懸掛式單軌交通運營監控與維修保障平臺

陳 慶，王孔明，楊 陽，劉孜學，汪 崢

（中鐵二院工程集團有限責任公司 科研院（產業中心），成都 610031）

懸掛式單軌又稱“空軌”、“空鐵”，是一種輕型、中速、中低運量的新型公共交通系統。與地鐵相比，具有占地少、造價低、施工周期短、地形適應性強、景觀效果好等優點，可充分利用城市空間，在國外應用十分廣泛[1]。

目前，我國大約有20個城市已開展懸掛式單軌交通的規劃和設計[2]。懸掛式單軌的軌道梁采用架空建設，內部空間極為狹窄，且軌道梁內布置有供電軌、通信信號設備等，人工巡檢和維修作業十分不便[3]。在緊急和故障情況下，旅客無法借用軌道梁進行疏散，應急救援效率遠低于地鐵[4-5]。此外，軌道梁耐火性差，對火災敏感，側風也會影響列車正常運行。

根據懸掛式單軌交通的特點及業務需求，開展集成化運營監控與維修保障平臺（簡稱：平臺）研究與開發，打通全線運營業務信息鏈，實現綜合監測、運營監控和維修保障信息化管理，確保各項設備設施處于健康狀態，提高線路運營的穩定性和可靠性，增強安全保障能力，降低應急疏散概率。

1 懸掛式單軌交通運營安全保障現狀與信息化需求

1.1 懸掛式單軌交通運營安全保障信息化現狀

德國的懸掛式單軌交通運營線路短，定位于短途銜接線和試驗線，沒有配備運營安全保障信息化系統，采用傳統人工檢查和維修方式。日本懸掛式單軌系統運營線路長、運能較大、運營壓力大，配備了一些信息化設備輔助人工巡檢和維修，但無自動檢測設備和監測系統，運營安全保障的信息化程度不高。

目前，國內對地鐵、高鐵、磁懸浮等軌道交通均已開展相應的運營安全保障體系研究[6-10]及安全保障系統[11-13]的研發和應用。懸掛式單軌交通系統在國內屬于全新制式的城軌交通系統，目前尚無建成開通的運營線路。因此，國內相關單位尚未開展其運營安全保障體系的研究，缺乏相應的信息化產品。

1.2 國內懸掛式單軌交通運營安全保障的信息化需求

傳統上國內軌道交通設備設施的檢測和維修依據分專業設置的原則，劃分為信號、通信、供電、工務等車間，各車間分別配備檢測、維修設備及人員，獨立開展作業。這種業務管理模式對于小規模線路，存在效率不高、定員較多的問題。另外，設施設備檢測與維修主要采用人工巡檢，基本采用定期修、故障修的策略，缺乏信息化檢測檢查手段，自動化程度低，效率不高，且容易因漏檢而造成安全隱患。

與傳統軌道交通相比，懸掛式單軌交通線路規模較小、工程造價相對較低，其運營與維修成本也應控制在相對較低的水平。因此，懸掛式單軌交通線路不能沿用傳統軌道交通的運營管理與維修保障模式，應建立低成本、敏捷高效的綜合運營與維修管理體系，消除專業分工形成的信息壁壘，建立數據共享和聯動控制機制。同時，針對懸掛式單軌交通應急疏散難度大、軌道梁內多專業設備巡檢和維修不便、對環境敏感等特點，需要對影響運營安全的各種潛在危險因素進行動態監測，對設備設施進行及時、經濟的維護保養，在保障安全運營的前提下有效控制維修成本。

為此，有必要建立集綜合監測、運營監控和維修保障為一體的信息系統平臺，通過對各類設備設施及運行環境的狀態監測、信息的自動實時采集、集中管理和綜合利用，達到減員增效、控制運營維護成本、保障運營安全的目的。

2 平臺總體設計

2.1 功能設計

平臺功能框架如圖1所示。

圖1 系統功能框架

2.1.1 綜合監測

通過監測信息采集和集中顯示，對影響線路運營的不安全因素實施監控，進行實時報警，便于運營調度人員實時掌握運營動態，實施集中調度和統一指揮，提高調度效率和準確率。

（1）信息采集：通過接口獲取影響線路運營的各類監測信息，包括列車位置及故障數據、信號設備狀態數據、橋梁（含軌道梁）的結構/健康狀態數據、火災報警數據、環境與設備監控報警數據、限界監測數據、氣象監測數據。

（2）集中監測：將采集到的監測數據進行規范化處理、分級分類和信息融合，以可視化方式在監控界面（包括調度終端、大屏等）上綜合顯示；平臺的監控界面可與運行控制中心（OCC）的顯示大屏統一設計和合并配置，實現資源共享。

（3）實時報警：對危及運營安全的監測動態及時報警，按照業務管理職責，自動向相關人員傳遞報警信息。

2.1.2 運營監控

對影響列車安全運行的各類不安全因素進行集中監控，在事故或不安全事件發生之前進行預警，預防事故發生，降低災害的影響，降低應急疏散與救援的概率。

（1）危險判別：對橋梁/軌道梁/氣象數據進行檢測，通過建模分析，實現危險預判，提前預知可能發生的事故。

（2）綜合預警：對影響運營的危險事件進行分類、分級管理和及時預警，便于調度人員進行應急處置。

（3）輔助決策：根據危險事件類型和級別，自動生成限速、停車等行車安全應急處置建議；通過與信號系統的接口，可將行車控制建議發送至信號系統和列車乘務員，以執行限速、降速、停車等行車控制指令。

2.1.3 維修保障

實現維修全過程的信息化管理和現場安全控制，規范作業組織實施流程，提高作業效率，強化安全措施的落實，保障作業安全。

（1）計劃管理：實現跨專業的設備設施綜合維修計劃的編制、審批、下達及執行反饋監控，形成完整信息閉環；綜合維修計劃可根據維修要求及行車計劃，合理統籌安排各類維修作業，并具備沖突檢查機制，確保計劃具備較高的兌現率，有效提升綜合維修的效率。

（2）作業管理：調度人員完成維修作業的現場請點、銷點進行登記，對現場作業進行全過程監控；對進出場的人員、攜帶的工器具等設備進行管理，保證作業結束后人員和設備完全出清。

2.2 架構設計

平臺按處理邏輯可劃分為接入層、數據層、邏輯層、應用層、表示層5個層次，如圖2所示。

（1）表示層：實現信息綜合顯示，提供用戶操作界面，實現人機交互。

（2）應用層：實現綜合監測、運營監控、維保保障及系統管理與維護等功能。

（3）邏輯層：完成數據分析處理及業務處理邏輯的實現，包括檢測分析、評估判斷、預測和報警、控制策略、沖突檢查等。

（4）數據層：負責各類數據的組織和存儲，包括采集的氣象、火災、限界、橋梁/軌道梁及設備監測數據、列車運行監視與行車控制數據、列車故障數據、報警/預警數據等。

圖2 平臺架構設計示意

（5）接入層：通過開放的數據接口，將信號系統、火災報警系統（FAS）、環境與設備監控系統（BAS）、限界系統、氣象監測系統、橋梁/軌道梁監測系統等采集的監測數據實時接入平臺。

2.3 硬件設備構成與部署

平臺的硬件及網絡設備主要部署在線路的車輛基地專用機房、OCC及正線各車站的車控室，如圖3所示。

專用機房內主要設置服務器、磁盤陣列、防火墻、接口工控機、交換機和不間斷電源（UPS）等設備；OCC設置調度終端1臺、綜合顯示大屏1套；正線各車站的車控室設置調度工作站1臺。平臺采用專用通信網絡，滿足所有設備的聯網要求。

圖3 系統硬件及網絡設備構成

2.4 數據接口設計

平臺與其它系統的主要數據接口見表1。

表1 與其它系統的數據接口

3 關鍵技術

3.1 綜合運營和維修管理體制研究

傳統的軌道交通專業分工管理模式不能滿足懸掛式單軌交通安全、經濟、高效的運營要求，需要構建綜合運營與維修管理體系，對全線設備設施的檢測、維修作業進行跨專業整合，可在一個統一的信息管理平臺的支持下，實現多專業綜合檢測與維修業務的融合，實行統一作業管理和調度指揮。為此，對通信、信號、供電等各專業維修養護工作進行頂層設計和總體規劃，制定綜合維修計劃，統一組織實施，全過程集中監控，形成發現問題—處理問題—解決問題—問題反饋的閉環控制。綜合運營與維修管理打破傳統專業分工界限，實現人員、設備、備品備件、維修工具等資源的優化配置，形成協調聯動的調度指揮機制。

在此基礎上，依據重新規劃設計的綜合運營與維修管理業務流程，進行平臺應用軟件的分析與設計。

3.2 輔助決策模型與智能分析算法

研究輔助決策模型和智能分析算法，對采集的動態監測數據、故障數據進行分析和計算，根據具體場景、業務規則等建立聯動機制和安全聯鎖機制，提供實時預警、輔助決策支持和建議，增強調度人員應急處置效能；將設備設施的工作狀態、維修要求與列車開行計劃聯動，提供沖突檢查及列車運行建議。

3.3 開放接口設計

研究與通信、信號、供電、橋梁、車輛、限界等多專業的信息系統、機電設備的接口方案，采用開放的接口設計，提供靈活的接口配置，按接口規范和標準通信協議，統一采集各類設備狀態數據、故障數據、日志數據、性能數據、環境數據等海量數據。

4 平臺開發與實現

平臺軟件采用B/S應用模式，開發工具選用Visual Studio 2019，前端應用采用VUE 2.0，后臺應用采用ASP.NET Core 3.1。

平臺已通過具有中國合格評定國家認可委員會（CNAS）資質的第三方測試機構的測試，獲得測試報告和證書，系統性能測試結果見表2。

表2 平臺測試結果

5 結束語

懸掛式單軌交通運營監控與維修保障平臺是集全線綜合監測、運營監控和維修保障為一體的綜合化信息管理系統，具備智能分析處理與聯動控制功能，可提供風險預判、處置建議與應急預案，有助于提高運營調度指揮和維修保障工作效率，增強應急反應能力，為保障線路安全運營提供強有力的技術手段，達到減員增效、降低運營維護成本的目的。

為滿足日益增長的交通出行需求，國內多個城市已在規劃和設計懸掛式單個軌線路。本文研究開發的懸掛式單軌交通運營監控與維修保障平臺對我國懸掛式單軌交通線路的工程設計和運營規劃有一定的借鑒意義。該平臺產品尚未在實際運營線路中應用，下一步將結合具體運營線路的建設完成平臺實施，在平臺應用過程中對其功能和性能進行持續改進。