全自動運行系統線路車載綜合監控視頻聯動功能設計方案

收稿日期：2023-07-19

課題項目：鐵科院（深圳）研究設計院科研課題項目（2020SZ03）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.03.013

摘" 要：城市軌道交通全自動運行系統涉及車輛、信號、綜合監控、通信、站臺門、車輛基地等多個方面。與傳統CBTC相比，運營控制模式從由司機、控制中心調度員和車站值班員共同參與控制，轉變為由控制中心調度員直接對列車進行運營指揮。信號系統與車輛、綜合監控、安防等多系統配合，實現對列車全自動運行的全面監控，其中車載視頻監控增加車載視頻自動聯動到OCC功能，使調度更快速，并能有效應對運營過程中的擾動，為調度指揮決策提供詳盡信息，提升運營行車調整能力。文章根據全自動運行場景的實際需求，闡述全自動運行車載視頻聯動功能的實現方式。

關鍵詞：全自動運行系統；車載視頻；監控；聯動功能

中圖分類號：TP277；U285.21+1" 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）03-0059-05

Design Scheme of Fully Automatic Operation System Line In-vehicle Comprehensive Monitoring Video Linkage Function

ZHONG Jie， LIANG Qi

（China Academy of Railway Sciences （Shenzhen） Research and Desian Institute Co.， Ltd.， Shenzhen" 518057， China）

Abstract： Urban rail transit fully automatic operation system is a systematic engineering， involving vehicles， signals， comprehensive monitoring， communication， platform doors， vehicle bases and other aspects. Compared with the traditional CBTC， the operation control mode in which the driver， the control center dispatcher and the station watchman participate in the control is transformed into an operation control mode in which the control center dispatcher needs to directly face the train for operation command. The signal system cooperates with multiple systems such as vehicles， comprehensive monitoring system， and security system to achieve comprehensive monitoring of the fully automatic operation of trains. Among them， the in-vehicle video monitoring adds the function of automatic linkage of in-vehicl video to OCC， making dispatch faster and effectively responding to disturbances during operation. It provides detailed information for dispatch and command decision-making， and improves the ability of operation and train adjustment. This paper elaborates on the implementation method of the fully automatic operation in-vehicle video linkage function based on the actual needs of the fully automatic operation scenario.

Keywords： fully automatic operation system; in-vehicle video; monitoring; linkage function

0" 引" 言

全自動運行系統是實現列車運行全過程自動化的城市軌道交通系統，近年來，北京、上海、廣州、深圳等城市軌道交通全自動運行系統建設發展迅速，越來越多的城市也在規劃全自動運行線路的建設[1]。城市軌道交通全自動運行系統的主要目標在于進一步提高城市軌道交通運行系統的安全與效率，通過更加智能的運營服務提高自動化水平，降低勞動強度，提高系統的可靠性、可用性、安全性，提升運營效率。以行車作為完善自動控制功能的核心，通過深度互聯車輛、通信、信號、綜合監控等多系統技術功能，大量替代人工操作，達到縮短人工操作的時間損耗，減少人員的重復性勞動，降低人工操作的不穩定因素。同時能夠在某些特定場景下，提高事故處置效率，更及時、準確地提供信息給乘客，提升運營服務質量。

軌道交通自動化程度從GoA1至GoA4經歷了漫長的時間，通過不斷的技術創新和設備創新，才逐漸達到了GoA4等級的完全自動駕駛。在全自動運行模式下，列車安全移動、列車駕駛、監視進路、乘客換乘以及其他運營狀態都是由各系統高度智能化、信息化集成的成果，通過控制中心調度達到自動化的效果。因此，為了保證正常的運營需求和運營安全，控制中心調度必須清楚知道車輛本身機電系統、車載乘客服務系統、緊急情況響應等原有人工駕駛模式下應面對的各種狀況。車載綜合監控視頻聯動功能作為全自動運行系統中的一部分，它如同調度員的感官，是調度人員及時獲取相關信息的重要途徑，對音像傳輸的實時性、可靠性提出了更高要求[2]。因此，建設車載視頻聯動系統輔助調度員決策，使其及時、高效地處置故障和應對應急場景有著重大意義[3]。本文針對深圳地鐵14號線全自動運行線路項目中車載視頻聯動功能的建設進行分析探討。

1" 功能需求分析

控制中心調度以車輛調、乘客調作為解決全自動運營期間車輛、乘客運營管理的核心，車輛調主要負責車輛主要設備報警、故障信息的采集和處理，乘客調主要負責與列車乘客的交流、疏導。車輛調、乘客調均可以通過預設配置、車載CCTV、車載信息監控、故障報警聯動等功能進行列車在多種場景下的實時監控和問題處理。

車載CCTV視頻監控作為調度人員信息接收最直觀的呈現方式，通過聯動其他信息反饋，讓調度人員在第一時間可以知道現場情況，并快速做出相應的處理措施。因此，車載CCTV視頻監控系統作為全自動運行系統場景中的重要一環，它在車廂人員監控、站臺清客/疏散、乘客緊急報警、煙霧報警、門系統問題（緊急解鎖、狀態丟失、障礙物）、火災報警、設備狀態監控等眾多運營場景中扮演著重要角色。因此，如何能夠快速、準確地定位信息源，及時推送有效的報警信息，為調度人員提供最直觀的視頻依據，就需要選擇最適合的車載CCTV視頻聯動功能技術設計方案。

2" 技術方案

2.1" 傳統技術方案

在傳統的地鐵基于通信的列車自動控制系統（Communication Based Train Control System， CBTC）線路中，車載綜合監控視頻聯動功能由車載CCTV系統接收來自車輛信息管理系統（TCMS）的報警關聯信息，推送對應客室攝像頭的視頻畫面至司機臺CCTV顯示屏顯示，司機實時查看現場畫面，對列車內機電設備及相關緊急情況實時監視，并匯報中心行車調度員后進行相應的行車調整。

視頻傳遞數據流如圖1所示。

圖1" 車載視頻傳遞數據流

視頻聯動觸發信息數據流如圖2所示。

圖2" 車載視頻傳遞數據流

2.2" 全自動運行系統方案討論

深圳地鐵14號線全自動運行場景說明書[4]中定義了14類場景需要聯動車載視頻圖像到控制中心（Operation Control Center， OCC）的系統建設需求，包括：車門緊急解鎖手柄處于請求位、車門緊急解鎖手柄處于解鎖位、緊急通話裝置激活、客室煙感探頭報警、被動式障礙物探測頭檢測到障礙物、電氣柜門打開（客室電氣柜門、客室空調控制柜門、客室TCMS柜門）、滅火器被操作、主/副司機臺蓋板打開、車門異常（打開/關閉指令執行失敗）、單個車門狀態丟失、車門檢測到障礙物、客室照明故障、遠程緊急制動施加、逃生門打開[5，6]。

在GoA4自動化運行情況下，深圳地鐵14號線在每個車站配置一名駐站司機[7]，當出現上述14類場景之一時，駐站司機根據中心行車調度員的調令在車站站臺登乘列車進行應急處理。本線路列車采用8節編組A型列車，每節車廂配置4個攝像頭，用來對車廂內進行實時監控。該線路在設計階段對車載視頻聯動觸發信息數據源的數據流[8]進行了討論，主要有以下4種方案。

2.2.1" 車輛網關發送車輛狀態信息

方案設計思路：車輛TCMS將報警聯動信息發送給車載控制器（VOBC），VOBC通過LTE車地無線網絡將報警聯動信息傳遞給ATS系統，ATS系統在控制中心將報警聯動信息轉發給綜合監控系統，再由綜合監控根據報警關聯信息向安防視頻監控系統發送聯動調用命令，如圖3所示。

方案設計特點：該方案需增加TCMS與VOBC接口、ATS與綜合監控接口內容，由于ATS、VOBC是傳輸行車控制相關數據，且VOBC為SIL4安全等級的系統，而車載視頻聯動中如電器柜門打開等是非控制列車運行相關數據，采用此方式對接口改動較大。

2.2.2" PIS向綜合監控發送車輛狀態信息

方案設計思路：車輛TCMS將數據發送給車輛廣播系統，車輛廣播再將信息發送給車輛PIS/CCTV系統，通過WLAN落地之后，將信息發送給PIS系統，由PIS系統發送給綜合監控，再由綜合監控根據報警關聯信息向安防視頻監控系統發送聯動調用命令，如圖4所示。

方案設計特點：該方案涉及專業眾多，且接口類型不一致，需要各專業采用統一的以太網和TCP/IP協議，通過WLAN傳輸存在較大的時延，且不便于后期的維護。

2.2.3" PIS向安防發送車輛狀態信息

方案設計思路：車輛TCMS將數據發送給車輛廣播系統，車輛廣播再將信息發送給車輛PIS/CCTV系統，通過WLAN傳輸到中心，將信息發送給PIS系統，再由PIS向安防視頻監控系統發送聯動調用命令，如圖5所示。

方案設計特點：該方案需要安防與PIS系統的接口增加視頻聯動所需的14類報警信息傳輸，而對于安防專業而言，需要接收綜合監控來自車站區域的視頻聯動，接收PIS來自車上的視頻聯動，不便于管理；而通過WLAN傳輸同樣存在較大的時延。

2.2.4" 車輛網關發送車輛狀態信息

方案設計思路：車輛TCMS系統的數據通過LTE落地之后，由信號系統的車輛網關發送給綜合監控，再由綜合監控根據報警關聯信息向安防視頻監控系統發送聯動調用命令，如圖6所示。

車載視頻聯動視頻流至中心視頻流，通過WLAN進行傳輸，采用如圖7所示的方式。

2.3" 方案比選要素

2.3.1" 實時性、可靠性

全自動運行系統車載視頻調用與乘客安全、乘客服務密切相關，雖然無線局域網（WLAN）技術在城市軌道交通車地無線通信方面有一定的成功經驗，但是通過對抗干擾能力、覆蓋范圍、通信質量等多方面綜合考慮，LTE的實時性、可靠性高于WLAN的傳輸方式，決定采用LTE技術承載該無線通信傳輸通道。

2.3.2" 乘客調業務

乘客調在運行基礎業務時需要列車報警信息，列車報警信息既要推送至乘客調并同時聯動視頻畫面，合并此類故障信息，由綜合監控根據聯動規則將視頻調用命令發送至安防系統實現視頻聯動。

2.3.3" 視頻聯動業務管理

由于車站區域的報警導致的視頻聯動由綜合監控根據聯動規則發送調用指令至安防專業，同時基于預設的全自動運行場景，為保證有效的系統調度管控，多系統間的聯動高效性，以及保持接口統一、便于維護管理，車載視頻聯動宜由綜合監控進行管理。

2.3.4" 可推廣性

根據已有的全自動運行系統接口增強綜合監控與安防的接口內容，不涉及新增接口且不涉及安全系統接口的改變，無須增加用于傳輸故障的傳輸通道，選取應用范圍較廣、可復制性、可推廣性較強的方案以便于降低升級維護成本。

鑒于以上4點，選取車輛網關發送車輛狀態信息方案能夠最大程度上貼合該新建線路要求，實現車載視頻聯動功能。

3" 方案運用

視頻聯動分為自動聯動和半自動聯動，自動聯動由綜合監控接收處理接口系統的報警/狀態觸發點，然后自動發送相關的控制命令到綜合安防系統而無須人員干涉。半自動聯動則是當與預定義的聯動功能相關的報警點觸發動作后，將在HMI上發出報警聯動信息提示操作員，操作員確認后，綜合監控自動向綜合安防發出控制指令。

在綜合監控工作站設置手自動切換界面，可針對不同的崗位設置視頻聯動的手自動切換功能，當處于手動位時，需要調度人員點擊確認之后才進行相關聯動；當處于自動位時，將自動進行相關聯動[9，10]。以此實現視頻聯動的自動、半自動聯動功能。視頻聯動應用示意圖如圖8所示。

當14類告警發生后，由車輛將故障告警通過LTE發送至車輛網關，由車輛網關轉發至綜合監控，綜合監控向安防系統發生視頻聯動調用命令和告警觸發事件ID，安防系統在接收到綜合監控發送的視頻聯動調用命令和告警觸發事件ID后，在安防工作站視頻聯動模塊顯示對應的攝像頭畫面，并在顯示器下方顯示對應的告警事件，安防系統的視頻聯動模塊固定采用四畫面顯示，當有新的告警聯動時，依次在第二、三、四畫面進行聯動，后續若產生新的聯動，則覆蓋第一個視頻聯動畫面，以此類推。同時安防根據綜合監控發送的告警觸發事件ID在人機界面顯示對應的視頻聯動告警信息。

以FAM模式下緊急通話裝置被激活為例，當乘客出發客室內的緊急通話裝置后，客室廣播主機經過車輛以太網發送到司機室廣播主機，司機室廣播主機發送到車載臺主機，車載臺主機通過LTE通道與地面服務器通信，實現乘客與中心調度臺進行正常通話；當乘客觸發緊急通話裝置時，控制中心無線調度臺為乘客調提供報警，乘客調在無線調度臺確認后建立通話，車載CCTV自動推送緊急通話裝置對應的攝像頭視頻畫面至中心乘客調、車輛調CCTV監控器，在緊急通話掛斷后，無線調度臺、車輛調、乘客調工作站顯示狀態恢復，攝像頭視頻畫面恢復正常監控。同時該場景預設也包括多個緊急通話裝置被激活的情況，該情況下乘客調可以選擇一列車接通某一路乘客呼叫，通話完成后切斷本路通話，還可以繼續接通其他路通話。緊急通話場景功能需求表如表1所示。

4" 結" 論

地鐵全自動運行系統中，控制中心新增車輛調、乘客調崗位用于列車服務，列車行駛過程產生的報警關聯的車載視頻聯動功能由原本在列車司機臺CCTV顯示屏顯示轉變為在控制中心調度員安防工作站顯示。深圳地鐵14號線采用由信號系統向綜合監控轉發報警信息，綜合監控向安防系統發送聯動命令的方式實現車載視頻聯動功能，經過試運行和試運營考驗，目前系統運行良好，能夠較好地協助控制中心調度人員實時監控列車運行狀態，能夠有效地協助控制中心調度人員實時處理報警聯動信息，為該線路的正常運營提供了重要保障。

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作者簡介：鐘杰（1982—），男，漢族，四川隆昌人，高級工程師，碩士研究生導師，碩士，研究方向：城市軌道交通工程；梁琦（1989—），男，漢族，河北石家莊人，工程師，碩士，研究方向：城市軌道交通車輛。