淺談軌道車輛的智能控制系統(tǒng)研究

宋會(huì)平 肖 淵 楊娜云 王璟軒 丁明輝 梁 雪

北京軌道交通技術(shù)裝備集團(tuán)有限公司 北京 100071

1 概述

作為軌道車輛中樞神經(jīng)的控制系統(tǒng),結(jié)合軌道交通智慧升級(jí)的發(fā)展契機(jī),實(shí)現(xiàn)列車子系統(tǒng)、智能系統(tǒng)和健康管理系統(tǒng)的信息交互和監(jiān)控功能,形成車輛+信號(hào)+智能系統(tǒng)的整體解決方案,打造智慧軌道交通。

2 智能控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成 列車智能控制系統(tǒng)從以下方面出發(fā)：車輛信號(hào)一體化技術(shù),環(huán)境主動(dòng)感知技術(shù)、聯(lián)掛技術(shù)等。隨著這些技術(shù)的研究,使車輛具有事物識(shí)別功能、分析判斷功能、控制功能、發(fā)現(xiàn)異常情況的感覺(jué)功能、警戒功能等。使車輛可以正確地起動(dòng)、停止,精確地控制速度,及時(shí)對(duì)緊急情況作出反應(yīng)。隨著列車智能的進(jìn)一步發(fā)展,將實(shí)現(xiàn)列車群控,最大限度地提高線路通過(guò)能力。

實(shí)現(xiàn)車輛系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)有機(jī)融合,有助于提高列車設(shè)備整體利用率,提升列車整體的自主運(yùn)行和RAMS(可靠性、可用性、維修性和安全性)水平。采用視覺(jué)及雷達(dá)設(shè)備感知環(huán)境,基于軌道識(shí)別進(jìn)行控制及報(bào)警,維持全運(yùn)營(yíng)周期的全自動(dòng)運(yùn)行。采用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、多網(wǎng)融合、快速交換技術(shù)構(gòu)建列車控制總線和列車智能網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)智能控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建。對(duì)車輛進(jìn)行系列化、模塊化、集成化設(shè)計(jì),并根據(jù)線路情況對(duì)車輛進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

2.2.1 車輛信號(hào)一體化技術(shù) 車輛信號(hào)一體化控制平臺(tái)作為車輛的智能中樞系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的監(jiān)視和控制管理功能及信號(hào)系統(tǒng)的列車控制功能并使車輛和信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行整體控制實(shí)現(xiàn)車輛的安全可靠運(yùn)行。車輛信號(hào)一體化技術(shù)符合IEC 61375標(biāo)準(zhǔn),網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括車輛智能中控主機(jī)(CCU)、RIOM模塊、交換機(jī)、事件記錄模塊和車輛信號(hào)一體化人機(jī)接口單元(HMI)。通過(guò)以太網(wǎng)接口連接所有的微機(jī)控制單元,負(fù)責(zé)通訊管理、車輛控制、狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷及記錄、遠(yuǎn)程輸入輸出、列車數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息顯示等功能；同時(shí)連接所有的維護(hù)端口,用以遠(yuǎn)程訪問(wèn)、調(diào)試、維護(hù)、健康管理等。

TCMS通過(guò)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與車門、牽引、制動(dòng)等車輛子系統(tǒng)接口,實(shí)現(xiàn)車輛列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)(TCMS)基本功能,即對(duì)車輛運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。車輛智能中控主機(jī)(CCU)主機(jī)同時(shí)處理信號(hào)系統(tǒng)和列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)(TCMS)相關(guān)業(yè)務(wù),列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)(TCMS)與信號(hào)系統(tǒng)的通信由外部接口改為內(nèi)部接口,減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間和提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度。在智能控制系統(tǒng)中,CCU控制牽引直接完成全自動(dòng)功能下的跳躍,實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的跳躍控制。列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)整車車載設(shè)備當(dāng)車載部分組件或單個(gè)設(shè)備異常,通過(guò)監(jiān)控中心下發(fā)遠(yuǎn)程復(fù)位命令重啟異常設(shè)備使之恢復(fù)正常的功能。CCU可根據(jù)根據(jù)運(yùn)行環(huán)境感知系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確定位,分場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)功能,服務(wù)乘客智慧出行。HMI通過(guò)以太網(wǎng)與CCU進(jìn)行信息交互,在同一個(gè)界面同時(shí)顯示車輛運(yùn)行時(shí)司乘人員關(guān)心的所有信息。

2.2.2 軌道運(yùn)行環(huán)境主動(dòng)感知系統(tǒng) 軌道運(yùn)行環(huán)境主動(dòng)感知系統(tǒng)采用的探測(cè)傳感器可根據(jù)車輛的運(yùn)行環(huán)境自動(dòng)適應(yīng),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離運(yùn)行環(huán)境探測(cè)和告警能力。一旦探測(cè)到障礙物,車載監(jiān)控觸摸屏自動(dòng)切換到軌道運(yùn)行環(huán)境主動(dòng)感知系統(tǒng)界面,并發(fā)出報(bào)警提示,為列車運(yùn)行提供安全保障。

圖1 運(yùn)行環(huán)境探測(cè)示意圖

2.2.3 特定場(chǎng)景下的車輛連掛 全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)由于沒(méi)有乘務(wù)人員在車上進(jìn)行針對(duì)車輛臨時(shí)發(fā)生故障的復(fù)位、隔離、旁路等處理操作,特別是在突發(fā)事件發(fā)生時(shí),全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)由于沒(méi)有工作人員事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)急處理,極容易造成事件的擴(kuò)大和升級(jí),并形成整個(gè)線路的聯(lián)鎖反應(yīng),造成重大損失。攝像機(jī)拍攝的車鉤連接畫面一方面在司機(jī)室CCTV監(jiān)控屏上實(shí)時(shí)顯示,讓司機(jī)了解車鉤的連接狀態(tài)。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)把對(duì)車鉤的監(jiān)控畫面記錄在硬盤錄像機(jī)內(nèi),用于后期的查看。條件允許的情況下,也可以將監(jiān)控畫面通過(guò)車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)上傳到地面控制中心,方便地面人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖2 攝像機(jī)安裝位置及視角

3 總結(jié)

通過(guò)對(duì)車輛信號(hào)一體化技術(shù)、環(huán)境主動(dòng)感知技術(shù)和特定場(chǎng)景下的車輛連掛技術(shù)的研究,為軌道車輛的智能運(yùn)行系統(tǒng)提供了新的思路和方法,結(jié)合5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息化技術(shù)整合軌道車輛控制及監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)部分功能和車載智能化系統(tǒng),嘗試探索建立一個(gè)集信息集成、智能監(jiān)控集中管控、統(tǒng)一傳輸和智能決策于一體的車輛智能化管理系統(tǒng)。