基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的城市軌道交通在線車輛故障信息可視化方案

張 濤

(廈門軌道建設發(fā)展集團有限公司, 361004, 廈門∥高級工程師)

城市軌道交通在線車輛發(fā)生故障的情況在國內(nèi)城市頻頻發(fā)生,由于不能及時掌控在線車輛故障的具體狀況,為確保線網(wǎng)行車組織運營安全、順暢,不產(chǎn)生乘客乘車服務事件,行車調(diào)度會根據(jù)司機或車站值班員上報的故障信息,第一時間采取對在線故障車輛下線或者抽線的方式,調(diào)用備用車輛投入至正常行車組織中,確保在線車輛按照運行圖的實施方案有效運行。

在行車組織過程中,一般發(fā)生車輛故障時,均由司機根據(jù)車輛本身故障的基本情況作出判斷并向行車調(diào)度員報告,行車調(diào)度員再做出行車組織安排。在線車輛故障無論大小,以及是否影響其正常運行,由于不能直觀、準確地判斷其具體情況,因此,無論選擇下線或抽線方式,還是增加在線行車組織和車輛調(diào)度的指揮流程,均會增加城市軌道交通的正常運營成本。對此,亟待提出城市軌道交通在線車輛故障可視化策略,以提升調(diào)度行車組織和應急處置的效率。

廈門軌道交通目前形成了三線出島的網(wǎng)絡化運營線路。研究在線車輛故障的可視化,是廈門軌道交通行車組織調(diào)度管理中的一項重要工作,也是非常有必要的研究項目。

1 在線車輛故障信息可視化研究的目的

結(jié)合目前國內(nèi)城市軌道交通運營管理系統(tǒng)的應用情況,從應急處置和安全管理的角度出發(fā),城市軌道交通在線故障信息可視化的實施主要有4個特征。

1.1 指導調(diào)度人員現(xiàn)場排除故障

通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)模塊反饋線上列車實時工作情況,使運營控制中心指導司機和地鐵運維人員更直觀、更快速地了解列車故障情況,能夠第一時間參與故障處置,為現(xiàn)場司機提供指導意見,提高故障處理效率。

1.2 提升調(diào)度指揮決策效率

采用可視化手段可實時監(jiān)管城市軌道交通的列車號、車輛火災、緊急呼叫、緊急解鎖、緊急制動、車門狀況、電氣蓋板、牽引及運行模式等運行狀況。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng),對城市軌道交通列車運行過程中各組件部位的異常情況予以報警,并將故障信息及其處理意見進行可視化展示,使得行車調(diào)度員能夠更直觀地確定列車是否繼續(xù)運營及清客等,進一步提升決策效率。

1.3 提升故障處置能力

通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)實時采集列車位置、牽引、制動、車門、開關(guān)、車速、空調(diào)、溫度、牽引/電制動、空氣制動、空氣壓縮機狀況、輔助系統(tǒng)狀況、緊急對講、蓄電池及火災報警狀況等動態(tài)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)等,實時監(jiān)管列車的運行狀況,提高監(jiān)管人員的工作效率,方便城市軌道交通運維人員直觀了解列車運行信息,充分利用列車運行的監(jiān)控數(shù)據(jù)形成專題報表,有助于車輛技術(shù)人員迅速判斷列車故障點,提升故障處理能力,優(yōu)化運行成本。

1.4 提升列車故障救援處置模式時間

廈門軌道交通對列車故障處理時間有明確要求,當行車間隔大于或等于5 min,前方列車發(fā)生故障4 min時,需對準備擔當救援任務的載客列車發(fā)布清客及列車救援命令;列車在發(fā)生故障后7 min仍不能動車時,向故障列車發(fā)布救援命令。但在實際生產(chǎn)中,列車發(fā)生故障的開始時間僅能以司機報告時間為基準,這將使得相同故障場景下的救援時機存在較大差異。通過綜合監(jiān)控實時反饋列車故障的信息和時間,可以明確列車故障救援的時機,使得行車調(diào)整能有充分時間,進一步采用列車故障救援處置模式。

2 在線車輛故障信息可視化研究的難點

2.1 在線車輛故障顯示的準確性判斷

隨著科技不斷升級更新,我國城市軌道交通車輛功能逐步健全,車輛在出場時根據(jù)功能需求,已完成了其自身綜合監(jiān)控系統(tǒng)設備的加載。原本可以通過對車輛位置、牽引、制動、車門開關(guān)、車速、空調(diào)系統(tǒng)、溫度及照明等進行控制。車輛在正常運行過程中,一旦發(fā)生設備故障,司機要通過車輛自有的車載系統(tǒng)判斷故障所處位置、故障分類,以及能否繼續(xù)正常運營等情況,待司機初步判斷故障后向行車調(diào)度員報告,行車調(diào)度員憑司機反饋信息對在線故障車輛做出處置決策。整個判斷、收集信息的過程會消耗大量時間,且判斷的準確率出現(xiàn)偏差的幾率非常大,容易造成行車資源的浪費和干擾正常運行圖。

2.2 對信息系統(tǒng)網(wǎng)絡傳輸?shù)囊蟾?/h3>

城市軌道交通在線車輛故障信息可視化的實現(xiàn),一是可以解決對車輛故障的快速、精準判斷;二是能有效提升行車調(diào)度員對在線車輛故障情況的應急處置;三是完善行車組織管理與車輛故障之間的信息高效傳輸,提升聯(lián)動應急處置和故障處理判斷的能力。

目前,國內(nèi)城市軌道交通行車信息均依靠常規(guī)的無線網(wǎng)絡傳輸。鑒于無線網(wǎng)絡本身存在的不穩(wěn)定性,很難將車輛本身從牽引、制動、SIV(輔助逆變器)、車門、CCTV(閉路電視)、駕駛臺等故障信息傳輸加載到調(diào)度指揮大廳的終端綜合監(jiān)控設備中,對此穩(wěn)定的網(wǎng)絡、高效的傳輸是車輛和終端綜合監(jiān)控設備實現(xiàn)在線車輛故障信息可視化有效、暢通應用的難點。圖1為2018—2021年廈門地鐵1、2、3號線在線車輛故障統(tǒng)計,這些故障信息皆無法實現(xiàn)采用既有網(wǎng)絡進行傳輸。

注:LCU為列車控制單元。

3 廈門軌道交通線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

針對目前已開通運營的3條軌道交通線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)中車載系統(tǒng)界面的顯示應用,當選擇某一車輛段或停車場查看信息總覽時,若XX車發(fā)生故障,綜合監(jiān)控系統(tǒng)界面將會閃現(xiàn)車輛故障信息。綜合監(jiān)控系統(tǒng)主界面將列車按車組號進行劃分,可以直觀地觀察到該系統(tǒng)與車載系統(tǒng)的通信狀況與車廂載客率。

根據(jù)車載系統(tǒng)的報警閃現(xiàn)情況,行車調(diào)度員可及時選擇綜合監(jiān)控系統(tǒng)提示的報警故障車廂,點擊查詢具體故障情況,此時該綜合監(jiān)控系統(tǒng)會顯示該車廂載客率、乘客緊急報警、火災報警、空氣壓縮機故障、廣播系統(tǒng)故障、視頻系統(tǒng)故障、車門系統(tǒng)故障、空調(diào)系統(tǒng)故障、制動系統(tǒng)故障、SIV故障、通信故障、回風溫度故障、牽引故障、受電弓故障等詳細信息,但僅能簡單、直接地展示出在線車輛狀況,即顯示器僅能顯示出故障或正常。

結(jié)合當前城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)對在線車輛故障的判斷,除以上操作系統(tǒng)外,當在綜合監(jiān)控系統(tǒng)上選擇全線命令時,列車運行主界面會展示全線列車位置監(jiān)控圖、列車占用信號計軸的全線信息主界面等。其中,車載系統(tǒng)主界面還能展示運營控制中心車載CCTV信息,可根據(jù)人工需求對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能進行選擇。當選擇相應的車組號及CCTV編號時,可將該車廂CCTV內(nèi)容投放至運營控制中心大屏,為當班行車調(diào)度員掌控和觀察在線車輛狀況提供比較清晰、明了的信息畫面,為行車組織調(diào)度提供最為基礎(chǔ)的保障。

結(jié)合以上功能分析,目前還不能通過既有設備將在線車輛故障準確地傳輸至運營控制中心,行車調(diào)度員必須通過手持終端設備同車輛司機溝通確認,并向行車調(diào)度員反饋,行車調(diào)度員才能根據(jù)信息反饋做出下一步行車組織安排和調(diào)整。這對于整個行車組織的運作而言,會直接影響現(xiàn)場處置效率,降低乘客服務度。

4 基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化方案

為了在行車組織過程中,充分利用既有的綜合監(jiān)控系統(tǒng)對車輛本身的控制系統(tǒng)信息掌握,需要對既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)設備的功能進行優(yōu)化和開發(fā)。一方面,發(fā)揮既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)同車輛系統(tǒng)的相互兼容和車輛設備系統(tǒng)的信息互通;另一方面,直觀地將車輛運營過程中的偶發(fā)故障信息通過系統(tǒng)網(wǎng)絡傳輸至調(diào)度指揮大廳的綜合監(jiān)控系統(tǒng)上,行車調(diào)度員會在第一時間根據(jù)反饋信息做出應急判斷,從而更好、更高效地進行行車組織,為乘客出行提供安全、便捷、有序的行車組織。為此,提出了基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化方案。在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)的建立,可實現(xiàn)將車輛的人機界面信息以畫面感、可觸屏的方式呈現(xiàn)到行車調(diào)度工作臺前,對在線車輛故障按照處理指南內(nèi)容精簡,以及綜合其他規(guī)章制度、作業(yè)要求等編制行車調(diào)度應急處置所需要的關(guān)鍵提示信息。基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化方案將通過獲取車輛屏各分系統(tǒng)界面,完成關(guān)鍵提示信息面板制作,再通過相應工具合成一個面板,將該面板存放于各行車調(diào)度工作臺前的觸摸屏調(diào)度臺,達到通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)對在線車輛故障信息的可視化掌控。基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)見圖2。

注:ATS為列車自動監(jiān)控;LTE為長期演進;TAU為車載接入單元;CC為車載控制器。

建立基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)時,需要完善既有的網(wǎng)絡傳輸或設置專網(wǎng)傳輸,在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)將在線車輛故障數(shù)據(jù)暢通傳遞,以網(wǎng)絡層推的方式實現(xiàn)故障信息數(shù)據(jù)快速傳遞至中央監(jiān)控系統(tǒng)中顯示預警。同時,健全的網(wǎng)絡接口系統(tǒng)包括物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、交換機、路由器及防火墻等網(wǎng)絡通信模塊。從應用展示來劃分,在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)的主要功能必須達到實時監(jiān)控、統(tǒng)計分析、實時報警、系統(tǒng)管理及用戶管理,這樣可將上述信息直接傳輸至調(diào)度大廳,為行車調(diào)度員提供最為直觀的判斷信息,以更高效地應對在線車輛故障時的行車調(diào)動指揮。

1) 列車故障信息的同步傳輸。結(jié)合當前既有列車監(jiān)控設備及綜合監(jiān)控系統(tǒng),設置專用的無線網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)。通過無線網(wǎng)絡傳輸,結(jié)合在線車輛狀況信息顯示,增加車載車輛屏、信號屏,并將其顯示報文故障信息同步到運營控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。當車載車輛屏、信號屏出現(xiàn)故障報警時,綜合監(jiān)控系統(tǒng)界面上將第一時間彈出故障報警信息并報警,并第一時間切換至相應的界面。為提升行車調(diào)度員更快速判斷在線車輛故障的具體、準確信息,為當班行車調(diào)度員做好現(xiàn)場應急處置做好基礎(chǔ)保障工作,可采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)將在線車輛故障信息通過顯示屏幕直接顯示出來,更清晰地讓行車調(diào)度員作出詳細判斷,為高效率應急處置作出決策。列車故障信息內(nèi)容顯示見表1。

表1 列車故障信息內(nèi)容顯示

2) 列車故障處理指導意見系統(tǒng)的增設。列車發(fā)生相應故障時,綜合監(jiān)控系統(tǒng)界面除彈出相應故障的窗及語音提醒外,同時根據(jù)故障在其告警彈窗下方彈出故障處理建議,如:建議立即停車處理;列車不具備運營條件,建議退出服務;建議立即復位XX空開等信息。綜合監(jiān)控系統(tǒng)應能按故障情況顯示故障處理流程:當現(xiàn)場司機完成相應處置步驟時該系統(tǒng)界面能夠有信息顯示,如車門切除、合旁路開關(guān)、切除列車氣制動等。在發(fā)生故障或故障處理結(jié)束后,列車有限速要求也能夠在此系統(tǒng)界面顯示,如:切除1個列車氣制動,自動限速70 km/h;2個牽引逆變器故障,AMC(自適應調(diào)制編碼)無法動車,此時應手動駕駛,牽引級位需大于60%,建議手動限速50 km/h,就近清客退出服務等。

3) 車輛屏和信號屏復視系統(tǒng)的完善。當發(fā)生故障時,調(diào)度員可通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)閱車輛屏和信號屏,并投放至大屏相應位置,為當日當值行車調(diào)度員處置在線車輛故障提供幫助。

4) 車載CCTV的優(yōu)化。結(jié)合當前應用的調(diào)度中心車載CCTV控制系統(tǒng)功能,在選擇調(diào)看CCTV時,可通過選擇車次號或服務號完成調(diào)取。當使用車組號進行調(diào)取時,需人工將車次號、車組號換算為對應的車底號,建議對車次號或服務號的選擇進行優(yōu)化。

綜上所述,綜合監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)故障信息的可視化:將在線車輛故障及狀況信息實時上傳,根據(jù)不同的故障等級,將重要的故障信息和關(guān)鍵的列車狀況信息通過無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)控,實現(xiàn)智能化監(jiān)控管理,確保列車運營安全可靠、故障處置快速有效、方案決策有據(jù)可依。

5 結(jié)語

廈門軌道交通在網(wǎng)絡化運營模式下實現(xiàn)了車輛運行與行車組織的互聯(lián)互通。為確保廈門軌道交通對突發(fā)事件的應急處置,達到安全受控目標,提出了城市軌道交通基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)車輛故障信息可視化方案,旨在實現(xiàn)對車輛故障的統(tǒng)計分析、診斷、健康評估及預測,提升調(diào)度行車組織決策效率,確保列車運營的安全性與可靠性。