城市軌道交通綜合監控2.0系統探析

張洪濤 彭婧璇 王曉萌

(同方股份有限公司, 100083, 北京)

城市軌道交通(以下簡稱“城軌”)綜合監控系統,互聯集成信號、環境控制、電力監控等不同業務應用,通過提供統一的線路運營指揮平臺,實現了城軌信息互通、資源共享,提升了自動化水平,提高了城軌運營的安全性、可靠性和響應性。

隨著云計算、物聯網等新技術的快速發展與成熟,城軌車站環境、客流和設備信息的全面感知,城軌車站的智慧化運營,城軌運維決策的數據支撐等新需求不斷提出。在此前提下,城軌綜合監控2.0系統順應技術發展趨勢,通過不斷迭代升級,實現了系統功能和性能的持續提升。

1 傳統綜合監控系統存在的問題

傳統綜合監控系統設置了服務器、工作站、交換機、FEP(前端處理器)等設備,通過網絡將集成、互聯系統的數據發送至服務器進行運算處理。在實際應用中,該系統能夠基本滿足城軌生產運營的需求,但在較多方面仍然存在不足:

1) 體系架構陳舊。傳統綜合監控系統采用“豎井式”系統架構,在控制中心和各個車站設置機房,并配置冗余的服務器等物理設備。此架構下,設備設施分散,對車站機房空間、電力、消防等資源占用較大,造成資源和能源的浪費。由于車站級綜合監控系統承擔了較多的數據處理工作,為滿足長期運營需要,建設項目往往采用大而全的預算及投資方式,且配置的設備性能遠超實際需求,導致建設和運維成本居高不下,IT(信息技術)資源利用率低,資源管理困難。此外,傳統綜合監控系統可擴展性較差。該系統功能的開發更多依賴于前期設計,隨著城軌信息化建設的深入,原有的系統架構無法通過快速擴展來滿足新的需求。一旦后續需要進行計算資源擴充,因購置和擴展成本較高,亦無法與其他專業進行靈活統一調配。

2) 系統集成度不足。城軌FAO(全自動運行)系統近年來逐漸成熟并開始全面推廣應用。在FAO場景下,需要實現綜合監控系統對車載信息系統的集成[1],以實現車-地設備的全自動聯動,全面保障運行安全。FAO模式下,相對綜合監控系統而言,列車成為移動的車站,因而需對列車上的設備和信息進行監控,為乘客提供服務。此外,FAO場景對城軌運營調度人員亦提出了更高的要求,綜合監控系統只有融合車載信息系統,才能更好地輔助決策。傳統綜合監控系統雖然基本實現了對地面各類機電設備的統一管控,但對于信號、車輛的信息集成明顯欠缺,無法適應FAO場景的發展。

3) 各專業數據繁雜離散。城軌網絡化運營條件下,線路設備種類繁雜,客流激增,以及一系列動態風險使得城軌車站的運營場景日益復雜。傳統綜合監控系統已集成和互聯了城軌內多數關鍵系統,但大多采用“車站-專業-設備”三級數據展現形式,設備數據平鋪式呈現,調度人員在日常工作中無法直接獲取與運營場景關聯的數據信息,只能通過切換不同專業完成設備狀態進行查看,通過人為經驗進行判斷,工作效率較低。

綜合監控2.0系統通過運用新興信息技術,克服了傳統綜合監控系統的短板,構建了智慧城軌運營生態,提升了運營效率,降低了運營成本。

2 綜合監控2.0系統的架構

為解決傳統綜合監控系統架構所面臨的問題,進一步加強數據共享,提升數據價值,綜合監控2.0系統將采用云架構。基于城軌云的綜合監控2.0系統架構如圖1所示。

云技術的應用使資源共享、按需服務、集成復用、集中管理成為可能,降本增效成為綜合監控系統上云重要的驅動力。綜合監控2.0系統采用基于城軌云的數據中心級云計算平臺與站段云節點的兩級架構。為確保業務的高可靠性,在數據中心級云計算平臺設置主用、災備雙中心,實現了業務快速復制、靈活擴展、簡單通用,顛覆了傳統的服務提供方式[2]。

云平臺架構下綜合監控系統采用線路中心級綜合監控系統和車站級綜合監控系統的兩級系統架構。通過云虛擬化的方式由中心云平臺提供計算、存儲、網絡及安全等服務,并對車站云節點進行資源調配,實現中心云平臺和車站云平臺的統一部署與管理。車站節點與其他系統可復用配置少量本地資源,從而降低現場管理和維護工作,提升車站設備使用率。此外,當數據中心網絡中斷時,車站級設備還可作為中心云平臺的降級備份,通過現場桌面終端接管本地云節點資源池的控制,保證系統基礎功能的可靠性。云平臺實現了資源的統一調配管理,大大提升了系統的靈活性和擴展性,減輕了資源和能源的浪費。

綜合監控2.0系統在達到諸多改善的同時,也帶來了安全性上的問題,因此,需要一套完整的云安全解決方案來滿足系統自保、平臺統保、邊界保護、等保安全的要求。對于云平臺承載的部分,其網絡信息安全由云平臺統籌保護,同時需系統配置信息安全管理平臺、工業入侵檢測、數據庫審計、終端防護軟件等。云平臺負責承載的應用軟件自身安全由綜合監控系統負責,并在虛擬服務器中部署了終端防護軟件。站段云節點設置了工業入侵檢測與終端防護軟件,車站級綜合監控系統與其他專業接口的安全防護采用了防火墻。

3 綜合監控2.0系統的功能

3.1 車載信息系統的全集成

綜合監控2.0系統的集成范圍將進一步擴大,尤其是全面納入列車信息后,不僅包括車輛本身的機電系統工作狀態,也包括服務于乘客的車載PIS(乘客信息系統)、車載CCTV(閉路電視)系統、車載PA(公共廣播)系統等。車載綜合監控系統通過車地無線通信將采集到的車載設備信息傳送到控制中心,使中央調度能夠清楚地掌握車輛情況,實現真正全面的綜合監控。

實現車載信息系統與綜合監控系統的集成需打通兩個網絡:① MVB(多功能車輛總線)網絡——承載TCMS(列車控制與管理系統)管控的車輛驅動、制動、車門等設備數據;② 車載PIS網絡——承載車載PIS、PA、CCTV通信。綜合監控2.0系統與車載信息系統的接口,如圖2所示。圖2中,在每列列車上均設置冗余的綜合監控系統車載通信管理器,該設備通過MVB網絡與車載TCMS實現數據交互,以獲取車輛設備狀態信息,包括車輛運行狀態、列車駕駛模式、列車環境參數、設備運行狀態及能耗等。同時該設備接入車載PIS網絡,將TCMS信息和車載CCTV、車載PIS、車載PA數據由PIS車地通信通道上傳至控制中心綜合監控系統。

注:ISCS為綜合監控系統。

隨著集成范圍的擴大,綜合監控2.0系統也將進一步增強平臺化優勢,面向行車調度、設備運維、環境監控和乘客服務,對各類數據進行梳理和綜合再利用,建立具備場景化、智能化、人性化的監控調度平臺。利用數字化信息共享方面的天然優勢,綜合監控2.0系統對各系統數據進行統一、綜合、深度的智能處理分析,為城軌運營人員提供直觀而詳盡的信息和決策支撐,實現城軌綜合智能化管理。集成車載信息的綜合監控2.0系統界面截圖如圖3所示。

圖3 集成車載信息的綜合監控2.0系統界面截圖

3.2 場景化運營的實現

3.2.1 場景化運營需求

在傳統綜合監控系統功能設計中,各系統要素邊界清晰而獨立,調度人員可以通過一套軟件平臺實現面向各系統的設備管理,并利用視頻監控、乘客信息、廣播等系統與機電設備間聯動,以滿足部分客運服務需求。隨著技術的發展,車站運營更加關注監控數據背后的關聯性和相互影響因子,這促使綜合監控系統由簡單的設備監控向場景化運營轉變[3]。因此,場景化運營將是綜合監控2.0系統的基本特征之一。

場景化運營可對調度人員業務流程和不同的崗位職責進行提煉、梳理與分析:將業務流程轉變為一系列場景的集合,提煉業務流程中的關鍵要點,對業務流程所需執行步驟進行專業協同,為不同的調度人員提供相應的數據分析和策略支持。綜合監控2.0系統利用數據優勢和全面監控的能力,通過場景化運營實現離散化信息的統一呈現,為調度人員提供全自動或半自動運營操作輔助,完成從人適應系統到系統適應人的轉變,優化了系統操作體驗。

3.2.2 典型場景

綜合監控2.0系統場景設計中的關鍵要素包含人、車、設備及管理系統。

1) 一鍵開/關站場景。一鍵開/關站包括開站、關站兩個獨立的場景,是車站自主運行的重要組成部分,也是調度人員運營業務中的重要一環。一鍵開/關站場景的內容包含開關站前自檢、開關站操作執行與確認。綜合監控2.0系統發出具體聯動指令,由各相關系統執行,并將聯動關鍵步驟的執行狀態實時跟蹤反饋給調度人員,必要時提示調度人員進行確認或其他操作。為了滿足場景功能,還需在傳統綜合監控系統接口的基礎上進行接口功能增強,包括增加乘客信息系統一鍵喚醒、一鍵休眠,站臺門的一鍵自檢,售檢票系統設備遠程投運與退出,卷簾門控制等。

2) 正常運營場景。正常運營場景構建的基礎是調度人員崗位職責,以及開站后全天正常運營狀態下業務流程涉及的各項功能。結合車站客流的運營狀態協助調度人員監視客流,接發列車并對重點設備進行巡檢。正常運營場景方案見表1。

表1 正常運營場景方案

3) 應急運營場景。應急運營場景主要針對線路、車站在突發事件時的情況。在發生大客流、災害天氣等突發事件時,根據事件等級和災害類型啟動相應的事件處理流程,幫助調度人員快速應對處置,并自動記錄處置過程及事件回溯。應急運營場景方案如表2所示。

表2 應急運營場景方案

為滿足此類場景需求,綜合監控2.0系統需增設外部系統接口,包括從城市應急指揮中心獲取天氣及外部侵入等信息,從公共交通平臺獲得實時公交運行時刻等,以保證實現高效決策、快速處理的目標。

4) 夜間監護場景。夜間監護場景主要針對線路停運后的夜間施工管理和配合,包括施工作業管理,夜間施工人員進出車站數字化管理等,避免人工管理易出現的錯漏。同時根據施工內容的要求,進行施工區域照明、通風等配合工作。

5) 設備運維場景。設備運維管理場景主要針對運維調度及技術人員,為設備運維提供支持。在綜合監控2.0系統界面中,監視車站受控對象的運行狀態和故障報警信息,同時統計設備累計運行時間,對設備的維護保養提供建議提示。更進一步,可對機電設備運行質量和健康度進行數據分析,為具備基本診斷條件的設備提供狀態預警功能(狀態修功能)和預防性維修等相關功能。此外,增加與資產管理系統接口,建立設備與資產的屬性對應關系,跟蹤設備及備件購置、使用、折舊、報廢的全過程,優化備件配置,實現設備全壽命周期管理的閉環鏈條。設備運維場景方案見表3。

表3 設備運維場景方案

各類調度人員在同一場景下關注的重點內容和操作流程均不同,因此,綜合監控2.0系統中的場景規劃必須依據用戶需求進行設計。場景化運營要求綜合監控系統在現有接口功能的基礎上進行功能增強,以自動化手段助力設備管理的智慧化,以信息化手段輔助調度人員決策,實現服務于運營、運維和乘客的管理目標。

4 結語

新技術的出現和逐步成熟,為智慧城軌建設提供了新的思路和方法。本文詳細闡述了綜合監控2.0系統的架構。該系統在數據融合的基礎上,能夠發揮集中管理、統一運營的平臺優勢,滿足乘客、城軌企業的多樣化服務需求,助推智慧城市軌道交通的數字化和智能化轉型升級。