城市軌道交通全自動運行場景下的智能管控平臺研究

張春明

(上海申通地鐵集團有限公司安監部, 201103, 上海)

運營安全是指在軌道交通運營過程中,維護安全行車秩序,保證乘客安全、高效、綠色出行,保障員工生命和設備設施安全等工作的集合[1]。受空間、外圍環境等因素影響,若全自動運行線路非信號設備發生故障,仍會存在運營安全風險。目前,全自動運行線路的站臺巡視人員和車輛值乘人員僅配置無線對講機。在故障應急處置中,這些未配備數字化技術手段的相關人員無法及時獲得線路異常事件或故障信息,其應急處置主要依靠人工經驗,容易亂中出錯。此外,若未建立各崗位間有效的信息共享和協同處置平臺,也不利于高效、精準、快速地進行故障應急處置和應急指揮,容易擴大故障影響,影響運營效率和安全。

對此,有必要基于全自動運行系統中嚴重影響運營、乘客、設備設施等的安全運營場景,進一步研究和探索全自動運行模式下的安全管控機制和管理方法;規范和改進故障應急處置流程和方法,避免人為失誤;進一步提升關鍵設備可靠性以及探測和感知水平的手段。通過管理和技術手段的改進,進一步提升和保障全自動運行運營安全。

1 現有運營機制分析

現有軌道交通線路運營機制中,非運營時段的施工、檢修、維護,運營前準備,以及運營中的列車監控、設備管理、乘客服務和應急處置等工作,主要由運營管理制度來驅動運營人員進行操作管理,且運營人員主要通過電話或對講等設備來溝通信息,并使用各專業獨立的系統下達運營管控指令,在不同專業系統間只有少數固定的聯動?，F有運營機制如圖1所示。這種運營機制中運營管理人員負荷較高,阻礙了運營安全管控效率的進一步提升。

圖1 現有運營機制

對于全自動運行線路,駕駛工作由高度自動化的系統設備執行,并由控制中心少數運營指揮人員進行集中監督和控制。運營指揮人員面對著更高的系統集中度,更為復雜的運行場景和更高的乘客服務要求。當發生故障和應急事件時,控制中心各運營調度崗位與車站及車輛段的運營人員存在頻繁且復雜的工作交流互動,信息共享和協同處置效率不高。

因此,各地運營單位迫切需要改善現有運營機制和現有系統架構,進而由準確定義的制度來驅動日常運營、維護以及施工系統之間的全聯動控制,管理人員僅需對智能決策的關鍵步驟結果進行確認和監督,從而實現快速恢復現場故障、智能輔助決策、降低維護成本、提高乘客服務水平、更好地保證運營安全。

面對全自動運行更為復雜的場景并達到制度驅動系統全聯動的需求,現有分立建設的各專業監控或指揮系統存在先天不足:

1) 機電、供電、行車、通信等各專業監控系統各自分立建設[2]。雖綜合監控系統實現了對供電、機電和乘客服務設施的統一操控,但仍與最為核心的列車自動監控系統缺乏有效融合,無法實現圍繞全自動運行系統的全專業數據貫通,故跨專業的安全、協同聯動控制也無從談起。

2) 現有運營調度指揮系統中的列車自動監控系統和綜合監控系統分立設置,缺乏融合多專業數據的智能分析及輔助決策能力,無法匹配“制度驅動系統智能聯動聯控”的技術需求。制度和運營規程是運營領域專家通過長期實踐總結的高層次智慧,是匹配人工分析結果下的決策執行。為與之相匹配,新的管控平臺需要具備與人相當的自主數據分析能力,不僅能對多專業采集數據信息進行智能分析,提取特征結果匹配制度和專家規則,還能對應急處置場景關鍵操作進行自動分析和安全卡控,從而輔助指揮人員進行高效決策并聯動執行,降低誤操作、提升應急處置和運營安全。

2 智能管控平臺的設計思路

針對現有運營機制的不足,本文提出構建面向全自動運行運營安全的智能管控平臺,該平臺全面融合信號、車輛、電力、機電等核心專業數據,以協同聯動引擎為核心,實現運營制度驅動平臺安全高效地對各專業設施設備進行聯動聯控、智能輔助決策等功能;同時改變以往單純依靠電話、對講設備溝通協作的現狀,以智能管控平臺為核心,建立控制中心、車站、車輛、基地等核心運營崗位全新的信息共享和協同模式。以智能管控平臺為核心的運營機制的整體架構如圖2所示。

圖2 以智能管控平臺為核心的運營機制整體架構

智能管控平臺以運營場景為驅動,將由運營人員之間的信息傳達,以及人工操控專業設備完成工作任務的模式提升為由經過優化的制度流程植入系統、輔助分析決策并在人工確認后,自動聯動各專業設施設備執行。圖3為站臺門異常場景下平臺及關鍵崗位協同處置流程。本研究從功能和安全的角度提出對智能管控平臺的具體要求。

注:PSL—就地控制盒。

2.1 功能要求

2.1.1 全息感知

為了全面監督全自動線路嚴重影響運營的關鍵設備故障和運行信息,智能管控平臺需要全面采集信號以及場景相關系統數據,為實現全自動駕駛線路的安全監督、智能分析、 聯動互控等功能打下數據基礎。其主要專業數據包括信號行車數據、信號車載數據、車輛關鍵設備及運行數據、站臺門數據、供電數據等。

2.1.2 智能化分析

智能化分析應以運營場景為驅動、以全息數據為基礎,依托智能化分析方法進行多專業融合分析。針對屏蔽門關門異常等嚴重影響運營的安全事件,智能分析功能通過關聯算法,融合分析信號系統關門指令、屏蔽門關閉鎖緊信號及屏蔽門每扇門的實時運行狀態,定位關門故障位置,初步分析原因,確定受影響列車及站臺等,以便多職能站控、站務和多職能列車控制等崗位的相關人員快速、高效地進行應急處置。

2.1.3 安全監督

智能管控平臺應通過多專業數據融合,采用大數據技術進行數據實時分析,重點識別和分析嚴重影響運營和乘客的設備故障和運營事件,實現運營風險實時監督。在應急場景和故障場景協同處置時,智能管控平臺應對關鍵步驟和操作進行監督和卡控。例如,當站臺門發生夾人夾物故障時,若站務人員無法及時按壓ESP(緊急停車)按鈕,則應及時提醒多職能站控人員或多職能站務人員執行按壓,同時提醒控制中心運營調度在ESP按鈕未及時激活的情況下及時執行扣車。

針對安全監督的結果,應以實時報警或提醒事件的方式推送到各個崗位人員終端設備上,通過文字、光及語音等方式及時提醒、督促相關人員按應急預案指引快速處置。

2.1.4 聯控互控

智能管控平臺應支持多職能站務、多職能站控、多職能列車控制及運營調度等崗位高效協同,支持在該平臺中共享處置進展、設備狀態、操作等信息。此外,智能管控平臺還須支持以運營調度為核心的調度指揮及信息發布等功能(包括調度命令及運營信息的發布)。

聯動互控應以應急場景、設備故障類和卡控類場景等全自動運行場景為基礎?？傮w建立以場景為驅動的聯控互控邏輯和規則,依據場景實時分析操作和防護措施是否到位,如果某個操作未及時執行,應及時提醒相關崗位進行互控。

2.1.5 應急預案及排故指導

智能管控平臺對每個應急處置場景提供符合運營規程和制度要求的智能化應急處置指導功能,包括故障定位、原因分析、影響范圍、可視化操作指引等。排故指導包括可視化應急預案流程、文字、操作視頻等,以確保準確、可靠、高效地進行應急處置。

2.2 安全要求

作為保障運營安全的重要平臺,智能管控平臺的設計必須遵循 “故障-安全”原則,最大限度確保行車和運營安全。智能管控平臺的功能安全至少需滿足SIL2(完整性等級為2級)的要求。智能管控平臺同軌旁ATP(列車自動保護)信號設備、聯鎖設備及其他安全等級高的設備接口采用安全接口。安全接口采用HILC安全控制協議及VCP/FSFB2安全算法,以保證接口安全。如圖4所示。智能管控平臺的功能安全及接口安全等保障,不僅能確?；趫鼍暗男熊囍笓]和協同聯動可以安全地執行,還能實現效率的大幅提升。

注:ATO—列車自動運行;PIS—乘客信息系統;CCTV—閉路電視;ISCS—綜合監控系統。

從信息安全的角度,信息的保密性、真實性與完整性是其原則,主要體現在信息的封閉性與連貫性[2]。智能管控平臺是高度集成化、智能化的大集成應用,相關專業系統也會涉及數據信息的產生、傳輸、顯示和存儲等,信息安全防護對于該平臺同樣至關重要。智能管控平臺安全等級保護定級為第三級,應滿足第三級的安全保護能力及其安全保護的技術要求和管理要求,即:應能夠有效防護主要資源損害,能夠發現安全漏洞和安全事件,并能夠在遭到損害后,較快恢復絕大部分功能;應構建安全計算環境、安全區域邊界、安全通信網絡以及安全管理中心[2]。

3 應用探索情況

為了驗證智能管控平臺在保障全自動運行運營安全方面的效果,上海申通地鐵集團有限公司于2022年聯合卡斯柯信號有限公司在上海軌道交通15號線(以下簡稱“15號線”)試點實施并應用了智能管控平臺。15號線智能管控平臺全面集成了信號、站臺門、車輛等專業關鍵信息,以及結合部信息,以智能化分析和協同聯動引擎技術為依托,是服務于多職能站控、多職能站務、多職能列車控制以及中心運營調度等多崗位的信息共享和協同處置平臺。15號線智能管控平臺融合了運營規程制度,負責重點識別和分析嚴重影響乘客和運營安全的故障和事件,能實現控制中心、車站和列車間的高效溝通和互控,能顯著提高故障應急處置效率,提升運營安全。

此外,15號線智能管控平臺依托LTE-M(地鐵長期演進)技術,搭建了多崗位信息共享通道,實現了多職能列車控制值乘信息化,實現了故障排除智能化、電子化,實現了調度命令、信息發布電子化等運營指揮功能提升,顯著提升了多職能隊伍人員作業效率和全自動運行指揮效率,從而更有效地保障了運營安全。

4 結語

本文從提升全自動運行運營安全的角度出發,重點分析了現有的運營機制,主要為運營制度驅動人員進行人工操作、人與人之間傳達操作結果、運營相關系統之間部分聯動,以及這種機制存在的問題,進而提出構建面向全自動運行運營安全的智能管控平臺的意義,詳細闡述該平臺的設計思路,以及探索應用情況。實踐表明,該平臺在提升和保障全自動運營安全方面更具優勢。隨著對該平臺探索和思考的不斷提升,相信該平臺在后續全自動運行線路建設和運營安全提升方面能夠發揮更重要的作用。