城市軌道交通綜合調度指揮系統方案研究與設計

文武臣

(1.中國鐵建電氣化局集團有限公司 北京 100043；2.北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司 北京 100043)

1 引言

隨著國家發展戰略的穩步推進，各個城市都在推進城市軌道交通建設，緩解交通壓力，方便群眾出行與生活。同時滿足所提倡的“綠色出行”理念，減輕環境污染壓力。地鐵、輕軌、有軌電車、跨座式與懸掛式等軌道交通雖然系統不同，但都存在一個智能“大腦”——列車運行控制綜合調度指揮系統[1]。

在以往的運營管理模式中，信號調度指揮專業和綜合監控專業作為兩個獨立的系統存在，集成度不高。在發生情況時，雙方并不能調用、共享信息，在行調臺上看不到綜合監控的詳細設備狀態，在電調臺上也只能看到非常簡化的站場圖。兩個獨立系統對于安全行車指揮的信息收集手段相對分立，顯示內容以本職業務為主[2]。系統各專業之間缺乏有效的聯動、導航機制，信息聯動功能也受很大的制約，影響突發情況下的對事件的響應速度。

如果采用綜合調度指揮管理系統，通過把信號調度指揮和綜合監控功能深度集成，在前臺工作站界面層次及在后臺數據處理、存儲層次，都達到了信息共享。在系統軟件層面，是一套綜合的系統，以統一的界面展示給用戶，并擁有豐富的聯動、導航功能[3]。

2 系統發展歷程

(1)初期階段:各專業監控系統分設，沒有綜合監控專業。2000年國內以前建設的項目，根據自身特點和需要，各自獨立建立了監控系統，全線系統龐雜。

(2)第二階段:綜合調度專業實現以PSCADA、BAS、防災系統為主要專業系統的集成，并實現兩級管理功能，即中心級、車站級。從2000年建設北京13號線開始，實現了上述分立系統的適度整合和數據交互。

(3)第三階段:在成熟的數據庫、計算機、通信技術基礎上，ATS與傳統綜合監控集成，各專業基于統一平臺分類部署，完全實現數據共享，系統發展達到第三階段。北京地鐵6號線首次嘗試采用以ATS專業為核心的綜合調度指揮系統。

(4)第四階段:綜合調度指揮系統發展到以面向全自動駕駛FAO的階段[4]。將ATS與綜合監控專業進行深度集成、整合。提供全面的乘客服務、列車監控、綜合維修調度功能及輔助決策支持功能。北京燕房線在全面總結6號線經驗的基礎上采用了面向全自動駕駛FAO的綜合調度指揮系統。

3 系統架構、特點及主要功能

3.1 系統架構

城市軌道交通列車運行控制綜合調度指揮系統控制平臺部署在控制中心[5]，該一體化平臺主要設備包括冗余數據庫服務器、冗余實時服務器、通信前置機(FTP)、調度臺工作站、交換機、磁盤陣列、防火墻、打印機等。

各種服務器和通信前置機(FTP)、交換機、防火墻等設備布置在中心機房(綜合設備室)，在控制中心大廳設置有調度臺工作站和打印機設備。

按照目前集成水平，綜合調度指揮系統采用以行調(ATS)、環調(BAS)、電調(PSCADA)為主要內容的深度集成方法，把各種硬件設備在控制中心進行合并、整合；與其它系統如 CLK、AFC、FAS、CCTV、ACS(門禁)、PA、PIS、ALARM 等專業在控制中心進行互聯，采用界面集成的方式處理。系統網絡配置見圖1[6]。

圖1 系統網絡配置

運行控制系統軟件構成分為三層:

(1)數據接口層:專門用于數據采集和協議轉換。

(2)數據處理層:用于實時、歷史數據存儲與處理，通過實時數據庫和關系數據庫提供綜合調度指揮系統的操作功能。

(3)人機界面層:應用軟件位于集成平臺的頂端。為滿足人工操控的需要，根據軌道交通系統運營的實際需求進行二次開發的專門定制軟件，應具修改和擴展等能力[7]。

3.2 系統特點

(1)深度集成。

集成信號ATS的完全深度集成模式，使系統間更加緊密有機地結合在一起工作。整個系統整合后變成了渾然一體的大集成系統，從而推動整體自動化水平邁上一個新的臺階，達到國際領先水平[8]。

(2)開放互聯

系統采用靈活多樣的架構，采用模塊化接入方式，具有良好的擴展功能，為后期其它設備的接入預留有接口條件。

(3)高效運營

服務調度，實現多專業信息融合和智能化聯動，提高管控效率。

另外，系統具有綜合的設備顯示及監控、統一的報警顯示及處理、豐富的聯動及導航機制；統一的運營、網絡管理、仿真培訓系統、設備維護、登錄；基于同一個平臺通過規劃業務場景的切換可快速實施各種預案，查閱所有的監控子系統。

3.3 系統主要功能

(1)行車調度功能

ATS主要對運行于線路上的所有列車進行自動運營管理與運行調整，同時對線路上信號設備的狀態進行監視，是整個系統要實現的最主要功能之一。主要功能有列車運行描述、列車運行圖/時刻表管理、列車進路控制、運行調整及查詢、運營記錄與統計報表信息采集和獲取等。

(2)電力調度功能

控制及操作對象包括供電系統中可以遠方控制的斷路器、電動隔離開關、自動裝置等。具體功能主要包括對接入系統的任何一個可遙控的對象進行合/分遙控、保護動作信號遠方復歸、保護投退、保護整定值切換、保護復歸、供電系統控制閉鎖、人工置數、系統遠程維護、通信通道測試等。控制操作在電力調度操作員工作站完成，并可在監視器、大屏幕顯示屏上顯示，同時在打印機上記錄操作結果。

(3)乘客信息功能

能夠顯示該站臺列車運行信息，包括首末班車時間、下次到站時間、預計到達當前站時間(或距離)。

按需選定常用播表，對自定義區域進行組播。

在系統中定義各種緊急信息，預先編輯設定多種緊急災難報警模式，并進行分類管理和查詢定義。此外，中心還可以控制車載PIS系統，向列車發送操作命令。

(4)視頻監控功能

操作人員通過人機界面，可以監視全線車站的CCTV攝像機狀態，調取攝像機視頻畫面，同時可以對攝像機進行P/T/Z調節控制。重大故障發生時(如火災)，可自動聯動調用對應區域的攝像機畫面，遠程查看現場狀態。

(5)聯動功能

綜合調度管理系統的聯動功能以“安全第一”的思想堅持高度集中、統一指揮。可迅速、準確、逐級上報事故情況，確保信息渠道暢通；采取有效措施控制事態的發展，積極合理地調動人力物力投入搶險，為減少國家財產損失與保護乘客人身安全起到關鍵作用。

(6)培訓管理系統功能(TMS)

利用培訓工作站可對行車管理人員(調度員、車站值班員)和信號設備維護人員進行系統功能和原理的培訓，使行車管理人員能掌握系統的操作和管理，學習日常和緊急情況下如何操作系統；使維護人員掌握設備的工作原理、設備性能、故障識別和處理。在線工作狀態可對中心綜合調度管理系統設備進行試驗及調試。提供ATS、PSCADA、BAS、PA、PIS、CCTV、FAS、PSD、AFC 等模擬功能，及聯動功能模擬、車站實體功能模擬等[9]。

(7)電話、無線、時鐘功能

電話功能實現本交換設備內部呼叫、出入局呼叫功能，具備手動/自動控制功能。

無線調度功能，實現無線通信系統設備具備手動/自動控制功能。

電話、無線、時鐘系統設備的正常及故障狀態信息。

(8)火災報警監視功能

具備對FAS系統報警與設備維護狀態的全面、有效地監視及管理，實時監視FAS系統內設備(含車站內每個探頭、按鈕、消火栓啟泵按鈕的報警與設備狀態)與其監控的消防專用設備的運行狀態。監視車站、停車場、控制中心各個區域的火災報警信息與消防設備動作狀態，并為后期線路預留區間火災模式下發功能。

4 系統接口設計

綜合調度指揮系統功能實現的關鍵環節在于接口管理。接口既包括現場設備接入的數據采集技術，也包括與系統的信息交換技術，接口內容多、類型復雜，協議各異。綜合調度指揮系統與各個自動化子系統之間應明確規定出接口描述規范，定義出接口劃分界線、物理接口，接口協議、接口數據描述、功能描述、性能指標、責任分工、測試要求等。綜合調度指揮系統與各專業接口分界統一定在設備機房綜合監控配線架外線側，便于工程實施及系統測試。綜合調度管理指揮系統接口設計遵循相應的國際標準、中國國家標準，按照標準化、接口開放性進行設計[10]。

由于綜合調度指揮系統涉及的系統接口眾多，接口設計已經成為綜合調度指揮系統成功與否的關鍵之一。目前接口產品種類多，技術也比較成熟，考慮到綜合調度指揮系統的可實施性和可維護性，綜合調度指揮系統的接口原則建議如下:

(1)綜合調度指揮系統相連的各集成、互聯系統，應采取措施采用相同的接口協議和標準，建議采用10/100 Mbps以太網(Ethernet)接口或標準串行通信口，如RS422、RS232。TCP/IP協議、高層協議由綜合調度指揮系統統一制定，各系統負責配合實施。

(2)如果不具備10/100 Mbps以太網接口或常用的串行通信接口，建議使用接口轉換設備。

(3)采用Ethernet10/100BASE-TX通信接口，超出Ethernet雙絞線傳輸距離，需要采用100BASE-FX接口或者采用光電轉換設備進行傳輸[11]。

5 電源與接地

(1)電源要求

綜合調度指揮系統中央級設備采用UPS供電，綜合調度指揮系統中央級系統用電容量約40 kVA，后備時間不小于1 h。車站級不間斷電源容量分別為25 kVA(集中站)和15 kVA(非集中站)；維修及培訓系統各按25 kVA考慮；仿真測試及網管系統各按10 kVA考慮。后備時間均不小于1 h[12]。

由動力照明專業為綜合調度指揮系統提供兩路獨立、一級負荷交流電源(配電箱由動力照明專業提供)，三相五線制。電壓波動范圍為380 V±10%，頻率波動范圍為50 Hz±5%。

(2)接地要求

綜合調度指揮系統設置接地端子箱，安全接地和設備接地應分開設置，確保人員和設備安全可靠。接地電阻不應大于1 Ω。

6 結束語

隨著技術手段不斷提升，綜合調度指揮系統選擇“云空間”存儲未必不是可能，把調度指揮系統形成的工作日志、關鍵設備信息、報警信息等應用先進的通信手段與即時通信軟件綁定，通知到相關管理者、調度員。總而言之，科學技術改變工作內容、提高生活質量，把最先進的科學技術應用到身邊的工作和生活，是我們不懈的追求[13]。