綜合監(jiān)控與信號(hào)ATS融合方案分析及建議

摘" 要：地鐵ISCS系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)的融合，是城市軌道交通的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)融合的必要性進(jìn)行分析，簡(jiǎn)要介紹ISCS系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)融合的幾種方式，并結(jié)合國(guó)內(nèi)的既有融合方案，對(duì)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析對(duì)比。結(jié)合目前的技術(shù)發(fā)展方向，提出合理的融合方案，并對(duì)采用該方案的估算及能耗分析、實(shí)施重難點(diǎn)等進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：綜合監(jiān)控系統(tǒng);ATS;界面集成;深度集成;完全集成

中圖分類(lèi)號(hào)：U29-39" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）18-0153-04

Abstract： The integration of subway ISCS system and ATS system is the development trend of urban rail transit. This paper analyzes the necessity of integration， briefly introduces several ways of integration between ISCS system and ATS system， and analyzes and compares the advantages and disadvantages of the existing fusion schemes in China. According to the current technical development direction， a reasonable fusion scheme is put forward， and the estimation， energy consumption analysis and implementation difficulties of this scheme are described.

Keywords： integrated monitoring system; ATS; interface integration; deep integration; full integration

為保障乘客運(yùn)輸服務(wù)，軌道交通設(shè)施和設(shè)備構(gòu)成了龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，包括信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境和機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等等。這些系統(tǒng)多為分立設(shè)置，各業(yè)務(wù)設(shè)備分別進(jìn)行信息采集處理，天然形成了信息孤島，缺乏信息的有效協(xié)同。近幾年全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)逐步建設(shè)并掀起熱潮，在無(wú)人駕駛模式下，原先由駕駛員執(zhí)行的工作被自動(dòng)化設(shè)備代替，系統(tǒng)集中度要求更高，運(yùn)行場(chǎng)景更為復(fù)雜，同時(shí)旅客服務(wù)質(zhì)量要求更高。運(yùn)營(yíng)指揮人員需要快速高效地獲取信息和做出決策判斷，準(zhǔn)確下達(dá)控制指令，此時(shí)傳統(tǒng)的分立模式控制系統(tǒng)已完全不能滿(mǎn)足需求，以行車(chē)為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)ATS進(jìn)行融合的一體化系統(tǒng)，體現(xiàn)出了其自動(dòng)化、智能化的推動(dòng)優(yōu)勢(shì)，是目前國(guó)內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)。但是，綜合監(jiān)控與信號(hào)ATS的融合深度，目前各城市地鐵線路建設(shè)過(guò)程中各有不同。

1" 系統(tǒng)融合必要性分析

1.1" 提高運(yùn)營(yíng)效率的需求

一體化系統(tǒng)可提升整個(gè)軌道交通設(shè)備系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)性能，提供新的功能和手段，可以及時(shí)為調(diào)度等運(yùn)營(yíng)人員提供多專(zhuān)業(yè)、全面的行車(chē)、設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間快速聯(lián)動(dòng)和反應(yīng)，進(jìn)一步為軌道交通安全、高效運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支撐。

1.2" 各專(zhuān)業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)

以行車(chē)調(diào)度指揮為核心的集成方式是軌道交通自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。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，一體化系統(tǒng)已成為軌道交通自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，能更好地發(fā)揮綜合監(jiān)控的優(yōu)勢(shì)，做到行車(chē)、設(shè)備、乘客和環(huán)境的綜合智能化管理。

1.3" 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的支撐需求

根據(jù)全自動(dòng)駕駛的功能需求，優(yōu)化控制中心行調(diào)、電調(diào)、乘客調(diào)度和車(chē)輛調(diào)度工作站等的設(shè)置，保證中心調(diào)度員操作的有效便捷;車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)納入正線統(tǒng)一控制后，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成和互聯(lián)系統(tǒng)的管理和監(jiān)控范圍進(jìn)行擴(kuò)充，從而滿(mǎn)足全線監(jiān)控功能;增加對(duì)車(chē)輛信息顯示及收集，對(duì)全自動(dòng)駕駛提供全面信息服務(wù);實(shí)現(xiàn)SPKS防護(hù)區(qū)域門(mén)鎖的軟件聯(lián)動(dòng)，提升自動(dòng)化水平。

2" 融合方案分析推薦

2.1" 集成方案分析

2.1.1" 界面集成

1）傳統(tǒng)界面集成方案。傳統(tǒng)意義上的界面集成，指對(duì)人機(jī)界面的集成，后臺(tái)服務(wù)器硬件設(shè)備及數(shù)據(jù)庫(kù)等各自獨(dú)立。此方案下，硬件結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，共用了車(chē)站工作站，ATS界面以插件形式嵌入到ISCS人機(jī)界面平臺(tái)中，界面風(fēng)格不統(tǒng)一，ATS服務(wù)器與ISCS服務(wù)器獨(dú)立部署，通過(guò)接口傳輸公用數(shù)據(jù)，ATS界面直接取得ATS服務(wù)器的數(shù)據(jù)，刷新速度較快，但聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)接口，數(shù)據(jù)處理速度較慢。

2）北京6號(hào)線集成方案。北京6號(hào)線是國(guó)內(nèi)第一次綜合監(jiān)控集成信號(hào)ATS的嘗試，業(yè)內(nèi)常稱(chēng)其為界面集成，但實(shí)際上其集成深度已超過(guò)傳統(tǒng)意義上的界面集成方案，其并不只是車(chē)站值班工作站人機(jī)界面的集成，控制中心信號(hào)服務(wù)器設(shè)備，也實(shí)現(xiàn)了與綜合監(jiān)控的硬件共用，而且2個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的信息交互也遠(yuǎn)超傳統(tǒng)界面集成概念。其軟件組成如圖1所示，系統(tǒng)配置如圖2所示。

此方案共用了服務(wù)器、工作站等設(shè)備，節(jié)約了硬件設(shè)備成本，共用網(wǎng)絡(luò)及平臺(tái)軟件，采用界面內(nèi)嵌ATS，數(shù)據(jù)獨(dú)立，數(shù)據(jù)處理安全風(fēng)險(xiǎn)低，實(shí)現(xiàn)了行車(chē)調(diào)度功能。但是設(shè)備共用，對(duì)軟硬件要求也更高了，系統(tǒng)業(yè)務(wù)交叉，系統(tǒng)兼容性和可靠性挑戰(zhàn)更大，數(shù)據(jù)交互能力弱，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用。

2.1.2" 深度集成

綜合監(jiān)控系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)的FEP分開(kāi)獨(dú)立部署;ATS利用ISCS平臺(tái)提供的對(duì)外通用接口（API）完成ATS系統(tǒng)人機(jī)界面開(kāi)發(fā);ATS設(shè)備監(jiān)控功能通過(guò)ISCS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，ATS專(zhuān)用服務(wù)（如列車(chē)跟蹤、自排進(jìn)路、列車(chē)調(diào)整等）由ATS實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器同時(shí)部署ISCS服務(wù)和ATS服務(wù)，硬件共用，ATS服務(wù)與ISCS服務(wù)以接口協(xié)議方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中ISCS服務(wù)中含ATS所有數(shù)據(jù)。ISCS系統(tǒng)和ATS系統(tǒng)共用一套歷史庫(kù)，硬件共用，數(shù)據(jù)庫(kù)表各自創(chuàng)建與維護(hù)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是界面風(fēng)格統(tǒng)一，能實(shí)現(xiàn)豐富多樣的聯(lián)動(dòng)功能，采用統(tǒng)一的實(shí)時(shí)服務(wù)器，缺點(diǎn)是因?yàn)閿?shù)據(jù)要從ATS通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給ISCS，所以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新速度稍慢，且聯(lián)動(dòng)功能的實(shí)時(shí)性相對(duì)較差。

深度集成已開(kāi)通的案例是北京燕房線，大興機(jī)場(chǎng)線，北京后續(xù)的17號(hào)線、19號(hào)線、12號(hào)線都是采用此方案。此方案在北京6號(hào)線的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加深了融合程度，ISCS服務(wù)中包含了ATS所有數(shù)據(jù)。其軟件組成及系統(tǒng)配置如圖3、圖4所示。

控制中心的服務(wù)器按照3套冗余設(shè)備配置，各自分配不同系統(tǒng)功能，3套冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器可根據(jù)各接入專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)靈活部署相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)等軟件功能模塊，保證各專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性，并保證系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能等的完整性。

服務(wù)器分開(kāi)設(shè)置，一方面是考慮降低風(fēng)險(xiǎn)，另一方面是運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需求。但是其數(shù)據(jù)總線是共用的，理論上所有服務(wù)器的功能都是相同的，可以在一套服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)其所有的功能，目前只是在3套服務(wù)器上各自保留了部分功能。

此方案下軟件功能由ISCS與ATS聯(lián)合開(kāi)發(fā)，發(fā)揮各方優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)平臺(tái)和數(shù)據(jù)完全集成，操作界面實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，也實(shí)現(xiàn)了行車(chē)調(diào)度管理功能。但是ISCS與ATS需進(jìn)行全面的系統(tǒng)兼容性測(cè)試，由于配合緊密，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中交叉較多，對(duì)調(diào)度和維護(hù)人員的管理水平要求也更高。

2.1.3" 完全集成

基于一套平臺(tái)深度集成列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS），實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)的各級(jí)監(jiān)控管理功能。一體化系統(tǒng)與信號(hào)ATS系統(tǒng)共用服務(wù)器、ATS系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)均集成在一體化系統(tǒng)中，利用平臺(tái)提供的對(duì)外接口（API）進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，完成各子系統(tǒng)的功能開(kāi)發(fā)，這種集成方式稱(chēng)為完全集成。目前國(guó)內(nèi)地鐵線路尚無(wú)采用完全集成方案的案例，是綜合監(jiān)控和信號(hào)ATS融合的理想形態(tài)。其軟件組成及系統(tǒng)配置如圖5、圖6所示。

在此方案下，綜合監(jiān)控與信號(hào)ATS共同組網(wǎng)，共用服務(wù)器、工作站，配套統(tǒng)一通用的平臺(tái)軟件，開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的核心模塊。此方案自動(dòng)化程度更高，控制管理高度集中化，數(shù)據(jù)刷新和聯(lián)動(dòng)處理非常快。但是此方案在地鐵項(xiàng)目中尚無(wú)實(shí)際應(yīng)用案例，其項(xiàng)目實(shí)施難度和風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.1.4" 集成方案建議

傳統(tǒng)界面集成方案，雖然其實(shí)施難度低，但是目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)通的綜合監(jiān)控與信號(hào)ATS融合的開(kāi)通線路，其融合深度都已超過(guò)了僅對(duì)人機(jī)界面集成，并且運(yùn)營(yíng)良好，后續(xù)業(yè)內(nèi)各家集成商都是在北京6號(hào)線和北京燕房線的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善集成方案，提高集成深度，現(xiàn)階段再去研究此方案，意義不大，不建議采用此方案。

完全集成方案，目前僅在有軌電車(chē)有應(yīng)用，但是有軌電車(chē)和地鐵的功能需求、集成難度都是不可同日而語(yǔ)的，而且目前業(yè)內(nèi)具備實(shí)施此方案能力的集成商也是寥寥可數(shù)，若選用此方案，其風(fēng)險(xiǎn)和不可控因素太多，因此也不建議采用完全集成方案。

深度集成方案是國(guó)內(nèi)目前采用最多的集成方案，北京燕房線、新機(jī)場(chǎng)線、17號(hào)線和南寧5號(hào)線、太原2號(hào)線等都采用了此方案，大體方案基本一致，只是在局部細(xì)節(jié)方面稍有區(qū)別，其方案已比較成熟。北京3號(hào)線也在6號(hào)線的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了車(chē)站及控制中心的硬件整合，合并了網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，集成深度已經(jīng)和機(jī)場(chǎng)線、17號(hào)線等線路的方案趨同。

綜上所述，深度集成方案是目前的最佳選擇。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)軌道交通云平臺(tái)方案的開(kāi)展，綜合監(jiān)控與信號(hào)ATS的車(chē)站、中央級(jí)的服務(wù)器、交換機(jī)、工作站等設(shè)備，全線的傳輸網(wǎng)絡(luò)，都可以通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，硬件資源的共享更為便利。

2.2" 融合方案能耗分析

項(xiàng)目規(guī)模以21座車(chē)站，1個(gè)控制中心，1個(gè)備用控制中心，1個(gè)車(chē)輛段為例，采用深度集成方案后，設(shè)備全年耗電減少見(jiàn)表1，每年可節(jié)省約459 724度電量。

2.3" 融合方案實(shí)施重難點(diǎn)分析及建議

一體化系統(tǒng)工程的順利實(shí)施，包括方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和后期維護(hù)等不同階段任務(wù)需密切配合才能成功完成，在此項(xiàng)目管理過(guò)程中的重難點(diǎn)在于ISCS與信號(hào)ATS專(zhuān)業(yè)的配合上，具體表現(xiàn)為2點(diǎn)：一方面，由于信號(hào)專(zhuān)業(yè)涉及行車(chē)安全，安全等級(jí)較高，而ATS需要及時(shí)發(fā)布一些與行車(chē)相關(guān)的安全管理信息，對(duì)于此信息的發(fā)布處理，信號(hào)承包商較為謹(jǐn)慎，在管理流程上需要各級(jí)審核批復(fù)后方可發(fā)布，時(shí)效性稍長(zhǎng)，而綜合監(jiān)控的信息發(fā)布流程相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)由于綜合監(jiān)控接口專(zhuān)業(yè)多，相關(guān)專(zhuān)業(yè)的變化會(huì)引起綜合監(jiān)控專(zhuān)業(yè)軟件的不斷調(diào)整，軟件變動(dòng)比較頻繁，所以在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中管理好信號(hào)和綜合監(jiān)控軟件版本的發(fā)布是一個(gè)難點(diǎn)。而且，采用深度集成方案后，由于要取得SIL2級(jí)的安全認(rèn)證，所以在試運(yùn)營(yíng)之前就要完成所有一體化系統(tǒng)的調(diào)試，對(duì)于項(xiàng)目整體進(jìn)度的把控也是需要重點(diǎn)關(guān)注。另一方面，在一體化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不免由于基礎(chǔ)信息的更新等原因存在一體化軟件升級(jí)的問(wèn)題，在一體化系統(tǒng)中信號(hào)ATS的內(nèi)容較少，而ISCS的信息量占比更大，因此在ATS軟件升級(jí)后需要ISCS配合完成一體化的完整性功能測(cè)試，實(shí)際工程實(shí)施中，由于ATS的軟件升級(jí)導(dǎo)致ISCS調(diào)試配合工作量大的客觀原因使得ISCS人員疲于配合，直接影響項(xiàng)目的順利進(jìn)展。

因此，為使得一體化系統(tǒng)工程順利推進(jìn)，必須要有統(tǒng)一的建設(shè)管理團(tuán)隊(duì)，從建設(shè)部門(mén)的管理層次提前解決專(zhuān)業(yè)間的互相掣肘，工程實(shí)施過(guò)程中要協(xié)調(diào)解決信號(hào)ATS承包商和ISCS承包商可能發(fā)生的一切不利事件，同時(shí)從項(xiàng)目招標(biāo)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就要提前規(guī)劃，從設(shè)計(jì)方案、集成商接口測(cè)試等方面提前解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以便項(xiàng)目更順利地實(shí)施。

3" 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通的建設(shè)是以運(yùn)營(yíng)為目標(biāo)的，因此行車(chē)管理最為重要，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，以行車(chē)指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成為城市軌道交通自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)及必經(jīng)過(guò)程，也是地鐵運(yùn)營(yíng)管理提高效率、提高水平、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的必然需要。只有將行車(chē)調(diào)度指揮系統(tǒng)納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，才能更好地發(fā)揮綜合監(jiān)控的優(yōu)勢(shì)，真正做到行車(chē)、設(shè)備、乘客和環(huán)境的綜合智能化管理。通過(guò)前文的論述及分析，推薦綜合監(jiān)控與信號(hào)ATS采用深度集成的融合方案，集成ATS、PSCADA、BAS和FAS，同時(shí)為了項(xiàng)目的順利推進(jìn)，建議采用深度集成的項(xiàng)目成立統(tǒng)一的管理組織架構(gòu)，按照綜合監(jiān)控和信號(hào)打包的招標(biāo)方式招標(biāo)。建議在項(xiàng)目實(shí)施階段就對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)架構(gòu)進(jìn)行提前規(guī)劃，結(jié)合深度集成方案及全自動(dòng)駕駛的背景，優(yōu)化人員配置。

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