基于列車全自動(dòng)駕駛下的聯(lián)動(dòng)預(yù)案研究與設(shè)計(jì)

張 輝，肖 孟，孫曉光

(1.蘭州市軌道交通有限公司，蘭州 730030；2.通號城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 概述

本文涉及城市軌道交通的列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域。

在系統(tǒng)運(yùn)營過程中，有經(jīng)常性的人工操作，如每天早間上電、列車喚醒、列車出庫等；有運(yùn)行過程中的正常情況，如通信車在軌道上運(yùn)行的發(fā)車停車折返、列車清客、車輛段內(nèi)轉(zhuǎn)線等；也有各種各樣的突發(fā)事件，如火災(zāi)、運(yùn)行中狀態(tài)丟失、有毒有害氣體泄漏等。行業(yè)內(nèi)通常的解決辦法是綜合監(jiān)控類的動(dòng)作和問題利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作和解決，信號系統(tǒng)類的動(dòng)作和問題由調(diào)度員進(jìn)行操作或由總調(diào)度員根據(jù)應(yīng)急處理預(yù)案手冊的內(nèi)容下達(dá)命令，處理突發(fā)事件[1-2]。

其中綜合監(jiān)控系統(tǒng)繼承了多數(shù)專業(yè)和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上子系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)操作或不同地點(diǎn)之間的設(shè)備聯(lián)動(dòng)操作。綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制是由預(yù)先定義的時(shí)間或者事件觸發(fā)，執(zhí)行一組涉及到多個(gè)子系統(tǒng)的控制命令，從而完成相應(yīng)子系統(tǒng)的協(xié)同控制。例如，當(dāng)?shù)竭_(dá)早間啟動(dòng)時(shí)間時(shí)，聯(lián)動(dòng)功能依次觸發(fā)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、動(dòng)力照明系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等子系統(tǒng)的早間啟動(dòng)模式；而在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)觸發(fā)報(bào)警時(shí)，聯(lián)動(dòng)功能首先啟動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)供調(diào)度員確認(rèn)該報(bào)警所涉及到的現(xiàn)場情況，再由調(diào)度員進(jìn)行半自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，觸發(fā)各相關(guān)子系統(tǒng)的相應(yīng)操作[3]。

本文在此基礎(chǔ)上，結(jié)合城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)的自身情況，設(shè)計(jì)開發(fā)一種用于城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)的通用聯(lián)動(dòng)功能。

2 場景分析

既有的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能，可以觸發(fā)簡單的動(dòng)作，也可以觸發(fā)一系列順序執(zhí)行的不同設(shè)備或不同地點(diǎn)之間的聯(lián)動(dòng)動(dòng)作[4-5]。不足之處：1）隨著城市軌道交通領(lǐng)域進(jìn)入全自動(dòng)駕駛時(shí)代（FAO），傳統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方案對于FAO 的支撐力度不夠，例如FAO 場景中新增的休眠喚醒計(jì)劃，聯(lián)動(dòng)方案中需要進(jìn)行計(jì)劃的條件判斷。2）雖然將某個(gè)特定運(yùn)營場景執(zhí)行的涉及多個(gè)子系統(tǒng)的一系列步驟抽象成一個(gè)聯(lián)動(dòng)，執(zhí)行過程中可能是并行，也可能是串行。但在界面顯示的過程一個(gè)聯(lián)動(dòng)的系列步驟為一個(gè)列表的形式展現(xiàn)，執(zhí)行狀態(tài)的變化隨著執(zhí)行結(jié)果更新，列表形式無法表明各個(gè)步驟間的鄰接關(guān)系，無法直觀的展示該聯(lián)動(dòng)目前的執(zhí)行階段。3）傳統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方案需要綜合監(jiān)控廠商的支撐，但新增FAO 運(yùn)營場景中，如休眠、喚醒、洗車等聯(lián)動(dòng)，整個(gè)聯(lián)動(dòng)環(huán)節(jié)全在信號專業(yè)內(nèi)部，不涉及綜合監(jiān)控領(lǐng)域相關(guān)命令下達(dá)[6]。

2.1 以喚醒命令為例，說明喚醒基本聯(lián)動(dòng)預(yù)案流程

1）TIAS 根據(jù)列車喚醒時(shí)刻表，自動(dòng)向允許喚醒的列車發(fā)送遠(yuǎn)程喚醒指令；

2）列車喚醒成功后，則在行調(diào)和車輛調(diào)工作站顯示喚醒成功；

3）TIAS 應(yīng)根據(jù)派班計(jì)劃，提前規(guī)定時(shí)間（可配置）打開車庫門，并自動(dòng)辦理出庫進(jìn)路；

4）若列車喚醒失敗，TIAS 應(yīng)自動(dòng)用備用車替換主用車。若無備用車可用，則應(yīng)進(jìn)行報(bào)警，轉(zhuǎn)人工處理。

2.2 傳統(tǒng)綜合監(jiān)控實(shí)現(xiàn)路線

由于休眠、喚醒、洗車等聯(lián)動(dòng)屬于FAO 中新增場景，綜合監(jiān)控目前并沒有此聯(lián)動(dòng)方案。故實(shí)現(xiàn)路線以正線早間上電場景為例，進(jìn)行說明。

1）每天早上投入運(yùn)營前，行調(diào)、電調(diào)工作站應(yīng)根據(jù)首列車喚醒時(shí)刻表提前一段時(shí)間T（可配置范圍60 ～120 min）彈出上電提示對話框，提醒調(diào)度做好運(yùn)營準(zhǔn)備。

2）實(shí)現(xiàn)方案：傳統(tǒng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案圖Fig.1 Flowchart of traditional coordinated operation plan

3）存在缺陷

a.運(yùn)行圖數(shù)據(jù)需要根據(jù)綜合監(jiān)控廠商實(shí)際情況進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換。針對目前投標(biāo)情況，運(yùn)行圖重復(fù)轉(zhuǎn)換成不同格式的概率大，接口需要頻繁修改。

b.開發(fā)涉及多個(gè)廠商之間協(xié)調(diào)，時(shí)間成本高。

c.消息路徑長，問題分析難度增加。

3 聯(lián)動(dòng)預(yù)案系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文將實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)中所有可能的觸發(fā)條件，如表示信息、列車信息和計(jì)劃信息等，提煉出來，進(jìn)行統(tǒng)一的深層數(shù)據(jù)挖掘，制定出通用的控制動(dòng)作描述語言，并按照標(biāo)準(zhǔn)化的控制操作流程，進(jìn)行有效控制，運(yùn)行的過程以有向無環(huán)圖的樣式直觀的展現(xiàn)執(zhí)行結(jié)果，并能儲存歷史情況，繼續(xù)執(zhí)行中斷的操作等[7]。

以動(dòng)態(tài)變化的列車信息和計(jì)劃，根據(jù)城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)自身的特性加以處理提煉，得到可以識別的通用的動(dòng)作觸發(fā)條件和通用的動(dòng)作描述語言，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)定義模塊，供用戶根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行聯(lián)動(dòng)編輯[8]。

設(shè)計(jì)的聯(lián)動(dòng)后臺觸發(fā)服務(wù)，以預(yù)案定義的觸發(fā)條件為目標(biāo)不間斷的進(jìn)行輪詢或者接收其他模塊發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)，并加以解析，以判斷是否滿足觸發(fā)條件。聯(lián)動(dòng)后臺執(zhí)行服務(wù)則在預(yù)案已經(jīng)觸發(fā)后，解析預(yù)案中每一個(gè)步驟的具體內(nèi)容，將其轉(zhuǎn)化為城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)可以識別的命令，并將其發(fā)送給城市軌道交通列車監(jiān)控系統(tǒng)的命令處理模塊，由其進(jìn)行具體的命令執(zhí)行。聯(lián)動(dòng)后臺執(zhí)行服務(wù)根據(jù)每個(gè)步驟的當(dāng)前狀態(tài)和命令模塊最終執(zhí)行結(jié)果回執(zhí)進(jìn)行狀態(tài)機(jī)制的切換，并最終執(zhí)行成功或執(zhí)行失敗。聯(lián)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)圖，如圖2 所示。

圖2 聯(lián)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of program of coordinated operation

聯(lián)動(dòng)執(zhí)行模塊則是以有向無環(huán)圖的形式直觀的展示當(dāng)前正在執(zhí)行的預(yù)案及其具體內(nèi)容，該當(dāng)前預(yù)案每一個(gè)步驟的狀態(tài)以不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，執(zhí)行界面還提供自動(dòng)化、半自動(dòng)化和手動(dòng)執(zhí)行的方案切換，以便更好的處理具體節(jié)點(diǎn)步驟。

聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)庫操作模塊，則負(fù)責(zé)存儲聯(lián)動(dòng)定義模塊編輯好的所有預(yù)案，并在系統(tǒng)啟動(dòng)后接收其他模塊的請求命令，將數(shù)據(jù)反饋給其他各個(gè)模塊。該模塊還包括已執(zhí)行過的歷史預(yù)案信息的存儲，不僅可以提供可參考的數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)突然中斷后可以通過查詢歷史預(yù)案信息恢復(fù)中斷時(shí)未執(zhí)行完成的預(yù)案。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)目的在于提升聯(lián)動(dòng)方案的靈活度，減輕全自動(dòng)駕駛制式下運(yùn)營人員的工作強(qiáng)度，減少突發(fā)事件的處理時(shí)間，所以研究本系統(tǒng)具有非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)然系統(tǒng)還處在早期階段，需要完善的地方還比較多，聯(lián)預(yù)案場景還需要與業(yè)主需求深度結(jié)合，這就要求在此基礎(chǔ)進(jìn)一步深入研究，進(jìn)而將該系統(tǒng)真正應(yīng)用于現(xiàn)場環(huán)境。