全自動(dòng)運(yùn)行線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛接口方案淺析

吳艷春

（福州地鐵建設(shè)有限公司，福建 福州 350000）

1 前言

城市軌道交通的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)，由信號(hào)、車(chē)輛、綜合監(jiān)控、通信、站臺(tái)門(mén)等系統(tǒng)設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行全過(guò)程自動(dòng)化的系統(tǒng)。其中，綜合監(jiān)控在全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中承擔(dān)著“眼睛”的職能，尤其是對(duì)于控制中心的調(diào)度人員來(lái)說(shuō)，需要全面地掌控列車(chē)的全部運(yùn)行信息，以便于更加精準(zhǔn)地根據(jù)各種工況做出及時(shí)、合理的判斷和指揮。

《城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)指南(試行)》中提出：“全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)控制中心應(yīng)具備車(chē)輛監(jiān)控功能、乘客服務(wù)功能。車(chē)輛監(jiān)控功能宜納入信號(hào)系統(tǒng)，乘客服務(wù)功能宜納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)?！钡捎谌缃褴?chē)輛系統(tǒng)需上傳至中心的數(shù)據(jù)量較大，超過(guò)了LTE 綜合承載的帶寬限制，車(chē)輛監(jiān)控功能不能完整地納入信號(hào)系統(tǒng)，因此，通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)在OCC 完整地顯示車(chē)輛全部運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，正越來(lái)越多地被應(yīng)用在各城市軌道交通的全自動(dòng)運(yùn)行線路建設(shè)中。本文通過(guò)分析調(diào)度人員對(duì)于車(chē)輛數(shù)據(jù)的使用需求，并調(diào)研各地的實(shí)現(xiàn)方案，歸納得出目前綜合監(jiān)控與車(chē)輛的接口方案存在3 種方式，通過(guò)各方案優(yōu)缺點(diǎn)的比較，提出合理的方案，供各地建設(shè)方、運(yùn)營(yíng)方、設(shè)計(jì)方、集成商參考。

2 運(yùn)營(yíng)需求

全自動(dòng)線路OCC 對(duì)于車(chē)輛的監(jiān)控需求可分為與行車(chē)直接相關(guān)（如進(jìn)路觸發(fā)、停車(chē)發(fā)車(chē)、車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)、休眠喚醒、工況執(zhí)行、FAM 授權(quán)、制動(dòng)及緩解等），以及與非行車(chē)直接相關(guān)（如車(chē)廂CCTV 聯(lián)動(dòng)信息、司機(jī)室監(jiān)控面板在OCC 的復(fù)現(xiàn)、車(chē)輛維護(hù)診斷數(shù)據(jù)展示、車(chē)載PIS 下發(fā)、車(chē)載CCTV 調(diào)用）兩類(lèi)。對(duì)于與行車(chē)直接相關(guān)的車(chē)輛數(shù)據(jù)，均可通過(guò)信號(hào)ATS 系統(tǒng)顯示，此類(lèi)數(shù)據(jù)的相關(guān)接入方案較為成熟，不在本文討論范圍之內(nèi)；而與非行車(chē)直接相關(guān)的數(shù)據(jù)，需要在綜合監(jiān)控的中心調(diào)度員界面中進(jìn)行展示，此類(lèi)數(shù)據(jù)可進(jìn)一步分為監(jiān)視信息和控制命令。

2.1 監(jiān)視信息

即綜合監(jiān)控從車(chē)輛獲得相應(yīng)的信息點(diǎn)位，進(jìn)行分析處理后，在人機(jī)界面中進(jìn)行顯示，并根據(jù)用戶(hù)要求作為執(zhí)行后續(xù)動(dòng)作的判斷，內(nèi)容如下。

（1）聯(lián)動(dòng)車(chē)載CCTV 所需的關(guān)鍵報(bào)警信息。當(dāng)綜合監(jiān)控接收到需聯(lián)動(dòng)車(chē)廂內(nèi)CCTV 的報(bào)警時(shí)（如如車(chē)廂火災(zāi)報(bào)警、司機(jī)室蓋板打開(kāi)、障礙物觸發(fā)、滅火器移動(dòng)、乘客緊急對(duì)講觸發(fā)等），將聯(lián)動(dòng)調(diào)取對(duì)應(yīng)位置的CCTV攝像頭視頻圖像至OCC 終端，供調(diào)度人員掌握車(chē)廂內(nèi)緊急事件情況，以便決定是否采取進(jìn)一步處置措施使用。

（2）列車(chē)司機(jī)室內(nèi)司機(jī)室顯示屏（即DDU）在OCC調(diào)度席位上的復(fù)現(xiàn)。全自動(dòng)運(yùn)行模式下，調(diào)度人員需要全面地掌握列車(chē)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，故DDU 上的所有信息需要在OCC 進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，顯示風(fēng)格應(yīng)盡可能與車(chē)載DDU 界面保持一致。

（3）車(chē)輛維護(hù)數(shù)據(jù)展示。全自動(dòng)運(yùn)行模式下，調(diào)度人員除了需要掌握列車(chē)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況外，還需要掌握與列車(chē)維護(hù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，以便于更好地向維修部門(mén)下發(fā)相應(yīng)的維修工單，縮短故障修復(fù)時(shí)間。

以某市軌道交通2 號(hào)線為例，一列4 節(jié)編組的C 型車(chē)，上述三類(lèi)數(shù)據(jù)共占用約8000 個(gè)信息點(diǎn)。

2.2 控制命令

即綜合監(jiān)控需要向列車(chē)下發(fā)某些控制命令，主要包括調(diào)度車(chē)載CCTV 攝像頭以及向車(chē)載PIS 下發(fā)文本信息兩類(lèi)。

3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛系統(tǒng)的接口方案

3.1 方案一：少部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳輸至綜合監(jiān)控，全量數(shù)據(jù)通過(guò)界面嵌入方式集成至綜合監(jiān)控人機(jī)界面

如圖1 所示，司機(jī)室監(jiān)控面板在OCC 的復(fù)現(xiàn)、車(chē)輛維護(hù)數(shù)據(jù)通過(guò)界面嵌入的方式，由ISCS 提供界面集成接口，以瀏覽器的形式顯示車(chē)輛相應(yīng)數(shù)據(jù)的頁(yè)面，即這部分?jǐn)?shù)據(jù)不通過(guò)接口傳輸給綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛接口方案一示意圖（車(chē)輛直接接口）

如圖2 所示，車(chē)廂CCTV 聯(lián)動(dòng)信息（如車(chē)廂火災(zāi)報(bào)警、司機(jī)室蓋板打開(kāi)、障礙物觸發(fā)、滅火器移動(dòng)、乘客緊急對(duì)講觸發(fā)等）、通過(guò)車(chē)輛-PIS-ISCS 三方接口實(shí)現(xiàn)，上述數(shù)據(jù)需通過(guò)此三方接口傳輸給綜合監(jiān)控，由綜合監(jiān)控進(jìn)行相應(yīng)的展示。

圖2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛接口方案一示意圖（PIS 轉(zhuǎn)發(fā)接口）

采用本方案時(shí)，車(chē)輛與綜合監(jiān)控的接口功能如表1所示。

表1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛接口方案一接口功能表

3.2 方案二：綜合監(jiān)控在地面接收車(chē)輛全量信息，自行開(kāi)發(fā)所有界面

如圖3 所示，需在綜合監(jiān)控中展示的所有車(chē)輛相關(guān)數(shù)據(jù)均通過(guò)車(chē)輛專(zhuān)業(yè)在控制中心設(shè)置的地面服務(wù)器落地，并傳輸給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，包括車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)、車(chē)載設(shè)備工作狀態(tài)、故障報(bào)警信息、故障報(bào)警處置流程信息、車(chē)輛自檢信息、司控臺(tái)儀器儀表按鈕指示燈信息等。

圖3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛接口方案二示意圖

采用本方案時(shí)，車(chē)輛與綜合監(jiān)控的接口功能如表2所示。

表2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛接口方案二接口功能表

3.3 方案三：綜合監(jiān)控在列車(chē)上部署車(chē)載綜合監(jiān)控系統(tǒng)（TISCS），通過(guò)TISCS 與列車(chē)完成數(shù)據(jù)交互

如圖4 所示，該方案通過(guò)TISCS 實(shí)現(xiàn)車(chē)輛數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)，車(chē)載功能作為ISCS 的一部分，集成在ISCS 內(nèi)。TISCS 主要由車(chē)頭/尾各1 臺(tái)車(chē)載ISCS 服務(wù)器、車(chē)載交換機(jī)、中繼器等設(shè)備組成。車(chē)載ISCS 服務(wù)器與TCMS、車(chē)載PIS、車(chē)載CCTV 等進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）建立ISCS 與TCMS 的通信連接（MVB 接口），實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行信息上傳。（2）建立ISCS 與車(chē)載CCTV 的通信連接（以太網(wǎng)接口），實(shí)現(xiàn)ISCS 對(duì)車(chē)載CCTV 實(shí)時(shí)圖像/錄像調(diào)用，在應(yīng)急情況下，調(diào)用車(chē)載CCTV 選取的應(yīng)急視頻。（3）建立ISCS 與車(chē)載PIS 的通信連接（以太網(wǎng)接口），實(shí)現(xiàn)ISCS 向車(chē)載PIS 轉(zhuǎn)發(fā)OCC 下發(fā)的文字信息，與車(chē)載CCTV 共享接口物理鏈路。（4）建立ISCS 與車(chē)輛運(yùn)行信息系統(tǒng)的通信鏈接（以太網(wǎng)接口），按照約定的格式，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛維護(hù)數(shù)據(jù)的上傳與接收。

圖4 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛接口方案三示意圖

兩套TISCS 服務(wù)器熱備冗余，正常情況下均處于激活狀態(tài)，且由主端（可定義）承載業(yè)務(wù)。當(dāng)主端故障時(shí)，從端自動(dòng)獲得承載業(yè)務(wù)權(quán)限。

采用本方案時(shí)，車(chē)輛與綜合監(jiān)控的接口功能如表3所示。

表3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與車(chē)輛接口方案三接口功能表

4 方案比較

方案一：具有車(chē)輛與綜合監(jiān)控交互數(shù)據(jù)量少，僅需傳輸部分關(guān)鍵報(bào)警數(shù)據(jù)并在人機(jī)界面中進(jìn)行展示，而全量數(shù)據(jù)仍由車(chē)輛專(zhuān)業(yè)自身處理，通過(guò)界面嵌入的方式實(shí)現(xiàn)在一個(gè)綜合監(jiān)控工作站上展示不同業(yè)務(wù)需求的數(shù)據(jù)，對(duì)于綜合監(jiān)控集成商的開(kāi)發(fā)要求較低，適用于工程經(jīng)驗(yàn)較少，但工程開(kāi)通節(jié)點(diǎn)緊迫的線路。此方案的弊端也相當(dāng)明顯，綜合監(jiān)控僅接入少部分車(chē)輛數(shù)據(jù)，不利于系統(tǒng)集成范圍的擴(kuò)展，后續(xù)若需要在綜合監(jiān)控的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)挖掘等智能化深度功能時(shí)，需要調(diào)整接口；此外，當(dāng)調(diào)度員需要獲知詳細(xì)車(chē)輛信息時(shí)，需要另行點(diǎn)擊頁(yè)面查閱，影響操作便捷性。

方案二：在方案一的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了全自動(dòng)運(yùn)行模式下對(duì)車(chē)輛的深度管控，有助于中央調(diào)度員實(shí)時(shí)知曉當(dāng)前全線車(chē)輛狀態(tài)，通過(guò)綜合分析、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、輔助決策等功能降低調(diào)度管控難度。尤其是應(yīng)急和故障場(chǎng)景下，使中心調(diào)度員可以及時(shí)獲取全部車(chē)輛相關(guān)信息，通過(guò)可靠的輔助決策和高效的聯(lián)動(dòng)功能，提高車(chē)輛調(diào)度的管控效率和質(zhì)量。此方案需要綜合監(jiān)控集成商具有豐富的車(chē)輛專(zhuān)業(yè)知識(shí)，且數(shù)據(jù)點(diǎn)位的增多將對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)的穩(wěn)定性、可靠性提出更高的要求，開(kāi)發(fā)周期較方案一也更長(zhǎng)。

方案三：通過(guò)在列車(chē)上直接部署TISCS，在TISCS架構(gòu)下，整個(gè)綜合監(jiān)控除了具有方案二的優(yōu)勢(shì)外，還可通過(guò)TISCS 實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)地傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容統(tǒng)一整合管理、帶寬控制等功能，每一列車(chē)對(duì)于綜合監(jiān)控來(lái)說(shuō)都可看作一個(gè)移動(dòng)的車(chē)站，車(chē)輛數(shù)據(jù)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接入可靠性更高。但此方案需要在列車(chē)上部署綜合監(jiān)控設(shè)備并組建TISCS 網(wǎng)絡(luò)，對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商的能力要求更高，接口數(shù)量顯著增多。

綜合比較，方案二和方案三均接入了全量的車(chē)輛信息，都可根據(jù)用戶(hù)需求對(duì)非行車(chē)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，完成車(chē)載設(shè)備監(jiān)控、車(chē)廂監(jiān)視、乘客溝通、應(yīng)急指揮功能；也可統(tǒng)一調(diào)度員工作站操作方式、界面風(fēng)格，方便調(diào)度使用，均可作為未來(lái)全自動(dòng)運(yùn)行線路車(chē)輛與綜合監(jiān)控的接口方案。相比較而言，方案三應(yīng)用案例較少，對(duì)綜合監(jiān)控集成商與車(chē)輛供應(yīng)商的接口配合要求最高，對(duì)業(yè)主的協(xié)調(diào)工作量也較大，是否選擇該方案取決于建設(shè)方對(duì)綜合監(jiān)控的定位以及潛在供應(yīng)商的能力。

5 結(jié)語(yǔ)

全自動(dòng)運(yùn)行是軌道交通未來(lái)的主流發(fā)展趨勢(shì)，采用此模式時(shí)，綜合監(jiān)控對(duì)車(chē)輛的監(jiān)控需求明顯高于非全自動(dòng)線路，目前，各個(gè)城市的不同線路針對(duì)綜合監(jiān)控對(duì)車(chē)輛的監(jiān)控方案各有千秋。通過(guò)對(duì)比分析，可以得出方案二和方案三均可滿(mǎn)足全自動(dòng)運(yùn)行的調(diào)度需求，可作為各地建設(shè)全自動(dòng)運(yùn)行線路時(shí)的備選方案使用。