城市軌道交通行車綜合自動化系統研究

于運濤

（中國電子信息產業集團有限公司第六研究所，北京 100083）

城市軌道交通行車綜合自動化系統研究

于運濤

（中國電子信息產業集團有限公司第六研究所，北京 100083）

回顧了國內外城市軌道交通行車綜合自動化系統的研究狀況。介紹了行車綜合自動化系統的系統結構、系統特點、系統功能情況。研究了列車自動監督控制系統ATS與綜合監控系統信息深度融合的方案，實現了城市軌道交通信息系統中多專業協同工作。

行車綜合自動化系統TIAS；列車自動監控系統ATS；綜合監控系統；聯動

0　引言

列車自動監控系統（ATS）作為城市軌道交通信號系統的核心子系統，承擔列車運行監視和調度管理的職責，是自動實現行車指揮控制、列車運行監視和管理技術的總稱［1］。

綜合監控系統是對城市軌道交通線路中所有電力和機電設備進行監控的分層分布式計算機集成系統，其包含了內部的集成子系統，并與其他專業自動化系統互聯，實現信息共享，促進城市軌道交通高效運營［2］。

軌道交通運營體系包含的控制和監視系統有電力監控系統（PSCADA）、環境與設備監控系統（BAS）、屏蔽門/安全門系統（PSD）、門禁系統 （ACS）、列車監控系統（ATS）、火災報警系統（FAS）、閉路電視監控系統（CCTV）、廣播系統（PA）、無線通信系統（RC）、時鐘系統（CLK）、自動售檢票系統（AFC）以及旅客信息系統（PIS）等［3］。

由于受不同專業技術發展水平的限制，我國以往的城市軌道交通綜合監控自動化系統中，ATS系統和綜合監控系統相對獨立，都各自采用獨立的軟硬件平臺實現各自的功能，僅通過在控制中心互聯的方式交互少量數據，在信息共享方面存在嚴重不足，不能通過統一的人機界面對整條線路的運營情況進行監控；系統存在著資源重復配置、信息交換不便及建設、運營、維護費用較高等缺點；聯動功能和多專業協調運營難以充分發揮作用，影響了應對突發事件的處理能力和反應速度。因此，有必要將兩套監控系統合二為一，搭建一套以行車指揮為核心的綜合自動化平臺，在統一的平臺內實現對全線列車、機電設備、電力設備及乘客信息等的監控，建立高效的聯動機制，從而幫助運營人員快速處理各種突發事件，提高運營管理水平。更好地保障城市軌道交通運輸的安全、高效和舒適。

1　國內外研究進展

國內外對行車綜合自動化系統的研究主要分為兩種方案：一種是以綜合監控電調和環調為中心兼容行車指揮調度系統功能，目前在國內普遍使用，如北京5號線、10號線，上海10號線，廣州3號線、4號線等。但是，該方案沒有將地鐵運行中最重要的環節“行車調度指揮”真正集成，使得綜合自動化系統最重要的系統聯動功能難以充分發揮其作用，從而未能最大程度提高城市軌道交通運營指揮的效率［3］。

另一種是以行車指揮為核心的兼容電調、環調功能的行車綜合自動化系統（TIAS），國外一些國家對該類系統的研究起步較早，法國、日本、美國、德國等國家在上世紀80年代已開始規劃、研究該類系統，至今已經形成了包括行車調度指揮的綜合自動化系統。法國阿爾斯通公司、法國泰雷茲公司、德國西門子公司、美國通用電氣公司、日本日立公司均有自己的以行車指揮為核心的城市軌道交通綜合自動化系統產品［4］。

目前國內主流的綜合監控系統均以適度集成模式（即以電調、環調為中心）進行建設，這種模式的綜合監控系統在軌道交通建設中的運用，實現了各系統的操作界面在一定程度上的簡化，以及供電系統、環控系統在一定程度上的順序控制及聯動控制。但是，該種方案的綜合監控系統對城市軌道交通運行中核心的列車運行狀態沒有進行監控，沒有將ATS系統與綜合監控各系統信息深度融合。這就使得無法全面實現各系統之間的聯動控制和應急指揮，不能最大程度地提高城市軌道交通運營指揮的效率。

2　研究目的和意義

信號系統是城市軌道交通的中樞，是列車安全運行的保障。雖然目前在國內建設全集成化、深度信息融合化的綜合自動化系統尚存在風險，然而隨著計算機技術和網絡技術的發展，城市軌道交通運營指揮的高度自動化是城市軌道交通建設發展的必然趨勢，也是城市軌道交通提高運營管理水平和實現信息化、網絡化的必然需要。只有將行車調度指揮系統與現有的以電調、環調為核心的綜合監控系統融合，形成以行車指揮為核心的城市軌道交通行車綜合自動化系統，才能在城市軌道交通運營中更好地發揮計算機技術、網絡技術的優勢，真正做到行車、設備、乘客和環境的綜合智能化管理。行車綜合自動化系統（TIAS）提高了ATS系統和綜合監控各系統間的整合程度，實現資源共享，信息互通。因此，該系統的實施必然會在一定程度上降低系統的建設成本及運營維護成本。

隨著國內城市軌道交通的高速發展，特別是大城市的軌道交通運營呈現高密度、大客流的特點。實踐證明，一旦出現突發事件（特大火災、水災、反恐等），要求在極短的時間內做出正確的判斷，并采用適當的應急預案，因此以行車指揮為核心的行車綜合自動化系統的需求便顯得尤為迫切。

TIAS系統可以實現ATS系統與綜合監控系統的深度融合，通過多專業信息互通、跨專業聯動控制，不僅能大幅提升軌道交通運營效率，降低運營和維護成本，同時能夠提高軌道交通運營體系對突發事件、災害事件的應急處理能力，為軌道交通的安全、舒適、快速運營提供有力的保障。

3　系統技術方案

3.1系統簡介

行車綜合自動化系統（TIAS）是將傳統信號系統中列車自動監控系統（ATS）與傳統綜合監控系統（ISCS）進行技術與信息的高度融合，以行車指揮為核心，將列車自動監控系統（ATS）、電力監控系統（PSCADA）、環境與設備監控系統（BAS）、屏蔽門/安全門系統（PSD）、門禁系統（ACS）、火災報警系統（FAS）、閉路電視監控系統（CCTV）、廣播系統（PA）、無線通信系統（RC）、時鐘系統（CLK）、自動售檢票系統（AFC）、旅客信息系統（PIS）等納入統一的綜合信息處理平臺，采用統一的人機界面使各系統信息深度結合，并依托綜合信息處理平臺實現對車、機、電的統一監控，并對出現的應急情況給出及時的處理決策。

3.2系統結構

行車綜合自動化系統采取熱備冗余和易擴展的原則設計，根據用戶的實際需求，軟件功能靈活配置，部署到不同的機器。行車綜合自動化系統主要由中心級系統、車站/車輛段級系統、維護管理系統和仿真培訓系統構成，如圖1所示。

圖1　系統結構圖

中心級系統主要位于運營控制中心，運營控制中心采用兩臺網絡交換機組成雙局域網，控制中心的所有設備連接到該局域網，然后與TIAS系統互聯的各系統通過獨立的網絡接口與互聯通信服務器連接。為保證TIAS系統的安全性，與TIAS系統互聯的各系統通過防火墻接入TIAS系統。實現中心調度員對全線的監控。

車站級/車輛段級系統主要位于各個車站，用于車站值班員實現站控時對車站的監控。

維護管理系統主要實現對系統設備狀態、網絡狀態和程序運行狀態等進行實時監督、記錄和報警。系統用圖像化的方式向用戶展示設備故障狀況和異常定位情況，同時對設備故障原因和維護信息進行分析，給出故障原因和維護管理建議。

仿真培訓系統一般部署在運營控制中心，主要用于在離線情況下對全線工作人員進行培訓。同時，為TIAS系統的室內集成測試提供測試環境和各系統的功能模擬。

3.3系統功能實現

3.3.1系統特點

（1）統一的軟硬件平臺

行車綜合自動化系統以ATS系統的軟件平臺為基礎，實現PSCADA、BAS、FAS、PIS和PA等不同的業務應用功能，由一系列服務器和工作站軟件功能模塊組成，不同的業務功能遵從統一的平臺協議。

行車綜合自動化系統采用統一的實時服務器和數據庫歷史服務器，用于統一的數據存儲和處理。中心級系統和車站級系統采用統一的人機界面，用于信號、電力、機電設備和乘客信息的監控。

（2）綜合的運營行車指揮管理

行車綜合自動化系統將傳統ATS功能與PSCADA、FAS、BAS、PIS和PA等系統功能融合在同一個軟硬件平臺上，能夠提供具備各融合系統功能的綜合的運營指揮管理平臺。根據運營需要可靈活部署各業務系統功能。

（3）安全隔離的網絡系統

行車綜合自動化系統采用統一的以太網方案，通過專用的通信互聯服務器和防火墻設備實現PSCADA、BAS、FAS、PIS和PA等業務系統與聯鎖CI、區域控制器ZC和車載ATP/ATO等信號系統互聯，既保證了整個系統的信息融合性，又實現了綜合監控系統和信號系統的安全隔離。

（4）綜合的運行維護管理

行車綜合自動化系統將信號系統和綜合監控中的維護系統進行信息融合。統一對整個行車綜合自動化系統的設備狀態、網絡狀態和程序運行狀態進行監視，給出實時的報警和提示信息，并針對設備故障原因進行分析，方便系統維護和故障處理。

3.3.2系統功能

行車綜合自動化系統除具備傳統的列車自動監控功能、電力監控功能、環境與設備監控功能外，還應具備多專業信息融合功能、多專業聯動功能。

（1）綜合調度界面顯示功能

綜合調度人機界面采用統一的圖形用戶界面，各專業除完成本專業的功能外，還提供監視其他專業的信息。在行調工作站上，不僅具備傳統ATS系統功能，系統還提供電力區段狀態、隧道風機狀態、區間和車站通風狀態、電梯設備狀態、火災報警和客流信息顯示功能；電調工作站能夠查看行車位置，實時顯示接觸軌上負載的列車信息，當線路中某段接觸軌的電力負載接近超限時，能發出報警信息；環控調度工作站上，可以提供具體某站、某區間列車運行信息，當檢測到事件發生時（如發生火災），系統可迅速查看指定火警點相關車站的行車信息，從而為火災聯動提供相關的決策信息。

（2）列車操作控制功能

行車調度員工作站系統界面提供編輯下達車載命令、指定列車無線呼叫、編輯發布列車PIS信息和編輯發布列車PA信息等功能。

（3）多專業綜合控制功能

行車調度員工作站系統界面不僅提供供電區段上電/斷電的人工操作功能，同時為了方便調度員查看各系統詳細信息，系統還提供界面切換功能。提供供電系統界面切換、隧道風機界面切換、電梯系統界面切換、CCTV系統界面切換、FAS界面切換、AFC界面切換、PIS系統界面切換、PA系統界面切換和安全門系統界面切換等功能，可將主界面從站場圖界面切換至其他系統界面；電調工作站當需要查看更詳細的列車位置時，可以調出站場圖的界面，從而方便各專業協同工作。

（4）多專業聯動功能

行車綜合自動化系統為提供友好的人機交互和滿足不同應用需求，可提供全自動、半自動和手動三種聯動方式。全自動聯動指TIAS系統判斷滿足報警聯動觸發點后，自動發送相應的控制命令到需要聯動的系統；半自動聯動指當TIAS系統判斷滿足報警聯動觸發動作后，將在人機界面上提示調度員，待調度員確認后，TIAS系統才發出聯動控制指令；手動聯動指調度員人工選擇一組涉及多個系統的順序控制序列，系統自動按照順序和閉鎖條件向不同的系統發布指令。本文僅對TIAS系統主要聯動功能進行描述。

根據列車運行時刻表啟動早間運營模式和晚間停運模式：根據列車運行時刻表中首輛車到站時間和正線實際運營情況，提前執行BAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV等系統的早間運營聯動，自動觸發各系統開啟；根據列車運行時刻表中末輛車離站時間和正線實際運營情況，執行BAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV等系統的晚間停運聯動，自動觸發各系統停止，從而實現節能控制，提高了運營效率，降低了運營成本。

當站臺起火時，由FAS系統觸發，執行車站的災害模式聯動，系統根據火災發生車站，提示調度員該站跳停，禁止在該站上下客；同時系統執行相鄰車站的上下行車站扣車命令。

隧道阻塞情況下，TIAS系統檢測到列車區間阻塞，提示調度員觸發聯動，迅速啟動隧道通風模式，系統根據事發區段，自動計算出扣車車站范圍，提示調度員對相關車站執行扣車命令，防止造成更大的阻塞。

TIAS系統通過各專業信息的深度融合和共享，實現了列車、電力、環境設備和乘客等的聯動控制，使各專業系統協同動作，簡化了事件處理流程，提高了運營人員對突發事件的應急處理能力和安全運營管理效率。

4結論

行車綜合自動化系統各專業信息深度融合，給多專業聯動、協調處理突發事件提供了基礎，提高了軌道交通運營人員的應急處理能力和運營管理水平。然而，該類系統在國內建設的先例很少，且信息融合程度不同，隨著實踐情況還要不斷地進行改進。同時，對城市軌道

交通網絡化發展，各條線路間互聯互通信息共享，保證各條線路安全運營、協調工作，從而實現多條線路的綜合自動化，以及對多信息系統互聯產生的信息安全問題的研究，還需要多方的努力。

［1］中國國家標準化管理委員會.GB/T 12758-2004城市軌道交通信號系統［S］.北京：中國標準出版社，2004.

［2］北京城建設計研究總院.GB50157-2003地鐵設計規范［S］．北京：中國計劃出版社，2003．

［3］中華人民共和國工業和信息化部.GB50636-2010城市軌道交通綜合監控系統工程設計規范［S］．北京：中國計劃出版社，2011．

［4］周庭梁，孫軍峰，孫春榮.談以行車指揮為核心的城軌交通綜合監控系統［J］.現代城市軌道交通，2009（3）：14-15.

Research of traffic control integrated automation system in urban rail transit

Yu Yuntao

（The 6th Research Institute of China Electronics Corporation，Beijing 100083，China）

In this paper，the development of traffic control integrated automation system at home and abroad is reviewed.The structure，characteristics and functions of TIAS system are briefly described.Then the information integration solutions of ATS and ISCS are studied.Finally，the multi-professional coordinated work is realized.

traffic control integrated automation system；automatic train supervision；integrated supervisory control system；linkage

U121；TP273+.5

A

1674-7720（2015）15-0008-03

于運濤.城市軌道交通行車綜合自動化系統研究［J］.微型機與應用，2015，34（15）：8-10，14.

2015-05-06）

于運濤（1981-），男，碩士研究生，工程師，主要研究方向：城市軌道交通列車自動監控系統 ATS、調度指揮管理系統TDCS、鐵路調度集中系統CTC和鐵路防災系統等。