試論軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能化

國(guó)電南瑞科技股份有限公司 唐 哲

國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司 唐 奧

基于城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量越來(lái)越多，地面交通堵塞及交通安全問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重的背景下，軌道交通建設(shè)成為城市交通體系中的關(guān)鍵構(gòu)成，而軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)也獲得了廣闊的發(fā)展空間，并且逐漸向著智能化和信息化的方向發(fā)展。綜合監(jiān)控系統(tǒng)一般劃分傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)的綜合監(jiān)控和新興的B/S架構(gòu)的智能智慧化綜合監(jiān)控兩種。本文主要圍繞城市軌道交通展開(kāi)論述，探討了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的智能化建設(shè)意義及相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能化的意義

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能化將原本獨(dú)立的設(shè)備控制系統(tǒng)，利用智能化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)有效聯(lián)動(dòng)和集成化控制，明確各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)及設(shè)備的工作內(nèi)容和調(diào)度方法，從而改善設(shè)備與系統(tǒng)的運(yùn)行效率。綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能化系統(tǒng)各子系統(tǒng)構(gòu)成，如表1所示。設(shè)備能耗；（4）一體化的協(xié)調(diào)運(yùn)行。例如：火災(zāi)自動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)信息后，可以及時(shí)與電梯、供電、防排煙等系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，進(jìn)入消防聯(lián)動(dòng)防控狀態(tài)。

表1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能化子系統(tǒng)構(gòu)成

2 軌道交通智能化綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 智能化綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能性目標(biāo)

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)在構(gòu)成方面采用分布式架構(gòu)，由車(chē)站和控制中心共同構(gòu)成一個(gè)整體的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；使用統(tǒng)一的平臺(tái)來(lái)完成各系統(tǒng)之間信息的采集、通信與聯(lián)動(dòng)等功能。基于數(shù)據(jù)的一體化可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)進(jìn)行信息的深度發(fā)掘與整合分析，獲取軌道交通運(yùn)行以及系統(tǒng)內(nèi)部中具有價(jià)值的信息，為安全高效的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)參考決策。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能化的意義表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）確保軌道交通運(yùn)行的合理可靠。實(shí)現(xiàn)設(shè)備例行時(shí)序操作，比如車(chē)輛發(fā)車(chē)前、結(jié)束運(yùn)營(yíng)后接觸網(wǎng)（軌）的自動(dòng)停送電或節(jié)假日大客流預(yù)測(cè)下的列車(chē)時(shí)刻運(yùn)行等，皆由智能化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，提高系統(tǒng)的可靠性；（2）集中化管理。各系統(tǒng)監(jiān)控信息在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)傳感器向監(jiān)控中心發(fā)送，監(jiān)控中心則可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送的參數(shù)信息進(jìn)行集中管理調(diào)度，將各個(gè)系統(tǒng)集中在統(tǒng)一的監(jiān)控界面上顯示，減少人為失誤；（3）設(shè)備節(jié)能運(yùn)作。環(huán)境負(fù)載會(huì)根據(jù)人員數(shù)量及設(shè)備開(kāi)關(guān)等具有一定的不確定性，采用傳統(tǒng)的人為管理模式難以保證調(diào)整工作的針對(duì)性，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的智能化可以將各個(gè)系統(tǒng)分散的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的采集分析，協(xié)調(diào)各系統(tǒng)統(tǒng)一運(yùn)作，提高控制時(shí)效的同時(shí)降低

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)目標(biāo)

由于本系統(tǒng)的構(gòu)成子系統(tǒng)較多，所以要保證各子系統(tǒng)的分工與職能足夠明確清晰，一般包含了文字、圖像等數(shù)據(jù)信息，各支網(wǎng)分別與有關(guān)崗位及考核標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)，從而保證系統(tǒng)分工能夠合理化和有序化。利用系統(tǒng)的共享平臺(tái)來(lái)進(jìn)行信息的傳輸與共享。軌道交通通常具備固定的行程路線，所以行程規(guī)劃較為便利，但其中也會(huì)生成一些具有價(jià)值的信息，可以利用信息收集、分析、存儲(chǔ)支撐來(lái)對(duì)軌道交通運(yùn)行信息及綜合監(jiān)控系統(tǒng)信息進(jìn)行收集。

（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的聯(lián)動(dòng)目標(biāo)

智能化綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要具備一個(gè)新系統(tǒng)平臺(tái)，從而保證信息能夠在支網(wǎng)及系統(tǒng)之間順利流通，提高信息使用效益；同時(shí)，還要保證各個(gè)支網(wǎng)結(jié)構(gòu)的聯(lián)通與聯(lián)動(dòng)功能，保證系統(tǒng)中各個(gè)支網(wǎng)之間能夠協(xié)調(diào)運(yùn)作，通過(guò)子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息共享和統(tǒng)一化調(diào)度控制，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定且高效的運(yùn)作。

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示，作為城市軌道交通系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)需要對(duì)各系統(tǒng)構(gòu)成的功能進(jìn)行全面描述與控制，同時(shí)也要提供契合的服務(wù)，利用軟硬件的協(xié)同來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)功能的聯(lián)動(dòng)性需要建立在各支網(wǎng)子系統(tǒng)間的信息共享基礎(chǔ)上，不同功能互相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)框架則是實(shí)現(xiàn)控制服務(wù)的關(guān)鍵條件。系統(tǒng)架構(gòu)分中各模塊結(jié)構(gòu)如圖1，其中，通信監(jiān)控模塊一般由閉路電視和公共信息系統(tǒng)、電話等構(gòu)成；環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控模塊則包含列車(chē)車(chē)站和途徑的隧道中的各項(xiàng)環(huán)境因素，如空調(diào)設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等，確保列車(chē)運(yùn)行的可靠性；自動(dòng)監(jiān)控模塊的職能在于列車(chē)行駛路線的控制與定位，并對(duì)列車(chē)的行駛狀況進(jìn)行監(jiān)控；安檢監(jiān)控模塊則針對(duì)乘客攜帶的物品進(jìn)行檢查，確保列車(chē)與乘客的安全；電力監(jiān)控模塊主要控制照明系統(tǒng)和高壓供給系統(tǒng)等；售票監(jiān)控模塊則負(fù)責(zé)對(duì)乘客買(mǎi)票進(jìn)站乘車(chē)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，避免逃票等行為的發(fā)生；報(bào)警監(jiān)控模塊則針對(duì)列車(chē)及站點(diǎn)的安全隱患進(jìn)行監(jiān)控并發(fā)動(dòng)警報(bào)，通常有滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)等；危險(xiǎn)物質(zhì)監(jiān)控模塊主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空氣質(zhì)量及有害物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，避免高危險(xiǎn)性物品進(jìn)入列車(chē)。

圖1 軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

3 軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般需要進(jìn)行系統(tǒng)功能的關(guān)聯(lián)性分析，根據(jù)數(shù)據(jù)流和控制流兩個(gè)方向作為起點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。為了能實(shí)現(xiàn)智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能性，保證系統(tǒng)的對(duì)接效果，需要嚴(yán)格按照現(xiàn)行的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

首先，綜合決策層設(shè)計(jì)。綜合決策層的設(shè)計(jì)目標(biāo)在于對(duì)軌道交通的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行合理規(guī)劃，同時(shí)圍繞軌道交通線路中的系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，與此同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的系統(tǒng)內(nèi)部交流等。這一目標(biāo)可以利用網(wǎng)絡(luò)通信共享平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，借助數(shù)據(jù)共享技術(shù)，通過(guò)平臺(tái)來(lái)完成系統(tǒng)間的信息傳輸，對(duì)各模塊信息的銜接與處理進(jìn)行協(xié)調(diào)，將列車(chē)行駛現(xiàn)場(chǎng)及車(chē)站的數(shù)據(jù)信息集成于數(shù)據(jù)共享平臺(tái)中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，從而發(fā)揮其輔助決策的作用。

其次，車(chē)站決策層設(shè)計(jì)。為確保智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能性以及不同模塊的獨(dú)立性與聯(lián)動(dòng)性，需要將車(chē)站內(nèi)網(wǎng)信息作為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)站決策層的合理設(shè)計(jì)。一般需要針對(duì)站點(diǎn)中的子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)協(xié)調(diào)好子系統(tǒng)之間的功能性，根據(jù)列車(chē)的行駛狀況及系統(tǒng)控制需求來(lái)實(shí)現(xiàn)功能性的拓展，加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性與靈活性。為了保證節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一性，系統(tǒng)中的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)需要選擇關(guān)聯(lián)性模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，將TSED-01傳感器與智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效對(duì)接，監(jiān)控信息則利用傳感器向各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息共享。車(chē)站決策傳感器一般由開(kāi)關(guān)、電源、信息收集模塊、決策執(zhí)行模塊等組成，這些模塊利用收發(fā)接口來(lái)完成通信。傳感器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的收集，其他模塊則根據(jù)收集到的信息運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)進(jìn)行處理和智能化的傳輸，多種信息種類(lèi)都可以順利實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。信息的協(xié)調(diào)處理則運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步加強(qiáng)信息共享時(shí)效。

最后，現(xiàn)場(chǎng)控制層設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)控制層一般包含了自動(dòng)售票及運(yùn)輸綜合服務(wù)、列車(chē)行駛控制、電力系統(tǒng)控制等模塊。現(xiàn)場(chǎng)控制層肩負(fù)著現(xiàn)場(chǎng)信息的收集任務(wù)，同時(shí)擁有著故障自動(dòng)診斷等功能，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理及檢修方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，提高了故障修復(fù)效率。對(duì)于軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊來(lái)說(shuō)，利用關(guān)聯(lián)性模型來(lái)進(jìn)行全方位控制，從而保證各模塊功能都能全面發(fā)揮，利用工況分析的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效調(diào)度，使軌道交通維持安全穩(wěn)定的運(yùn)作狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)關(guān)聯(lián)性模型來(lái)實(shí)現(xiàn)軌道交通運(yùn)作的各項(xiàng)預(yù)設(shè)功能，主要有列車(chē)運(yùn)行、設(shè)備運(yùn)作、電力系統(tǒng)等方面。對(duì)于車(chē)站決策層軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，需要具備各項(xiàng)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與靜態(tài)數(shù)據(jù)等，利用數(shù)據(jù)監(jiān)控共享的方式完成信息的高效化處理與共享，具體可以表現(xiàn)在多種通信制式與信息格式等方面。對(duì)于軌道交通通信制式與信息格式來(lái)說(shuō)，也可以利用關(guān)聯(lián)性模型來(lái)設(shè)計(jì)監(jiān)控功能。由于不同軌道交通具有密切聯(lián)系，但并沒(méi)有確定的數(shù)量關(guān)系，所以需要針對(duì)變量之間的密切性利用系數(shù)的方式反饋出來(lái)，再利用指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的方式來(lái)找到各種路況的關(guān)系以及交通方向等。交通運(yùn)作情況與車(chē)站決策層獲取的路況信息具有密切聯(lián)系，軌道交通運(yùn)作過(guò)程中一般路況故障出現(xiàn)的概率非常低，監(jiān)控系統(tǒng)在列車(chē)運(yùn)作期間傳感器測(cè)量本身也具有一定系數(shù)，可以根據(jù)該系數(shù)來(lái)找到既定時(shí)間內(nèi)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的最大最小值的差。

結(jié)束語(yǔ)：隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的全面推進(jìn)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)成為其中的關(guān)鍵部分，而綜合監(jiān)控系統(tǒng)的智能化也成為了一個(gè)主要趨向，有助于提高軌道交通運(yùn)行質(zhì)量。