全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景及聯(lián)動(dòng)功能設(shè)計(jì)研究

賈 萍 劉德偉

(1.鄭州地鐵集團(tuán)有限公司, 450016, 鄭州； 2.河南省高可信智慧城軌工程研究中心, 450016， 鄭州；3.卡斯柯信號(hào)有限公司, 200072, 上海∥第一作者, 正高級(jí)工程師)

2019年，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)出臺(tái)了《城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)規(guī)范》系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，上海、北京等城市也先后出臺(tái)了各自的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的規(guī)范性文件，多個(gè)正在建設(shè)全自動(dòng)運(yùn)行線路的城市也在編撰各自的全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景說(shuō)明書(shū)。然而,目前發(fā)布的與全自動(dòng)運(yùn)行相關(guān)的各種標(biāo)準(zhǔn)及場(chǎng)景說(shuō)明書(shū)基本上都是基于運(yùn)營(yíng)角度編制的，尚無(wú)單純站在建設(shè)角度對(duì)多系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)進(jìn)行深度融合的通用性的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為此，本文從鄭州軌道交通的全自動(dòng)運(yùn)行建設(shè)出發(fā)，在調(diào)研全國(guó)多個(gè)城市全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景和聯(lián)動(dòng)功能設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以形成適用于建設(shè)階段的聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景及功能設(shè)計(jì)文件。

1 設(shè)計(jì)思路

1) 明確適用階段。聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景及功能設(shè)計(jì)首先應(yīng)適用于全自動(dòng)運(yùn)行線路建設(shè)，同時(shí)可作為后續(xù)運(yùn)營(yíng)階段編制相關(guān)規(guī)章的參考性文件。

2) 明確適用范圍。設(shè)計(jì)要具有通用性，要能面對(duì)不同特點(diǎn)和需求的全自動(dòng)運(yùn)行線路，能夠適用不同廠家的設(shè)備，不局限于特定的設(shè)備供應(yīng)商。

3) 明確場(chǎng)景編制的重心。應(yīng)強(qiáng)調(diào)聯(lián)動(dòng)功能，應(yīng)結(jié)合不同的場(chǎng)景，從基本場(chǎng)景描述、基本流程和各核心專業(yè)的功能分配等方面進(jìn)行描述。

4) 明確場(chǎng)景類別。應(yīng)參考場(chǎng)景說(shuō)明書(shū)，將運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景劃分為正常場(chǎng)景、故障場(chǎng)景和應(yīng)急場(chǎng)景等不同類型，各場(chǎng)景應(yīng)給出明確的定義。

5) 明確場(chǎng)景的設(shè)置原則。應(yīng)體現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行的特點(diǎn)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)具有系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能的場(chǎng)景和對(duì)運(yùn)營(yíng)有重大影響的場(chǎng)景，僅需人工介入和人員組織的場(chǎng)景不作描述。

6) 明確設(shè)計(jì)的深度和寬度。僅明確全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)做什么(即需要實(shí)現(xiàn)的功能)，而對(duì)具體怎么做(即詳細(xì)的功能實(shí)現(xiàn)方式)不做描述；設(shè)計(jì)故障場(chǎng)景時(shí)，不考慮冗余設(shè)備單一故障及多重故障疊加的情況，僅考慮設(shè)備的單點(diǎn)故障或因停電等原因引起的設(shè)備完全故障。

7) 明確各類場(chǎng)景的功能。為便于梳理和驗(yàn)證，應(yīng)明確正常場(chǎng)景下描述的功能為各系統(tǒng)所必須具備的正常功能，故障場(chǎng)景和應(yīng)急場(chǎng)景下描述的功能為滿足特定場(chǎng)景所需的特定功能。與正常場(chǎng)景相同的功能在故障場(chǎng)景和應(yīng)急場(chǎng)景應(yīng)省略，以避免重復(fù)和遺漏；同時(shí)，不應(yīng)對(duì)功能作重復(fù)驗(yàn)證。

2 設(shè)計(jì)的前提條件

建設(shè)全自動(dòng)運(yùn)行線路，應(yīng)以運(yùn)營(yíng)需求為導(dǎo)向，而設(shè)計(jì)先行、制定標(biāo)準(zhǔn)已是業(yè)內(nèi)的共識(shí)。在開(kāi)展全自動(dòng)運(yùn)行線路系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能設(shè)計(jì)時(shí)，必須全面梳理全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以及與車地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)設(shè)計(jì)，并基于此開(kāi)展各專業(yè)的聯(lián)動(dòng)及接口設(shè)計(jì)。

2.1 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)包含車輛、信號(hào)、通信、綜合監(jiān)控、站臺(tái)門、車輛段工藝設(shè)備(如車庫(kù)門、洗車機(jī)等)等核心專業(yè)。開(kāi)展聯(lián)動(dòng)功能設(shè)計(jì)，首先要結(jié)合線路整體情況、網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介、各系統(tǒng)專業(yè)歸屬、運(yùn)營(yíng)需求等情況，定義各核心專業(yè)之間的接口形式及傳輸內(nèi)容。

以鄭州軌道交通10號(hào)線為例，其全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

注：ATS——列車自動(dòng)監(jiān)控；BAS——環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；CCTV——閉路電視；FAS——火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；PIS——乘客信息系統(tǒng)；IBP——綜合后備盤(pán)；TCMS——列車控制與管理系統(tǒng)；TETRA——泛歐集群無(wú)線電；WLAN——無(wú)線局域網(wǎng)；LTE——長(zhǎng)期演進(jìn)；①——信號(hào)信息；②——車輛監(jiān)測(cè)信息；③——CCTV攝像頭視頻/告警信息；④——乘客信息/緊急文本信息；⑤乘客緊急對(duì)講/遠(yuǎn)程廣播；⑥——車輛維護(hù)信息。

2.2 車地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)

目前城市軌道交通行業(yè)內(nèi)使用的車地?zé)o線傳輸媒介有LTE、WLAN、TETRA 3種，其傳輸業(yè)務(wù)包含內(nèi)容如表1所示。

不同城市軌道交通線路的車地傳輸媒介和專業(yè)歸屬可能有所相同，需結(jié)合線路的實(shí)際情況確定車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)穆窂郊皟?nèi)容。本文提出的城市軌道交通車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 聯(lián)動(dòng)功能及聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)思路及側(cè)重點(diǎn)

1) 落實(shí)聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景基本流程應(yīng)具有通用性的設(shè)計(jì)思路。本文以正常場(chǎng)景下的洗車作業(yè)設(shè)計(jì)為例予以說(shuō)明。按時(shí)序劃分，洗車作業(yè)可以分為先洗車后入庫(kù)、先入庫(kù)后洗車2種方式。洗車時(shí)，不同的城市軌道交通線路應(yīng)根據(jù)其車輛段/停車場(chǎng)的站場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行路徑設(shè)計(jì)，又可分為先通過(guò)洗車庫(kù)后折返洗車、先洗車后折返通過(guò)洗車庫(kù)、洗車并通過(guò)洗車庫(kù)3種洗車作業(yè)運(yùn)行路徑。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)3種洗車情況在基本流程上分別進(jìn)行描述，以保證洗車流程具有通用性。

表1 車地?zé)o線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)類型及其承載業(yè)務(wù)

注：CC——車站控制器；ISCS——綜合監(jiān)控系統(tǒng)；OCC——運(yùn)營(yíng)控制中心；TAU——車載接入單元；PA——公共廣播；①——信號(hào)車載信息；②——車輛調(diào)度信息；③——車輛維護(hù)信息；④——緊急文本信息；⑤——視頻聯(lián)動(dòng)信息；⑥——車載CCTV視頻信息；⑦——下發(fā)至車載的PIS信息；⑧——遠(yuǎn)程列車廣播語(yǔ)音及相關(guān)數(shù)據(jù)信息；⑨——乘客緊急對(duì)講語(yǔ)音及相關(guān)數(shù)據(jù)信息；⑩——車輛本地列車廣播及本地乘客緊急對(duì)講接聽(tīng)；——車載電子地圖信息。

2) 落實(shí)聯(lián)動(dòng)功能分配應(yīng)具有通用性的設(shè)計(jì)原則。以列車的停車功能為例，列車可以采用自身的零速信號(hào)或信號(hào)系統(tǒng)提供的零速信號(hào)控制停車，但因信號(hào)集成商設(shè)計(jì)理念存在差異，其提供給列車的零速信號(hào)方式并不完全一致。為實(shí)現(xiàn)該功能分配上的通用性，可采用包容性描述，在異常處理及注意事項(xiàng)上做如下要求：列車優(yōu)先采用信號(hào)系統(tǒng)提供的零速信號(hào)；若信號(hào)系統(tǒng)未提供零速信號(hào)或零速信號(hào)故障，則可采用車輛制動(dòng)系統(tǒng)提供的零速信號(hào)。再以信號(hào)系統(tǒng)控制列車在區(qū)間自動(dòng)停車為例，不同設(shè)備信號(hào)集成商控制列車的方式不同，設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)采用包容性描述，只要求結(jié)果，不體現(xiàn)實(shí)現(xiàn)方式，即在信號(hào)系統(tǒng)功能分配中做如下要求：應(yīng)具備人工遠(yuǎn)程操作下區(qū)間運(yùn)行列車主動(dòng)停車的功能。

3) 落實(shí)以自動(dòng)聯(lián)動(dòng)為重心的設(shè)計(jì)思路。以列車為例，列車上傳到車輛調(diào)度工作站的報(bào)警和故障信息有數(shù)千條。在綜合考慮車輛設(shè)備供應(yīng)商、信號(hào)設(shè)備供應(yīng)商、業(yè)主單位的不同建議后，確定僅對(duì)影響正常運(yùn)營(yíng)、造成列車停車的有聯(lián)動(dòng)功能的信息作分類描述和設(shè)計(jì)。按此原則，對(duì)列車發(fā)生受電弓異常降弓、牽引系統(tǒng)故障、制動(dòng)系統(tǒng)故障、輔助逆變器故障、車載PIS(包括車載廣播、車載視頻監(jiān)控)故障、煙火報(bào)警系統(tǒng)故障、障礙物檢測(cè)裝置故障、列車照明/空調(diào)故障、列車車門故障、列車關(guān)鍵微型斷路器斷開(kāi)故障、列車TCMS通信故障等11個(gè)故障場(chǎng)景進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)。而僅有報(bào)警信息但不影響正常運(yùn)營(yíng)的列車故障不在聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景和功能考慮范圍內(nèi)。但為了指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)，該類列車故障需要在運(yùn)營(yíng)文本中有所體現(xiàn)。

4) 全自動(dòng)運(yùn)行線路的特點(diǎn)之一是具有各種場(chǎng)景(特別是設(shè)備故障或應(yīng)急場(chǎng)景)的視頻聯(lián)動(dòng)功能，以便讓OCC調(diào)度、車場(chǎng)調(diào)度及車站值班員能夠及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。對(duì)于視頻聯(lián)動(dòng)功能的設(shè)計(jì)，應(yīng)從視頻自動(dòng)聯(lián)動(dòng)時(shí)機(jī)、人工調(diào)看時(shí)機(jī)及聯(lián)動(dòng)方式等方面予以考慮。可對(duì)聯(lián)動(dòng)方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將聯(lián)動(dòng)方式分為自動(dòng)聯(lián)動(dòng)和半自動(dòng)聯(lián)動(dòng)兩種，并根據(jù)運(yùn)營(yíng)調(diào)度的需求在不同的工位上按需采用其中一種方式,以實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)。發(fā)生報(bào)警故障/事件后，調(diào)度根據(jù)情況確定需要調(diào)看現(xiàn)場(chǎng)的視頻畫(huà)面時(shí)，ISCS應(yīng)只將報(bào)警后視頻聯(lián)動(dòng)報(bào)警信息推送至調(diào)度工位，調(diào)度根據(jù)需求人工點(diǎn)擊選擇視頻聯(lián)動(dòng)畫(huà)面，以避免設(shè)備故障時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)大量的視頻畫(huà)面，對(duì)調(diào)度的正常工作造成干擾。

5) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮實(shí)施的必要性和性價(jià)比。以軌旁廣播設(shè)置為例，區(qū)間道岔區(qū)域內(nèi)根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求只設(shè)置廣播，這足以滿足設(shè)備維護(hù)時(shí)運(yùn)營(yíng)人員和維護(hù)人員間的聯(lián)系需求。但如果在區(qū)間其他區(qū)域內(nèi)僅設(shè)置廣播而不設(shè)攝像頭，應(yīng)急疏散時(shí)調(diào)度無(wú)法了解線路區(qū)間的情況，不便于指揮人員疏散。如在區(qū)間布置攝像頭，其布置原則、必要性和建設(shè)成本等都是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的重點(diǎn)。再以列車喚醒功能設(shè)計(jì)為例，列車喚醒時(shí)是否需要做動(dòng)態(tài)測(cè)試是其需要考慮的重點(diǎn)，為此，本文對(duì)傳統(tǒng)有人駕駛線路和全自動(dòng)運(yùn)行線路進(jìn)行了分析，以判斷動(dòng)態(tài)測(cè)試是否具有必要性，最終確定列車喚醒時(shí)不做動(dòng)態(tài)測(cè)試。

6) 對(duì)信號(hào)系統(tǒng)在不同場(chǎng)景下的處置方式作進(jìn)一步細(xì)化。應(yīng)全面分析信號(hào)系統(tǒng)在列車進(jìn)站、出站、停站、正線區(qū)間運(yùn)行及場(chǎng)段運(yùn)行等不同場(chǎng)景下的行車處置原則。如設(shè)計(jì)中存在差異，應(yīng)做明確描述和說(shuō)明。

7) 進(jìn)一步完善各系統(tǒng)的功能。例如，全自動(dòng)洗車作業(yè)場(chǎng)景下對(duì)車庫(kù)門的控制是新的研究課題，為了進(jìn)一步提高信號(hào)系統(tǒng)的可用性和安全性，應(yīng)確定信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)打開(kāi)、人工確認(rèn)后聯(lián)動(dòng)關(guān)閉這一原則。洗車庫(kù)庫(kù)門狀態(tài)由信號(hào)系統(tǒng)采集，同時(shí)洗車庫(kù)庫(kù)門的狀態(tài)需納入洗車機(jī)的控制回路中。

4 設(shè)計(jì)成果

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，基于對(duì)聯(lián)動(dòng)功能及運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的分析，本文形成了全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景及功能文件，其中包括正常場(chǎng)景21類、故障場(chǎng)景24類及應(yīng)急場(chǎng)景18類，如圖3所示。

a) 正常場(chǎng)景

注：SPKS——人員防護(hù)開(kāi)關(guān)。

c) 應(yīng)急場(chǎng)景

5 結(jié)語(yǔ)

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景和聯(lián)動(dòng)功能的設(shè)計(jì)研究站在系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的角度，為全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的建設(shè)提供指導(dǎo)意見(jiàn),并明確各核心專業(yè)所需要完成的聯(lián)動(dòng)功能。因此，此設(shè)計(jì)方案具有很強(qiáng)的通用性，對(duì)于規(guī)范全自動(dòng)運(yùn)行各核心專業(yè)的功能需求具有指導(dǎo)性意義。同時(shí)，此設(shè)計(jì)方案也可作為后期運(yùn)營(yíng)規(guī)則編制的參考性文件，可結(jié)合具體線路的運(yùn)營(yíng)流程、崗位職責(zé)劃分、規(guī)章制度等，編制適用于本線路的運(yùn)營(yíng)文本文件。