北京地鐵6號線行車綜合自動化系統設計與實現

金久強，王 浩

（1.中國鐵道科學研究院，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

軌道交通信息系統

北京地鐵6號線行車綜合自動化系統設計與實現

金久強1，王 浩2

（1.中國鐵道科學研究院，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

北京地鐵6號線行車綜合自動化系統（TIAS）采用信號系統與綜合監控系統高度集成的設計方案，TIAS建立在統一的國產化軟件平臺RT21上，實現電力監控系統、環境與設備監控系統、自動列車監控系統等不同的業務應用功能，完成行車信息和機電設備信息之間的聯動。本文介紹北京地鐵6號線TIAS的結構及其主要業務模塊功能。

綜合監控系統；系統結構；系統功能；ATS；聯動功能

城市地鐵綜合監控系統是一個高度集成的系統，它用系統化的方法集成軌道交通多個子系統，使其形成一個有機的整體，實現原環控、電力監控、通信、機電等系統功能，完成資源共享和信息互通，提高地鐵全線自動化水平。目前，國內地鐵運營線路多采用適度集成模式，通信、列車自動監控（ATS）等有特殊要求和影響行車安全的系統仍獨立設置。這種結構最大的缺點是不能實現系統間高效的聯動，一旦行車過程中出現故障，各系統間響應速度不夠，限制了地鐵的運營管理。

北京地鐵6號線行車綜合自動化系統（TIAS）基于現有的ATS和綜合監控系統，在不影響各系統使用的前提下，從系統總體架構、網絡、硬件、軟件接口及人機操作界面等方面進行深度集成統一。TIAS建立在統一的國產軟件平臺RT21的基礎上，實現電力監控（PSCADA）、環境與設備監控（BAS）、ATS等系統不同業務應用功能，可以為運營管理提供統一的調度、維護、網絡管理和培訓。本文對北京地鐵6號線TIAS的結構和實現的功能進行詳細介紹。

1 TIAS結構

北京地鐵6號線TIAS主要由位于主控制中心（小營）的中央級TIAS、網絡管理系統（NMS）、設備維護管理系統（DMS），位于各車站的車站級TIAS、DMS，位于停車場的TIAS等組成。

1.1 中央級系統

中央級系統是地鐵6號線的控制中心，TIAS的備用控制中心設置在五里橋車輛段。中央級系統主要為行調、電調、環調、維調、總調等服務，通過與廣播（PA）、閉路電視監控（CCTV）等系統集成、與乘客信息系統（PIS）、時鐘（CLK）、報警（ALM）、線路中心（MLC）、運營指揮中心（TCC）、電能質量管理（PQSS）、不間斷電源（UPS）、換乘線路控制中心等系統互聯，實現控制中心調度人員對地鐵的集中監控。中央級結構如圖1所示。

圖1 中央級結構

中央級系統設計采用分層、分布式設計，應用C/S結構，TCP/IP協議。中央級TIAS通過通信骨干網將站級信息匯集到0CC，從而實現以行車指揮為核心的多系統綜合自動控制。

1.2 車站級系統

車站級控制系統如圖2所示，它與ATS、PSCADA、BAS、PSD控制系統集成，與ATP/ATO、CLK、火災報警系統（FAS）、UPS系統等互聯，為車站運營人員服務，通過與其他相關系統集成、互聯，實現運行控制中心（OCC）調度員及車站值班員對北京地鐵6號線工程的集中監控。

1.3 停車場TIAS

停車場TIAS采用與中心同樣的設計方式，應用標準的TCP/IP協議實現信息互聯。系統通過停車場局域網采集現場級相關信息，從而實現對停車場內相關系統的監控。當中心TIAS或傳輸骨干網發生故障時，停車場TIAS仍正常運行并實現原有功能。

1.4 設備維護管理系統

本系統目的在于確定北京地鐵6號線上安裝的DMS適用的功能要求。DMS用于TIAS各類設備及其它相關系統設備維護信息的采集和分析、輔助調度員管理維修作業等。調度員可借助設備管理系統監督設備/系統的運行狀態，制定維修計劃與安排維修工作，達到比傳統人工方式更加有效的效果。

DMS架構基于Web，其體系結構中應用服務器、數據庫等均為冗余、熱備配置。DMS對TIAS各子系統的所有設備運行狀態進行統一監視與集中報警管理，功能定位為就地監測和遠程報警。DMS采用標準簡單網管協議（SNMP）采集TIAS相關設備狀態信息，只要符合接口標準，即可納入DMS監測范圍。DMS主要服務于地鐵工程供電專業維護人員、機電專業維護人員、信號專業維護人員。

1.5 網絡管理系統

圖2 車站級系統結構

網絡管理系統（NMS）負責對TIAS主要設備的運行狀態進行監測和報警。NMS位于中心及車輛段維修中心系統設備機房。NMS由中心服務器和終端工作站構成，在北京地鐵6號線中主要包括中心NMS服務器、KVM服務器以及備用中心NMS服務器和位于中心網管室的NMS工作站、KVM工作站、打印機等。NMS服務器通過中心網絡交換機連接到骨干網，從全線的TIAS設備上獲取數據。

NMS是TIAS的“管理中心”，支持TCP/IP和SNMP標準。NMS負責監視的設備主要有：TIAS服務器、TIAS工作站、交換機、FEP前置機。NMS的作用是監測TIAS服務器和工作站的硬件狀態及軟件運行狀態；監測交換機端口的通斷狀態及網絡情況；監測FEP前置機的運行狀態及與下面各個子專業的通信情況；在設備發生故障時，以告警的形式提醒維護人員，并記錄在事件中。

NMS以一定的周期對全線所有的網絡設備運行情況進行掃描，通過SNMP協議獲取每一臺設備的SNMP代理模塊中設備的運行信息，一旦發現某一臺設備運行異常，會根據具體情況自動生成指定的消息格式發送給報警處理的應用程序，再由該應用程序轉發給NMS工作站，在HMI監視畫面上通過聲光報警提醒維護人員注意。

2 TIAS功能實現

北京地鐵6號線TIAS采用RT21平臺軟件，其通用功能適用于TIAS接入的所有集成和互聯子系統。北京地鐵6號線的TIAS功能主要包括通用管理、ATS、PSCADA、BAS、聯動功能、緊急控制、與其它系統集成等功能模塊。

2.1 通用管理

通用管理模塊是對系統正常運行的維護工作，包括數據庫管理、操作員與操作站權限的劃分、系統安全域權限劃分、操作互斥與操作授權、歷史數據存檔等功能。

2.2 列車自動監控（ATS）功能實現

TIAS實現了原ATS系統功能，包括車站現地控制、行車信息顯示以及列車運行時刻管理等。

車站現地控制通過現地工作站的集中設備，車站值班員可對列車進路進行正常控制和特殊控制。車站現地控制包括設置列車進路、設置臨時限速、把信號機設置為自動模式、封鎖軌道區段、信號機、道岔等的信號元素，跳停、扣車、提前發車等控制。

行車信息顯示實現了在中央控制室，采用模擬顯示屏顯示本工程的線路、車站、停車場及車輛段布局的全景。在中央控制室及備用控制中心的行車調度臺上，以單元畫面和任意窗口詳細顯示車站、區間及車輛段、停車場的信號設備狀態和列車運行狀態的細景。全景和細景的主要內容包括本工程線路、車站、停車場及車輛段的線路布局、目的地碼位置、列車門、安全門的狀態、ATS通道狀態信息以及中心和車站及車場電源設備狀態信息。

列車運行時刻圖/時刻表管理通過調度員輸入基本運行圖的基本數據如各區間運行時間、列車折返要求等，系統能在計算機輔助下自動完成編制，基本運行圖/時刻表作為系統指揮列車運行的一種原始數據，編制完畢后以實際時間10倍的速度進行列車運行的模擬和仿真，以在運行圖編輯工作站上通過系統檢測基本運行圖/時刻表編制的可行性和合理性，分類存入數據庫內，以備調度員隨時調用。

2.3 電力監控功能實現

TIAS的電力監控（PSCADA）模塊分為中心級監控和車站級電力監控。中心級TIAS主要實現控制、數據采集處理、顯示、報警、查詢等功能。車站級TIAS可以通過測試按鈕向變電所發送測試信息，當PSCADA收到信息時，變電所內繼電器完成相應動作，并由智能測控單元采集繼電器動作信號。變電所自動化系統向車站控制室返回繼電器動作信號。系統還可以顯示供電系統圖、牽引網系統圖、各變電所主接線圖、停送電程控畫面、報警/預告畫面等。此外電力監控系統還具有供電系統控制閉鎖功能和遙控屏蔽功能。

2.4 環境與設備監控系統功能實現

TIAS的環境與設備監控（BAS）模塊是對車站環境設備如暖通空調、給排水等進行全面、有效地自動化監控及管理，全面監視設備運行狀態，控制各設備的開啟和關停，以滿足地鐵運營條件。

TIAS實現以下功能。

（1）數據采集

車站行車綜合自動化系統負責采集現場的環境參數、設備運行狀態等信息，其結果形成設備運行數據和歸檔數據實時或定時上傳給中央級，中央級對全線的上傳數據進行處理和歸檔，實時監測各車站機電設備的運行狀態和車站環境狀況，刷新數據庫的相關記錄，必要時進行設備調控。

（2）監視功能

中央級TIAS操作站具有多級動態圖形顯示功能。顯示北京地鐵6號線工程線路概貌圖，反映出各車站的地理位置并宏觀顯示車站級設備工作狀態（主要指環控設備）。在概貌圖上，用顏色變化及聲光區分車站環控設備的運行狀態，用顏色交替閃爍方式、聲光報警顯示車站級環控設備的故障情況，以引起操作人員的注意。

（3）模式控制

模式控制是由被集成的外部系統執行的一個順序控制，如發生隧道阻塞和緊急狀況時順序啟動對應的風閥和風機。行車綜合自動化系統將從BAS中獲得模式狀態，并顯示在模式表中。

2.5 聯動功能實現

為了提高運營效率，TIAS設計了系統聯動功能。聯動功能的實現主要是基于預先定義的邏輯/描述，通過配置數據庫完成。TIAS能夠接收處理接口系統的報警，然后將事先編輯好的聯動命令自動發送到接口系統，在此過程中無需操作人員干預。

2.5.1 后臺應用模塊之間聯動

無需人工干預的聯動觸發，在事故發生時TIAS接收處理接口系統的報警，通過消息總線，后臺服務器應用模塊之間直接交換聯動觸發消息，TIAS自動發送相關的控制命令到事故點，完成相關系統聯動，如圖3所示。

圖3 系統聯動

2.5.2 客戶端視圖之間聯動

電調/環調內部的聯動觸發，與原綜合監控系統類似，按照預先定義的聯動方案，順序執行即可。當行調和電調/環調業務之間的聯動，采用平臺提供的聯動機制，當需要進行跨業務交互時，利用控件提供的事件觸發機制和方法調用機制實現，如圖4所示。

圖4 聯動觸發事件

TIAS的聯動功能為軌道交通提供安全保證，是提高救援效率、減少事故影響及損失等至關重要的一環，TIAS能夠簡化各子系統之間的聯系，更好地實現聯動。

2.6 與其它系統集成

北京地鐵6號線TIAS除了將ATS、PSCA-DA、BAS等統一納入一個綜合數據信息平臺外，主用控制中心TIAS還與PA、CCTV系統集成，與PIS、CLK、ALM、MLC、TCC、PQSS、UPS、換乘線路控制中心聯動，TIAS與界面集成和互聯子系統是采用松耦合的結構，信息只是有限度的接入，主要是接收報警信息，必要時進行各系統相關的聯動。TIAS還接收各子系統的設備運行信息，進行統一的設備管理工作。子系統與TIAS有數據交換但其數據處理相對獨立。由于各界面集成和互聯系統在中央OCC擁有自己的信息處理中心獨立運行，故車站各互聯系統信息由其各自的中心系統管理，TIAS通過車站綜合后備盤（IBP），以硬連線方式互聯PSCADA、FAS、AFC、CCTV、屏蔽門（PSD），供緊急處理用。

3 結束語

北京地鐵6號線TIAS是國內首個將傳統信號系統和綜合監控系統進行高度集成的項目，突破了國內地鐵基本采用各系統獨立的方式，承載ATS、 PSCADA、BAS等不同的業務應用功能，各業務功能模塊之間采用統一的平臺接口協議、實時數據庫和歷史數據庫、人機界面以及網絡結構，實現了與車站級控制中心、中央級控制中心的數據共享。目前該系統已調試完畢，現場運行穩定，具有抗干擾性強、信息獲取全面迅速、可靠性高等優勢，在城市交通軌道系統中可廣泛推廣應用。

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責任編輯 陳 蓉

Traffic Integrated Automation System in Beijing Metro Line 6

JIN Jiuqiang1, WANG Hao2
( 1.China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Institute of Computer Technologies, China Academy of Railway Science, Beijing 100081, China )

Signal System and Integrated Supervision and Control System were highly integrated in Traffic Integrated Automation System(TIAS) of Beijing Metro Line 6. The TIAS was established on the unif i ed home-made software platform RT21 to implement the different service function of PSCADA, BAS, ATS, and the linkage between traff i c information and electromechanical equipment information. This article introduced the structure and functions of TIAS of Beijing Metro Line 6.

Integrated Supervision and Control System; system structure; system function; ATS; linkage function

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2015）08-0056-06

2015-05-26

金久強，在讀碩士研究生；王浩，助理研究員。