自動旅客運輸系統集成研究

尹燕萍 陸宗彬

(中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司，241060，蕪湖//第一作者，高級工程師)

自動旅客運輸(APM)系統具有線路配線簡單、造價低、工期短等特點，要求配套的機電系統應充分考慮其制式特征和運營需求。由于此類制式的機電系統規模較小，宜采用機電系統集成管理方式，構建高效的運營系統，降低工程造價及運維成本。另一方面，APM系統采用全自動無人駕駛技術，要求信號、車輛、通信、綜合監控等機電系統協調運作，高度集成。為了滿足APM系統的建設及運營的需求，本文從系統集成的控制方案和系統集成的管理方法兩個方面對APM系統的集成進行研究。

1 APM系統的集成方案

無人駕駛的APM系統，是基于計算機、通信、控制和系統集成等技術，以行車為核心，通過車輛、信號、通信、供電、站臺門等系統的集成，共同協調運作來實現列車運行全過程的自動化。

本集成方案是以信號系統為核心構建的綜合調度管理系統，將APM系統的運輸組織與調度、運行控制與監視、供電系統、車輛管理、旅客服務、應急指揮等核心業務進行科學融合，以計劃、調度指揮和運行控制為主，采用先進的系統集成技術和支撐平臺，制定相應的數據標準、規范和協議，以實現對APM系統運輸全過程的管理與控制。

1. 1 APM系統集成的原理

以運行控制系統為核心擴展開發出來的APM系統集成軟件平臺，通過集成或互聯實現以行車調度為核心的綜合運營調度管理，與列車自動監控、電力監控、 乘客信息、 廣播、視頻監控、環境監控、火災監控、調度電話等弱電系統相集成，較大程度地避免了各子系統間的協調聯動性較差的情況。系統硬件和接口方面，以行車為核心的綜合調度管理系統，在調度中心配置了運行控制系統服務器和接口設備，并根據運營需要配置綜合調度工作站。其他相關弱電系統可不配置服務器和調度終端，僅需配置與綜合調度管理系統相關的接口設備和必要的中央設備，實現調度中心弱電系統的整合，從而減少設備配置、節省投資。同時，綜合調度管理系統還具有能夠實現子系統之間協調聯動的功能，提高APM機電系統的自動化程度，并具有能夠統一對外接口等優勢。

綜合運營調度系統實現對APM系統的運輸組織、運行監控、車輛運用、供電監控、環境監控和維修管理等方面的智能化、綜合化和集成化管理，提高了系統的管理水平和運行安全，降低了系統的總運行成本。

1. 2 APM系統集成特點

1. 2. 1 系統架構變化

傳統的城市軌道交通機電系統通常采用中心級、車站級和現場級三級控制，以及中心和車站兩級調度的方式。而APM系統為了運營管理的集約化，減少運維人員，實現車站無人值守，采用控制中心和就地兩級控制、控制中心綜合調度的方式。

1. 2. 2 深度集成

采用同一軟件平臺將列車監控、電力監控、環境監控、火災監控、視頻監控、廣播、乘客信息、車輛等系統的信息集成在一起；基于這個平臺實現資源共享、信息互通，形成數據處理方式一致、用戶界面統一的綜合調度管理系統。通用的人機界面可以方便和簡化運營方的工作，使發生錯誤的風險最小化。此外，由于信息充分共享，在故障災害情況下，多專業能夠快速聯動協作。

1. 2. 3 綜合的數據承載網絡

結合APM系統的功能需求和工程造價需求，推薦基于網際協議(IP)的數據承載網技術。各子系統不再單獨組網，其數據信息直接通過骨干網絡傳輸至控制中心。各子系統網絡通過虛擬局域網(VLAN)技術實現邏輯隔離，保證系統的安全性要求。

無線網絡則采用地鐵LTE-M系統(LTE：長期演進)一網綜合承載了CBTC(基于通信的列車控制)、乘客信息、視頻信息、專用語音調度等業務。

1. 3 APM系統集成的關鍵項點

1. 3. 1 系統運行性能仿真

采用專用的軟件對APM系統進行運營仿真計算，用于分析列車性能、軌道配置的影響、不同信號系統的影響、行車間隔和線路載客量、系統延遲和故障的影響，以及系統運行的安全性和穩健性。

1. 3. 2 車輛、信號與站臺門系統在站臺上的集成

根據車輛的空間要求、限界、載荷等因素來考慮站臺的土建設計。該集成項點還包括了列車精確停車、列車自動對位調整、站臺門與車門同步開關控制，以及故障對位隔離、車門與站臺門之間的防夾控制等功能。

1. 3. 3 車輛與牽引供電系統的集成

關鍵的集成項點包括供電軌與車輛集電靴的接口，以及牽引供電系統的負荷分析。可根據其供電仿真結果來確定變電所的容量和重要設備的選型。

1. 3. 4 車輛與信號系統的集成

關鍵的集成項點包括列車的自動運行控制、災害模式下的列車聯動控制，以及列車的遠程休眠/喚醒、蠕動模式、遠程故障復位等。

1. 3. 5 通信設備的集成

主要的集成項點包括車載廣播、乘客信息、視頻監控與站臺的一體化控制，以及通信設備與信號系統的接口等。

1. 3. 6 集成的安全保證措施

涉及ATS(列車自動監控)功能部分(含軟件及硬件兩方面)的集成，須滿足ATS子系統安全等級的要求；對于擁有安全功能和安全等級的系統，例如火災監控系統、門禁控制系統，可部分集成；安全數據傳輸采取專用的數據安全防護措施，防止所傳安全數據遭到有意或無意的破壞。

1. 3. 7 系統聯動功能

通過系統工作模式實現必要的聯動功能。正常模式下，可實現自動開關車站、斷電控制等；災害模式下，可啟動消防、廣播、自動售檢票、視頻監控等系統的聯動；故障模式下，可聯動斷電、廣播、乘客信息等系統。用戶可根據無人駕駛的特點對各種聯動場景進行定義。

2 系統集成的管理

圖1為系統集成從系統概念定義到完成集成測試的全過程示意圖。在這樣一個V型的集成過程中，包括了系統的需求管理、接口管理、系統驗證等內容。

圖1 APM系統集成過程示意圖

2. 1 需求管理

無人駕駛的APM系統，借助需求管理矩陣，對每一條系統需求進行追蹤，包括需求識別、分配、評審、設計、變更和驗證等方面。APM系統的需求管理流程如圖2所示。

為了縮短項目的設計周期，基于APM系統平臺的功能需求，建立需求管理平臺進行追蹤管理，各項目可不需要對該部分需求進行追蹤；任何需求的變更都要進行嚴格而有效的變更管理流程來控制，以減少項目執行的風險。

2. 2 接口管理

全自動運行APM系統技術先進，子系統高度集成、專業接口多、復雜程度高。在系統集成時應特別注意對所有接口的識別及接口功能的確認，并明確接口主導專業，由接口主導專業牽頭負責接口文件的編制以及接口調試工作。可通過如表1所示的接口表對APM中各子系統的接口進行識別和管理。

圖2 APM系統需求管理流程

子系統信號站臺門車輛通信綜合監控(含電力監控)區間防入侵牽引供電軌道車輛段設備信號E&FE&M&FE&FE&FE&F---站臺門E&F---ME&F--車輛E&M&F-E&M&F--EMM通信E&F-E&M&FE&F----綜合監控(含電力監控)E&F--E&FE&FE&F--區間防入侵E&FM- -E&FE&F--牽引供電--E-E&FE&F-E&M軌道--M-----車輛段設備--M---E&M-注: E———電氣接口;M———機械接口;F———功能接口;“-”表示沒有接口;“&”表示前后兩者是并列關系,如“E&F”表示屬于電氣接口和功能接口

接口控制文件包括物理接口位置、通信介質、鏈路數量、物理接口形式、軟件接口通信形式、冗余要求、電磁兼容性要求等內容，并對監控對象、屬性、編碼格式、數據流等信息需求有詳細的描述。接口雙方須確認接口并在接口文件上簽字。

2 .3 系統測試

系統測試是系統集成過程的延續。整個APM系統應從各子系統測試開始，最終完成整個系統的集成測試。所有的測試都應按照批準的測試規程進行。

集成測試是針對各集成項點進行的測試，用以充分驗證全自動無人駕駛各子系統的接口及其功能、子系統間聯動及應急處理能力。集成測試完成后，方可進行系統的運營測試。

在成功完成包括所有要求的系統運營測試以及集成測試和調試后，將通過系統演示測試或試運行來驗證整個APM系統在集成后是否已具備載客運營功能。

APM系統測試活動將被分類，其系統驗證測試流程如圖3所示。分類的目的是為了確定試驗的總體順序，分類后的試驗活動可根據各系統部件的預期技術可行性按順序進行。基本上各個試驗流程均含有特定的必備試驗前提條件，任何類別的試驗活動都必須在其前提試驗成功實施后方可進行。只有在獲得批準的特殊情況下，前提試驗流程中一些特定要素可不按順序完成實施。

在發布安全證書之前，APM系統將進行整體演示，這是開始載客運行的先決條件。在演示過程中，系統將根據業主首選的系統運行計劃和日常服務時間表按照滿載狀態實施運行計劃，遵守所有操作、維護策略和程序，唯一不同是沒有載運乘客，只有指定的授權人員。完整的系統演示將根據系統驗收程序中規定的測試程序來運行，直到系統服務可用性在連續3個月演示期限內達到了規定的水平。

圖3 APM系統測試流程

3 結語

APM系統的集成，應始終遵循高可靠性、高可用性和高可維護性的設計理念，在此基礎上進行各子系統的深度整合，用以提高設備復用率，增強各子系統自檢和自診斷功能，減少設備數量，減少運營和維護人員。在APM項目的建設過程中，要利用系統集成管理的思路開展工作，控制和管理各子系統的功能、系統和接口需求。