鄔芝權(quán), 陳大玲, 靳 桅
(西南交通大學(xué)(峨眉校區(qū)) 計(jì)算機(jī)與通信工程系,四川 峨眉山 614202)
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城市軌道交通管控一體實(shí)驗(yàn)室方案設(shè)計(jì)
鄔芝權(quán), 陳大玲, 靳 桅
(西南交通大學(xué)(峨眉校區(qū)) 計(jì)算機(jī)與通信工程系,四川 峨眉山 614202)
面向城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理、通信、信號(hào)控制專(zhuān)業(yè),構(gòu)建跨學(xué)科、多層次綜合實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)方案按理論學(xué)習(xí)、模擬實(shí)訓(xùn)、設(shè)備實(shí)操三個(gè)層次的建設(shè)思路,采用模擬與真實(shí)相結(jié)合的技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)室建成后,各子系統(tǒng)能獨(dú)立運(yùn)行,即可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化訓(xùn)練,也能聯(lián)動(dòng)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)管控一體化實(shí)訓(xùn)。該方案功能實(shí)用、層次清晰,充分展現(xiàn)了城市軌道交通運(yùn)行機(jī)理和管控關(guān)系,為高校建設(shè)類(lèi)似實(shí)驗(yàn)室提供參考。
管控一體; 聯(lián)動(dòng); 仿真; CBTC; ISCS
城市軌道交通具有運(yùn)量大、速度快、安全準(zhǔn)時(shí)、乘坐舒適、節(jié)約能源以及環(huán)保等多個(gè)優(yōu)點(diǎn),是城市現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢(shì)。它是將先進(jìn)的控制系統(tǒng)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、鐵路信號(hào)技術(shù)溶為一體的行車(chē)指揮、控制、管理自動(dòng)化系統(tǒng)。城市軌道交通在設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控和系統(tǒng)試運(yùn)行上是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程,涉及工程量大、投資高、系統(tǒng)復(fù)雜,而僅僅憑借經(jīng)驗(yàn),難以迅速發(fā)現(xiàn)掌握問(wèn)題,因而不可能對(duì)已經(jīng)建成的某條線(xiàn)路進(jìn)行長(zhǎng)期和全面的技術(shù)試驗(yàn)、改進(jìn)系統(tǒng)性能。城市軌道交通實(shí)驗(yàn)室在沙盤(pán)上動(dòng)態(tài)展現(xiàn)城市軌道交通的各項(xiàng)技術(shù)和運(yùn)營(yíng)環(huán)境,為列車(chē)控制系統(tǒng)研究人員提供方便的研究平臺(tái),為線(xiàn)路控制系統(tǒng)評(píng)估提供高可信的數(shù)據(jù),為控制系統(tǒng)改進(jìn)提供強(qiáng)有力支持,為鐵路現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)急需人才,因此具有十分重要的意義。
西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)城市軌道交通管控一體實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目以源于現(xiàn)場(chǎng)、高于現(xiàn)場(chǎng)、滿(mǎn)足學(xué)校與現(xiàn)場(chǎng)人才培養(yǎng)需要為建設(shè)理念,以培養(yǎng)高級(jí)技術(shù)應(yīng)用型、復(fù)合型專(zhuān)業(yè)人才的信號(hào)控制、運(yùn)營(yíng)管理核心實(shí)踐能力為建設(shè)目標(biāo),以多學(xué)科、多技術(shù)相融合為建設(shè)手段來(lái)進(jìn)行規(guī)劃。實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配備、信號(hào)控制、運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)源于成都地鐵公司,網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)源于上海申通地鐵集團(tuán),實(shí)踐能力培養(yǎng)源于廣州地鐵公司、新加波地鐵公司,總體建設(shè)方案源于軌道交通實(shí)驗(yàn)室的長(zhǎng)期建設(shè)積累;信號(hào)聯(lián)鎖為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備,自動(dòng)售檢票等為現(xiàn)場(chǎng)高仿設(shè)備,城市軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)均為基于現(xiàn)場(chǎng)的仿真系統(tǒng)[1-2]。
教學(xué)模式按“理論教學(xué)—模擬實(shí)訓(xùn)—設(shè)備實(shí)操”三個(gè)層次規(guī)劃,使學(xué)生能循序漸進(jìn)地得到培養(yǎng)。理論教學(xué)采用多媒體教學(xué)方式,分別開(kāi)發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件,在多媒體教室進(jìn)行教學(xué)。模擬實(shí)訓(xùn)在開(kāi)發(fā)相應(yīng)的仿真培訓(xùn)軟件,搭建模擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境,使學(xué)生能得到有效的訓(xùn)練,將理論和實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。這種仿真手段可以有效擴(kuò)大培訓(xùn)規(guī)模,為參加培訓(xùn)人數(shù)多且培訓(xùn)密度大的崗位培訓(xùn)提供了一種便捷高效的途徑。設(shè)備實(shí)操是指學(xué)生需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備有一定的了解和認(rèn)識(shí),因此需要針對(duì)運(yùn)營(yíng)人員的工作環(huán)境和操作的設(shè)備,配置與現(xiàn)場(chǎng)相一致的培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境,使學(xué)生把通過(guò)理論、模擬培訓(xùn)所掌握的知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際完美統(tǒng)一,從而為軌道交通的安全運(yùn)營(yíng)提供有力保障[3-5]。
由于軌道交通系統(tǒng)中的各專(zhuān)業(yè)都不是獨(dú)立的,專(zhuān)業(yè)之間部分內(nèi)容存在交集,只有在了解軌道交通整個(gè)系統(tǒng)、相關(guān)的專(zhuān)業(yè)、相關(guān)崗位的知識(shí)和技能后,才能更容易掌握自己專(zhuān)業(yè)的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)時(shí)很注重專(zhuān)業(yè)交叉的實(shí)訓(xùn),以點(diǎn)及面培養(yǎng)綜合能力,將信號(hào)專(zhuān)業(yè)拓展至通信、電子、測(cè)控、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技術(shù)的訓(xùn)練。對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè),強(qiáng)調(diào)各層級(jí)系統(tǒng)的信號(hào)控制、相互通信、遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控、車(chē)輛安全防護(hù)技術(shù)等;對(duì)運(yùn)營(yíng)管理專(zhuān)業(yè),更強(qiáng)調(diào)運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)與應(yīng)急指揮中心、控制中心、車(chē)站、列車(chē)、車(chē)輛段等崗位基于各種正常和非正常情況下的縱向、橫向聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練。
整個(gè)實(shí)驗(yàn)室有四層,樓層設(shè)備按照城市軌道交通系統(tǒng)“運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)與應(yīng)急指揮中心-控制中心-車(chē)站-停車(chē)場(chǎng)-沙盤(pán)模型-列車(chē)模型”結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局,見(jiàn)圖1。實(shí)驗(yàn)室一樓為城市軌道交通動(dòng)態(tài)仿真沙盤(pán)、全面展現(xiàn)城市軌道交通的各個(gè)站段、線(xiàn)路、信號(hào)設(shè)備以及仿真機(jī)車(chē)等。能夠控制沙盤(pán)上的信號(hào)設(shè)備以及機(jī)車(chē),使城市軌道交通運(yùn)營(yíng)模式能在沙盤(pán)上動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)。二樓按照城市軌道交通現(xiàn)場(chǎng)車(chē)站布局構(gòu)建虛擬車(chē)站,包括站臺(tái)、站廳、車(chē)控室、車(chē)廂、信號(hào)設(shè)備室、機(jī)電設(shè)備控制室等區(qū)域,提供站務(wù)/乘務(wù)實(shí)訓(xùn)、機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)實(shí)訓(xùn)及信號(hào)設(shè)備實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。三樓按照城市軌道交通控制中心樣式構(gòu)建虛擬的城市軌道交通控制中心、車(chē)控室、車(chē)輛段,提供行車(chē)相關(guān)實(shí)訓(xùn)功能。三樓的沙盤(pán)虛擬車(chē)輛段和虛擬車(chē)控室的設(shè)備可與城市軌道交通通信實(shí)訓(xùn)設(shè)備共用,因此在三樓將復(fù)用部分設(shè)備,構(gòu)建一個(gè)城市軌道交通通信實(shí)訓(xùn)室,以提供城市軌道交通通信專(zhuān)業(yè)的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。四樓按現(xiàn)場(chǎng)樣式布置城市軌道交通運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)與應(yīng)急指揮中心相關(guān)設(shè)備,同時(shí)兼作仿真實(shí)訓(xùn)室,結(jié)合沙盤(pán)線(xiàn)路和相應(yīng)的控制系統(tǒng),配置城市軌道交通運(yùn)營(yíng)(含行車(chē)、站務(wù)、乘務(wù))、車(chē)輛檢修、信號(hào)檢修、通信檢修、車(chē)站機(jī)電設(shè)備檢修、工務(wù)檢修、供電檢修等仿真培訓(xùn)軟件,滿(mǎn)足學(xué)生先在仿真培訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行訓(xùn)練,熟知和掌握各種實(shí)訓(xùn)步驟后再到沙盤(pán)實(shí)訓(xùn)演練平臺(tái)進(jìn)行實(shí)訓(xùn), 可有效的提高培訓(xùn)效率, 同時(shí)也能有效減少對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的損壞[6]。
圖1 實(shí)驗(yàn)室各樓層功能布局
整個(gè)實(shí)驗(yàn)室分為兩大系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè):①城市軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)(CBTC),對(duì)沙盤(pán)模型上的地鐵線(xiàn)路上的設(shè)備及機(jī)車(chē)進(jìn)行管理和控制,實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)自動(dòng)運(yùn)行、站前折返和站后折返功能。②綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS),將沙盤(pán)上地鐵線(xiàn)路上的一個(gè)中間站在二樓放大并復(fù)示,對(duì)車(chē)站各個(gè)系統(tǒng)級(jí)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控。
基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)(CBTC)用高精度的列車(chē)定位和連續(xù)、高速、雙向的數(shù)據(jù)通信,通過(guò)車(chē)載和地面安全設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的控制。包含列車(chē)自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)(ATO)、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)(ATP)以及列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)(ATS)三個(gè)子系統(tǒng)。另外,個(gè)別廠(chǎng)商也將數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(DCS)獨(dú)立作為子系統(tǒng)。CBTC仿真系統(tǒng)以動(dòng)態(tài)沙盤(pán)和可控列車(chē)作為控制對(duì)象,通過(guò)排列進(jìn)路、解鎖進(jìn)路、扣車(chē)、催發(fā)車(chē)、調(diào)整運(yùn)營(yíng)等級(jí)、創(chuàng)建運(yùn)營(yíng)計(jì)劃、信號(hào)燈控制及檢測(cè)、道岔控制及檢測(cè)等操作,在沙盤(pán)上展現(xiàn)城市軌道交通列車(chē)追蹤、列車(chē)站前或站后折返等功能,達(dá)到對(duì)CBTC系統(tǒng)仿真的目的[7-9]。
CBTC仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2,一樓為動(dòng)態(tài)沙盤(pán),設(shè)置有多個(gè)中間站,線(xiàn)路上安裝有信號(hào)機(jī)、道岔、發(fā)車(chē)表示器和緊急停車(chē)按鍵等控制對(duì)象,這些控制對(duì)象由ATO/ATP模擬系統(tǒng)來(lái)控制。沙盤(pán)上的模擬機(jī)車(chē)可不斷把自己的位置信息無(wú)線(xiàn)返回模擬駕駛系統(tǒng),模擬駕駛系統(tǒng)根據(jù)機(jī)車(chē)當(dāng)前位置,結(jié)合前方車(chē)輛位置和運(yùn)行計(jì)劃來(lái)控制模擬機(jī)車(chē)運(yùn)行。二樓將沙盤(pán)線(xiàn)路上車(chē)站5復(fù)示到二樓,并設(shè)置一臺(tái)ATS工作站系統(tǒng),為ISCS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)提供接口。三樓為OCC控制中心,包含行調(diào)、主任調(diào)度、大屏模擬以及各個(gè)車(chē)站的ATS系統(tǒng),為CBTC的運(yùn)營(yíng)組織和管理提供操作終端,同時(shí)存放運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)也設(shè)置在三樓[10-11]。
圖2 CBTC仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS),主要滿(mǎn)足控制室環(huán)調(diào)、電調(diào)、客調(diào)以及應(yīng)急預(yù)案處理、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能相關(guān)實(shí)訓(xùn),系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),以實(shí)現(xiàn)城市軌道交通整個(gè)系統(tǒng)的所有調(diào)度功能。
二樓是將沙盤(pán)線(xiàn)路上車(chē)站5復(fù)示到二樓構(gòu)建的虛擬車(chē)站,含有站臺(tái)站廳、車(chē)控室、售檢票設(shè)備、1∶1仿真機(jī)車(chē)以及車(chē)站信號(hào)設(shè)備。各個(gè)子系統(tǒng)有列車(chē)車(chē)門(mén)、屏蔽門(mén)、售檢票、門(mén)禁、廣播、CCTV監(jiān)控、環(huán)調(diào)、電調(diào)、BAS和FAS等系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)既能獨(dú)立運(yùn)行,也可以通過(guò)接口連接到綜合監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)集中管理和控制。ISCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示,通過(guò)對(duì)各子系統(tǒng)集成,對(duì)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)就地控制、車(chē)站級(jí)(車(chē)控室)控制、OCC控制中心控制的3級(jí)控制方式,以及車(chē)站級(jí)監(jiān)控管理和OCC中心級(jí)監(jiān)控管理兩級(jí)管理[12-14]。
圖3 ISCS仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(AFC)模擬車(chē)站的收費(fèi)區(qū)及非收費(fèi)區(qū),設(shè)備有自動(dòng)售票機(jī)、半自動(dòng)售票機(jī)、進(jìn)站、出站檢票機(jī)??蓪?shí)現(xiàn)自動(dòng)售票、人工售補(bǔ)票、自助加值、進(jìn)出站、車(chē)站售檢票設(shè)備監(jiān)控、車(chē)站售檢票設(shè)備財(cái)務(wù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)等相關(guān)實(shí)訓(xùn)功能,同時(shí)留有接口給綜合監(jiān)控系統(tǒng),滿(mǎn)足系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)功能以及客調(diào)相關(guān)實(shí)訓(xùn)。
屏蔽門(mén)系統(tǒng)(PSD)安裝在站廳,留有接口給綜合監(jiān)控系統(tǒng)和IBP控制盤(pán),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)、車(chē)站級(jí)、就地級(jí)控制的三級(jí)操作方式,滿(mǎn)足站務(wù)管理、事件應(yīng)急處理和設(shè)備維護(hù)相關(guān)實(shí)訓(xùn)功能。能模擬現(xiàn)場(chǎng)屏蔽門(mén)的手動(dòng)解鎖、就地控制、車(chē)控室緊急控制、測(cè)試操作、站臺(tái)PSL就地控制等操作功能。
乘客信息系統(tǒng)(PIS)按照控制中心-車(chē)站兩級(jí)管理和車(chē)站及車(chē)廂兩級(jí)顯示進(jìn)行布置,以站廳屏蔽門(mén)上部和列車(chē)內(nèi)部設(shè)置顯示終端,為媒介向乘客提供列車(chē)到站事件、列車(chē)時(shí)刻表以及公告等信息服務(wù)。
廣播系統(tǒng)在車(chē)站及車(chē)廂兩級(jí)進(jìn)行布置,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、領(lǐng)導(dǎo)、分組廣播以及乘客與司機(jī)的緊急對(duì)講功能。
CCTV監(jiān)視系統(tǒng)在車(chē)站及車(chē)廂兩級(jí)進(jìn)行布置,能夠監(jiān)控站廳、站臺(tái)、客室車(chē)廂、司機(jī)室,在控制中心OCC、車(chē)站控制室能夠監(jiān)視和控制相應(yīng)的監(jiān)視畫(huà)面。門(mén)禁安裝在二樓實(shí)驗(yàn)室的出入口處,接入綜合監(jiān)控系統(tǒng),與其余子系統(tǒng)互為聯(lián)動(dòng)。
城市軌道交通控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)采用大量真實(shí)設(shè)備,結(jié)合1∶1高仿真設(shè)備,輔助部分模擬仿真設(shè)備,控制系統(tǒng)和軟件均與這些設(shè)備互聯(lián),虛實(shí)結(jié)合,建設(shè)效果如圖4所示。
圖4 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)效果圖
通過(guò)CBTC、ISCS兩大系統(tǒng)建設(shè),在實(shí)驗(yàn)室三樓構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)和控制中心,將城市軌道交通管控一體實(shí)驗(yàn)室的各個(gè)子系統(tǒng)互聯(lián)在一起。使整個(gè)實(shí)驗(yàn)室按照“運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)與應(yīng)急指揮中心(COCC)-線(xiàn)路控制中心(OCC)-車(chē)站-車(chē)輛段-軌旁-列車(chē)”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層間子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行;層內(nèi)子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行;各子系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行。整套系統(tǒng)具備整體、聯(lián)動(dòng)、獨(dú)立訓(xùn)練功能,既可滿(mǎn)足聯(lián)鎖技術(shù)、CBTC控制技術(shù)、ISCS 監(jiān)控、AFC模擬技術(shù)、軌道交通視頻廣播控制技術(shù)等專(zhuān)業(yè)技術(shù)訓(xùn)練,又可滿(mǎn)足本科層面的決策訓(xùn)練以及高職層面的實(shí)操訓(xùn)練。
通過(guò)系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)急預(yù)案的模擬實(shí)訓(xùn),如火災(zāi)模式、阻塞模式、緊急疏散模式等,以及各種正常模式的實(shí)訓(xùn)如早班晚班、節(jié)假日、維護(hù)模式、高峰模式等等這些預(yù)案和模式的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)實(shí)訓(xùn)。
該項(xiàng)目面向城市軌道交通通信信號(hào)、營(yíng)運(yùn)管理等領(lǐng)域,以運(yùn)輸生產(chǎn)及設(shè)備控制過(guò)程為環(huán)境,以工程能力培養(yǎng)為主線(xiàn),以校企合作培養(yǎng)為依托,以綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)為集成平臺(tái),通過(guò)多專(zhuān)業(yè)含作、校企聯(lián)合及多學(xué)科、多技術(shù)相融合等手段,創(chuàng)造性地構(gòu)建了能更全面、更深入反映城市軌道交通設(shè)備構(gòu)架構(gòu)、運(yùn)作機(jī)理、崗位設(shè)置及管控關(guān)系的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,其平臺(tái)的高度集成化滿(mǎn)足了專(zhuān)業(yè)間的相關(guān)性和系統(tǒng)的整體性實(shí)習(xí)、培訓(xùn)功能需求,其運(yùn)營(yíng)調(diào)度與設(shè)備控制的一體化體現(xiàn)了城市軌道交通管控一體的信息化發(fā)展趨勢(shì)。峨眉校區(qū)城市軌道交通控制實(shí)驗(yàn)室借鑒了多個(gè)高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案,自主探索、自主研發(fā),先易后難,使其逐步完善,為同類(lèi)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了重要參考[15]。
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Urban Rail Traffic Control Integrated Laboratory Design
WUZhi-quan,CHENDa-ling,JINWei
(Department of Computer and communication engineering, Southwest Jiaotong University, Emeishan 614202, China)
For some urban rail transit professions such as operation management, communication, and signal control, a cross-disciplinary and multi-level comprehensive laboratory should be built. The laboratorial project is designed with three levels by the construction ideas of theoretical studies, simulation trainings, and practical operation. The simulation and real operation technical means are combined in the design. After the laboratory is completed, each subsystem can run independently, in other words, the personalized training, linkage running and integration training of management-control can be all achieved. The project has some characteristics such as practical functions, distinct levels, and operation mechanism. Its management-control relationship is exhibited fully for the urban rail transit. At the same time, it also provides some references for the similar laboratories.
integrated system with control and management; interaction; simulation; CBTC; ISCS
2015-04-25
教育部春暉計(jì)劃科研合作項(xiàng)目(22014044)
鄔芝權(quán)(1976-),男,四川隆昌人,碩士,實(shí)驗(yàn)師,系副主任,研究方向:嵌入式控制。
Tel.:13990668200;E-mail:jsjxwzq@126.com
U 283;G 644
A
1006-7167(2016)02-0237-04