于運濤

（中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所，北京 100083）

城市軌道交通行車綜合自動化系統(tǒng)研究

于運濤

（中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所，北京 100083）

回顧了國內(nèi)外城市軌道交通行車綜合自動化系統(tǒng)的研究狀況。介紹了行車綜合自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)特點、系統(tǒng)功能情況。研究了列車自動監(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，實現(xiàn)了城市軌道交通信息系統(tǒng)中多專業(yè)協(xié)同工作。

行車綜合自動化系統(tǒng)TIAS；列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；聯(lián)動

0　引言

列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）作為城市軌道交通信號系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，承擔列車運行監(jiān)視和調(diào)度管理的職責，是自動實現(xiàn)行車指揮控制、列車運行監(jiān)視和管理技術的總稱［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電設備進行監(jiān)控的分層分布式計算機集成系統(tǒng)，其包含了內(nèi)部的集成子系統(tǒng)，并與其他專業(yè)自動化系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)信息共享，促進城市軌道交通高效運營［2］。

軌道交通運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）、火災報警系統(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）、時鐘系統(tǒng)（CLK）、自動售檢票系統(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)控自動化系統(tǒng)中，ATS系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立，都各自采用獨立的軟硬件平臺實現(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重不足，不能通過統(tǒng)一的人機界面對整條線路的運營情況進行監(jiān)控；系統(tǒng)存在著資源重復配置、信息交換不便及建設、運營、維護費用較高等缺點；聯(lián)動功能和多專業(yè)協(xié)調(diào)運營難以充分發(fā)揮作用，影響了應對突發(fā)事件的處理能力和反應速度。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化平臺，在統(tǒng)一的平臺內(nèi)實現(xiàn)對全線列車、機電設備、電力設備及乘客信息等的監(jiān)控，建立高效的聯(lián)動機制，從而幫助運營人員快速處理各種突發(fā)事件，提高運營管理水平。更好地保障城市軌道交通運輸?shù)陌踩?、高效和舒適。

1　國內(nèi)外研究進展

國內(nèi)外對行車綜合自動化系統(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號線、10號線，上海10號線，廣州3號線、4號線等。但是，該方案沒有將地鐵運行中最重要的環(huán)節(jié)“行車調(diào)度指揮”真正集成，使得綜合自動化系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)聯(lián)動功能難以充分發(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）進行建設，這種模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通建設中的運用，實現(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)對城市軌道交通運行中核心的列車運行狀態(tài)沒有進行監(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現(xiàn)各系統(tǒng)之間的聯(lián)動控制和應急指揮，不能最大程度地提高城市軌道交通運營指揮的效率。

2　研究目的和意義

信號系統(tǒng)是城市軌道交通的中樞，是列車安全運行的保障。雖然目前在國內(nèi)建設全集成化、深度信息融合化的綜合自動化系統(tǒng)尚存在風險，然而隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，城市軌道交通運營指揮的高度自動化是城市軌道交通建設發(fā)展的必然趨勢，也是城市軌道交通提高運營管理水平和實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡化的必然需要。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化系統(tǒng)，才能在城市軌道交通運營中更好地發(fā)揮計算機技術、網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢，真正做到行車、設備、乘客和環(huán)境的綜合智能化管理。行車綜合自動化系統(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，實現(xiàn)資源共享，信息互通。因此，該系統(tǒng)的實施必然會在一定程度上降低系統(tǒng)的建設成本及運營維護成本。

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營呈現(xiàn)高密度、大客流的特點。實踐證明，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件（特大火災、水災、反恐等），要求在極短的時間內(nèi)做出正確的判斷，并采用適當?shù)膽鳖A案，因此以行車指揮為核心的行車綜合自動化系統(tǒng)的需求便顯得尤為迫切。

TIAS系統(tǒng)可以實現(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)動控制，不僅能大幅提升軌道交通運營效率，降低運營和維護成本，同時能夠提高軌道交通運營體系對突發(fā)事件、災害事件的應急處理能力，為軌道交通的安全、舒適、快速運營提供有力的保障。

3　系統(tǒng)技術方案

3.1系統(tǒng)簡介

行車綜合自動化系統(tǒng)（TIAS）是將傳統(tǒng)信號系統(tǒng)中列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）進行技術與信息的高度融合，以行車指揮為核心，將列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）、環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、屏蔽門/安全門系統(tǒng)（PSD）、門禁系統(tǒng)（ACS）、火災報警系統(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）、時鐘系統(tǒng)（CLK）、自動售檢票系統(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，采用統(tǒng)一的人機界面使各系統(tǒng)信息深度結(jié)合，并依托綜合信息處理平臺實現(xiàn)對車、機、電的統(tǒng)一監(jiān)控，并對出現(xiàn)的應急情況給出及時的處理決策。

3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

行車綜合自動化系統(tǒng)采取熱備冗余和易擴展的原則設計，根據(jù)用戶的實際需求，軟件功能靈活配置，部署到不同的機器。行車綜合自動化系統(tǒng)主要由中心級系統(tǒng)、車站/車輛段級系統(tǒng)、維護管理系統(tǒng)和仿真培訓系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

中心級系統(tǒng)主要位于運營控制中心，運營控制中心采用兩臺網(wǎng)絡交換機組成雙局域網(wǎng)，控制中心的所有設備連接到該局域網(wǎng)，然后與TIAS系統(tǒng)互聯(lián)的各系統(tǒng)通過獨立的網(wǎng)絡接口與互聯(lián)通信服務器連接。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)。實現(xiàn)中心調(diào)度員對全線的監(jiān)控。

車站級/車輛段級系統(tǒng)主要位于各個車站，用于車站值班員實現(xiàn)站控時對車站的監(jiān)控。

維護管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)對系統(tǒng)設備狀態(tài)、網(wǎng)絡狀態(tài)和程序運行狀態(tài)等進行實時監(jiān)督、記錄和報警。系統(tǒng)用圖像化的方式向用戶展示設備故障狀況和異常定位情況，同時對設備故障原因和維護信息進行分析，給出故障原因和維護管理建議。

仿真培訓系統(tǒng)一般部署在運營控制中心，主要用于在離線情況下對全線工作人員進行培訓。同時，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)功能實現(xiàn)

3.3.1系統(tǒng)特點

（1）統(tǒng)一的軟硬件平臺

行車綜合自動化系統(tǒng)以ATS系統(tǒng)的軟件平臺為基礎，實現(xiàn)PSCADA、BAS、FAS、PIS和PA等不同的業(yè)務應用功能，由一系列服務器和工作站軟件功能模塊組成，不同的業(yè)務功能遵從統(tǒng)一的平臺協(xié)議。

行車綜合自動化系統(tǒng)采用統(tǒng)一的實時服務器和數(shù)據(jù)庫歷史服務器，用于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲和處理。中心級系統(tǒng)和車站級系統(tǒng)采用統(tǒng)一的人機界面，用于信號、電力、機電設備和乘客信息的監(jiān)控。

（2）綜合的運營行車指揮管理

行車綜合自動化系統(tǒng)將傳統(tǒng)ATS功能與PSCADA、FAS、BAS、PIS和PA等系統(tǒng)功能融合在同一個軟硬件平臺上，能夠提供具備各融合系統(tǒng)功能的綜合的運營指揮管理平臺。根據(jù)運營需要可靈活部署各業(yè)務系統(tǒng)功能。

（3）安全隔離的網(wǎng)絡系統(tǒng)

行車綜合自動化系統(tǒng)采用統(tǒng)一的以太網(wǎng)方案，通過專用的通信互聯(lián)服務器和防火墻設備實現(xiàn)PSCADA、BAS、FAS、PIS和PA等業(yè)務系統(tǒng)與聯(lián)鎖CI、區(qū)域控制器ZC和車載ATP/ATO等信號系統(tǒng)互聯(lián)，既保證了整個系統(tǒng)的信息融合性，又實現(xiàn)了綜合監(jiān)控系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的安全隔離。

（4）綜合的運行維護管理

行車綜合自動化系統(tǒng)將信號系統(tǒng)和綜合監(jiān)控中的維護系統(tǒng)進行信息融合。統(tǒng)一對整個行車綜合自動化系統(tǒng)的設備狀態(tài)、網(wǎng)絡狀態(tài)和程序運行狀態(tài)進行監(jiān)視，給出實時的報警和提示信息，并針對設備故障原因進行分析，方便系統(tǒng)維護和故障處理。

3.3.2系統(tǒng)功能

行車綜合自動化系統(tǒng)除具備傳統(tǒng)的列車自動監(jiān)控功能、電力監(jiān)控功能、環(huán)境與設備監(jiān)控功能外，還應具備多專業(yè)信息融合功能、多專業(yè)聯(lián)動功能。

（1）綜合調(diào)度界面顯示功能

綜合調(diào)度人機界面采用統(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)、隧道風機狀態(tài)、區(qū)間和車站通風狀態(tài)、電梯設備狀態(tài)、火災報警和客流信息顯示功能；電調(diào)工作站能夠查看行車位置，實時顯示接觸軌上負載的列車信息，當線路中某段接觸軌的電力負載接近超限時，能發(fā)出報警信息；環(huán)控調(diào)度工作站上，可以提供具體某站、某區(qū)間列車運行信息，當檢測到事件發(fā)生時（如發(fā)生火災），系統(tǒng)可迅速查看指定火警點相關車站的行車信息，從而為火災聯(lián)動提供相關的決策信息。

（2）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，同時為了方便調(diào)度員查看各系統(tǒng)詳細信息，系統(tǒng)還提供界面切換功能。提供供電系統(tǒng)界面切換、隧道風機界面切換、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)工作站當需要查看更詳細的列車位置時，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)動功能

行車綜合自動化系統(tǒng)為提供友好的人機交互和滿足不同應用需求，可提供全自動、半自動和手動三種聯(lián)動方式。全自動聯(lián)動指TIAS系統(tǒng)判斷滿足報警聯(lián)動觸發(fā)點后，自動發(fā)送相應的控制命令到需要聯(lián)動的系統(tǒng)；半自動聯(lián)動指當TIAS系統(tǒng)判斷滿足報警聯(lián)動觸發(fā)動作后，將在人機界面上提示調(diào)度員，待調(diào)度員確認后，TIAS系統(tǒng)才發(fā)出聯(lián)動控制指令；手動聯(lián)動指調(diào)度員人工選擇一組涉及多個系統(tǒng)的順序控制序列，系統(tǒng)自動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)動功能進行描述。

根據(jù)列車運行時刻表啟動早間運營模式和晚間停運模式：根據(jù)列車運行時刻表中首輛車到站時間和正線實際運營情況，提前執(zhí)行BAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV等系統(tǒng)的早間運營聯(lián)動，自動觸發(fā)各系統(tǒng)開啟；根據(jù)列車運行時刻表中末輛車離站時間和正線實際運營情況，執(zhí)行BAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV等系統(tǒng)的晚間停運聯(lián)動，自動觸發(fā)各系統(tǒng)停止，從而實現(xiàn)節(jié)能控制，提高了運營效率，降低了運營成本。

當站臺起火時，由FAS系統(tǒng)觸發(fā)，執(zhí)行車站的災害模式聯(lián)動，系統(tǒng)根據(jù)火災發(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，迅速啟動隧道通風模式，系統(tǒng)根據(jù)事發(fā)區(qū)段，自動計算出扣車車站范圍，提示調(diào)度員對相關車站執(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，實現(xiàn)了列車、電力、環(huán)境設備和乘客等的聯(lián)動控制，使各專業(yè)系統(tǒng)協(xié)同動作，簡化了事件處理流程，提高了運營人員對突發(fā)事件的應急處理能力和安全運營管理效率。

4結(jié)論

行車綜合自動化系統(tǒng)各專業(yè)信息深度融合，給多專業(yè)聯(lián)動、協(xié)調(diào)處理突發(fā)事件提供了基礎，提高了軌道交通運營人員的應急處理能力和運營管理水平。然而，該類系統(tǒng)在國內(nèi)建設的先例很少，且信息融合程度不同，隨著實踐情況還要不斷地進行改進。同時，對城市軌道

交通網(wǎng)絡化發(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營、協(xié)調(diào)工作，從而實現(xiàn)多條線路的綜合自動化，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。

［1］中國國家標準化管理委員會.GB/T 12758-2004城市軌道交通信號系統(tǒng)［S］.北京：中國標準出版社，2004.

［2］北京城建設計研究總院.GB50157-2003地鐵設計規(guī)范［S］．北京：中國計劃出版社，2003．

［3］中華人民共和國工業(yè)和信息化部.GB50636-2010城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范［S］．北京：中國計劃出版社，2011．

［4］周庭梁，孫軍峰，孫春榮.談以行車指揮為核心的城軌交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2009（3）：14-15.

Research of traffic control integrated automation system in urban rail transit

Yu Yuntao

（The 6th Research Institute of China Electronics Corporation，Beijing 100083，China）

In this paper，the development of traffic control integrated automation system at home and abroad is reviewed.The structure，characteristics and functions of TIAS system are briefly described.Then the information integration solutions of ATS and ISCS are studied.Finally，the multi-professional coordinated work is realized.

traffic control integrated automation system；automatic train supervision；integrated supervisory control system；linkage

U121；TP273+.5

A

1674-7720（2015）15-0008-03

于運濤.城市軌道交通行車綜合自動化系統(tǒng)研究［J］.微型機與應用，2015，34（15）：8-10，14.

2015-05-06）

于運濤（1981-），男，碩士研究生，工程師，主要研究方向：城市軌道交通列車自動監(jiān)控系統(tǒng) ATS、調(diào)度指揮管理系統(tǒng)TDCS、鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)CTC和鐵路防災系統(tǒng)等。