全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)線路車載綜合監(jiān)控視頻聯(lián)動(dòng)功能設(shè)計(jì)方案

收稿日期：2023-07-19

課題項(xiàng)目：鐵科院（深圳）研究設(shè)計(jì)院科研課題項(xiàng)目（2020SZ03）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.03.013

摘" 要：城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)涉及車輛、信號(hào)、綜合監(jiān)控、通信、站臺(tái)門、車輛基地等多個(gè)方面。與傳統(tǒng)CBTC相比，運(yùn)營(yíng)控制模式從由司機(jī)、控制中心調(diào)度員和車站值班員共同參與控制，轉(zhuǎn)變?yōu)橛煽刂浦行恼{(diào)度員直接對(duì)列車進(jìn)行運(yùn)營(yíng)指揮。信號(hào)系統(tǒng)與車輛、綜合監(jiān)控、安防等多系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車全自動(dòng)運(yùn)行的全面監(jiān)控，其中車載視頻監(jiān)控增加車載視頻自動(dòng)聯(lián)動(dòng)到OCC功能，使調(diào)度更快速，并能有效應(yīng)對(duì)運(yùn)營(yíng)過程中的擾動(dòng)，為調(diào)度指揮決策提供詳盡信息，提升運(yùn)營(yíng)行車調(diào)整能力。文章根據(jù)全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景的實(shí)際需求，闡述全自動(dòng)運(yùn)行車載視頻聯(lián)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)方式。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)；車載視頻；監(jiān)控；聯(lián)動(dòng)功能

中圖分類號(hào)：TP277；U285.21+1" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 文章編號(hào)：2096-4706（2024）03-0059-05

Design Scheme of Fully Automatic Operation System Line In-vehicle Comprehensive Monitoring Video Linkage Function

ZHONG Jie， LIANG Qi

（China Academy of Railway Sciences （Shenzhen） Research and Desian Institute Co.， Ltd.， Shenzhen" 518057， China）

Abstract： Urban rail transit fully automatic operation system is a systematic engineering， involving vehicles， signals， comprehensive monitoring， communication， platform doors， vehicle bases and other aspects. Compared with the traditional CBTC， the operation control mode in which the driver， the control center dispatcher and the station watchman participate in the control is transformed into an operation control mode in which the control center dispatcher needs to directly face the train for operation command. The signal system cooperates with multiple systems such as vehicles， comprehensive monitoring system， and security system to achieve comprehensive monitoring of the fully automatic operation of trains. Among them， the in-vehicle video monitoring adds the function of automatic linkage of in-vehicl video to OCC， making dispatch faster and effectively responding to disturbances during operation. It provides detailed information for dispatch and command decision-making， and improves the ability of operation and train adjustment. This paper elaborates on the implementation method of the fully automatic operation in-vehicle video linkage function based on the actual needs of the fully automatic operation scenario.

Keywords： fully automatic operation system; in-vehicle video; monitoring; linkage function

0" 引" 言

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過程自動(dòng)化的城市軌道交通系統(tǒng)，近年來，北京、上海、廣州、深圳等城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展迅速，越來越多的城市也在規(guī)劃全自動(dòng)運(yùn)行線路的建設(shè)[1]。城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的主要目標(biāo)在于進(jìn)一步提高城市軌道交通運(yùn)行系統(tǒng)的安全與效率，通過更加智能的運(yùn)營(yíng)服務(wù)提高自動(dòng)化水平，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高系統(tǒng)的可靠性、可用性、安全性，提升運(yùn)營(yíng)效率。以行車作為完善自動(dòng)控制功能的核心，通過深度互聯(lián)車輛、通信、信號(hào)、綜合監(jiān)控等多系統(tǒng)技術(shù)功能，大量替代人工操作，達(dá)到縮短人工操作的時(shí)間損耗，減少人員的重復(fù)性勞動(dòng)，降低人工操作的不穩(wěn)定因素。同時(shí)能夠在某些特定場(chǎng)景下，提高事故處置效率，更及時(shí)、準(zhǔn)確地提供信息給乘客，提升運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量。

軌道交通自動(dòng)化程度從GoA1至GoA4經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)間，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備創(chuàng)新，才逐漸達(dá)到了GoA4等級(jí)的完全自動(dòng)駕駛。在全自動(dòng)運(yùn)行模式下，列車安全移動(dòng)、列車駕駛、監(jiān)視進(jìn)路、乘客換乘以及其他運(yùn)營(yíng)狀態(tài)都是由各系統(tǒng)高度智能化、信息化集成的成果，通過控制中心調(diào)度達(dá)到自動(dòng)化的效果。因此，為了保證正常的運(yùn)營(yíng)需求和運(yùn)營(yíng)安全，控制中心調(diào)度必須清楚知道車輛本身機(jī)電系統(tǒng)、車載乘客服務(wù)系統(tǒng)、緊急情況響應(yīng)等原有人工駕駛模式下應(yīng)面對(duì)的各種狀況。車載綜合監(jiān)控視頻聯(lián)動(dòng)功能作為全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中的一部分，它如同調(diào)度員的感官，是調(diào)度人員及時(shí)獲取相關(guān)信息的重要途徑，對(duì)音像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性提出了更高要求[2]。因此，建設(shè)車載視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)輔助調(diào)度員決策，使其及時(shí)、高效地處置故障和應(yīng)對(duì)應(yīng)急場(chǎng)景有著重大意義[3]。本文針對(duì)深圳地鐵14號(hào)線全自動(dòng)運(yùn)行線路項(xiàng)目中車載視頻聯(lián)動(dòng)功能的建設(shè)進(jìn)行分析探討。

1" 功能需求分析

控制中心調(diào)度以車輛調(diào)、乘客調(diào)作為解決全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)期間車輛、乘客運(yùn)營(yíng)管理的核心，車輛調(diào)主要負(fù)責(zé)車輛主要設(shè)備報(bào)警、故障信息的采集和處理，乘客調(diào)主要負(fù)責(zé)與列車乘客的交流、疏導(dǎo)。車輛調(diào)、乘客調(diào)均可以通過預(yù)設(shè)配置、車載CCTV、車載信息監(jiān)控、故障報(bào)警聯(lián)動(dòng)等功能進(jìn)行列車在多種場(chǎng)景下的實(shí)時(shí)監(jiān)控和問題處理。

車載CCTV視頻監(jiān)控作為調(diào)度人員信息接收最直觀的呈現(xiàn)方式，通過聯(lián)動(dòng)其他信息反饋，讓調(diào)度人員在第一時(shí)間可以知道現(xiàn)場(chǎng)情況，并快速做出相應(yīng)的處理措施。因此，車載CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)場(chǎng)景中的重要一環(huán)，它在車廂人員監(jiān)控、站臺(tái)清客/疏散、乘客緊急報(bào)警、煙霧報(bào)警、門系統(tǒng)問題（緊急解鎖、狀態(tài)丟失、障礙物）、火災(zāi)報(bào)警、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等眾多運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中扮演著重要角色。因此，如何能夠快速、準(zhǔn)確地定位信息源，及時(shí)推送有效的報(bào)警信息，為調(diào)度人員提供最直觀的視頻依據(jù)，就需要選擇最適合的車載CCTV視頻聯(lián)動(dòng)功能技術(shù)設(shè)計(jì)方案。

2" 技術(shù)方案

2.1" 傳統(tǒng)技術(shù)方案

在傳統(tǒng)的地鐵基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control System， CBTC）線路中，車載綜合監(jiān)控視頻聯(lián)動(dòng)功能由車載CCTV系統(tǒng)接收來自車輛信息管理系統(tǒng)（TCMS）的報(bào)警關(guān)聯(lián)信息，推送對(duì)應(yīng)客室攝像頭的視頻畫面至司機(jī)臺(tái)CCTV顯示屏顯示，司機(jī)實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)畫面，對(duì)列車內(nèi)機(jī)電設(shè)備及相關(guān)緊急情況實(shí)時(shí)監(jiān)視，并匯報(bào)中心行車調(diào)度員后進(jìn)行相應(yīng)的行車調(diào)整。

視頻傳遞數(shù)據(jù)流如圖1所示。

圖1" 車載視頻傳遞數(shù)據(jù)流

視頻聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信息數(shù)據(jù)流如圖2所示。

圖2" 車載視頻傳遞數(shù)據(jù)流

2.2" 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)方案討論

深圳地鐵14號(hào)線全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景說明書[4]中定義了14類場(chǎng)景需要聯(lián)動(dòng)車載視頻圖像到控制中心（Operation Control Center， OCC）的系統(tǒng)建設(shè)需求，包括：車門緊急解鎖手柄處于請(qǐng)求位、車門緊急解鎖手柄處于解鎖位、緊急通話裝置激活、客室煙感探頭報(bào)警、被動(dòng)式障礙物探測(cè)頭檢測(cè)到障礙物、電氣柜門打開（客室電氣柜門、客室空調(diào)控制柜門、客室TCMS柜門）、滅火器被操作、主/副司機(jī)臺(tái)蓋板打開、車門異常（打開/關(guān)閉指令執(zhí)行失敗）、單個(gè)車門狀態(tài)丟失、車門檢測(cè)到障礙物、客室照明故障、遠(yuǎn)程緊急制動(dòng)施加、逃生門打開[5，6]。

在GoA4自動(dòng)化運(yùn)行情況下，深圳地鐵14號(hào)線在每個(gè)車站配置一名駐站司機(jī)[7]，當(dāng)出現(xiàn)上述14類場(chǎng)景之一時(shí)，駐站司機(jī)根據(jù)中心行車調(diào)度員的調(diào)令在車站站臺(tái)登乘列車進(jìn)行應(yīng)急處理。本線路列車采用8節(jié)編組A型列車，每節(jié)車廂配置4個(gè)攝像頭，用來對(duì)車廂內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該線路在設(shè)計(jì)階段對(duì)車載視頻聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信息數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)流[8]進(jìn)行了討論，主要有以下4種方案。

2.2.1" 車輛網(wǎng)關(guān)發(fā)送車輛狀態(tài)信息

方案設(shè)計(jì)思路：車輛TCMS將報(bào)警聯(lián)動(dòng)信息發(fā)送給車載控制器（VOBC），VOBC通過LTE車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警聯(lián)動(dòng)信息傳遞給ATS系統(tǒng)，ATS系統(tǒng)在控制中心將報(bào)警聯(lián)動(dòng)信息轉(zhuǎn)發(fā)給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，再由綜合監(jiān)控根據(jù)報(bào)警關(guān)聯(lián)信息向安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)動(dòng)調(diào)用命令，如圖3所示。

方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)：該方案需增加TCMS與VOBC接口、ATS與綜合監(jiān)控接口內(nèi)容，由于ATS、VOBC是傳輸行車控制相關(guān)數(shù)據(jù)，且VOBC為SIL4安全等級(jí)的系統(tǒng)，而車載視頻聯(lián)動(dòng)中如電器柜門打開等是非控制列車運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，采用此方式對(duì)接口改動(dòng)較大。

2.2.2" PIS向綜合監(jiān)控發(fā)送車輛狀態(tài)信息

方案設(shè)計(jì)思路：車輛TCMS將數(shù)據(jù)發(fā)送給車輛廣播系統(tǒng)，車輛廣播再將信息發(fā)送給車輛PIS/CCTV系統(tǒng)，通過WLAN落地之后，將信息發(fā)送給PIS系統(tǒng)，由PIS系統(tǒng)發(fā)送給綜合監(jiān)控，再由綜合監(jiān)控根據(jù)報(bào)警關(guān)聯(lián)信息向安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)動(dòng)調(diào)用命令，如圖4所示。

方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)：該方案涉及專業(yè)眾多，且接口類型不一致，需要各專業(yè)采用統(tǒng)一的以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議，通過WLAN傳輸存在較大的時(shí)延，且不便于后期的維護(hù)。

2.2.3" PIS向安防發(fā)送車輛狀態(tài)信息

方案設(shè)計(jì)思路：車輛TCMS將數(shù)據(jù)發(fā)送給車輛廣播系統(tǒng)，車輛廣播再將信息發(fā)送給車輛PIS/CCTV系統(tǒng)，通過WLAN傳輸?shù)街行模瑢⑿畔l(fā)送給PIS系統(tǒng)，再由PIS向安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)動(dòng)調(diào)用命令，如圖5所示。

方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)：該方案需要安防與PIS系統(tǒng)的接口增加視頻聯(lián)動(dòng)所需的14類報(bào)警信息傳輸，而對(duì)于安防專業(yè)而言，需要接收綜合監(jiān)控來自車站區(qū)域的視頻聯(lián)動(dòng)，接收PIS來自車上的視頻聯(lián)動(dòng)，不便于管理；而通過WLAN傳輸同樣存在較大的時(shí)延。

2.2.4" 車輛網(wǎng)關(guān)發(fā)送車輛狀態(tài)信息

方案設(shè)計(jì)思路：車輛TCMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過LTE落地之后，由信號(hào)系統(tǒng)的車輛網(wǎng)關(guān)發(fā)送給綜合監(jiān)控，再由綜合監(jiān)控根據(jù)報(bào)警關(guān)聯(lián)信息向安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)動(dòng)調(diào)用命令，如圖6所示。

車載視頻聯(lián)動(dòng)視頻流至中心視頻流，通過WLAN進(jìn)行傳輸，采用如圖7所示的方式。

2.3" 方案比選要素

2.3.1" 實(shí)時(shí)性、可靠性

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)車載視頻調(diào)用與乘客安全、乘客服務(wù)密切相關(guān)，雖然無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)在城市軌道交通車地?zé)o線通信方面有一定的成功經(jīng)驗(yàn)，但是通過對(duì)抗干擾能力、覆蓋范圍、通信質(zhì)量等多方面綜合考慮，LTE的實(shí)時(shí)性、可靠性高于WLAN的傳輸方式，決定采用LTE技術(shù)承載該無線通信傳輸通道。

2.3.2" 乘客調(diào)業(yè)務(wù)

乘客調(diào)在運(yùn)行基礎(chǔ)業(yè)務(wù)時(shí)需要列車報(bào)警信息，列車報(bào)警信息既要推送至乘客調(diào)并同時(shí)聯(lián)動(dòng)視頻畫面，合并此類故障信息，由綜合監(jiān)控根據(jù)聯(lián)動(dòng)規(guī)則將視頻調(diào)用命令發(fā)送至安防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)。

2.3.3" 視頻聯(lián)動(dòng)業(yè)務(wù)管理

由于車站區(qū)域的報(bào)警導(dǎo)致的視頻聯(lián)動(dòng)由綜合監(jiān)控根據(jù)聯(lián)動(dòng)規(guī)則發(fā)送調(diào)用指令至安防專業(yè)，同時(shí)基于預(yù)設(shè)的全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景，為保證有效的系統(tǒng)調(diào)度管控，多系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)高效性，以及保持接口統(tǒng)一、便于維護(hù)管理，車載視頻聯(lián)動(dòng)宜由綜合監(jiān)控進(jìn)行管理。

2.3.4" 可推廣性

根據(jù)已有的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)接口增強(qiáng)綜合監(jiān)控與安防的接口內(nèi)容，不涉及新增接口且不涉及安全系統(tǒng)接口的改變，無須增加用于傳輸故障的傳輸通道，選取應(yīng)用范圍較廣、可復(fù)制性、可推廣性較強(qiáng)的方案以便于降低升級(jí)維護(hù)成本。

鑒于以上4點(diǎn)，選取車輛網(wǎng)關(guān)發(fā)送車輛狀態(tài)信息方案能夠最大程度上貼合該新建線路要求，實(shí)現(xiàn)車載視頻聯(lián)動(dòng)功能。

3" 方案運(yùn)用

視頻聯(lián)動(dòng)分為自動(dòng)聯(lián)動(dòng)和半自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)由綜合監(jiān)控接收處理接口系統(tǒng)的報(bào)警/狀態(tài)觸發(fā)點(diǎn)，然后自動(dòng)發(fā)送相關(guān)的控制命令到綜合安防系統(tǒng)而無須人員干涉。半自動(dòng)聯(lián)動(dòng)則是當(dāng)與預(yù)定義的聯(lián)動(dòng)功能相關(guān)的報(bào)警點(diǎn)觸發(fā)動(dòng)作后，將在HMI上發(fā)出報(bào)警聯(lián)動(dòng)信息提示操作員，操作員確認(rèn)后，綜合監(jiān)控自動(dòng)向綜合安防發(fā)出控制指令。

在綜合監(jiān)控工作站設(shè)置手自動(dòng)切換界面，可針對(duì)不同的崗位設(shè)置視頻聯(lián)動(dòng)的手自動(dòng)切換功能，當(dāng)處于手動(dòng)位時(shí)，需要調(diào)度人員點(diǎn)擊確認(rèn)之后才進(jìn)行相關(guān)聯(lián)動(dòng)；當(dāng)處于自動(dòng)位時(shí)，將自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)聯(lián)動(dòng)[9，10]。以此實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)的自動(dòng)、半自動(dòng)聯(lián)動(dòng)功能。視頻聯(lián)動(dòng)應(yīng)用示意圖如圖8所示。

當(dāng)14類告警發(fā)生后，由車輛將故障告警通過LTE發(fā)送至車輛網(wǎng)關(guān)，由車輛網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)至綜合監(jiān)控，綜合監(jiān)控向安防系統(tǒng)發(fā)生視頻聯(lián)動(dòng)調(diào)用命令和告警觸發(fā)事件ID，安防系統(tǒng)在接收到綜合監(jiān)控發(fā)送的視頻聯(lián)動(dòng)調(diào)用命令和告警觸發(fā)事件ID后，在安防工作站視頻聯(lián)動(dòng)模塊顯示對(duì)應(yīng)的攝像頭畫面，并在顯示器下方顯示對(duì)應(yīng)的告警事件，安防系統(tǒng)的視頻聯(lián)動(dòng)模塊固定采用四畫面顯示，當(dāng)有新的告警聯(lián)動(dòng)時(shí)，依次在第二、三、四畫面進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，后續(xù)若產(chǎn)生新的聯(lián)動(dòng)，則覆蓋第一個(gè)視頻聯(lián)動(dòng)畫面，以此類推。同時(shí)安防根據(jù)綜合監(jiān)控發(fā)送的告警觸發(fā)事件ID在人機(jī)界面顯示對(duì)應(yīng)的視頻聯(lián)動(dòng)告警信息。

以FAM模式下緊急通話裝置被激活為例，當(dāng)乘客出發(fā)客室內(nèi)的緊急通話裝置后，客室廣播主機(jī)經(jīng)過車輛以太網(wǎng)發(fā)送到司機(jī)室廣播主機(jī)，司機(jī)室廣播主機(jī)發(fā)送到車載臺(tái)主機(jī)，車載臺(tái)主機(jī)通過LTE通道與地面服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)乘客與中心調(diào)度臺(tái)進(jìn)行正常通話；當(dāng)乘客觸發(fā)緊急通話裝置時(shí)，控制中心無線調(diào)度臺(tái)為乘客調(diào)提供報(bào)警，乘客調(diào)在無線調(diào)度臺(tái)確認(rèn)后建立通話，車載CCTV自動(dòng)推送緊急通話裝置對(duì)應(yīng)的攝像頭視頻畫面至中心乘客調(diào)、車輛調(diào)CCTV監(jiān)控器，在緊急通話掛斷后，無線調(diào)度臺(tái)、車輛調(diào)、乘客調(diào)工作站顯示狀態(tài)恢復(fù)，攝像頭視頻畫面恢復(fù)正常監(jiān)控。同時(shí)該場(chǎng)景預(yù)設(shè)也包括多個(gè)緊急通話裝置被激活的情況，該情況下乘客調(diào)可以選擇一列車接通某一路乘客呼叫，通話完成后切斷本路通話，還可以繼續(xù)接通其他路通話。緊急通話場(chǎng)景功能需求表如表1所示。

4" 結(jié)" 論

地鐵全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中，控制中心新增車輛調(diào)、乘客調(diào)崗位用于列車服務(wù)，列車行駛過程產(chǎn)生的報(bào)警關(guān)聯(lián)的車載視頻聯(lián)動(dòng)功能由原本在列車司機(jī)臺(tái)CCTV顯示屏顯示轉(zhuǎn)變?yōu)樵诳刂浦行恼{(diào)度員安防工作站顯示。深圳地鐵14號(hào)線采用由信號(hào)系統(tǒng)向綜合監(jiān)控轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)警信息，綜合監(jiān)控向安防系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)動(dòng)命令的方式實(shí)現(xiàn)車載視頻聯(lián)動(dòng)功能，經(jīng)過試運(yùn)行和試運(yùn)營(yíng)考驗(yàn)，目前系統(tǒng)運(yùn)行良好，能夠較好地協(xié)助控制中心調(diào)度人員實(shí)時(shí)監(jiān)控列車運(yùn)行狀態(tài)，能夠有效地協(xié)助控制中心調(diào)度人員實(shí)時(shí)處理報(bào)警聯(lián)動(dòng)信息，為該線路的正常運(yùn)營(yíng)提供了重要保障。

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作者簡(jiǎn)介：鐘杰（1982—），男，漢族，四川隆昌人，高級(jí)工程師，碩士研究生導(dǎo)師，碩士，研究方向：城市軌道交通工程；梁琦（1989—），男，漢族，河北石家莊人，工程師，碩士，研究方向：城市軌道交通車輛。