城市軌道交通全自動運行條件下綜合監控系統方案研究

程 媛

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢 ∥ 正高級工程師)

1 城市軌道交通綜合監控系統及其運營模式的匹配發展

“高智商”軌道交通控制系統的大力發展將是實現國發〔2015〕28號《中國制造2025》國家行動綱領的一個重要抓手。全自動運行系統作為城市軌道交通建設的高端科技產物，可以大幅度提升機電自動化水平，為城市軌道交通提供了運營便利。目前，許多發達國家的城市軌道交通都開通了全自動運行線路，而在國內不少城市亦開始嘗試采用全自動運行技術。采用全自動運行技術已逐漸成為大型城市軌道交通建設的發展趨勢。

綜合監控系統作為高度集成的城市軌道交通機電系統，其發展一直與城市軌道交通運營模式相適應。伴隨著運營維護模式從分專業運維到全系統綜合運管的進程，綜合監控系統也從無到有，從非安全信息整合的以環調、電調為核心的綜合監控系統，向與信號系統緊密結合的全機電系統信息集成演進，并逐步向基于云平臺的深度融合型綜合監控系統方向發展。

2 全自動運行條件下的綜合監控系統運營場景

國際公共交通協會將列車運行的自動化等級(GoA)劃分為5級。其中，有人值守的列車全自動運行(DTO)模式屬于GoA3，該模式不設置列車司機崗位，但列車有人值守；無人值守的列車全自動運行(UTO)模式屬于GoA4，該模式列車不搭載工作人員。全自動運行(FAO)分為DTO和UTO兩種模式。

全自動運行條件下城市軌道交通綜合監控系統的運營場景通常分為正常場景、故障場景及緊急場景等3類。

1) 正常場景指城市軌道交通線路中列車、機電系統等按時刻表自動運行的場景。該運營場景主要包含車站監控、列車監控、段場監控及重啟控制等4個部分。其中，一部分正常場景涉及到綜合監控系統。與綜合監控系統相關的正常運營場景包括運營準備、車站自檢、列車到發站、關站、休眠及人員工作區管理等。

2) 故障場景指主要系統設備出現重大故障，且足以影響城市軌道交通系統的正常運行或危及設備安全的運營場景，以及主要系統需要檢修時的運營場景。該運營場景主要包含列車故障、車站設備故障、區間設備故障等3個部分。絕大部分的故障場景均涉及綜合監控系統動作。與綜合監控系統相關的故障場景包括重要車載設備報警、列車各種異常/緊急制動、防淹門/人防門/站臺門狀態報警、車地通信故障/丟失等。

3) 緊急場景指當列車在站臺、隧道區間受阻時，軌道交通運營部分受阻滯或現場探測設備確認災害時的運營場景。這些場景全部涉及綜合監控系統聯動。緊急場景包含自然災害緊急情況、車站災害及乘客異常等3個部分。

3 全自動運行條件下的綜合監控系統架構

3.1 設計原則

全自動運行條件下的綜合監控系統建設應增加如下設計原則：

1) 全自動運行條件下綜合監控系統為安全苛求系統，應遵循故障導向安全的設計理念；

2) 全自動運行條件下綜合監控系統的核心控制策略從以時間計劃為中心向以行車指揮為中心轉變；

3) 全自動運行條件下綜合監控系統應具備高運能及救災能力，為消除安全隱患，應能有預見性地進行場景分析和預案設定；

4) 全自動運行條件下綜合監控系統應具備高可靠性，以及完善的冗余機制。

3.2 調度員席位設置

傳統城市軌道交通線路的控制中心設置行車調度員、環境與設備調度員、電力調度員、維修調度員及總調度員等。

基于全自動運行模式下的管控需求，控制中心調度員的職責亦發生了變化。全自動運行模式下列車不再配備司機，原司機負責完成的行車管理、車載設備狀態監視、乘客交互等轉化為行車調度的功能增強，增加了車輛調度和乘客調度席位。

新增的車輛調度需代替司機為行車提供必要的技術支持，其主要負責對車輛運行狀態的監控，以解決車輛的技術問題。新增的車輛調度主要包括：對列車進行休眠和喚醒，對列車狀態信息以及開關車門進行監視，接收列車故障信息，確認列車火災報警，響應列車緊急制動報警，下達遠程隔離和旁路命令，設置并緩解列車停放制動等。

新增的乘客調度需掌握行車基本知識，以及具備較強的溝通能力與心理疏導能力。乘客調度員代替司機時刻監視列車上的客流情況，并負責接聽列車上乘客的緊急呼叫，直接與乘客通話，幫助乘客解決問題。新增的乘客調度主要包括：對列車進行廣播，發布車載乘客信息，應答乘客呼叫，接聽乘客火災報警電話，進行車載視頻監控，站臺邊緣異物協助確認以及組織乘客疏散等。

3.3 綜合監控系統與信號系統的關系

在傳統的城市軌道交通線路中，綜合監控系統與信號系統相對獨立設置。但在全自動運行條件下，兩者的關系更加密切。首先需要在調度層面進行信息的深度融合；不僅是傳統的地面接口，必要時可增加備用車載接口；尤其當列控系統與地面信號系統發生通信故障時，綜合監控系統將作為地面信號系統的數據信息來源。

基于全自動運行的嚴格需求，綜合監控系統可與信號系統深度集成；采用統一硬件平臺、軟件平臺和網絡平臺，并將這些平臺的關鍵設備進行冗余配置。建立以行車指揮為核心的全系統綜合監控，可實現基于行車調度的豐富的多專業聯動，以及實現統一的調度指揮，并對列車、設備、人員進行全面管控。

3.4 基于車載監控信息的車地無線傳輸方案

城市軌道交通列車的車載控制管理系統包括列車控制管理系統、列車火災報警及環控系統、車載視頻監視系統、車載乘客信息系統、廣播系統等。該系統由車載乘客信息系統網絡、多功能車輛總線網絡及車載維護網絡進行連接及協同工作。

全自動運行條件下，綜合監控系統可以與車載系統接口實現對列車遠程設備的監控，以及響應列車緊急制動報警和火災報警。必要時設置車載綜合監控系統，利用車載網絡，整合運營行車、列車健康管理、環控及乘客服務信息等數據，以實現列車的全面監控。

城市軌道交通可用的車地無線傳輸通道一般有信號系統車地無線傳輸通道、專用通信系統無線集群通道及乘客信息系統車地無線傳輸通道等3條。信號系統和乘客信息系統的車地無線傳輸通道可通過綜合承載實現，此時兩者可共用一張網絡。全自動運行條件下，無論是乘客信息系統自建通道還是與信號系統共建綜合承載通道，綜合監控系統不再自建車地傳輸通道，而是利用通信系統建設的車地無線通道。

綜合監控系統通過自身機制，可建立穩定、高速、可靠的信息傳輸通道。該系統將車載子系統信息、車載視頻圖像等根據實時性、重要性及時準確地傳送至對應調度人員，確保全自動運行下控制中心對列車進行全面安全的掌控。

3.5 綜合監控系統新增功能及接口

在全自動運行條件下，綜合監控系統與電力監控系統、環境與設備監控系統、站臺門系統的監控功能及接口均需加強。其中，站臺門新增的車門與站臺門間異物報警功能，以及站臺邊緣與列車間有異物或有異物侵入站臺邊緣時的報警功能，是全自動運行系統的必備功能。同時上述報警將觸發綜合監控系統的相關聯動。

綜合監控系統將通過增強信號系統接口，以及新增與車載列車控制系統的接口，實現對列車的全面管控。此外，該系統還新增了乘客呼叫，以及站臺門、防淹門、人防門報警信息觸發的聯動功能。

綜合監控系統將在車站級與上述系統連接，實現報警觸發的聯動功能。全自動運行條件下的綜合監控系統具體構成見圖1。

圖1 全自動運行條件下的綜合監控系統結構圖

3.6 綜合監控系統的安全考慮

全自動運行條件下，綜合監控系統對城市軌道交通正常可靠運營起到至關重要的作用。綜合監控系統的信息安全方案應按照《信息安全等級保護管理辦法》《信息系統安全保護條例》和《信息系統安全保護等級保護實施指南》等規范執行。參照上述規范的第三級要求，綜合監控系統應能夠防范病毒入侵及黑客攻擊，并對數據有審計功能。

3.7 云平臺與全自動運行條件下綜合監控系統的適應性

云平臺是近年來城市軌道交通發展的關注點，其具備嚴格的系統安全審計和數據安全保護等功能；云平臺是能提供豐富的計算以及存儲資源的平臺，便于實現多專業融合，且具備快速海量數據處理和大數據輔助決策的能力；云平臺的雙活中心能方便地實現異地容災，以增強系統的可靠性。云平臺的特點與全自動運行條件下城市軌道交通對機電系統的高度整合、數據的快速處理，以及專家分析決策的多重需求均具備較好的匹配性。

圖2為基于云平臺的綜合監控系統結構圖，該系統采用了雙活中心的推薦方案。

圖2 基于云平臺的綜合監控系統結構圖

4 結語

全自動運行技術提升了城市軌道交通運管能力、全系統自動化水平及乘客體驗感受。隨著以云平臺、新一代5G通信為基礎，大數據、人工智能為主導的新技術的不斷發展和應用，科技改變出行的體系正在被重構。智慧地鐵理念將賦予全自動運行條件下綜合監控系統更為深刻的內涵，使其更好地服務于全自動運行系統。