以行車調度為核心的綜合監控系統方案研究

程 媛

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 ,430063,武漢∥高級工程師)

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以行車調度為核心的綜合監控系統方案研究

程 媛

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 ,430063,武漢∥高級工程師)

介紹了城市軌道交通綜合監控系統的主流集成方案,分析了建設以行車指揮為核心的綜合監控系統的必然性。提出了包括功能優化、接口方案、數據流程、網絡方案在內的完整的綜合監控系統解決方案,分析了其對運營管理的積極影響,并指出了系統集成技術后續發展的方向。

綜合監控系統; 系統集成; 行車調度指揮

Author′s address China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.,Ltd.,430063,Wuhan,China

目前,軌道交通機電系統自動化水平達到前所未有的高度。在建軌道交通項目均考慮設置綜合監控系統,通過計算機及控制技術整合實現大規模機電設備綜合自動化。綜合監控系統在充分考慮乘客、環境及設備的防災和安全的基礎上,通過對眾多機電系統的集成和互聯,提供各系統之間的業務關聯和觸發聯動,提高了事件反應能力和速度,提升了軌道交通運營管理水平及服務質量。

1 綜合監控系統集成方案

1.1 綜合監控系統集成方案介紹

目前，國內外軌道交通綜合監控系統的集成方案主要有兩種:一是采用以環調、電調為核心并兼顧部分與行調有關子系統的集成方案；二是以行車調度指揮為核心,同時提供環境監控、電力監控和乘客監控等功能的集成方案。目前國內大部分已實施或準備實施的綜合監控系統都推薦采用以環境調度、電力調度為核心的集成方式。北京地鐵6號線等部分國內新建線路，以及新加坡地鐵東北線、法國巴黎地鐵14號線等境外項目也成功采用了以行車調度指揮為核心的集成方案。

綜合監控系統對于信號系統的集成對象主要是列車自動監控(ATS)子系統。ATS子系統用于實現列車運行的集中監控和行車指揮。ATS系統的核心功能包括:列車運行圖/時刻表的編制及管理,列車進路的控制,列車運行描述、調整、限制、查詢,節能運行控制,操作和運營數據統計,監視及報警功能,提供發車指示,以及實現信號系統的外部接口。

1.2 兩種綜合監控系統集成方案比較

兩種方案的主要區別在于對信號系統的集成深度上。以環調、電調為核心的集成方案相對較易實現集成。行車調度系統獨立運行,即使集成平臺出現故障也不會影響全線的行車安全。該集成方案不僅具有較高的可實施性,對提高運營管理水平也有較大幫助,但不具備行車指揮能力。這與我國當前軌道交通管理水平相適應。

以行車調度指揮為核心的綜合監控系統在集成了環境調度、電力調度子系統的基礎上,進一步集成了ATS子系統。此時系統具備行車、電力、環境控制的綜合調度能力,不僅減少了系統間接口,還加強了系統間的信息互通和資源共享，使軌道交通機電設備的整體運營性能得到進一步提升。

綜合監控系統集成ATS子系統后便直接負責行車指揮調度,故對系統的可靠性要求更高，為此增加了安全性指標。由于增加了軟件平臺的整合和兼容要求、數據類型一致性協商、數據流向協調，以及ATS與ATO(列車自動運行)閉環輸入部分的兼容性等眾多內容,其內部接口更加復雜。

1.3 綜合監控系統集成ATS子系統的必然性

城市軌道交通運輸的神經中樞即為信號系統。隨著計算機技術、數據傳輸技術及網絡技術的快速發展,以行車調度指揮為核心的集成方式已成為軌道交通自動化技術發展的必然趨勢。采用該集成方式能更好地發揮綜合監控系統的優勢,做到行車、設備、乘客和環境的綜合智能化管理,為實現各個系統協調動作直接服務于“運輸”提供全面的技術平臺。2008年加拿大蒙特利爾市的軌道交通采用ALSTOM(阿爾斯通)的綜合監控系統平臺,實現了4條線路的全面監控,并在控制中心實現了包含行車調度、電力調度、環控調度等業務在內的綜合調度,對多條線路的運營狀況進行統一的監視和控制。

近年來,在國內已對以行車指揮為核心的綜合監控系統開展研究,既從綜合監控系統集成ATS子系統的可行性、優缺點、安全性指標、對運營的影響等角度進行了探討;也有相關科研報道給出接口實施方案。南瑞集團公司和卡斯柯公司聯合開發的TIAS系統已在北京地鐵6號線實施。

2 以行車調度指揮為核心的綜合監控系統方案

2.1 綜合監控系統的功能優化

(1) 通過系統集成實現多系統的信息融合。綜合監控系統集成ATS子系統后,由于其系統功能模塊在通用功能模塊、電力監控模塊、環境監控模塊的基礎上增加了ATS功能模塊,故具備ATS子系統全部功能,可對軌道交通中環境、供電、設備、乘客及列車等進行全面監控,并通過新的功能和手段,來實現系統間快速聯動和非正常情況的快速反應。

(2) 實現全自動駕駛下的深度集成功能。這些功能包括:①列車自動喚醒、啟停運等全自動駕駛支持;②早起運行、站臺火災、區間掉電、防淹門閉鎖等以行車指揮為核心的聯動;③實施列車報警、車輛管理的車輛狀態監測;④實時列車位置查詢、乘客呼叫響應、列車自動報站等乘客服務功能。

(3) 實現人機界面整合。既有的站場圖中將與行車安全息息相關的牽引供電、火災報警、屏蔽門開閉及防淹門位置狀態等信息集中整合體現,形成一張以行車指揮為中心的機電系統圖,使站場圖得到較大幅度的功能升級,并對時間信息、報警信息,以及菜單欄等通用功能模塊內容進行一體化設計。

(4) 全線機電設備維護管理系統集中設置。

(5) 為后備控制中心的建設提供了有利條件。

2.2 綜合監控系統與ATS子系統接口方案

接口方案是綜合監控系統與ATS子系統集成的核心內容。接口方案包括物理接口和功能接口。

ATS子系統從信號系統中劃分出來,成為綜合監控系統的一部分。綜合監控系統與ATS子系統從車站接口到中央級服務實現統一規劃和實施。

(1) 中央級綜合監控系統設置統一的SCADA(數據采集與監視控制)平臺,按照電力監控、環境監控、設備監控、ATS監控劃分功能模塊;提供統一對外的I/O(輸入/輸出)接口服務;提供統一的通用時間、報警、事件、打印功能;提供統一的HMI(人機界面);實現聯動功能。

(2) 中央級配置統一的歷史數據庫,綜合監控系統及其集成各系統共用歷史數據庫平臺;歷史數據共享,集中進行網絡管理、維護管理和培訓管理。

(3) 中央級/信號集中站的綜合監控系統服務器中配置邏輯獨立的ATS功能模塊,用于完成ATS中央級和連鎖區段的功能。

(4) 在信號設備集中站配置ATS專用接口設備,用于與車站的CI/ATP(列車自動保護)/ATO接口;普通站配置ATS專用接口設備,用于驅動發車指示器。

(5) 綜合監控系統保留原有通信前置機與供電系統、環境與設備監控系統、通信系統的接口,完成車站級設備監控、乘客導向服務。

(6) 綜合監控系統車站值班員工作站,提供統一的界面集中進行設備管理、聯動控制以及人機接口。

2.3 系統內部數據流程設計方案

綜合監控系統的內部數據流程是實現監控功能的關鍵技術。在物理接口的基礎上安全、有效的數據流程設計是成功集成ATS子系統的核心。綜合監控系統的數據管理方式以車站為基本顆粒,而信號系統則以設備集中站為監控管理的基本顆粒;ATS子系統的數據流相對其他集成系統獨立存在,同時也有一定程度的同向數據流。鑒于此，與獨立設置ATS專用接口設備的接口方案相一致,將ATS的數據流獨立,可既保證數據通信快速,也保證穩定性和安全性。綜合監控系統的結構及數據流向見圖1,其功能示意圖見圖2。

圖1 綜合監控系統結構及數據流程圖

圖2 綜合監控系統聯動功能示意圖

2.4 系統網絡設計方案

基于上述分析,建議為ATS子系統劃分獨立的VLAN(虛擬局域網)完成集中站內部的數據流,同時在設備集中站通過綜合監控系統主干網完成車站與中央級的數據通信。

綜合監控系統主流的網絡方案是組建工業以太環網,雙網冗余熱備。該方案組網靈活、收斂速度快,服務質量高,可靠性好,便于擴展。綜合監控系統集成ATS子系統采用該方案可便利地實現獨立子網劃分及子網間通信安全。

2.5 對運營的積極影響

通過對ATS系統后的子系統的整合可提升整個軌道交通機電設備的整體運營性能和安全性能。通過對現行的運營管理和維護管理體制進行調整能更好地發揮集成ATS綜合監控系統的優勢,并對運營和維護的管理體制產生積極而深遠的影響。

(1) 通過統一平臺構建的系統聯動機制提供新的功能和手段,可實現系統間快速聯動和反應,提高運營指揮的效率。

(2) 擴大綜合維修系統覆蓋的范圍,真正實現了機電系統的綜合維護,給運營維護人員提供了人性化的輔助手段。增強了設備的自診斷功能,使運營維護功能得到加強,降低了運營人員勞動強度。

(3) 實施多列車的自動、實時、協同控制可實現列車及車站機電設備節能優化運行,降低系統整體的能耗。其主要途徑包括:①合理安排列車交會,避免列車交會中的起停;②防止列車同時起動,避免負載集中;③實現列車、機電設備最優化運行。

3 結語

在信號集成商ATS系統接口技術開放的前提下,綜合監控系統集成商采用通用接口平臺即可實現對ATS子系統的集成,實現HMI、系統間聯動、公共通用服務的集成目標。本文建議的以行車指揮為核心的綜合監控系統接口方案可實施性強,能滿足集中調度、統一管理的運營維護管理需求,對運營效果提升明顯,并與國內的技術、運管水平相適應,是值得推廣的集成技術。但本方案也存在不足:方案的核心是系統接口,而ATS子系統在功能模塊和網絡上均邏輯獨立,故對后續功能的擴展造成一定的局限;此外,隨著全自動駕駛時代的來臨,ATS子系統需要達到SIL2級安全標準,以行車指揮為核心的綜合監控系統軟件平臺也需遵循EN 50128等標準完成獨立的安全評估以滿足軌道交通的運營安全需求。這也是綜合監控系統在今后的工程實際中發展的方向。

[1] 魏祥斌.集成信號列車自動監控子系統的綜合監控系統方案[J].城市軌道交通研究,2012(8):86.

[2] 陳吉余,李衛娟,何紅光.TIAS系統及其在北京地鐵6號線的應用[J].鐵道通信信號,2014(11):49.

[3] 謝紅兵,劉小樹,智艷利.以行車指揮為核心的綜合監控系統軟件集成方案研究[J].自動化博覽,2015(1):90.

Integrated Supervisory Control System Centered on Train Dispatching Control

CHENG Yuan

The mainstream integration solution of integrated supervisory control system adopted in urban rail transit is introduced. The necessity of integrated supervisory control system centered on traffic control is analyzed. Then a complete project of integration is put forward, including the function optimization, interface design, data flow and network plan. Then the positive influence of the solution on operation management is analyzed, the development direction of integration technology in the future is pointed out.

integrated supervisory control system (ISCS); system integration; train dispatching

U 29-39

10.16037/j.1007-869x.2016.06.013

2015-11-12)