城市軌道交通全自動駕駛車輛在線監測平臺的設計與應用

范曉棟

（上海地鐵第一運營有限公司，上海 200003）

按傳統城市軌道交通駕駛模式設計的車輛在線監測平臺在設計初期僅作為信號MSS的車輛告警實時顯示軟件，用于實時監測車輛及其設備運行狀態并給出相應的當前實時報警信息，因此設計相對簡單，且數據處理任務僅由工作站承擔。但隨著全自動駕駛運營與維護需求日益增長，該平臺已無法完全滿足實際運用需求。因此，需對其進行升級與優化，從而完全滿足現有運營與維護需求。

1 既有車輛在線監測平臺

1.1 既有平臺工作原理

既有車輛在線監測平臺通過實時監測車輛及其設備運行狀態從而通過故障圖片式和故障列表式給出相應的當前實時報警信息。

平臺通過與ATS系統接口，以UDP方式進行通信，接收ATS系統傳輸的車輛部分信息包和車載控制器信息包，從而實現車輛監測功能。在車輛報警系統中配置服務器的端口（可配置），然后向服務器發送鏈接請求，服務器響應請求并開始傳送數據。平臺每隔小于3 s的時間從ATS接口讀取一次數據，然后驗證數據的有效性。若讀取的數據為153B（車輛數據包大小）或164B（車輛數據包大小），則表示讀取數據有效，后續可以分別對數據進行解析；若連續6 s讀取不到有效的數據包，則認為通信出現故障。雙方通信采用大端（Big-endian）字節序。

1.2 既有平臺界面及功能

當前平臺圖形界面如圖1所示。當程序啟動時，默認顯示界面為“當前圖形顯示”界面，為實時界面顯示區域。或者在程序運行過程中，也可以點擊右側大區域的“當前圖形顯示”頁，顯示圖形界面。顯示界面分為左區域和右區域。

圖1 當前平臺圖形界面

（1）左區域的樹形結構顯示的是線路上車輛號和車次號，實時更新顯示狀態，其信息源是車載數據包。當點擊相應的車輛號時，右邊區域顯示的是當前車輛號對應的所有信息。

（2）右側區域顯示的內容分為五個板塊，其信息源是車輛數據包。

①第一板塊主要顯示車次信息、緊急制動、緊急呼叫以及通信狀態。界面中顯示車輛的車輛號、車次號、車輛的運行速度和當前系統時間，同時顯示重要報警EB和緊急呼叫狀態。除此之外，還顯示與車輛的通信狀態。

②第二板塊主要顯示受電弓、車門、駕駛室激活狀態。

在該區域中，當車輛某一設備狀態正常時，該設備圖標顯示對應設備正常狀態；如果車輛某一設備出項故障時，該設備圖標顯示對應設備故障狀態。

該區域能夠顯示的受電弓、車門、司機室以及應急逃生門狀態。

③第三個板塊可顯示車輛其他報警信息，這些報警信息涵蓋制動、高速斷路器、PCE（牽引控制系統）、ACE（輔助逆變器控制單元）、壓縮機、煙霧報警、蓄電池以及停放制動等設備運行狀態。

④第四板塊是旁路開關的狀態信息。該板塊主要顯示門聯鎖、逃生門、障礙物、粘著制動、低壓以及門使能等旁路開關的狀態信息。

⑤第五板塊是當前實時報警列表。當車輛運行中的設備出現故障時，除對應的設備圖片顯示出故障圖片外，該列表中會列出故障信息的具體內容（包括車輛號、車次號、報警內容、報警等級、報警時間和恢復時間等，可以通過拖動滾動條查看其他信息）。

另外，當前報警信息不是所選車輛時，會將有報警信息的車輛號等信息的字體變為紅色并加粗處理，手動點擊確認后字體顏色消除；如果有報警恢復信息的車輛號等信息的字體變為藍色并加粗處理，手動點擊確認后字體顏色消除。

同時，既有車輛在線監測平臺還具備簡易歷史報警查詢功能。

當點擊“歷史報警列表”頁時，右圖區域將切換到歷史報警查詢頁面。

歷史報警查詢方式首先為查詢的條件和范圍有“本日查詢”“7日查詢”“30日查詢”和“自定義查詢”。但是，選擇自定義查詢時，必須手動選擇需要查詢的時間區間。而按車輛號查詢時，可以單個車輛查詢（選擇車輛號），也可以選擇“ALL”查詢所有車輛報警信息。查詢條件選擇完畢后，如果有歷史報警，則列表中將有具體報警信息。若所選車輛沒有報警，則彈出對話框提示查詢完畢，無其他任何信息。

1.3 既有平臺存在的不足

不難發現，既有車輛在線監測平臺存在著一些不足之處。不足之處主要為：首先，既有平臺為單機版本，且數據處理任務完全由工作站承擔，不支持多個地方部署終端的條件。其次，系統圖形化顯示方式不夠直觀，車輛報警分級不夠細化。同時，不具備報表功能，不便于指導維護人員進行故障數據統計與分析。除此之外，現有平臺不具備故障回放及報表功能，不便于進行故障回放診斷，也不具備登錄和用戶管理功能。值得一提的是，故障圖元顯示顏色也無法自定義編輯，更有故障平臺顯示的部分設備位置與顯示故障狀態定義與實際情況不符。

2 車輛在線監測平臺升級優化

針對上述這些現狀，需對原有車輛在線監測平臺重新設計，并對平臺進行功能升級與優化。

2.1 平臺結構優化

為更好地滿足在線監測需求，對原有結構進行重新設計，新版車輛在線監測平臺系統結構圖如圖2所示。新平臺采用服務器/客戶端模式（C/S），其中，服務器用于線路所有車輛系統與部分信號系統信息的接入和報警邏輯的處理、歷史報警的存儲、信息轉發以及響應監控終端的歷史查詢等。在原有車輛在線監測平臺基礎上增加車載工區及車輛監控中心客戶端與應用服務器（系統結構圖中綠色框內）。

圖2 新版車輛在線監測平臺系統結構圖

客戶端用于線路所有車輛系統與部分信號系統在線監測、歷史報警的查詢、歷史回放等。應用服務器用于線路所有車輛系統與信號系統的數據處理工作。

2.2 平臺功能升級

2.2.1 用戶權限管理

針對原有車輛在線監測平臺不具備用戶權限管理功能，在新版平臺中增加用戶登錄及權限管理功能，只有通過權限驗證的用戶方能登錄平臺，并根據角色分配不同權限進行車輛及信號信息在線查看、歷史報警查詢以及處理等功能，具體登錄界面如圖3所示。

圖3 平臺登錄界面

2.2.2 系統在線監測

新版車輛在線監測平臺將優化實時監測全線所有列車設備運行狀態顯示界面，基于組態技術用全圖形化的方式直觀顯示車門、緊急手柄、空調機組、制動設備、壓縮機、蓄電池等車輛設備實時狀態以及激活的駕駛端。具體監測界面如圖4所示。

圖4 車輛系統監測界面

除此之外，在原有平臺基礎上，還增加信號系統監測功能，主要監測（監控）列車號、車次號、列車當前位置、列車目的地號、列車下一站、列車當前速度、列車屏蔽門狀態、列車車門狀態、列車停站狀態、ATC可用狀態、列車定位狀態、當前駕駛模式等信號系統狀態信息。具體顯示界面如圖5所示。

圖5 信號系統監測界面

當車輛或信號參數有異常時，平臺根據告警信息等級在圖形化界面上用紅色或黃色等顏色提示單列車告警信息。

2.2.3 其他輔助功能

此外，新車輛在線監測平臺除具有實時監測車輛系統與信號系統設備運行狀態的基礎功能外，還優化實時報警和歷史報警功能，使得當車輛系統或系統所監測的信號系統信息有異常時，可以直接進行故障報警，根據報警的嚴重性進行報警等級劃分，對于嚴重報警，可設置聲音報警，報警內容支持可配置。而歷史報警查詢可以根據列車號、參數、時間段等條件，查看歷史報警以及報警統計。

同時，增加報表功能，可對歷史服務器中采集到的各個子系統設備的數字量、模擬量等數據進行動態過濾和統計分析，并具備報表管理功能。每個專業下有日報表、月報告、年報表等，可進行分頁、打印及輸出，輸出格式支持pdf、excel等。

3 結語

當前正處于城市軌道交通全自動駕駛高速發展時代，單一系統的在線監測平臺由于功能單一、監測范圍狹窄，已無法滿足日益增長的運營與維護需求，將制約全自動駕駛運維一體化發展。

而根據實際情況重新設計優化的車輛在線監測平臺，通過相關系統數據的實時采集、及時預警故障和分級報警，實現在線監控，并提供報表功能，大大方便了運營與維護人員進行日常運營與維護工作，同時，為城市軌道交通的安全運營及檢修作業提供有力安全保障和技術支持，從而有效地進一步提高檢修作業的準確性和效率，促進全自動駕駛運維一體化發展。而隨著計算機、傳感器和網絡技術進一步發展，相信在線監測技術也將不斷發展，對城市軌道交通的發展起到積極的推動作用，并具有更為廣闊的應用前景。