綜合監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用

溫玉君 戴孫放

(1.上海申通地鐵集團(tuán)有限公司,201103,上海;2.上海市城市建設(shè)設(shè)計研究院,200127,上海∥第一作者,高級工程師)

隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動控制技術(shù)的進(jìn)步,城市軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)按照自身的技術(shù)特點(diǎn),不同程度地實(shí)現(xiàn)了自動化控制和管理,形成了各自的監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。這些監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立,分別在運(yùn)營控制中心(OCC)和車站設(shè)置本專業(yè)的服務(wù)器、監(jiān)控工作站、控制設(shè)備及外圍設(shè)備,建立各自的通信傳輸通道,形成一系列孤島系統(tǒng)。這些孤島系統(tǒng)各自封閉,相互間聯(lián)絡(luò)困難,而且成本高、層次低,不利于實(shí)現(xiàn)城市軌道交通運(yùn)營管理的信息互通及資源共享,降低了綜合可靠性、響應(yīng)性和運(yùn)營管理效率。

為提高城市軌道交通運(yùn)營管理水平,近年來提出了城市軌道交通綜合監(jiān)控的思想,將車站和控制中心具有相關(guān)功能的系統(tǒng)進(jìn)行集成與互聯(lián),達(dá)到多專業(yè)系統(tǒng)設(shè)備共享、數(shù)據(jù)信息互通、提高運(yùn)營管理效率的目的。綜合監(jiān)控系統(tǒng)與孤島系統(tǒng)在監(jiān)控范圍、表達(dá)方式、工作模式及性能上的主要差異如表1所示。

目前綜合監(jiān)控系統(tǒng)已在世界范圍內(nèi)的城市軌道交通工程中獲得廣泛而成功的應(yīng)用,北美、歐洲,以及新加坡、韓國、香港等有幾十條數(shù)百公里的城市軌道交通線路應(yīng)用了綜合監(jiān)控系統(tǒng),提高了集成自動化管理和應(yīng)對突發(fā)事件的能力。

我國城市軌道交通工程應(yīng)用綜合監(jiān)控系統(tǒng)剛剛起步,從設(shè)計、施工到運(yùn)營管理都缺乏經(jīng)驗(yàn),還需要從功能需求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接口關(guān)系、系統(tǒng)集成、設(shè)備招標(biāo)、安裝、調(diào)試、運(yùn)營管理等各個環(huán)節(jié)對綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行深入地分析和研究,尋找一套可行的,適合國內(nèi)城市軌道交通工程特點(diǎn)的操作辦法。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容和總體目標(biāo)

城市軌道交通工程的弱電系統(tǒng)主要包括信號系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、公務(wù)及專用電話系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、時間系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽門控制系統(tǒng)等。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用集成和互聯(lián)的手段,對上述系統(tǒng)進(jìn)行整合,實(shí)現(xiàn)信息互通、資源共享,達(dá)到簡化系統(tǒng)設(shè)備配置、壓縮設(shè)備用房面積、減少綜合投入、提高運(yùn)營效率、提高應(yīng)變能力、提高城市軌道交通現(xiàn)代化運(yùn)營管理水平的目的,并且為優(yōu)化運(yùn)營調(diào)度和值班模式提供靈活的平臺。

設(shè)置綜合監(jiān)控系統(tǒng)的總體目標(biāo)為:

(1)保障乘客安全,提供各子系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)和事件聯(lián)動,提高對事件的反應(yīng)能力和速度,提供內(nèi)在的控制協(xié)調(diào);

(2)保障行車,提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺,保證各子系統(tǒng)采用相同的基本運(yùn)行參數(shù),以行車計劃為基礎(chǔ),制定各系統(tǒng)運(yùn)行計劃;

(3)提高運(yùn)營管理效率,提供統(tǒng)一的運(yùn)行和維護(hù)平臺,優(yōu)化崗位設(shè)置,避免業(yè)務(wù)的重疊和交叉,保障設(shè)備維護(hù)計劃與運(yùn)營計劃的協(xié)調(diào);

(4)節(jié)能降耗,在行車組織計劃的基礎(chǔ)上,提供各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)制,優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行模式,降低能耗,降低運(yùn)營成本;

(5)作為運(yùn)營線路的信息中心,為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化管理和上層管理部門提供統(tǒng)一的信息渠道和接口。

2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)方案

綜合監(jiān)控系統(tǒng)以車站控制為基本單位,采用控制中心、車站兩級管理,以及控制中心、車站、現(xiàn)場三級控制的模式,分層分布式結(jié)構(gòu)。其基本框架如圖1所示。

車站、停車場采用集中監(jiān)控方式。車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)冗余核心交換機(jī)和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)器,車控室設(shè)綜合監(jiān)控工作站,綜合管理車站內(nèi)的供電、照明、空調(diào)、通風(fēng)、排水、電梯、自動扶梯、屏蔽門、防淹門、人防門、售檢票、電視監(jiān)視、廣播、乘客信息等常規(guī)業(yè)務(wù),將分散的監(jiān)控功能予以集成,提供車站設(shè)備控制管理的協(xié)調(diào)。

防災(zāi)報警系統(tǒng)獨(dú)立配置,由獨(dú)立的傳輸網(wǎng)絡(luò)連接控制中心。防災(zāi)報警系統(tǒng)與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(EMCS)在控制層設(shè)接口互連,提供災(zāi)害工況時的設(shè)備控制協(xié)調(diào),并且在正常工況時可由車控室管理有關(guān)設(shè)備信息。

控制中心采用專業(yè)調(diào)度方式,調(diào)度大廳設(shè)行車調(diào)度、電力調(diào)度、環(huán)控/防災(zāi)調(diào)度、總調(diào)/客運(yùn)調(diào)度以及維修調(diào)度臺。控制中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)冗余核心交換機(jī)和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)器,將各子系統(tǒng)在控制中心的設(shè)備予以整合。主要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)均由綜合數(shù)據(jù)服務(wù)器支持,并設(shè)置相關(guān)系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器以便于各子系統(tǒng)安排各自的應(yīng)用和管理。信號系統(tǒng)ATS(列車自動監(jiān)控)設(shè)備的配置與綜合監(jiān)控系統(tǒng)分開,在信息層設(shè)網(wǎng)絡(luò)接口連接綜合監(jiān)控系統(tǒng),提供全線的行車保障系統(tǒng)以及設(shè)備管理系統(tǒng)與行車組織的協(xié)調(diào)。

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展水平,結(jié)合我國城市軌道交通運(yùn)營管理要求和習(xí)慣,以及國內(nèi)系統(tǒng)集成單位的工程技術(shù)條件和工程建設(shè)管理技術(shù)水平,綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成或互連的內(nèi)容可分以下層次。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

1)系統(tǒng)平臺集成:在系統(tǒng)平臺級集成的子系統(tǒng)不再設(shè)置獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng),所需的系統(tǒng)資源由綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一分配。SCADA、EMCS、PSD、FG 、PIS、ACS具有在系統(tǒng)平臺級集成的條件。

2)監(jiān)控功能集成:監(jiān)控功能級集成的系統(tǒng)可以擁有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)資源,其與運(yùn)營有關(guān)的設(shè)備的監(jiān)控功能被集成到綜合監(jiān)控系統(tǒng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以在統(tǒng)一的操作界面上調(diào)用這些系統(tǒng)的部分功能,操作這些系統(tǒng)的部分設(shè)備。AFC、FAS、CCTV、PA、時間系統(tǒng)等具有在監(jiān)控功能級集成的條件。

3)數(shù)據(jù)信息互連:進(jìn)行數(shù)據(jù)信息互聯(lián)的系統(tǒng)相互獨(dú)立設(shè)置,其間沒有功能調(diào)用關(guān)系,但設(shè)置通信接口交換各自的運(yùn)行信息和報警信息,以實(shí)現(xiàn)相互間的控制協(xié)調(diào)。ATS、公務(wù)電話、調(diào)度電話、無線通信、綜合故障監(jiān)管等采用數(shù)據(jù)信息互聯(lián)的方式。

3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心的配置

控制中心對全線的行車、環(huán)境、災(zāi)害、客流、供電、服務(wù)及車站主要設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)控,并根據(jù)不同情況啟動相應(yīng)的預(yù)設(shè)工作模式和應(yīng)急預(yù)案,協(xié)調(diào)全線各子系統(tǒng)的聯(lián)動控制。其功能包括直接監(jiān)控和運(yùn)行聯(lián)動兩部分。直接監(jiān)控功能在調(diào)度員工作站上實(shí)現(xiàn),運(yùn)行聯(lián)動功能由相關(guān)事件觸發(fā)產(chǎn)生。

1)行車調(diào)度(由信號專業(yè)設(shè)置):監(jiān)視列車運(yùn)行,對 ATS、PA、CCTV 等子系統(tǒng)的操控。完成列車識別、跟蹤、車次號顯示、進(jìn)路控制,顯示全線列車運(yùn)行狀態(tài)和信號設(shè)備狀態(tài);進(jìn)行選站廣播或選路廣播;監(jiān)視各站的運(yùn)行秩序。

2)電力調(diào)度:監(jiān)視變電所的運(yùn)行,完成對高壓、中壓、低壓設(shè)備的遙信、遙測、遙控和遙調(diào);實(shí)施與城市電網(wǎng)的調(diào)度配合,處理停電事故,進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的倒閘操作和電能分配,控制緊急斷電。

3)環(huán)控及防災(zāi)調(diào)度:監(jiān)視全線機(jī)電設(shè)備、消防設(shè)施運(yùn)行,監(jiān)視全線環(huán)境狀況、客流狀況,并做出對策;非正常運(yùn)行模式下的設(shè)備控制協(xié)調(diào),阻塞模式的監(jiān)控,以及進(jìn)行防災(zāi)廣播、防災(zāi)監(jiān)視等。

4)總調(diào)度或客運(yùn)調(diào)度:總調(diào)度或客運(yùn)調(diào)度臺兼有行車調(diào)度、電力調(diào)度、環(huán)控及防災(zāi)調(diào)度的功能。正常情況下,總調(diào)度或客運(yùn)調(diào)度負(fù)責(zé)全線各子系統(tǒng)的調(diào)度管理工作,協(xié)調(diào)相關(guān)調(diào)度臺之間的工作配合,監(jiān)視全線客運(yùn),并根據(jù)客流情況組織調(diào)整行車計劃;非正常情況下,作為救災(zāi)減災(zāi)指揮,根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況制定相關(guān)的應(yīng)急處理措施,并監(jiān)督、協(xié)調(diào)防災(zāi)調(diào)度臺和各業(yè)務(wù)臺完成各項程序。

5)維修調(diào)度:對全線各系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)視,收集和管理各子系統(tǒng)設(shè)備的報警信息、維修信息,制定維修計劃,實(shí)施維護(hù)管理,組織指揮定期或臨時的現(xiàn)場設(shè)備的維修工作;針對各種可能發(fā)生的突發(fā)事件,編制事故搶修、災(zāi)害救援方案,由突發(fā)事件觸發(fā)調(diào)出相應(yīng)處理預(yù)案,快速處理故障,減輕故障及災(zāi)害影響范圍。

6)媒體信息編輯和播放:控制中心設(shè)置媒體信息編輯室,用于編輯乘客信息顯示的版面、預(yù)設(shè)廣播內(nèi)容以及播放時間表。

7)身份認(rèn)證和權(quán)限設(shè)置:控制中心統(tǒng)一管理全線員工的身份注冊和識別,設(shè)定員工的活動范圍和權(quán)限。注冊和設(shè)定的內(nèi)容被下載到各級門禁控制器內(nèi)。

8)網(wǎng)絡(luò)管理:全線綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由控制中心網(wǎng)管工作站統(tǒng)一管理。采用專用的網(wǎng)絡(luò)管理軟件,對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖形化管理或菜單管理。

9)運(yùn)行模擬:運(yùn)行模擬用于輔助決策、運(yùn)行優(yōu)化、故障定位、趨勢預(yù)測、系統(tǒng)調(diào)試、操作培訓(xùn)等方面。控制中心可以在不改變現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際狀態(tài)的同時,觀察系統(tǒng)對某種操作或事件的響應(yīng)。

10)培訓(xùn):用于培訓(xùn)控制中心各專業(yè)調(diào)度員、車站值班員、車輛段值班員和調(diào)度員,使他們能夠掌握綜合監(jiān)控系統(tǒng)的操作和管理。

4 綜合監(jiān)控系統(tǒng)在車站的配置

車站級監(jiān)控是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的基本運(yùn)行單位,其功能包括直接監(jiān)控和運(yùn)行聯(lián)動兩個部分。直接監(jiān)控功能在值班員工作站上實(shí)現(xiàn);運(yùn)行聯(lián)動功能由相關(guān)的事件觸發(fā)產(chǎn)生,其中部分需要在值班員工作站上進(jìn)行確認(rèn)。

1)值班員工作站:車站控制室監(jiān)控內(nèi)容包括車站內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、照明設(shè)備、變電所設(shè)備、電梯、自動扶梯、屏蔽門(安全門)、防淹門、人防門、消防設(shè)備、售檢票設(shè)備、電源設(shè)備、閉路電視、廣播設(shè)備、乘客信息設(shè)備、門禁設(shè)備等。在車站的值班員工作站上,可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視、設(shè)備控制、參數(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)查詢、事件記錄、故障報警、報表處理等功能。

2)綜合后備應(yīng)急控制盤:車站控制室設(shè)綜合后備操作盤(IBP),以硬線連接的方式,提供重要防災(zāi)設(shè)備的應(yīng)急控制手段。將各系統(tǒng)的后備應(yīng)急控制按鈕集中設(shè)置,使車站控制室布置更整齊。事故風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、屏蔽門(安全門)、防淹門、消防水泵等重要防災(zāi)設(shè)備均在車站控制室設(shè)置后備應(yīng)急控制。

5 結(jié)語

采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)對弱電系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的集成,是城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展趨勢,也會為優(yōu)化運(yùn)營調(diào)度和值班模式提供靈活的平臺,是一項減少綜合投入,提高運(yùn)營管理效率和應(yīng)變能力的重要舉措。

本文闡述的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成功應(yīng)用于上海軌道交通7號線工程。

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