以行车调度为核心的综合监控系统方案研究

程 媛

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 ,430063,武汉∥高级工程师)



以行车调度为核心的综合监控系统方案研究

程 媛

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 ,430063,武汉∥高级工程师)

介绍了城市轨道交通综合监控系统的主流集成方案,分析了建设以行车指挥为核心的综合监控系统的必然性。提出了包括功能优化、接口方案、数据流程、网络方案在内的完整的综合监控系统解决方案,分析了其对运营管理的积极影响,并指出了系统集成技术后续发展的方向。

综合监控系统; 系统集成; 行车调度指挥

Author′s address China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.,Ltd.,430063,Wuhan,China

目前,轨道交通机电系统自动化水平达到前所未有的高度。在建轨道交通项目均考虑设置综合监控系统,通过计算机及控制技术整合实现大规模机电设备综合自动化。综合监控系统在充分考虑乘客、环境及设备的防灾和安全的基础上,通过对众多机电系统的集成和互联,提供各系统之间的业务关联和触发联动,提高了事件反应能力和速度,提升了轨道交通运营管理水平及服务质量。

1 综合监控系统集成方案

1.1 综合监控系统集成方案介绍

目前，国内外轨道交通综合监控系统的集成方案主要有两种:一是采用以环调、电调为核心并兼顾部分与行调有关子系统的集成方案；二是以行车调度指挥为核心,同时提供环境监控、电力监控和乘客监控等功能的集成方案。目前国内大部分已实施或准备实施的综合监控系统都推荐采用以环境调度、电力调度为核心的集成方式。北京地铁6号线等部分国内新建线路，以及新加坡地铁东北线、法国巴黎地铁14号线等境外项目也成功采用了以行车调度指挥为核心的集成方案。

综合监控系统对于信号系统的集成对象主要是列车自动监控(ATS)子系统。ATS子系统用于实现列车运行的集中监控和行车指挥。ATS系统的核心功能包括:列车运行图/时刻表的编制及管理,列车进路的控制,列车运行描述、调整、限制、查询,节能运行控制,操作和运营数据统计,监视及报警功能,提供发车指示,以及实现信号系统的外部接口。

1.2 两种综合监控系统集成方案比较

两种方案的主要区别在于对信号系统的集成深度上。以环调、电调为核心的集成方案相对较易实现集成。行车调度系统独立运行,即使集成平台出现故障也不会影响全线的行车安全。该集成方案不仅具有较高的可实施性,对提高运营管理水平也有较大帮助,但不具备行车指挥能力。这与我国当前轨道交通管理水平相适应。

以行车调度指挥为核心的综合监控系统在集成了环境调度、电力调度子系统的基础上,进一步集成了ATS子系统。此时系统具备行车、电力、环境控制的综合调度能力,不仅减少了系统间接口,还加强了系统间的信息互通和资源共享，使轨道交通机电设备的整体运营性能得到进一步提升。

综合监控系统集成ATS子系统后便直接负责行车指挥调度,故对系统的可靠性要求更高，为此增加了安全性指标。由于增加了软件平台的整合和兼容要求、数据类型一致性协商、数据流向协调，以及ATS与ATO(列车自动运行)闭环输入部分的兼容性等众多内容,其内部接口更加复杂。

1.3 综合监控系统集成ATS子系统的必然性

城市轨道交通运输的神经中枢即为信号系统。随着计算机技术、数据传输技术及网络技术的快速发展,以行车调度指挥为核心的集成方式已成为轨道交通自动化技术发展的必然趋势。采用该集成方式能更好地发挥综合监控系统的优势,做到行车、设备、乘客和环境的综合智能化管理,为实现各个系统协调动作直接服务于“运输”提供全面的技术平台。2008年加拿大蒙特利尔市的轨道交通采用ALSTOM(阿尔斯通)的综合监控系统平台,实现了4条线路的全面监控,并在控制中心实现了包含行车调度、电力调度、环控调度等业务在内的综合调度,对多条线路的运营状况进行统一的监视和控制。

近年来,在国内已对以行车指挥为核心的综合监控系统开展研究,既从综合监控系统集成ATS子系统的可行性、优缺点、安全性指标、对运营的影响等角度进行了探讨;也有相关科研报道给出接口实施方案。南瑞集团公司和卡斯柯公司联合开发的TIAS系统已在北京地铁6号线实施。

2 以行车调度指挥为核心的综合监控系统方案

2.1 综合监控系统的功能优化

(1) 通过系统集成实现多系统的信息融合。综合监控系统集成ATS子系统后,由于其系统功能模块在通用功能模块、电力监控模块、环境监控模块的基础上增加了ATS功能模块,故具备ATS子系统全部功能,可对轨道交通中环境、供电、设备、乘客及列车等进行全面监控,并通过新的功能和手段,来实现系统间快速联动和非正常情况的快速反应。

(2) 实现全自动驾驶下的深度集成功能。这些功能包括:①列车自动唤醒、启停运等全自动驾驶支持;②早起运行、站台火灾、区间掉电、防淹门闭锁等以行车指挥为核心的联动;③实施列车报警、车辆管理的车辆状态监测;④实时列车位置查询、乘客呼叫响应、列车自动报站等乘客服务功能。

(3) 实现人机界面整合。既有的站场图中将与行车安全息息相关的牵引供电、火灾报警、屏蔽门开闭及防淹门位置状态等信息集中整合体现,形成一张以行车指挥为中心的机电系统图,使站场图得到较大幅度的功能升级,并对时间信息、报警信息,以及菜单栏等通用功能模块内容进行一体化设计。

(4) 全线机电设备维护管理系统集中设置。

(5) 为后备控制中心的建设提供了有利条件。

2.2 综合监控系统与ATS子系统接口方案

接口方案是综合监控系统与ATS子系统集成的核心内容。接口方案包括物理接口和功能接口。

ATS子系统从信号系统中划分出来,成为综合监控系统的一部分。综合监控系统与ATS子系统从车站接口到中央级服务实现统一规划和实施。

(1) 中央级综合监控系统设置统一的SCADA(数据采集与监视控制)平台,按照电力监控、环境监控、设备监控、ATS监控划分功能模块;提供统一对外的I/O(输入/输出)接口服务;提供统一的通用时间、报警、事件、打印功能;提供统一的HMI(人机界面);实现联动功能。

(2) 中央级配置统一的历史数据库,综合监控系统及其集成各系统共用历史数据库平台;历史数据共享,集中进行网络管理、维护管理和培训管理。

(3) 中央级/信号集中站的综合监控系统服务器中配置逻辑独立的ATS功能模块,用于完成ATS中央级和连锁区段的功能。

(4) 在信号设备集中站配置ATS专用接口设备,用于与车站的CI/ATP(列车自动保护)/ATO接口;普通站配置ATS专用接口设备,用于驱动发车指示器。

(5) 综合监控系统保留原有通信前置机与供电系统、环境与设备监控系统、通信系统的接口,完成车站级设备监控、乘客导向服务。

(6) 综合监控系统车站值班员工作站,提供统一的界面集中进行设备管理、联动控制以及人机接口。

2.3 系统内部数据流程设计方案

综合监控系统的内部数据流程是实现监控功能的关键技术。在物理接口的基础上安全、有效的数据流程设计是成功集成ATS子系统的核心。综合监控系统的数据管理方式以车站为基本颗粒,而信号系统则以设备集中站为监控管理的基本颗粒;ATS子系统的数据流相对其他集成系统独立存在,同时也有一定程度的同向数据流。鉴于此，与独立设置ATS专用接口设备的接口方案相一致,将ATS的数据流独立,可既保证数据通信快速,也保证稳定性和安全性。综合监控系统的结构及数据流向见图1,其功能示意图见图2。

图1 综合监控系统结构及数据流程图

图2 综合监控系统联动功能示意图

2.4 系统网络设计方案

基于上述分析,建议为ATS子系统划分独立的VLAN(虚拟局域网)完成集中站内部的数据流,同时在设备集中站通过综合监控系统主干网完成车站与中央级的数据通信。

综合监控系统主流的网络方案是组建工业以太环网,双网冗余热备。该方案组网灵活、收敛速度快,服务质量高,可靠性好,便于扩展。综合监控系统集成ATS子系统采用该方案可便利地实现独立子网划分及子网间通信安全。

2.5 对运营的积极影响

通过对ATS系统后的子系统的整合可提升整个轨道交通机电设备的整体运营性能和安全性能。通过对现行的运营管理和维护管理体制进行调整能更好地发挥集成ATS综合监控系统的优势,并对运营和维护的管理体制产生积极而深远的影响。

(1) 通过统一平台构建的系统联动机制提供新的功能和手段,可实现系统间快速联动和反应,提高运营指挥的效率。

(2) 扩大综合维修系统覆盖的范围,真正实现了机电系统的综合维护,给运营维护人员提供了人性化的辅助手段。增强了设备的自诊断功能,使运营维护功能得到加强,降低了运营人员劳动强度。

(3) 实施多列车的自动、实时、协同控制可实现列车及车站机电设备节能优化运行,降低系统整体的能耗。其主要途径包括:①合理安排列车交会,避免列车交会中的起停;②防止列车同时起动,避免负载集中;③实现列车、机电设备最优化运行。

3 结语

在信号集成商ATS系统接口技术开放的前提下,综合监控系统集成商采用通用接口平台即可实现对ATS子系统的集成,实现HMI、系统间联动、公共通用服务的集成目标。本文建议的以行车指挥为核心的综合监控系统接口方案可实施性强,能满足集中调度、统一管理的运营维护管理需求,对运营效果提升明显,并与国内的技术、运管水平相适应,是值得推广的集成技术。但本方案也存在不足:方案的核心是系统接口,而ATS子系统在功能模块和网络上均逻辑独立,故对后续功能的扩展造成一定的局限;此外,随着全自动驾驶时代的来临,ATS子系统需要达到SIL2级安全标准,以行车指挥为核心的综合监控系统软件平台也需遵循EN 50128等标准完成独立的安全评估以满足轨道交通的运营安全需求。这也是综合监控系统在今后的工程实际中发展的方向。

[1] 魏祥斌.集成信号列车自动监控子系统的综合监控系统方案[J].城市轨道交通研究,2012(8):86.

[2] 陈吉余,李卫娟,何红光.TIAS系统及其在北京地铁6号线的应用[J].铁道通信信号,2014(11):49.

[3] 谢红兵,刘小树,智艳利.以行车指挥为核心的综合监控系统软件集成方案研究[J].自动化博览,2015(1):90.

Integrated Supervisory Control System Centered on Train Dispatching Control

CHENG Yuan

The mainstream integration solution of integrated supervisory control system adopted in urban rail transit is introduced. The necessity of integrated supervisory control system centered on traffic control is analyzed. Then a complete project of integration is put forward, including the function optimization, interface design, data flow and network plan. Then the positive influence of the solution on operation management is analyzed, the development direction of integration technology in the future is pointed out.

integrated supervisory control system (ISCS); system integration; train dispatching

U 29-39

10.16037/j.1007-869x.2016.06.013

2015-11-12)