基于全自動運行的車載綜合監控系統設計

摘 ?要：隨著城市軌道交通全自動運行系統的發展，控制中心調度將替代列車司機履行車輛管控職能，這對于控制中心調度的管控提出了較高的要求。文章提出一種基于全自動運行的車載綜合監控系統設計方案，將每列車作為一個移動的車站，實現車輛綜合監控。在此基礎上，控制中心實現對所有車輛信息匯總分析，多專業綜合聯動，達到輔助決策，輔助應急處置，提升運營管控效率與質量的目的。

關鍵詞：軌道交通;全自動運行;車載綜合監控

中圖分類號：TP277;U239.5 ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）12-0166-03

Abstract：With the development of fully automatic operation system of urban rail transit，scheduler of control center will perform the train control function instead of the driver，this places higher demands on the capability of the control center. This paper presents a design of integrative supervision system with fully automatic operation，each train will be served as a mobile station to implement the integrative supervision of the train. Control center implements the information comprehensive analysis of trains and multi-system interaction，and achieves to aid decision making and emergency handling. It will improve the efficiency and quality of the operation and control.

Keywords：rail transit;FAO;train-borne system

0 ?引 ?言

全自動運行（Fully Automatic Operation，FAO）系統是基于現代計算機、通信、控制和系統集成等技術而實現列車運行全過程自動化的新一代城市軌道交通系統。與傳統有人駕駛的地鐵列車相比，FAO列車實現了全自動化、無人干預的列車運行模式[1]。近年來，隨著各種新技術在軌道交通領域的應用日益廣泛，軌道交通全自動運行線路建設的技術基礎越來越成熟。繼上海、北京成功實踐后，包括成都、南寧、武漢、寧波在內的越來越多的城市先后規劃了全自動運行的線路建設。在全自動運行模式下，綜合監控、車輛、信號、通信等專業都需要做出相應的調整以滿足城市軌道交通列車運行自動化最高等級GoA4的要求。從調度管控角度，在全自動運行模式下綜合監控可以發揮其多系統集成，多專業信息融合，多功能聯動的優勢，在既有系統的基礎上對信號、車輛專業信息進行整合，為用戶提供數據統一的綜合管控平臺，并在此基礎上進行更加綜合高效的場景管控。在對本公司參與建設的上海14號線、南寧5號線等全自動運行項目深入了解的基礎上，本文就綜合監控對車輛的管控方式做進一步的探討。

1 ?全自動運行模式下對列車監控的需求

在有人駕駛模式下，司機是列車的主要負責人。司機通過列車控制和管理系統（TCMS）在司機室的顯示界面上對列車的各種設備狀態進行監視與控制，通過車載CCTV（閉路電視）系統，實現對客室的監視，通過車載PIS（乘客信息系統）、車載PA（公共廣播）實現車載信息發布、語音播報。當有應急情況發生時，司機需要承擔應急處置的職責。因此在有人駕駛模式下，控制中心調度對車輛信息的管控非常有限。主要通過三種途徑獲取車輛信息：與列車司機的對話;控制中心調看車載CCTV;行調工作站上簡單的列車位置、運行模式等信息。該模式完全無法滿足全自動運行系統對列車監控的需求。

全自動運行模式下，司機室取消，每列車對于全自動運行系統而言就是一個移動的車站。中央調度需要清楚地知道車輛情況，包括：車輛本身的機電系統工作狀態及報警、車輛上對乘客服務的監控系統（車載PIS、車載CCTV、車載PA），以及緊急情況下或乘客需要的服務和響應等[2]。而且，司機僅負責1列列車，但是控制中心的車輛調度員需要對全線在線運行車輛進行監管。這就意味著，全自動運行系統除了要將司機從繁重的駕駛工作中解放出來，還需要通過集成系統的綜合分析、場景聯動等功能，降低管控難度和復雜度，提升調度員的管控效率與管控質量。這對集成系統提出了非常高的要求，特別是在應急和故障場景下，必須確保車輛調度能及時獲取相關信息，輔助決策;同時要有高效的聯動機制，輔助應急處置。

結合車站的建設思路，車輛同樣可以采用兩級調度的模式：首先在就地級（車載端），一列列車是一個獨立的單元，應具有自身的整體性和自律性，而不是一個個分散的模塊;其次，在中央級（地面）對所有的車輛進行統一管理。因此根據以上的行業現狀及需求分析，本文提出車載綜合監控系統（TISCS）的建設思路，以支持全自動運行系統對于車輛的深度管控，以及跨系統的綜合聯動。

2 ?車載綜合監控系統的實現方式

2.1 ?系統架構

車載綜合監控的系統架構如圖1所示，在列車車頭控制室和車尾控制室各設置一套TISCS服務器、FEP、交換機以及一體式工控機互為冗余，如果車頭車尾距離較長，可配置中繼器確保信息的穩定傳輸。一體式工控機作為后備應急手段，在緊急情況下，司機上車時可輔助司機定位、解決問題。服務器若具備隔離功能，服務器與FEP可以共用。兩套TISCS服務器采用熱備冗余的架構設計，正常情況下，兩套TISCS均處于激活狀態，但僅有一套TISCS服務器承擔主控服務器職能。當列車一端的TISCS設備或軟件發生故障時，另一端自動獲得控制權限。同時TISCS需要具備與TCMS、車載PIS、車載PA、車載CCTV的接口，以達到對列車的監視以及除行車外的控制功能。

車載綜合監控通過無線傳輸通道，實現與地面控制中心的信息交互。目前業內常見的無線傳輸技術主要有：LTE、WLAN、TETRA。例如上海新建的全自動運行線路則采用LTE與Wi-Fi互相補充的方式實現車載綜合監控與地面綜合監控的車地通信。

控制中心設置兩臺互為冗余的車輛接口服務器以及調度工作站，通過控制中心冗余交換機收集所有列車的信息并對所有在線列車信息進行綜合分析處置，實現在控制中心對列車信息進行深度集成、統一調度的功能。

2.2 ?系統功能

在此車載綜合監控系統構架下，具體實現如下接口功能。

2.2.1 ?車輛及車載設備的運行狀態監控

（1）列車包括車載PA、車載PIS、車載CCTV、火災報警（FAS）、空調、門控、乘客緊急對講（IPH）、列車牽引/制動、輔助等系統，列車各系統狀態信息都接入多功能車輛總線（MVB）。車載綜合監控系統通過MVB獲取到列車的設備信息和TCMS中的列車運行信息，并根據場景需求對部分非行車相關系統進行控制，如空調、照明等;

（2）實現對車地無線通信傳輸通道管理和流量監視。

2.2.2 ?車載PIS監控

（1）向車載PIS下發普通文本信息;

（2）在特定場景下，向車載PIS下發預編制文本信息。

2.2.3 ?車載PA監控

（1）向車載PA播報語音信息;

（2）在特定場景下，觸發車載PA播放預錄語音信息。

2.2.4 ?車載CCTV監控

（1）在控制中心完成對車載視頻的調閱功能;

（2）在特定場景下，控制中心調度界面會彈框提示打開指定攝像機視頻。

3 ?基于全自動運行的車輛管控功能

地面綜合監控系統通過車載綜合監控系統（TISCS）實現與車輛系統的接口。如前文所述，車輛調度員負責管控所有在線列車，工作強度高，導致無法面面俱到地關注所有車輛的全部信息。系統需要自動將調度人員所需關注的信息篩選并推送到調度人員面前，才能有效提高管控效率，確保管控質量。因此，在控制中心調度工作站上除了上述的監控功能，還需實現綜合分析展示及聯動功能。

3.1 ?全線車輛總覽

所有的車輛信息采用統一的圖形用戶界面，同時在匯總畫面中展示所有車輛的關鍵信息，包括車體號、車次號、上下行等。更重要的是能夠直觀顯示車輛的健康狀況，方便調度人員對健康度較低的車輛進行重點關注。在正常情況下，調度人員僅需通過一張匯總界面即可掌控所有車輛的關鍵信息。有效提高調度人員的工作效率，降低工作強度。

3.2 ?故障分析處置

車輛的故障種類數量非常繁多，如果將所有的報警都推送給調度人員，無疑將給調度人員帶來較大的工作難度與工作強度。因此車載綜合監控系統需要通過數據篩選、數據處理，對車輛故障進行分級分析處理，建議將報警分為三級：

（1）高級報警：需要重點關注、采取措施，且列車須在最近車站停車清客返回到維修車間維修;

（2）中級報警：需要注意與采取措施，允許列車完成基于運行圖的一個循環后返回維修車輛段檢修;

（3）低級報警：需要有維護人員糾錯而不需要立刻處置的故障。允許列車完成基于運行圖的整天運營后返回維修車輛段檢修。

對于高級報警，可在調度工作站實現直接推送彈框，要求調度確認處理;對于中級報警，提供聲音及報警內容閃爍報警，提醒調度確認處理，確認后取消聲音及閃爍;對于低級報警，提供給維修人員查詢分析，無須調度處置。

3.3 ?場景聯動功能

場景管控是全自動運行系統中非常重要的部分。基于預設的場景，實現多系統間的聯動，能有效提高系統調度管控效率，尤其是應急處置的效率。在設置車載綜合監控系統后，涉及車輛的場景聯動，經由中央調度確認，車載綜合監控只需獲取確認信息即可自主聯動車上的相關系統動作，無須控制中心分別發送控制指令給車上的各個系統，有效提高車地指令無線傳輸的可靠性和無線帶寬的使用效率。

以列車火災場景為例。當車載FAS監測到列車內部發生火災后：TCMS會將相關信息發送到TISCS;TISCS根據預設場景，將該報警信息以及對應CCTV的視頻經車地無線上傳至地面;調度工作站報警、彈框提示，同時顯示CCTV視頻;調度員確認后，將確認信息反饋至TISCS;TISCS根據場景要求聯動車載PIS、車載PA進行相應的信息顯示和廣播。

4 ?結 ?論

全自動運行系統是后續城市軌道交通發展的趨勢。基于全自動運行的車載綜合監控建設目前還沒有形成成熟的設計模式。上海軌道交通10號線以及14、15、18號線都在做相應的嘗試。本文以將列車作為獨立單元進行整體管控的角度，提出了基于全自動運行的車載綜合監控系統設計，能夠有效提高調度的管控效率和管控質量，為綜合監控與車輛的集成方式提供了一種新的思路。

參考文獻：

[1] 張海濤，梁汝軍.地鐵列車全自動無人駕駛系統方案 [J].城市軌道交通研究，2015，18（5）：33-37.

[2] 汪侃.對城市軌道交通無人駕駛模式下綜合監控系統建設的幾點思考 [J].城市軌道交通研究，2018，21（S2）：12-16.

作者簡介：杜珊（1984.11—），女，漢族，福建寧德人，就職于軌道交通智慧物聯事業部，經理，工程師，碩士，研究方向：城市軌道交通。