)層和設(shè)備層。

在應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)有軌電車的綜合調(diào)度及運(yùn)維，包括以下內(nèi)容：①行車調(diào)度：信號(hào)監(jiān)控、行車計(jì)劃管理、列車運(yùn)行監(jiān)督、路口信號(hào)監(jiān)控;②綜合監(jiān)控：電力監(jiān)控、PIS、PA、CCTV、FCS、通信;③綜合運(yùn)維：設(shè)備管理、維修流程、運(yùn)營分析、應(yīng)急指揮。

平臺(tái)層包括：①調(diào)度運(yùn)維：對(duì)有軌電車線路信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與社會(huì)交通相聯(lián)動(dòng)根據(jù)客流密度變化調(diào)整有軌電車的運(yùn)營計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度方案;②乘客：通過站臺(tái)、列車內(nèi)設(shè)置LCD屏和廣播系統(tǒng)設(shè)備，乘客可及時(shí)了解有軌電車車輛的位置和到站信息;③有軌電車司機(jī)：通過設(shè)置車載監(jiān)督系統(tǒng)設(shè)備，在人工駕駛的情況下實(shí)現(xiàn)列車的高效、安全控制，充分發(fā)揮司機(jī)控車的能動(dòng)性，并結(jié)合線路情況，在特殊地段（如道岔區(qū)域）輔助司機(jī)完成安全控車。

2.2 弱電集成系統(tǒng)功能

弱電集成系統(tǒng)除了完成其集成各系統(tǒng)的功能外，還有以下新增功能：①系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)功能。弱電集成系統(tǒng)在承載各系統(tǒng)既有功能基礎(chǔ)上，充分考慮系統(tǒng)融合，通過數(shù)據(jù)共享、功能共享、界面共享實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng);②數(shù)據(jù)共享功能。系統(tǒng)基于信息網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)信息流的互聯(lián)互通，并應(yīng)用于現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)，從而更好地使現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目服務(wù)于城市的公共交通領(lǐng)域，提高其運(yùn)營調(diào)度效率，可以讓市民享受到實(shí)時(shí)更新、高效便捷的公共交通信息服務(wù);③可視化管理功能。綜合運(yùn)維系統(tǒng)是弱電集成系統(tǒng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，通過對(duì)各個(gè)系統(tǒng)綜合信息的收集、處理和利用，以數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、整合和挖掘等方式，為調(diào)度控制中心的管理者提供“數(shù)字化、全面化、效率化”的可視化管理平臺(tái)。

2.3 弱電集成系統(tǒng)方案

2.3.1 界面集成方案

界面集成方案主要是將有軌電車弱點(diǎn)系統(tǒng)在界面層進(jìn)行集成。通過綜合運(yùn)營管理軟件平臺(tái)對(duì)各系統(tǒng)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下硬件設(shè)備需求進(jìn)行分析，將服務(wù)器、存儲(chǔ)空間、工作站及通信帶寬等資源進(jìn)行科學(xué)合理的分配。并采用高性能、高可靠性服務(wù)器，通過虛擬化技術(shù)，按計(jì)算資源需求靈活分配主機(jī)設(shè)備，靈活響應(yīng)不同類型業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用服務(wù)器功能。

該方案下，ATS、CCTV、PSCADA、PA、AFC、FAS、車輛等以界面集成、接口方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，形成以行車指揮為核心的綜合運(yùn)營管理系統(tǒng)，對(duì)行車、電力監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、售檢票、綜合通信系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)了解掌握電車運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源、人力成本統(tǒng)一管理，達(dá)到整合調(diào)度中心智能控制系統(tǒng)目的，用戶界面操作簡(jiǎn)潔，聯(lián)動(dòng)性強(qiáng)，方便調(diào)度員處理各類突發(fā)事件，為后期運(yùn)營大大節(jié)省設(shè)備和人工成本。

2.3.2 深度集成方案

（1）集成管理。通過建立標(biāo)準(zhǔn)的、統(tǒng)一的、開放的系統(tǒng)集成平臺(tái)，將列車運(yùn)行監(jiān)控、供電監(jiān)控（PSCADA）、車載超級(jí)電容監(jiān)視、視頻監(jiān)控（CCTV）、乘客信息（PIS）、廣播（PA）、電話、無線（RC）進(jìn)行深度集成，考慮到售檢票（FCS）系統(tǒng)涉及費(fèi)用管理，保留其相對(duì)獨(dú)立性。

（2）硬件整合?？刂浦行姆?wù)器統(tǒng)一設(shè)置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器，網(wǎng)管及病毒庫服務(wù)器等。控制中心存儲(chǔ)設(shè)備統(tǒng)一設(shè)置，為各子系統(tǒng)劃分獨(dú)立的存儲(chǔ)空間。設(shè)置統(tǒng)一的公務(wù)電話、調(diào)度電話、無線調(diào)度臺(tái)。

（3）綜合聯(lián)動(dòng)。通過集成平臺(tái)，以前各分離的子系統(tǒng)，現(xiàn)在可以共享數(shù)據(jù)，各系統(tǒng)間通過信息共享，提供強(qiáng)大的聯(lián)動(dòng)功能，從而提高了突發(fā)事件的處理能力，為安全出行提供了保障。系統(tǒng)在統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上以車站、車載顯示及移動(dòng)客戶終端為媒介向乘客提供信息服務(wù)。確保乘客通過正確的服務(wù)信息引導(dǎo)，安全、便捷地乘坐有軌電車。系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)分為全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)3種。

（4）用戶自定義聯(lián)動(dòng)功能。綜合調(diào)度管理子系統(tǒng)提供了靈活的在線聯(lián)動(dòng)功能開發(fā)工具，用戶可以根據(jù)運(yùn)行需要，靈活地設(shè)計(jì)各種類型的全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)聯(lián)動(dòng)，并可以對(duì)聯(lián)動(dòng)功能在線進(jìn)行功能的擴(kuò)充、編輯、修改、完善。

（5）綜合通信、信號(hào)、施工統(tǒng)一招標(biāo)。綜合通信、信號(hào)及施工統(tǒng)一招標(biāo)優(yōu)勢(shì)在于，業(yè)主單位只需安排一名專業(yè)負(fù)責(zé)人管理整個(gè)通信信號(hào)專業(yè)及施工。所有具體事宜由集成商進(jìn)行統(tǒng)一籌劃，業(yè)主代表輔助與集成商項(xiàng)目經(jīng)理及施工負(fù)責(zé)人溝通，協(xié)調(diào)外部接口。

3 弱電集成方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）統(tǒng)一設(shè)置硬件設(shè)備，節(jié)約系統(tǒng)投資。有軌電車弱電系統(tǒng)進(jìn)行集成后，各子系統(tǒng)服務(wù)器統(tǒng)一考慮，最大程度地共享利用（如系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、辦公系統(tǒng)的服務(wù)器、網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理的服務(wù)器、綜合維護(hù)服務(wù)器）。同時(shí)，對(duì)于工作站和存儲(chǔ)相關(guān)的設(shè)備，將調(diào)度工作站、維護(hù)工作站、網(wǎng)管工作站設(shè)置后讓各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享使用，在簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)的同時(shí)也有效控制了投資成本。

（2）角色適配人機(jī)界面。根據(jù)用戶角色定制主畫面顯示，設(shè)定顯示內(nèi)容和層次，過濾次要信息避免干擾。行調(diào)/電調(diào)等傳統(tǒng)調(diào)度崗位畫面設(shè)置與原有系統(tǒng)兼容一致。

（3）信息融合互顯。弱電集成系統(tǒng)在承載各系統(tǒng)既有功能基礎(chǔ)上，充分考慮系統(tǒng)融合，通過數(shù)據(jù)共享、功能共享、界面共享實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。例如，在行調(diào)畫面顯示供電區(qū)段狀態(tài)、顯示車站客流、顯示火災(zāi)告警及區(qū)間風(fēng)機(jī)。BAS畫面顯示站臺(tái)設(shè)備和列車信息，在BAS區(qū)間風(fēng)機(jī)畫面顯示區(qū)間列車信息等。并可以實(shí)現(xiàn)綜合操控，如在行調(diào)畫面快捷發(fā)起PIS和廣播操作，發(fā)布運(yùn)營變更;在行調(diào)/電力/機(jī)電等畫面快捷發(fā)起相關(guān)區(qū)域視頻調(diào)閱。

（4）減少系統(tǒng)維護(hù)工作。通過設(shè)置統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理及設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)，對(duì)所有弱電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的維護(hù)管理。并可以引入智能診斷和預(yù)警分析專家系統(tǒng)，減緩一線工區(qū)運(yùn)維壓力，便于對(duì)故障做出合理快速反應(yīng)。各種維護(hù)信息聯(lián)動(dòng)分析故障，避免跨設(shè)備跨系統(tǒng)查找。故障處理統(tǒng)一由集成平臺(tái)分析，減少各系統(tǒng)間溝通時(shí)間。

4 結(jié)語

本研究推薦采用深度集成方案，實(shí)現(xiàn)將原來分立的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)，基于統(tǒng)一的硬件平臺(tái)及軟件平臺(tái)及云計(jì)算數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，把原本架構(gòu)復(fù)雜，互相獨(dú)立的各子系統(tǒng)進(jìn)行集成，為用戶提供一套集行車指揮、設(shè)備監(jiān)控、決策支持于一體的弱電集成系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)有軌電車的信息融合與聯(lián)動(dòng)指揮，協(xié)同處置與跨專業(yè)順控，從而提高有軌電車運(yùn)行效率，節(jié)約系統(tǒng)投資，更加有利于有軌電車的發(fā)展。

（第一作者系中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 助理工程師）

【參考文獻(xiàn)】

[1] 魏洋.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其在有軌電車弱電集成系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018，254（5）：65-71.