基于全自動運行的車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘 ?要：隨著城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)的發(fā)展，控制中心調(diào)度將替代列車司機履行車輛管控職能，這對于控制中心調(diào)度的管控提出了較高的要求。文章提出一種基于全自動運行的車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案，將每列車作為一個移動的車站，實現(xiàn)車輛綜合監(jiān)控。在此基礎(chǔ)上，控制中心實現(xiàn)對所有車輛信息匯總分析，多專業(yè)綜合聯(lián)動，達到輔助決策，輔助應急處置，提升運營管控效率與質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：軌道交通;全自動運行;車載綜合監(jiān)控

中圖分類號：TP277;U239.5 ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）12-0166-03

Abstract：With the development of fully automatic operation system of urban rail transit，scheduler of control center will perform the train control function instead of the driver，this places higher demands on the capability of the control center. This paper presents a design of integrative supervision system with fully automatic operation，each train will be served as a mobile station to implement the integrative supervision of the train. Control center implements the information comprehensive analysis of trains and multi-system interaction，and achieves to aid decision making and emergency handling. It will improve the efficiency and quality of the operation and control.

Keywords：rail transit;FAO;train-borne system

0 ?引 ?言

全自動運行（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）系統(tǒng)是基于現(xiàn)代計算機、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)而實現(xiàn)列車運行全過程自動化的新一代城市軌道交通系統(tǒng)。與傳統(tǒng)有人駕駛的地鐵列車相比，F(xiàn)AO列車實現(xiàn)了全自動化、無人干預的列車運行模式[1]。近年來，隨著各種新技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應用日益廣泛，軌道交通全自動運行線路建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)越來越成熟。繼上海、北京成功實踐后，包括成都、南寧、武漢、寧波在內(nèi)的越來越多的城市先后規(guī)劃了全自動運行的線路建設(shè)。在全自動運行模式下，綜合監(jiān)控、車輛、信號、通信等專業(yè)都需要做出相應的調(diào)整以滿足城市軌道交通列車運行自動化最高等級GoA4的要求。從調(diào)度管控角度，在全自動運行模式下綜合監(jiān)控可以發(fā)揮其多系統(tǒng)集成，多專業(yè)信息融合，多功能聯(lián)動的優(yōu)勢，在既有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對信號、車輛專業(yè)信息進行整合，為用戶提供數(shù)據(jù)統(tǒng)一的綜合管控平臺，并在此基礎(chǔ)上進行更加綜合高效的場景管控。在對本公司參與建設(shè)的上海14號線、南寧5號線等全自動運行項目深入了解的基礎(chǔ)上，本文就綜合監(jiān)控對車輛的管控方式做進一步的探討。

1 ?全自動運行模式下對列車監(jiān)控的需求

在有人駕駛模式下，司機是列車的主要負責人。司機通過列車控制和管理系統(tǒng)（TCMS）在司機室的顯示界面上對列車的各種設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)視與控制，通過車載CCTV（閉路電視）系統(tǒng)，實現(xiàn)對客室的監(jiān)視，通過車載PIS（乘客信息系統(tǒng)）、車載PA（公共廣播）實現(xiàn)車載信息發(fā)布、語音播報。當有應急情況發(fā)生時，司機需要承擔應急處置的職責。因此在有人駕駛模式下，控制中心調(diào)度對車輛信息的管控非常有限。主要通過三種途徑獲取車輛信息：與列車司機的對話;控制中心調(diào)看車載CCTV;行調(diào)工作站上簡單的列車位置、運行模式等信息。該模式完全無法滿足全自動運行系統(tǒng)對列車監(jiān)控的需求。

全自動運行模式下，司機室取消，每列車對于全自動運行系統(tǒng)而言就是一個移動的車站。中央調(diào)度需要清楚地知道車輛情況，包括：車輛本身的機電系統(tǒng)工作狀態(tài)及報警、車輛上對乘客服務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)（車載PIS、車載CCTV、車載PA），以及緊急情況下或乘客需要的服務(wù)和響應等[2]。而且，司機僅負責1列列車，但是控制中心的車輛調(diào)度員需要對全線在線運行車輛進行監(jiān)管。這就意味著，全自動運行系統(tǒng)除了要將司機從繁重的駕駛工作中解放出來，還需要通過集成系統(tǒng)的綜合分析、場景聯(lián)動等功能，降低管控難度和復雜度，提升調(diào)度員的管控效率與管控質(zhì)量。這對集成系統(tǒng)提出了非常高的要求，特別是在應急和故障場景下，必須確保車輛調(diào)度能及時獲取相關(guān)信息，輔助決策;同時要有高效的聯(lián)動機制，輔助應急處置。

結(jié)合車站的建設(shè)思路，車輛同樣可以采用兩級調(diào)度的模式：首先在就地級（車載端），一列列車是一個獨立的單元，應具有自身的整體性和自律性，而不是一個個分散的模塊;其次，在中央級（地面）對所有的車輛進行統(tǒng)一管理。因此根據(jù)以上的行業(yè)現(xiàn)狀及需求分析，本文提出車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)（TISCS）的建設(shè)思路，以支持全自動運行系統(tǒng)對于車輛的深度管控，以及跨系統(tǒng)的綜合聯(lián)動。

2 ?車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方式

2.1 ?系統(tǒng)架構(gòu)

車載綜合監(jiān)控的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，在列車車頭控制室和車尾控制室各設(shè)置一套TISCS服務(wù)器、FEP、交換機以及一體式工控機互為冗余，如果車頭車尾距離較長，可配置中繼器確保信息的穩(wěn)定傳輸。一體式工控機作為后備應急手段，在緊急情況下，司機上車時可輔助司機定位、解決問題。服務(wù)器若具備隔離功能，服務(wù)器與FEP可以共用。兩套TISCS服務(wù)器采用熱備冗余的架構(gòu)設(shè)計，正常情況下，兩套TISCS均處于激活狀態(tài)，但僅有一套TISCS服務(wù)器承擔主控服務(wù)器職能。當列車一端的TISCS設(shè)備或軟件發(fā)生故障時，另一端自動獲得控制權(quán)限。同時TISCS需要具備與TCMS、車載PIS、車載PA、車載CCTV的接口，以達到對列車的監(jiān)視以及除行車外的控制功能。

車載綜合監(jiān)控通過無線傳輸通道，實現(xiàn)與地面控制中心的信息交互。目前業(yè)內(nèi)常見的無線傳輸技術(shù)主要有：LTE、WLAN、TETRA。例如上海新建的全自動運行線路則采用LTE與Wi-Fi互相補充的方式實現(xiàn)車載綜合監(jiān)控與地面綜合監(jiān)控的車地通信。

控制中心設(shè)置兩臺互為冗余的車輛接口服務(wù)器以及調(diào)度工作站，通過控制中心冗余交換機收集所有列車的信息并對所有在線列車信息進行綜合分析處置，實現(xiàn)在控制中心對列車信息進行深度集成、統(tǒng)一調(diào)度的功能。

2.2 ?系統(tǒng)功能

在此車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架下，具體實現(xiàn)如下接口功能。

2.2.1 ?車輛及車載設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)控

（1）列車包括車載PA、車載PIS、車載CCTV、火災報警（FAS）、空調(diào)、門控、乘客緊急對講（IPH）、列車牽引/制動、輔助等系統(tǒng)，列車各系統(tǒng)狀態(tài)信息都接入多功能車輛總線（MVB）。車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過MVB獲取到列車的設(shè)備信息和TCMS中的列車運行信息，并根據(jù)場景需求對部分非行車相關(guān)系統(tǒng)進行控制，如空調(diào)、照明等;

（2）實現(xiàn)對車地無線通信傳輸通道管理和流量監(jiān)視。

2.2.2 ?車載PIS監(jiān)控

（1）向車載PIS下發(fā)普通文本信息;

（2）在特定場景下，向車載PIS下發(fā)預編制文本信息。

2.2.3 ?車載PA監(jiān)控

（1）向車載PA播報語音信息;

（2）在特定場景下，觸發(fā)車載PA播放預錄語音信息。

2.2.4 ?車載CCTV監(jiān)控

（1）在控制中心完成對車載視頻的調(diào)閱功能;

（2）在特定場景下，控制中心調(diào)度界面會彈框提示打開指定攝像機視頻。

3 ?基于全自動運行的車輛管控功能

地面綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)（TISCS）實現(xiàn)與車輛系統(tǒng)的接口。如前文所述，車輛調(diào)度員負責管控所有在線列車，工作強度高，導致無法面面俱到地關(guān)注所有車輛的全部信息。系統(tǒng)需要自動將調(diào)度人員所需關(guān)注的信息篩選并推送到調(diào)度人員面前，才能有效提高管控效率，確保管控質(zhì)量。因此，在控制中心調(diào)度工作站上除了上述的監(jiān)控功能，還需實現(xiàn)綜合分析展示及聯(lián)動功能。

3.1 ?全線車輛總覽

所有的車輛信息采用統(tǒng)一的圖形用戶界面，同時在匯總畫面中展示所有車輛的關(guān)鍵信息，包括車體號、車次號、上下行等。更重要的是能夠直觀顯示車輛的健康狀況，方便調(diào)度人員對健康度較低的車輛進行重點關(guān)注。在正常情況下，調(diào)度人員僅需通過一張匯總界面即可掌控所有車輛的關(guān)鍵信息。有效提高調(diào)度人員的工作效率，降低工作強度。

3.2 ?故障分析處置

車輛的故障種類數(shù)量非常繁多，如果將所有的報警都推送給調(diào)度人員，無疑將給調(diào)度人員帶來較大的工作難度與工作強度。因此車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要通過數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)處理，對車輛故障進行分級分析處理，建議將報警分為三級：

（1）高級報警：需要重點關(guān)注、采取措施，且列車須在最近車站停車清客返回到維修車間維修;

（2）中級報警：需要注意與采取措施，允許列車完成基于運行圖的一個循環(huán)后返回維修車輛段檢修;

（3）低級報警：需要有維護人員糾錯而不需要立刻處置的故障。允許列車完成基于運行圖的整天運營后返回維修車輛段檢修。

對于高級報警，可在調(diào)度工作站實現(xiàn)直接推送彈框，要求調(diào)度確認處理;對于中級報警，提供聲音及報警內(nèi)容閃爍報警，提醒調(diào)度確認處理，確認后取消聲音及閃爍;對于低級報警，提供給維修人員查詢分析，無須調(diào)度處置。

3.3 ?場景聯(lián)動功能

場景管控是全自動運行系統(tǒng)中非常重要的部分?；陬A設(shè)的場景，實現(xiàn)多系統(tǒng)間的聯(lián)動，能有效提高系統(tǒng)調(diào)度管控效率，尤其是應急處置的效率。在設(shè)置車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)后，涉及車輛的場景聯(lián)動，經(jīng)由中央調(diào)度確認，車載綜合監(jiān)控只需獲取確認信息即可自主聯(lián)動車上的相關(guān)系統(tǒng)動作，無須控制中心分別發(fā)送控制指令給車上的各個系統(tǒng)，有效提高車地指令無線傳輸?shù)目煽啃院蜔o線帶寬的使用效率。

以列車火災場景為例。當車載FAS監(jiān)測到列車內(nèi)部發(fā)生火災后：TCMS會將相關(guān)信息發(fā)送到TISCS;TISCS根據(jù)預設(shè)場景，將該報警信息以及對應CCTV的視頻經(jīng)車地無線上傳至地面;調(diào)度工作站報警、彈框提示，同時顯示CCTV視頻;調(diào)度員確認后，將確認信息反饋至TISCS;TISCS根據(jù)場景要求聯(lián)動車載PIS、車載PA進行相應的信息顯示和廣播。

4 ?結(jié) ?論

全自動運行系統(tǒng)是后續(xù)城市軌道交通發(fā)展的趨勢?；谌詣舆\行的車載綜合監(jiān)控建設(shè)目前還沒有形成成熟的設(shè)計模式。上海軌道交通10號線以及14、15、18號線都在做相應的嘗試。本文以將列車作為獨立單元進行整體管控的角度，提出了基于全自動運行的車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，能夠有效提高調(diào)度的管控效率和管控質(zhì)量，為綜合監(jiān)控與車輛的集成方式提供了一種新的思路。

參考文獻：

[1] 張海濤，梁汝軍.地鐵列車全自動無人駕駛系統(tǒng)方案 [J].城市軌道交通研究，2015，18（5）：33-37.

[2] 汪侃.對城市軌道交通無人駕駛模式下綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的幾點思考 [J].城市軌道交通研究，2018，21（S2）：12-16.

作者簡介：杜珊（1984.11—），女，漢族，福建寧德人，就職于軌道交通智慧物聯(lián)事業(yè)部，經(jīng)理，工程師，碩士，研究方向：城市軌道交通。