摘 要： 回顧了國內(nèi)外城市軌道交通行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究狀況。介紹了行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)特點(diǎn)、系統(tǒng)功能情況。研究了列車自動(dòng)監(jiān)督控制系統(tǒng)ATS與綜合監(jiān)控系統(tǒng)信息深度融合的方案，實(shí)現(xiàn)了城市軌道交通信息系統(tǒng)中多專業(yè)協(xié)同工作。
關(guān)鍵詞： 行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)TIAS；列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；聯(lián)動(dòng)
0 引言
列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）作為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，承擔(dān)列車運(yùn)行監(jiān)視和調(diào)度管理的職責(zé)，是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)行車指揮控制、列車運(yùn)行監(jiān)視和管理技術(shù)的總稱[1]。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)是對城市軌道交通線路中所有電力和機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的分層分布式計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)，其包含了內(nèi)部的集成子系統(tǒng)，并與其他專業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)城市軌道交通高效運(yùn)營[2]。
軌道交通運(yùn)營體系包含的控制和監(jiān)視系統(tǒng)有電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、屏蔽門/安全門系統(tǒng)（PSD）、門禁系統(tǒng)（ACS）、列車監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、廣播系統(tǒng)（PA）、無線通信系統(tǒng)（RC）、時(shí)鐘系統(tǒng)（CLK）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）以及旅客信息系統(tǒng)（PIS）等[3]。
由于受不同專業(yè)技術(shù)發(fā)展水平的限制，我國以往的城市軌道交通綜合監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)中，ATS系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)相對獨(dú)立，都各自采用獨(dú)立的軟硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各自的功能，僅通過在控制中心互聯(lián)的方式交互少量數(shù)據(jù)，在信息共享方面存在嚴(yán)重不足，不能通過統(tǒng)一的人機(jī)界面對整條線路的運(yùn)營情況進(jìn)行監(jiān)控；系統(tǒng)存在著資源重復(fù)配置、信息交換不便及建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)費(fèi)用較高等缺點(diǎn)；聯(lián)動(dòng)功能和多專業(yè)協(xié)調(diào)運(yùn)營難以充分發(fā)揮作用，影響了應(yīng)對突發(fā)事件的處理能力和反應(yīng)速度。因此，有必要將兩套監(jiān)控系統(tǒng)合二為一，搭建一套以行車指揮為核心的綜合自動(dòng)化平臺(tái)，在統(tǒng)一的平臺(tái)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對全線列車、機(jī)電設(shè)備、電力設(shè)備及乘客信息等的監(jiān)控，建立高效的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，從而幫助運(yùn)營人員快速處理各種突發(fā)事件，提高運(yùn)營管理水平。更好地保障城市軌道交通運(yùn)輸?shù)陌踩⒏咝Ш褪孢m。
1 國內(nèi)外研究進(jìn)展
國內(nèi)外對行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究主要分為兩種方案：一種是以綜合監(jiān)控電調(diào)和環(huán)調(diào)為中心兼容行車指揮調(diào)度系統(tǒng)功能，目前在國內(nèi)普遍使用，如北京5號(hào)線、10號(hào)線，上海10號(hào)線，廣州3號(hào)線、4號(hào)線等。但是，該方案沒有將地鐵運(yùn)行中最重要的環(huán)節(jié)“行車調(diào)度指揮”真正集成，使得綜合自動(dòng)化系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能難以充分發(fā)揮其作用，從而未能最大程度提高城市軌道交通運(yùn)營指揮的效率[3]。
另一種是以行車指揮為核心的兼容電調(diào)、環(huán)調(diào)功能的行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（TIAS），國外一些國家對該類系統(tǒng)的研究起步較早，法國、日本、美國、德國等國家在上世紀(jì)80年代已開始規(guī)劃、研究該類系統(tǒng)，至今已經(jīng)形成了包括行車調(diào)度指揮的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。法國阿爾斯通公司、法國泰雷茲公司、德國西門子公司、美國通用電氣公司、日本日立公司均有自己的以行車指揮為核心的城市軌道交通綜合自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品[4]。
目前國內(nèi)主流的綜合監(jiān)控系統(tǒng)均以適度集成模式（即以電調(diào)、環(huán)調(diào)為中心）進(jìn)行建設(shè)，這種模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通建設(shè)中的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了各系統(tǒng)的操作界面在一定程度上的簡化，以及供電系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)在一定程度上的順序控制及聯(lián)動(dòng)控制。但是，該種方案的綜合監(jiān)控系統(tǒng)對城市軌道交通運(yùn)行中核心的列車運(yùn)行狀態(tài)沒有進(jìn)行監(jiān)控，沒有將ATS系統(tǒng)與綜合監(jiān)控各系統(tǒng)信息深度融合。這就使得無法全面實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)控制和應(yīng)急指揮，不能最大程度地提高城市軌道交通運(yùn)營指揮的效率。
2 研究目的和意義
信號(hào)系統(tǒng)是城市軌道交通的中樞，是列車安全運(yùn)行的保障。雖然目前在國內(nèi)建設(shè)全集成化、深度信息融合化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)尚存在風(fēng)險(xiǎn)，然而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，城市軌道交通運(yùn)營指揮的高度自動(dòng)化是城市軌道交通建設(shè)發(fā)展的必然趨勢，也是城市軌道交通提高運(yùn)營管理水平和實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的必然需要。只有將行車調(diào)度指揮系統(tǒng)與現(xiàn)有的以電調(diào)、環(huán)調(diào)為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)融合，形成以行車指揮為核心的城市軌道交通行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，才能在城市軌道交通運(yùn)營中更好地發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，真正做到行車、設(shè)備、乘客和環(huán)境的綜合智能化管理。行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（TIAS）提高了ATS系統(tǒng)和綜合監(jiān)控各系統(tǒng)間的整合程度，實(shí)現(xiàn)資源共享，信息互通。因此，該系統(tǒng)的實(shí)施必然會(huì)在一定程度上降低系統(tǒng)的建設(shè)成本及運(yùn)營維護(hù)成本。
隨著國內(nèi)城市軌道交通的高速發(fā)展，特別是大城市的軌道交通運(yùn)營呈現(xiàn)高密度、大客流的特點(diǎn)。實(shí)踐證明，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件（特大火災(zāi)、水災(zāi)、反恐等），要求在極短的時(shí)間內(nèi)做出正確的判斷，并采用適當(dāng)?shù)膽?yīng)急預(yù)案，因此以行車指揮為核心的行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的需求便顯得尤為迫切。
TIAS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)ATS系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的深度融合，通過多專業(yè)信息互通、跨專業(yè)聯(lián)動(dòng)控制，不僅能大幅提升軌道交通運(yùn)營效率，降低運(yùn)營和維護(hù)成本，同時(shí)能夠提高軌道交通運(yùn)營體系對突發(fā)事件、災(zāi)害事件的應(yīng)急處理能力，為軌道交通的安全、舒適、快速運(yùn)營提供有力的保障。
3 系統(tǒng)技術(shù)方案
3.1 系統(tǒng)簡介
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（TIAS）是將傳統(tǒng)信號(hào)系統(tǒng)中列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）進(jìn)行技術(shù)與信息的高度融合，以行車指揮為核心，將列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、屏蔽門/安全門系統(tǒng)（PSD）、門禁系統(tǒng)（ACS）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、廣播系統(tǒng)（PA）、無線通信系統(tǒng)（RC）、時(shí)鐘系統(tǒng)（CLK）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、旅客信息系統(tǒng)（PIS）等納入統(tǒng)一的綜合信息處理平臺(tái)，采用統(tǒng)一的人機(jī)界面使各系統(tǒng)信息深度結(jié)合，并依托綜合信息處理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對車、機(jī)、電的統(tǒng)一監(jiān)控，并對出現(xiàn)的應(yīng)急情況給出及時(shí)的處理決策。
3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采取熱備冗余和易擴(kuò)展的原則設(shè)計(jì)，根據(jù)用戶的實(shí)際需求，軟件功能靈活配置，部署到不同的機(jī)器。行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要由中心級(jí)系統(tǒng)、車站/車輛段級(jí)系統(tǒng)、維護(hù)管理系統(tǒng)和仿真培訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。
中心級(jí)系統(tǒng)主要位于運(yùn)營控制中心，運(yùn)營控制中心采用兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成雙局域網(wǎng)，控制中心的所有設(shè)備連接到該局域網(wǎng)，然后與TIAS系統(tǒng)互聯(lián)的各系統(tǒng)通過獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)接口與互聯(lián)通信服務(wù)器連接。為保證TIAS系統(tǒng)的安全性，與TIAS系統(tǒng)互聯(lián)的各系統(tǒng)通過防火墻接入TIAS系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)中心調(diào)度員對全線的監(jiān)控。
車站級(jí)/車輛段級(jí)系統(tǒng)主要位于各個(gè)車站，用于車站值班員實(shí)現(xiàn)站控時(shí)對車站的監(jiān)控。
維護(hù)管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和程序運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督、記錄和報(bào)警。系統(tǒng)用圖像化的方式向用戶展示設(shè)備故障狀況和異常定位情況，同時(shí)對設(shè)備故障原因和維護(hù)信息進(jìn)行分析，給出故障原因和維護(hù)管理建議。
仿真培訓(xùn)系統(tǒng)一般部署在運(yùn)營控制中心，主要用于在離線情況下對全線工作人員進(jìn)行培訓(xùn)。同時(shí)，為TIAS系統(tǒng)的室內(nèi)集成測試提供測試環(huán)境和各系統(tǒng)的功能模擬。
3.3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
3.3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)
?。?）統(tǒng)一的軟硬件平臺(tái)
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以ATS系統(tǒng)的軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)PSCADA、BAS、FAS、PIS和PA等不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能，由一系列服務(wù)器和工作站軟件功能模塊組成，不同的業(yè)務(wù)功能遵從統(tǒng)一的平臺(tái)協(xié)議。
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用統(tǒng)一的實(shí)時(shí)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫歷史服務(wù)器，用于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。中心級(jí)系統(tǒng)和車站級(jí)系統(tǒng)采用統(tǒng)一的人機(jī)界面，用于信號(hào)、電力、機(jī)電設(shè)備和乘客信息的監(jiān)控。
?。?）綜合的運(yùn)營行車指揮管理
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將傳統(tǒng)ATS功能與PSCADA、FAS、BAS、PIS和PA等系統(tǒng)功能融合在同一個(gè)軟硬件平臺(tái)上，能夠提供具備各融合系統(tǒng)功能的綜合的運(yùn)營指揮管理平臺(tái)。根據(jù)運(yùn)營需要可靈活部署各業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能。
?。?）安全隔離的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用統(tǒng)一的以太網(wǎng)方案，通過專用的通信互聯(lián)服務(wù)器和防火墻設(shè)備實(shí)現(xiàn)PSCADA、BAS、FAS、PIS和PA等業(yè)務(wù)系統(tǒng)與聯(lián)鎖CI、區(qū)域控制器ZC和車載ATP/ATO等信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)，既保證了整個(gè)系統(tǒng)的信息融合性，又實(shí)現(xiàn)了綜合監(jiān)控系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)的安全隔離。
?。?）綜合的運(yùn)行維護(hù)管理
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將信號(hào)系統(tǒng)和綜合監(jiān)控中的維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行信息融合。統(tǒng)一對整個(gè)行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和程序運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，給出實(shí)時(shí)的報(bào)警和提示信息，并針對設(shè)備故障原因進(jìn)行分析，方便系統(tǒng)維護(hù)和故障處理。
3.3.2 系統(tǒng)功能
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)除具備傳統(tǒng)的列車自動(dòng)監(jiān)控功能、電力監(jiān)控功能、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控功能外，還應(yīng)具備多專業(yè)信息融合功能、多專業(yè)聯(lián)動(dòng)功能。
（1）綜合調(diào)度界面顯示功能
綜合調(diào)度人機(jī)界面采用統(tǒng)一的圖形用戶界面，各專業(yè)除完成本專業(yè)的功能外，還提供監(jiān)視其他專業(yè)的信息。在行調(diào)工作站上，不僅具備傳統(tǒng)ATS系統(tǒng)功能，系統(tǒng)還提供電力區(qū)段狀態(tài)、隧道風(fēng)機(jī)狀態(tài)、區(qū)間和車站通風(fēng)狀態(tài)、電梯設(shè)備狀態(tài)、火災(zāi)報(bào)警和客流信息顯示功能；電調(diào)工作站能夠查看行車位置，實(shí)時(shí)顯示接觸軌上負(fù)載的列車信息，當(dāng)線路中某段接觸軌的電力負(fù)載接近超限時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信息；環(huán)控調(diào)度工作站上，可以提供具體某站、某區(qū)間列車運(yùn)行信息，當(dāng)檢測到事件發(fā)生時(shí)（如發(fā)生火災(zāi)），系統(tǒng)可迅速查看指定火警點(diǎn)相關(guān)車站的行車信息，從而為火災(zāi)聯(lián)動(dòng)提供相關(guān)的決策信息。
?。?）列車操作控制功能
行車調(diào)度員工作站系統(tǒng)界面提供編輯下達(dá)車載命令、指定列車無線呼叫、編輯發(fā)布列車PIS信息和編輯發(fā)布列車PA信息等功能。
（3）多專業(yè)綜合控制功能
行車調(diào)度員工作站系統(tǒng)界面不僅提供供電區(qū)段上電/斷電的人工操作功能，同時(shí)為了方便調(diào)度員查看各系統(tǒng)詳細(xì)信息，系統(tǒng)還提供界面切換功能。提供供電系統(tǒng)界面切換、隧道風(fēng)機(jī)界面切換、電梯系統(tǒng)界面切換、CCTV系統(tǒng)界面切換、FAS界面切換、AFC界面切換、PIS系統(tǒng)界面切換、PA系統(tǒng)界面切換和安全門系統(tǒng)界面切換等功能，可將主界面從站場圖界面切換至其他系統(tǒng)界面；電調(diào)工作站當(dāng)需要查看更詳細(xì)的列車位置時(shí)，可以調(diào)出站場圖的界面，從而方便各專業(yè)協(xié)同工作。
（4）多專業(yè)聯(lián)動(dòng)功能
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為提供友好的人機(jī)交互和滿足不同應(yīng)用需求，可提供全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種聯(lián)動(dòng)方式。全自動(dòng)聯(lián)動(dòng)指TIAS系統(tǒng)判斷滿足報(bào)警聯(lián)動(dòng)觸發(fā)點(diǎn)后，自動(dòng)發(fā)送相應(yīng)的控制命令到需要聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)；半自動(dòng)聯(lián)動(dòng)指當(dāng)TIAS系統(tǒng)判斷滿足報(bào)警聯(lián)動(dòng)觸發(fā)動(dòng)作后，將在人機(jī)界面上提示調(diào)度員，待調(diào)度員確認(rèn)后，TIAS系統(tǒng)才發(fā)出聯(lián)動(dòng)控制指令；手動(dòng)聯(lián)動(dòng)指調(diào)度員人工選擇一組涉及多個(gè)系統(tǒng)的順序控制序列，系統(tǒng)自動(dòng)按照順序和閉鎖條件向不同的系統(tǒng)發(fā)布指令。本文僅對TIAS系統(tǒng)主要聯(lián)動(dòng)功能進(jìn)行描述。
根據(jù)列車運(yùn)行時(shí)刻表啟動(dòng)早間運(yùn)營模式和晚間停運(yùn)模式：根據(jù)列車運(yùn)行時(shí)刻表中首輛車到站時(shí)間和正線實(shí)際運(yùn)營情況，提前執(zhí)行BAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV等系統(tǒng)的早間運(yùn)營聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)觸發(fā)各系統(tǒng)開啟；根據(jù)列車運(yùn)行時(shí)刻表中末輛車離站時(shí)間和正線實(shí)際運(yùn)營情況，執(zhí)行BAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV等系統(tǒng)的晚間停運(yùn)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)觸發(fā)各系統(tǒng)停止，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，提高了運(yùn)營效率，降低了運(yùn)營成本。
當(dāng)站臺(tái)起火時(shí)，由FAS系統(tǒng)觸發(fā)，執(zhí)行車站的災(zāi)害模式聯(lián)動(dòng)，系統(tǒng)根據(jù)火災(zāi)發(fā)生車站，提示調(diào)度員該站跳停，禁止在該站上下客；同時(shí)系統(tǒng)執(zhí)行相鄰車站的上下行車站扣車命令。
隧道阻塞情況下，TIAS系統(tǒng)檢測到列車區(qū)間阻塞，提示調(diào)度員觸發(fā)聯(lián)動(dòng)，迅速啟動(dòng)隧道通風(fēng)模式，系統(tǒng)根據(jù)事發(fā)區(qū)段，自動(dòng)計(jì)算出扣車車站范圍，提示調(diào)度員對相關(guān)車站執(zhí)行扣車命令，防止造成更大的阻塞。
TIAS系統(tǒng)通過各專業(yè)信息的深度融合和共享，實(shí)現(xiàn)了列車、電力、環(huán)境設(shè)備和乘客等的聯(lián)動(dòng)控制，使各專業(yè)系統(tǒng)協(xié)同動(dòng)作，簡化了事件處理流程，提高了運(yùn)營人員對突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力和安全運(yùn)營管理效率。
4 結(jié)論
行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)各專業(yè)信息深度融合，給多專業(yè)聯(lián)動(dòng)、協(xié)調(diào)處理突發(fā)事件提供了基礎(chǔ)，提高了軌道交通運(yùn)營人員的應(yīng)急處理能力和運(yùn)營管理水平。然而，該類系統(tǒng)在國內(nèi)建設(shè)的先例很少，且信息融合程度不同，隨著實(shí)踐情況還要不斷地進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)，對城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，各條線路間互聯(lián)互通信息共享，保證各條線路安全運(yùn)營、協(xié)調(diào)工作，從而實(shí)現(xiàn)多條線路的綜合自動(dòng)化，以及對多信息系統(tǒng)互聯(lián)產(chǎn)生的信息安全問題的研究，還需要多方的努力。
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