基于列車全自動駕駛下的聯(lián)動預案研究與設(shè)計

張 輝，肖 孟，孫曉光

(1.蘭州市軌道交通有限公司，蘭州 730030；2.通號城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 概述

本文涉及城市軌道交通的列車自動監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域。

在系統(tǒng)運營過程中，有經(jīng)常性的人工操作，如每天早間上電、列車喚醒、列車出庫等；有運行過程中的正常情況，如通信車在軌道上運行的發(fā)車停車折返、列車清客、車輛段內(nèi)轉(zhuǎn)線等；也有各種各樣的突發(fā)事件，如火災、運行中狀態(tài)丟失、有毒有害氣體泄漏等。行業(yè)內(nèi)通常的解決辦法是綜合監(jiān)控類的動作和問題利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行操作和解決，信號系統(tǒng)類的動作和問題由調(diào)度員進行操作或由總調(diào)度員根據(jù)應急處理預案手冊的內(nèi)容下達命令，處理突發(fā)事件[1-2]。

其中綜合監(jiān)控系統(tǒng)繼承了多數(shù)專業(yè)和系統(tǒng)，實現(xiàn)兩個以上子系統(tǒng)間的聯(lián)動操作或不同地點之間的設(shè)備聯(lián)動操作。綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動控制是由預先定義的時間或者事件觸發(fā)，執(zhí)行一組涉及到多個子系統(tǒng)的控制命令，從而完成相應子系統(tǒng)的協(xié)同控制。例如，當?shù)竭_早間啟動時間時，聯(lián)動功能依次觸發(fā)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、隧道通風系統(tǒng)、動力照明系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等子系統(tǒng)的早間啟動模式；而在火災自動報警系統(tǒng)觸發(fā)報警時，聯(lián)動功能首先啟動視頻監(jiān)控系統(tǒng)供調(diào)度員確認該報警所涉及到的現(xiàn)場情況，再由調(diào)度員進行半自動聯(lián)動，觸發(fā)各相關(guān)子系統(tǒng)的相應操作[3]。

本文在此基礎(chǔ)上，結(jié)合城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)的自身情況，設(shè)計開發(fā)一種用于城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)的通用聯(lián)動功能。

2 場景分析

既有的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動功能，可以觸發(fā)簡單的動作，也可以觸發(fā)一系列順序執(zhí)行的不同設(shè)備或不同地點之間的聯(lián)動動作[4-5]。不足之處：1）隨著城市軌道交通領(lǐng)域進入全自動駕駛時代（FAO），傳統(tǒng)聯(lián)動方案對于FAO 的支撐力度不夠，例如FAO 場景中新增的休眠喚醒計劃，聯(lián)動方案中需要進行計劃的條件判斷。2）雖然將某個特定運營場景執(zhí)行的涉及多個子系統(tǒng)的一系列步驟抽象成一個聯(lián)動，執(zhí)行過程中可能是并行，也可能是串行。但在界面顯示的過程一個聯(lián)動的系列步驟為一個列表的形式展現(xiàn)，執(zhí)行狀態(tài)的變化隨著執(zhí)行結(jié)果更新，列表形式無法表明各個步驟間的鄰接關(guān)系，無法直觀的展示該聯(lián)動目前的執(zhí)行階段。3）傳統(tǒng)聯(lián)動方案需要綜合監(jiān)控廠商的支撐，但新增FAO 運營場景中，如休眠、喚醒、洗車等聯(lián)動，整個聯(lián)動環(huán)節(jié)全在信號專業(yè)內(nèi)部，不涉及綜合監(jiān)控領(lǐng)域相關(guān)命令下達[6]。

2.1 以喚醒命令為例，說明喚醒基本聯(lián)動預案流程

1）TIAS 根據(jù)列車喚醒時刻表，自動向允許喚醒的列車發(fā)送遠程喚醒指令；

2）列車喚醒成功后，則在行調(diào)和車輛調(diào)工作站顯示喚醒成功；

3）TIAS 應根據(jù)派班計劃，提前規(guī)定時間（可配置）打開車庫門，并自動辦理出庫進路；

4）若列車喚醒失敗，TIAS 應自動用備用車替換主用車。若無備用車可用，則應進行報警，轉(zhuǎn)人工處理。

2.2 傳統(tǒng)綜合監(jiān)控實現(xiàn)路線

由于休眠、喚醒、洗車等聯(lián)動屬于FAO 中新增場景，綜合監(jiān)控目前并沒有此聯(lián)動方案。故實現(xiàn)路線以正線早間上電場景為例，進行說明。

1）每天早上投入運營前，行調(diào)、電調(diào)工作站應根據(jù)首列車喚醒時刻表提前一段時間T（可配置范圍60 ～120 min）彈出上電提示對話框，提醒調(diào)度做好運營準備。

2）實現(xiàn)方案：傳統(tǒng)聯(lián)動實現(xiàn)方案如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)聯(lián)動實現(xiàn)方案圖Fig.1 Flowchart of traditional coordinated operation plan

3）存在缺陷

a.運行圖數(shù)據(jù)需要根據(jù)綜合監(jiān)控廠商實際情況進行二次轉(zhuǎn)換。針對目前投標情況，運行圖重復轉(zhuǎn)換成不同格式的概率大，接口需要頻繁修改。

b.開發(fā)涉及多個廠商之間協(xié)調(diào)，時間成本高。

c.消息路徑長，問題分析難度增加。

3 聯(lián)動預案系統(tǒng)設(shè)計

本文將實現(xiàn)現(xiàn)有城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)中所有可能的觸發(fā)條件，如表示信息、列車信息和計劃信息等，提煉出來，進行統(tǒng)一的深層數(shù)據(jù)挖掘，制定出通用的控制動作描述語言，并按照標準化的控制操作流程，進行有效控制，運行的過程以有向無環(huán)圖的樣式直觀的展現(xiàn)執(zhí)行結(jié)果，并能儲存歷史情況，繼續(xù)執(zhí)行中斷的操作等[7]。

以動態(tài)變化的列車信息和計劃，根據(jù)城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)自身的特性加以處理提煉，得到可以識別的通用的動作觸發(fā)條件和通用的動作描述語言，并實現(xiàn)聯(lián)動定義模塊，供用戶根據(jù)實際情況進行聯(lián)動編輯[8]。

設(shè)計的聯(lián)動后臺觸發(fā)服務，以預案定義的觸發(fā)條件為目標不間斷的進行輪詢或者接收其他模塊發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)，并加以解析，以判斷是否滿足觸發(fā)條件。聯(lián)動后臺執(zhí)行服務則在預案已經(jīng)觸發(fā)后，解析預案中每一個步驟的具體內(nèi)容，將其轉(zhuǎn)化為城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)可以識別的命令，并將其發(fā)送給城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)的命令處理模塊，由其進行具體的命令執(zhí)行。聯(lián)動后臺執(zhí)行服務根據(jù)每個步驟的當前狀態(tài)和命令模塊最終執(zhí)行結(jié)果回執(zhí)進行狀態(tài)機制的切換，并最終執(zhí)行成功或執(zhí)行失敗。聯(lián)動程序結(jié)構(gòu)圖，如圖2 所示。

圖2 聯(lián)動程序結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of program of coordinated operation

聯(lián)動執(zhí)行模塊則是以有向無環(huán)圖的形式直觀的展示當前正在執(zhí)行的預案及其具體內(nèi)容，該當前預案每一個步驟的狀態(tài)以不同的顏色進行區(qū)分，執(zhí)行界面還提供自動化、半自動化和手動執(zhí)行的方案切換，以便更好的處理具體節(jié)點步驟。

聯(lián)動數(shù)據(jù)庫操作模塊，則負責存儲聯(lián)動定義模塊編輯好的所有預案，并在系統(tǒng)啟動后接收其他模塊的請求命令，將數(shù)據(jù)反饋給其他各個模塊。該模塊還包括已執(zhí)行過的歷史預案信息的存儲，不僅可以提供可參考的數(shù)據(jù)，當系統(tǒng)突然中斷后可以通過查詢歷史預案信息恢復中斷時未執(zhí)行完成的預案。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)目的在于提升聯(lián)動方案的靈活度，減輕全自動駕駛制式下運營人員的工作強度，減少突發(fā)事件的處理時間，所以研究本系統(tǒng)具有非常深遠的現(xiàn)實意義。當然系統(tǒng)還處在早期階段，需要完善的地方還比較多，聯(lián)預案場景還需要與業(yè)主需求深度結(jié)合，這就要求在此基礎(chǔ)進一步深入研究，進而將該系統(tǒng)真正應用于現(xiàn)場環(huán)境。