城市軌道交通綜合監控系統仿真平臺的發展研究

孟凡輝

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京，210061）

21世紀初，城市軌道交通綜合監控系統將供電系統與機電系統整合，實現了以電調、環調為核心的綜合監控系統，并與廣播系統、閉路電視系統、火災自動報警系統、列車自動監控系統、時鐘系統、乘客信息顯示系統、自動售檢票系統、門禁系統進行接口信息互聯。綜合監控系統已成為過去城市軌道交通建設必不可少的一個重要環節，綜合監控的發展也帶動了綜合監控仿真平臺（以下簡稱仿真平臺）的發展。

1 綜合監控仿真平臺研究現狀

伴隨著綜合監控系統的快速發展，為了有效培養地鐵運營人員，提高地鐵調度、運營、維護人員的水平，培養專業人才，文獻[1-3]等人設計了一種RT21-STS培訓系統，對綜合監控各個子系統設備進行模擬仿真或者與實物聯合仿真，特定場景管理和數據反演，該系統已在西安、鄭州、太原、重慶、北京、寧波等城市進行了廣泛應用，如圖1所示。文獻[4]通過建設基地的方式進行仿真教學和培訓，基地主要分為三大功能區，包括列車駕駛、車輛檢修與乘務服務實訓區，行車調度指揮控制仿真實訓區，城軌供用電實訓區，采用軟硬件結合的方式實現對學生的培訓，老師可以根據操作記錄進行審閱、評判、管理、最后發布成績。文獻[5]無錫地鐵培訓中心的ISCS是將PLC、軟件、工業以太網技術結合，通過將中心內PSCADA、CLK、PA、CCTV、PSD、FAS、ACS、BAS專業數據采集模擬到仿真平臺，統一處理、單獨存儲與功能仿真。文獻[6]提出綜合運營仿真培訓系統是涵蓋OCC(運營控制中心)調度人員、車站值班人員、列車司機等進行培訓的綜合仿真系統，可實現各個相關子系統的獨立仿真培訓功能,又可進行有效的結合,從而實現對運營相關系統的聯合培訓和演練功能。目前學?；蛘叩罔F公司主要搭建綜合仿真基地對城市軌道交通進行綜合仿真。除了綜合監控仿真外，目前國內大多數城市軌道交通仿真都是針對特定專業或者特定場景進行仿真，如文獻[7]研究基于虛擬現實(VR)技術,集成走步設備、視覺設備、火災仿真、地鐵環境系統建模等技術,構建適用于地鐵大空間的沉浸式火災疏散仿真軟硬件技術框架,文獻[8]設計了一種閉路電視監控仿真系統，該仿真系統由通信單元、仿真攝像機和仿真界面三部分組成,為學員提供模擬的真實環境等，其他還有很多針對車輛、ATS、PA進行單獨專業進行仿真。

圖1 一種綜合監控仿真培訓平臺架構

2 綜合監控仿真平臺存在問題

雖然城市軌道交通綜合仿真平臺過去有了一定的發展，但是它的發展遠遠落后于綜合監控的建設，尤其近年來綜合監控系統軟件的應用研究已更側重于深度集成、無人駕駛、綜合安防及運維、云平臺等領域，越來越多的城市形成線網級的監控，同時隨著數字技術、人工智能、大數據、物聯網、云平臺技術的快速發展，現有的仿真平臺已遠遠不能滿足地鐵建設和運營的需求。

目前仿真平臺普遍都存在著以下不足：

(1)仿真平臺集成優勢發揮不明顯

在各個城市軌道交通綜合監控系統發揮的仿真效果欠佳，雖然能模擬一些操作，但是復雜的模擬，聯動模擬等模擬測試等不夠深入，導致現場運營人員使用較少。地鐵里面工作人員太多，有調度、值班、客服、維修、管理、保安和安檢、物業管理人員，由于這些工種又細分很多領域，例如調度分為行調、電調、環調、維調、總調等，維護又電力、機電、信號、通信、車輛等，該培訓只能面向綜合監控專業或者調度人員進行簡單的仿真，面向面太窄，普及率不高，實效性發揮不明顯，沒有充分發揮綜合監控專業最大的集成優勢。

(2)仿真平臺靈活性較差

地鐵里面工種多種多樣，目前的仿真平臺都是固定在某一個地點或者一個區域，靈活性較差。讓員工去一個固定的地方去進行學習和培訓，耗時耗力，當有疫情等特殊原因時，仿真平臺無法發揮最大作用，造成一定的資源浪費。

(3)協同培訓場景功能較差

地鐵發生應急故障往往是需要多個工種協同工作，傳統的都是對同一個工種進行培訓或者協同合作資源有限，達不到理想應急演練效果。

(4)沒有針對地鐵不同工種進行差異化分類

沒有對地鐵不同的工種進行差異化分類，度、值班、客服、維修、管理、保安和安檢、物業管理等人員等看到內容差異化較小，場景設置沒有針對不同工種進行設定或者不夠全面。

(5)仿真規模有限

由于硬件和軟件資源的限制，仿真的規模有限，往往只能仿真個別車站和設備，無法仿真全線運營情況，無法進行等效的數值分析和研究。

(6)云平臺、線網中心、智慧車站等新型綜合監控建設方式目前還沒法進行有效仿真。

3 綜合監控仿真平臺發展展望

隨著目前數字化技術、人工智能、大數據、云平臺技術的快速推進，綜合監控的建設方式也有了多種形式，從傳統的方式，形成線網+線路+車站等的運營方式，ATS和ISCS的深度集成的TIAS建設形勢，還有基于云平臺架構的綜合監控系統，現有的仿真平臺已遠遠不能滿足地鐵建設和運營的需求。

針對以上的綜合監控仿真平臺缺陷和最幾年新技術新場景的快速應用，筆者對綜合監控系統仿真平臺做以下展望（如圖2）：

圖2 綜合監控仿真平臺展望

(1)與移動互聯網相結合的培訓仿真方式

傳統仿真平臺往往都是在固定的培訓基地，移動性較差，像疫情這種特殊情況，就無法進行仿真，移動互聯網的快速發展，在線教育的快速普及，可以讓仿真平臺和在線教育平臺相結合的方式，實現移動仿真和移動模擬仿真，提高仿真培訓的實時性、便利性，提高仿真培訓效率。

(2)模型建立由傳統的二位模型向二維模型和多維模型相結合的方式轉化

傳統綜合監控系統仿真平臺通常使用二維展示設備，不夠真實和直觀模擬設備功能，隨著智能制造、工業4.0、工業互聯網、智慧城市、數字孿生技術等先進技術的快速推進，創建設備的數字模型，通過調用數字接口驅動，能夠動態直觀模擬具體設備運行狀態和原理展示，實現對員工的深入式培訓，提高員工工作技能。

(3)充分發揮綜合監控深度集成優勢，對列車、車輛、電力、環控、客流等設備、交換設備、服務器、架構、運行方式等進行高度集成仿真。

隨著大數據等技術的發展，人們認識到數據的可貴價值，這幾年綜合監控系統接入各專業（如ATS、車輛、PA）的數據更加完整，為更好的進行仿真平臺建設提供了有利條件，如果不能直接集成，可以集成對方提供仿真接口，將孤立的仿真平臺，集成到綜合監控中去，形成一體化的仿真平臺，便于運營培訓管理和培養多方面人才，有效節約人工成本。

(4)形成線網級的仿真分析平臺，考慮社會、人、環境等因素對地鐵運營的分析，提供數值分析和等價研究

隨著越來越多的城市從線路到線網開始發展，原來綜合監控主要針對的線路仿真也遠遠不能滿足相關需求，必須考慮多線路的情況，同時可以仿真社會、人、環境對列車運營、客流等對線路的影響，提高仿真平臺的研究功能，分析不同因素對各個專業或者運營的影響。

隨著云平臺技術的發展，容器技術的普及，輕便小的容器使得模擬全線路車站和中央成為可能，使用云平臺容器技術將為仿真平臺節約很多的硬件資源，能夠實現線網級等更大規模仿真，并通過微服務等更好的做數據分析和研究。

(5)為不同工種定義不同的仿真場景和協作場景

對不同工種進行場景分類，仿真分類，制定不同的培訓場景實現各個工種的仿真培訓，對于不同工種進行定制化服務和協同服務。

地鐵的故障的應急處理需要各個崗位的人員協同合作，包括調度、值班、客服維修、管理、保安和安檢、物業管理人員等各專業人員的協同合作，通過一體化的仿真平臺能夠有效仿真不同的應急場景，實現多工種協同合作。

4 總結

城市軌道交通綜合仿真平臺過去有了一定的發展，但是它的發展遠遠落后于綜合監控的建設，隨著數字技術、人工智能、大數據、互聯網技術、基于容器的云平臺技術的快速發展，現有的仿真平臺已遠遠不能滿足地鐵建設和運營的需求。本文針對目前仿真平臺的不足，對未來仿真平臺建設進行展望，從而更好的為調度、值班、客服、維修、管理、保安和安檢、物業管理人員等地鐵人員進行仿真培訓或者相關對從業人員進行更好的數據研究。