城市軌道交通全自動(dòng)駕駛車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

范曉棟

（上海地鐵第一運(yùn)營有限公司，上海 200003）

按傳統(tǒng)城市軌道交通駕駛模式設(shè)計(jì)的車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)在設(shè)計(jì)初期僅作為信號(hào)MSS的車輛告警實(shí)時(shí)顯示軟件，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛及其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并給出相應(yīng)的當(dāng)前實(shí)時(shí)報(bào)警信息，因此設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，且數(shù)據(jù)處理任務(wù)僅由工作站承擔(dān)。但隨著全自動(dòng)駕駛運(yùn)營與維護(hù)需求日益增長，該平臺(tái)已無法完全滿足實(shí)際運(yùn)用需求。因此，需對(duì)其進(jìn)行升級(jí)與優(yōu)化，從而完全滿足現(xiàn)有運(yùn)營與維護(hù)需求。

1 既有車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)

1.1 既有平臺(tái)工作原理

既有車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛及其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)從而通過故障圖片式和故障列表式給出相應(yīng)的當(dāng)前實(shí)時(shí)報(bào)警信息。

平臺(tái)通過與ATS系統(tǒng)接口，以UDP方式進(jìn)行通信，接收ATS系統(tǒng)傳輸?shù)能囕v部分信息包和車載控制器信息包，從而實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)測(cè)功能。在車輛報(bào)警系統(tǒng)中配置服務(wù)器的端口（可配置），然后向服務(wù)器發(fā)送鏈接請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求并開始傳送數(shù)據(jù)。平臺(tái)每隔小于3 s的時(shí)間從ATS接口讀取一次數(shù)據(jù)，然后驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。若讀取的數(shù)據(jù)為153B（車輛數(shù)據(jù)包大?。┗?64B（車輛數(shù)據(jù)包大?。?，則表示讀取數(shù)據(jù)有效，后續(xù)可以分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；若連續(xù)6 s讀取不到有效的數(shù)據(jù)包，則認(rèn)為通信出現(xiàn)故障。雙方通信采用大端（Big-endian）字節(jié)序。

1.2 既有平臺(tái)界面及功能

當(dāng)前平臺(tái)圖形界面如圖1所示。當(dāng)程序啟動(dòng)時(shí)，默認(rèn)顯示界面為“當(dāng)前圖形顯示”界面，為實(shí)時(shí)界面顯示區(qū)域?；蛘咴诔绦蜻\(yùn)行過程中，也可以點(diǎn)擊右側(cè)大區(qū)域的“當(dāng)前圖形顯示”頁，顯示圖形界面。顯示界面分為左區(qū)域和右區(qū)域。

圖1 當(dāng)前平臺(tái)圖形界面

（1）左區(qū)域的樹形結(jié)構(gòu)顯示的是線路上車輛號(hào)和車次號(hào)，實(shí)時(shí)更新顯示狀態(tài)，其信息源是車載數(shù)據(jù)包。當(dāng)點(diǎn)擊相應(yīng)的車輛號(hào)時(shí)，右邊區(qū)域顯示的是當(dāng)前車輛號(hào)對(duì)應(yīng)的所有信息。

（2）右側(cè)區(qū)域顯示的內(nèi)容分為五個(gè)板塊，其信息源是車輛數(shù)據(jù)包。

①第一板塊主要顯示車次信息、緊急制動(dòng)、緊急呼叫以及通信狀態(tài)。界面中顯示車輛的車輛號(hào)、車次號(hào)、車輛的運(yùn)行速度和當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，同時(shí)顯示重要報(bào)警EB和緊急呼叫狀態(tài)。除此之外，還顯示與車輛的通信狀態(tài)。

②第二板塊主要顯示受電弓、車門、駕駛室激活狀態(tài)。

在該區(qū)域中，當(dāng)車輛某一設(shè)備狀態(tài)正常時(shí)，該設(shè)備圖標(biāo)顯示對(duì)應(yīng)設(shè)備正常狀態(tài)；如果車輛某一設(shè)備出項(xiàng)故障時(shí)，該設(shè)備圖標(biāo)顯示對(duì)應(yīng)設(shè)備故障狀態(tài)。

該區(qū)域能夠顯示的受電弓、車門、司機(jī)室以及應(yīng)急逃生門狀態(tài)。

③第三個(gè)板塊可顯示車輛其他報(bào)警信息，這些報(bào)警信息涵蓋制動(dòng)、高速斷路器、PCE（牽引控制系統(tǒng)）、ACE（輔助逆變器控制單元）、壓縮機(jī)、煙霧報(bào)警、蓄電池以及停放制動(dòng)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

④第四板塊是旁路開關(guān)的狀態(tài)信息。該板塊主要顯示門聯(lián)鎖、逃生門、障礙物、粘著制動(dòng)、低壓以及門使能等旁路開關(guān)的狀態(tài)信息。

⑤第五板塊是當(dāng)前實(shí)時(shí)報(bào)警列表。當(dāng)車輛運(yùn)行中的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，除對(duì)應(yīng)的設(shè)備圖片顯示出故障圖片外，該列表中會(huì)列出故障信息的具體內(nèi)容（包括車輛號(hào)、車次號(hào)、報(bào)警內(nèi)容、報(bào)警等級(jí)、報(bào)警時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間等，可以通過拖動(dòng)滾動(dòng)條查看其他信息）。

另外，當(dāng)前報(bào)警信息不是所選車輛時(shí)，會(huì)將有報(bào)警信息的車輛號(hào)等信息的字體變?yōu)榧t色并加粗處理，手動(dòng)點(diǎn)擊確認(rèn)后字體顏色消除；如果有報(bào)警恢復(fù)信息的車輛號(hào)等信息的字體變?yōu)樗{(lán)色并加粗處理，手動(dòng)點(diǎn)擊確認(rèn)后字體顏色消除。

同時(shí)，既有車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)還具備簡(jiǎn)易歷史報(bào)警查詢功能。

當(dāng)點(diǎn)擊“歷史報(bào)警列表”頁時(shí)，右圖區(qū)域?qū)⑶袚Q到歷史報(bào)警查詢頁面。

歷史報(bào)警查詢方式首先為查詢的條件和范圍有“本日查詢”“7日查詢”“30日查詢”和“自定義查詢”。但是，選擇自定義查詢時(shí)，必須手動(dòng)選擇需要查詢的時(shí)間區(qū)間。而按車輛號(hào)查詢時(shí)，可以單個(gè)車輛查詢（選擇車輛號(hào)），也可以選擇“ALL”查詢所有車輛報(bào)警信息。查詢條件選擇完畢后，如果有歷史報(bào)警，則列表中將有具體報(bào)警信息。若所選車輛沒有報(bào)警，則彈出對(duì)話框提示查詢完畢，無其他任何信息。

1.3 既有平臺(tái)存在的不足

不難發(fā)現(xiàn)，既有車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)存在著一些不足之處。不足之處主要為：首先，既有平臺(tái)為單機(jī)版本，且數(shù)據(jù)處理任務(wù)完全由工作站承擔(dān)，不支持多個(gè)地方部署終端的條件。其次，系統(tǒng)圖形化顯示方式不夠直觀，車輛報(bào)警分級(jí)不夠細(xì)化。同時(shí)，不具備報(bào)表功能，不便于指導(dǎo)維護(hù)人員進(jìn)行故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。除此之外，現(xiàn)有平臺(tái)不具備故障回放及報(bào)表功能，不便于進(jìn)行故障回放診斷，也不具備登錄和用戶管理功能。值得一提的是，故障圖元顯示顏色也無法自定義編輯，更有故障平臺(tái)顯示的部分設(shè)備位置與顯示故障狀態(tài)定義與實(shí)際情況不符。

2 車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)升級(jí)優(yōu)化

針對(duì)上述這些現(xiàn)狀，需對(duì)原有車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)重新設(shè)計(jì)，并對(duì)平臺(tái)進(jìn)行功能升級(jí)與優(yōu)化。

2.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為更好地滿足在線監(jiān)測(cè)需求，對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，新版車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。新平臺(tái)采用服務(wù)器/客戶端模式（C/S），其中，服務(wù)器用于線路所有車輛系統(tǒng)與部分信號(hào)系統(tǒng)信息的接入和報(bào)警邏輯的處理、歷史報(bào)警的存儲(chǔ)、信息轉(zhuǎn)發(fā)以及響應(yīng)監(jiān)控終端的歷史查詢等。在原有車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)基礎(chǔ)上增加車載工區(qū)及車輛監(jiān)控中心客戶端與應(yīng)用服務(wù)器（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中綠色框內(nèi)）。

圖2 新版車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

客戶端用于線路所有車輛系統(tǒng)與部分信號(hào)系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)、歷史報(bào)警的查詢、歷史回放等。應(yīng)用服務(wù)器用于線路所有車輛系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理工作。

2.2 平臺(tái)功能升級(jí)

2.2.1 用戶權(quán)限管理

針對(duì)原有車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)不具備用戶權(quán)限管理功能，在新版平臺(tái)中增加用戶登錄及權(quán)限管理功能，只有通過權(quán)限驗(yàn)證的用戶方能登錄平臺(tái)，并根據(jù)角色分配不同權(quán)限進(jìn)行車輛及信號(hào)信息在線查看、歷史報(bào)警查詢以及處理等功能，具體登錄界面如圖3所示。

圖3 平臺(tái)登錄界面

2.2.2 系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)

新版車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)將優(yōu)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全線所有列車設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示界面，基于組態(tài)技術(shù)用全圖形化的方式直觀顯示車門、緊急手柄、空調(diào)機(jī)組、制動(dòng)設(shè)備、壓縮機(jī)、蓄電池等車輛設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)以及激活的駕駛端。具體監(jiān)測(cè)界面如圖4所示。

圖4 車輛系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面

除此之外，在原有平臺(tái)基礎(chǔ)上，還增加信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能，主要監(jiān)測(cè)（監(jiān)控）列車號(hào)、車次號(hào)、列車當(dāng)前位置、列車目的地號(hào)、列車下一站、列車當(dāng)前速度、列車屏蔽門狀態(tài)、列車車門狀態(tài)、列車停站狀態(tài)、ATC可用狀態(tài)、列車定位狀態(tài)、當(dāng)前駕駛模式等信號(hào)系統(tǒng)狀態(tài)信息。具體顯示界面如圖5所示。

圖5 信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面

當(dāng)車輛或信號(hào)參數(shù)有異常時(shí)，平臺(tái)根據(jù)告警信息等級(jí)在圖形化界面上用紅色或黃色等顏色提示單列車告警信息。

2.2.3 其他輔助功能

此外，新車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)除具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)功能外，還優(yōu)化實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警功能，使得當(dāng)車輛系統(tǒng)或系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的信號(hào)系統(tǒng)信息有異常時(shí)，可以直接進(jìn)行故障報(bào)警，根據(jù)報(bào)警的嚴(yán)重性進(jìn)行報(bào)警等級(jí)劃分，對(duì)于嚴(yán)重報(bào)警，可設(shè)置聲音報(bào)警，報(bào)警內(nèi)容支持可配置。而歷史報(bào)警查詢可以根據(jù)列車號(hào)、參數(shù)、時(shí)間段等條件，查看歷史報(bào)警以及報(bào)警統(tǒng)計(jì)。

同時(shí)，增加報(bào)表功能，可對(duì)歷史服務(wù)器中采集到的各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)字量、模擬量等數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)過濾和統(tǒng)計(jì)分析，并具備報(bào)表管理功能。每個(gè)專業(yè)下有日?qǐng)?bào)表、月報(bào)告、年報(bào)表等，可進(jìn)行分頁、打印及輸出，輸出格式支持pdf、excel等。

3 結(jié)語

當(dāng)前正處于城市軌道交通全自動(dòng)駕駛高速發(fā)展時(shí)代，單一系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)由于功能單一、監(jiān)測(cè)范圍狹窄，已無法滿足日益增長的運(yùn)營與維護(hù)需求，將制約全自動(dòng)駕駛運(yùn)維一體化發(fā)展。

而根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)計(jì)優(yōu)化的車輛在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，通過相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、及時(shí)預(yù)警故障和分級(jí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，并提供報(bào)表功能，大大方便了運(yùn)營與維護(hù)人員進(jìn)行日常運(yùn)營與維護(hù)工作，同時(shí)，為城市軌道交通的安全運(yùn)營及檢修作業(yè)提供有力安全保障和技術(shù)支持，從而有效地進(jìn)一步提高檢修作業(yè)的準(zhǔn)確性和效率，促進(jìn)全自動(dòng)駕駛運(yùn)維一體化發(fā)展。而隨著計(jì)算機(jī)、傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，相信在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也將不斷發(fā)展，對(duì)城市軌道交通的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用，并具有更為廣闊的應(yīng)用前景。