綜合監(jiān)控與信號ATS融合方案分析及建議

摘" 要：地鐵ISCS系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)的融合，是城市軌道交通的發(fā)展趨勢。對融合的必要性進行分析，簡要介紹ISCS系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)融合的幾種方式，并結(jié)合國內(nèi)的既有融合方案，對優(yōu)缺點進行分析對比。結(jié)合目前的技術(shù)發(fā)展方向，提出合理的融合方案，并對采用該方案的估算及能耗分析、實施重難點等進行闡述。

關(guān)鍵詞：綜合監(jiān)控系統(tǒng);ATS;界面集成;深度集成;完全集成

中圖分類號：U29-39" " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）18-0153-04

Abstract： The integration of subway ISCS system and ATS system is the development trend of urban rail transit. This paper analyzes the necessity of integration， briefly introduces several ways of integration between ISCS system and ATS system， and analyzes and compares the advantages and disadvantages of the existing fusion schemes in China. According to the current technical development direction， a reasonable fusion scheme is put forward， and the estimation， energy consumption analysis and implementation difficulties of this scheme are described.

Keywords： integrated monitoring system; ATS; interface integration; deep integration; full integration

為保障乘客運輸服務(wù)，軌道交通設(shè)施和設(shè)備構(gòu)成了龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，包括信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境和機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等等。這些系統(tǒng)多為分立設(shè)置，各業(yè)務(wù)設(shè)備分別進行信息采集處理，天然形成了信息孤島，缺乏信息的有效協(xié)同。近幾年全自動無人駕駛系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)逐步建設(shè)并掀起熱潮，在無人駕駛模式下，原先由駕駛員執(zhí)行的工作被自動化設(shè)備代替，系統(tǒng)集中度要求更高，運行場景更為復(fù)雜，同時旅客服務(wù)質(zhì)量要求更高。運營指揮人員需要快速高效地獲取信息和做出決策判斷，準(zhǔn)確下達控制指令，此時傳統(tǒng)的分立模式控制系統(tǒng)已完全不能滿足需求，以行車為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)與信號系統(tǒng)ATS進行融合的一體化系統(tǒng)，體現(xiàn)出了其自動化、智能化的推動優(yōu)勢，是目前國內(nèi)的發(fā)展趨勢。但是，綜合監(jiān)控與信號ATS的融合深度，目前各城市地鐵線路建設(shè)過程中各有不同。

1" 系統(tǒng)融合必要性分析

1.1" 提高運營效率的需求

一體化系統(tǒng)可提升整個軌道交通設(shè)備系統(tǒng)的整體運營性能，提供新的功能和手段，可以及時為調(diào)度等運營人員提供多專業(yè)、全面的行車、設(shè)備信息，實現(xiàn)系統(tǒng)間快速聯(lián)動和反應(yīng)，進一步為軌道交通安全、高效運營提供技術(shù)支撐。

1.2" 各專業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢

以行車調(diào)度指揮為核心的集成方式是軌道交通自動化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。隨著計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，一體化系統(tǒng)已成為軌道交通自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，能更好地發(fā)揮綜合監(jiān)控的優(yōu)勢，做到行車、設(shè)備、乘客和環(huán)境的綜合智能化管理。

1.3" 全自動運行系統(tǒng)的支撐需求

根據(jù)全自動駕駛的功能需求，優(yōu)化控制中心行調(diào)、電調(diào)、乘客調(diào)度和車輛調(diào)度工作站等的設(shè)置，保證中心調(diào)度員操作的有效便捷;車輛段、停車場納入正線統(tǒng)一控制后，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成和互聯(lián)系統(tǒng)的管理和監(jiān)控范圍進行擴充，從而滿足全線監(jiān)控功能;增加對車輛信息顯示及收集，對全自動駕駛提供全面信息服務(wù);實現(xiàn)SPKS防護區(qū)域門鎖的軟件聯(lián)動，提升自動化水平。

2" 融合方案分析推薦

2.1" 集成方案分析

2.1.1" 界面集成

1）傳統(tǒng)界面集成方案。傳統(tǒng)意義上的界面集成，指對人機界面的集成，后臺服務(wù)器硬件設(shè)備及數(shù)據(jù)庫等各自獨立。此方案下，硬件結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，共用了車站工作站，ATS界面以插件形式嵌入到ISCS人機界面平臺中，界面風(fēng)格不統(tǒng)一，ATS服務(wù)器與ISCS服務(wù)器獨立部署，通過接口傳輸公用數(shù)據(jù)，ATS界面直接取得ATS服務(wù)器的數(shù)據(jù)，刷新速度較快，但聯(lián)動數(shù)據(jù)通過接口，數(shù)據(jù)處理速度較慢。

2）北京6號線集成方案。北京6號線是國內(nèi)第一次綜合監(jiān)控集成信號ATS的嘗試，業(yè)內(nèi)常稱其為界面集成，但實際上其集成深度已超過傳統(tǒng)意義上的界面集成方案，其并不只是車站值班工作站人機界面的集成，控制中心信號服務(wù)器設(shè)備，也實現(xiàn)了與綜合監(jiān)控的硬件共用，而且2個專業(yè)之間的信息交互也遠超傳統(tǒng)界面集成概念。其軟件組成如圖1所示，系統(tǒng)配置如圖2所示。

此方案共用了服務(wù)器、工作站等設(shè)備，節(jié)約了硬件設(shè)備成本，共用網(wǎng)絡(luò)及平臺軟件，采用界面內(nèi)嵌ATS，數(shù)據(jù)獨立，數(shù)據(jù)處理安全風(fēng)險低，實現(xiàn)了行車調(diào)度功能。但是設(shè)備共用，對軟硬件要求也更高了，系統(tǒng)業(yè)務(wù)交叉，系統(tǒng)兼容性和可靠性挑戰(zhàn)更大，數(shù)據(jù)交互能力弱，難以實現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用。

2.1.2" 深度集成

綜合監(jiān)控系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)的FEP分開獨立部署;ATS利用ISCS平臺提供的對外通用接口（API）完成ATS系統(tǒng)人機界面開發(fā);ATS設(shè)備監(jiān)控功能通過ISCS平臺實現(xiàn)，ATS專用服務(wù)（如列車跟蹤、自排進路、列車調(diào)整等）由ATS實現(xiàn)，服務(wù)器同時部署ISCS服務(wù)和ATS服務(wù)，硬件共用，ATS服務(wù)與ISCS服務(wù)以接口協(xié)議方式進行數(shù)據(jù)交互，其中ISCS服務(wù)中含ATS所有數(shù)據(jù)。ISCS系統(tǒng)和ATS系統(tǒng)共用一套歷史庫，硬件共用，數(shù)據(jù)庫表各自創(chuàng)建與維護。這種方案的優(yōu)點是界面風(fēng)格統(tǒng)一，能實現(xiàn)豐富多樣的聯(lián)動功能，采用統(tǒng)一的實時服務(wù)器，缺點是因為數(shù)據(jù)要從ATS通過協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給ISCS，所以實時數(shù)據(jù)刷新速度稍慢，且聯(lián)動功能的實時性相對較差。

深度集成已開通的案例是北京燕房線，大興機場線，北京后續(xù)的17號線、19號線、12號線都是采用此方案。此方案在北京6號線的基礎(chǔ)上，進一步加深了融合程度，ISCS服務(wù)中包含了ATS所有數(shù)據(jù)。其軟件組成及系統(tǒng)配置如圖3、圖4所示。

控制中心的服務(wù)器按照3套冗余設(shè)備配置，各自分配不同系統(tǒng)功能，3套冗余實時服務(wù)器可根據(jù)各接入專業(yè)的特點靈活部署相應(yīng)數(shù)據(jù)庫等軟件功能模塊，保證各專業(yè)數(shù)據(jù)庫的獨立性，并保證系統(tǒng)聯(lián)動功能等的完整性。

服務(wù)器分開設(shè)置，一方面是考慮降低風(fēng)險，另一方面是運營維護的需求。但是其數(shù)據(jù)總線是共用的，理論上所有服務(wù)器的功能都是相同的，可以在一套服務(wù)器上實現(xiàn)其所有的功能，目前只是在3套服務(wù)器上各自保留了部分功能。

此方案下軟件功能由ISCS與ATS聯(lián)合開發(fā)，發(fā)揮各方優(yōu)勢，系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)完全集成，操作界面實現(xiàn)了統(tǒng)一，也實現(xiàn)了行車調(diào)度管理功能。但是ISCS與ATS需進行全面的系統(tǒng)兼容性測試，由于配合緊密，項目實施過程中交叉較多，對調(diào)度和維護人員的管理水平要求也更高。

2.1.3" 完全集成

基于一套平臺深度集成列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS），實現(xiàn)集成系統(tǒng)的各級監(jiān)控管理功能。一體化系統(tǒng)與信號ATS系統(tǒng)共用服務(wù)器、ATS系統(tǒng)后臺服務(wù)均集成在一體化系統(tǒng)中，利用平臺提供的對外接口（API）進行二次開發(fā)，完成各子系統(tǒng)的功能開發(fā)，這種集成方式稱為完全集成。目前國內(nèi)地鐵線路尚無采用完全集成方案的案例，是綜合監(jiān)控和信號ATS融合的理想形態(tài)。其軟件組成及系統(tǒng)配置如圖5、圖6所示。

在此方案下，綜合監(jiān)控與信號ATS共同組網(wǎng)，共用服務(wù)器、工作站，配套統(tǒng)一通用的平臺軟件，開發(fā)統(tǒng)一的核心模塊。此方案自動化程度更高，控制管理高度集中化，數(shù)據(jù)刷新和聯(lián)動處理非常快。但是此方案在地鐵項目中尚無實際應(yīng)用案例，其項目實施難度和風(fēng)險較大。

2.1.4" 集成方案建議

傳統(tǒng)界面集成方案，雖然其實施難度低，但是目前國內(nèi)已開通的綜合監(jiān)控與信號ATS融合的開通線路，其融合深度都已超過了僅對人機界面集成，并且運營良好，后續(xù)業(yè)內(nèi)各家集成商都是在北京6號線和北京燕房線的基礎(chǔ)上進一步完善集成方案，提高集成深度，現(xiàn)階段再去研究此方案，意義不大，不建議采用此方案。

完全集成方案，目前僅在有軌電車有應(yīng)用，但是有軌電車和地鐵的功能需求、集成難度都是不可同日而語的，而且目前業(yè)內(nèi)具備實施此方案能力的集成商也是寥寥可數(shù)，若選用此方案，其風(fēng)險和不可控因素太多，因此也不建議采用完全集成方案。

深度集成方案是國內(nèi)目前采用最多的集成方案，北京燕房線、新機場線、17號線和南寧5號線、太原2號線等都采用了此方案，大體方案基本一致，只是在局部細節(jié)方面稍有區(qū)別，其方案已比較成熟。北京3號線也在6號線的基礎(chǔ)上更進一步實現(xiàn)了車站及控制中心的硬件整合，合并了網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，集成深度已經(jīng)和機場線、17號線等線路的方案趨同。

綜上所述，深度集成方案是目前的最佳選擇。結(jié)合目前國內(nèi)軌道交通云平臺方案的開展，綜合監(jiān)控與信號ATS的車站、中央級的服務(wù)器、交換機、工作站等設(shè)備，全線的傳輸網(wǎng)絡(luò)，都可以通過云平臺實現(xiàn)，硬件資源的共享更為便利。

2.2" 融合方案能耗分析

項目規(guī)模以21座車站，1個控制中心，1個備用控制中心，1個車輛段為例，采用深度集成方案后，設(shè)備全年耗電減少見表1，每年可節(jié)省約459 724度電量。

2.3" 融合方案實施重難點分析及建議

一體化系統(tǒng)工程的順利實施，包括方案設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試、現(xiàn)場運行和后期維護等不同階段任務(wù)需密切配合才能成功完成，在此項目管理過程中的重難點在于ISCS與信號ATS專業(yè)的配合上，具體表現(xiàn)為2點：一方面，由于信號專業(yè)涉及行車安全，安全等級較高，而ATS需要及時發(fā)布一些與行車相關(guān)的安全管理信息，對于此信息的發(fā)布處理，信號承包商較為謹(jǐn)慎，在管理流程上需要各級審核批復(fù)后方可發(fā)布，時效性稍長，而綜合監(jiān)控的信息發(fā)布流程相對簡單，同時由于綜合監(jiān)控接口專業(yè)多，相關(guān)專業(yè)的變化會引起綜合監(jiān)控專業(yè)軟件的不斷調(diào)整，軟件變動比較頻繁，所以在項目實施過程中管理好信號和綜合監(jiān)控軟件版本的發(fā)布是一個難點。而且，采用深度集成方案后，由于要取得SIL2級的安全認(rèn)證，所以在試運營之前就要完成所有一體化系統(tǒng)的調(diào)試，對于項目整體進度的把控也是需要重點關(guān)注。另一方面，在一體化系統(tǒng)運行過程中不免由于基礎(chǔ)信息的更新等原因存在一體化軟件升級的問題，在一體化系統(tǒng)中信號ATS的內(nèi)容較少，而ISCS的信息量占比更大，因此在ATS軟件升級后需要ISCS配合完成一體化的完整性功能測試，實際工程實施中，由于ATS的軟件升級導(dǎo)致ISCS調(diào)試配合工作量大的客觀原因使得ISCS人員疲于配合，直接影響項目的順利進展。

因此，為使得一體化系統(tǒng)工程順利推進，必須要有統(tǒng)一的建設(shè)管理團隊，從建設(shè)部門的管理層次提前解決專業(yè)間的互相掣肘，工程實施過程中要協(xié)調(diào)解決信號ATS承包商和ISCS承包商可能發(fā)生的一切不利事件，同時從項目招標(biāo)、項目設(shè)計階段就要提前規(guī)劃，從設(shè)計方案、集成商接口測試等方面提前解決可能出現(xiàn)的問題，以便項目更順利地實施。

3" 結(jié)束語

城市軌道交通的建設(shè)是以運營為目標(biāo)的，因此行車管理最為重要，隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，以行車指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成為城市軌道交通自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢及必經(jīng)過程，也是地鐵運營管理提高效率、提高水平、實現(xiàn)現(xiàn)代化的必然需要。只有將行車調(diào)度指揮系統(tǒng)納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，才能更好地發(fā)揮綜合監(jiān)控的優(yōu)勢，真正做到行車、設(shè)備、乘客和環(huán)境的綜合智能化管理。通過前文的論述及分析，推薦綜合監(jiān)控與信號ATS采用深度集成的融合方案，集成ATS、PSCADA、BAS和FAS，同時為了項目的順利推進，建議采用深度集成的項目成立統(tǒng)一的管理組織架構(gòu)，按照綜合監(jiān)控和信號打包的招標(biāo)方式招標(biāo)。建議在項目實施階段就對運營維護架構(gòu)進行提前規(guī)劃，結(jié)合深度集成方案及全自動駕駛的背景，優(yōu)化人員配置。

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