■ 陳國芳 卓開闊

0 引言

軌道交通弱電系統(tǒng)主要為軌道交通提供行車控制、乘客服務(wù)、運輸調(diào)度、運營管理以及安全保障等，主要包括：信號系統(tǒng)、通信專業(yè)子系統(tǒng)、AFC、FAS、BAS等。隨著現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)集成和信息化技術(shù)高速發(fā)展，軌道交通傳統(tǒng)分立的各專業(yè)子系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向發(fā)展以統(tǒng)一信息平臺為基礎(chǔ)實現(xiàn)綜合自動化數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)聯(lián)動一體化系統(tǒng)，并開始通過人工智能與大數(shù)據(jù)等技術(shù)向乘客提供個性化服務(wù)和體驗。軌道交通領(lǐng)域倡導(dǎo)：采用新興技術(shù)，建立敏捷安全的IT基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)交付模型；提升用戶體驗，優(yōu)化公共交通運營和管理組織；通過技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)造業(yè)務(wù)價值。因此，對于未來城市軌道交通（簡稱城軌交通）重要形式之一的跨座式單軌交通（簡稱單軌交通），如何依托中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)展總體指導(dǎo)原則，設(shè)計符合單軌交通中低運量運營特點的單軌交通弱電一體化系統(tǒng)，包括信息化集成技術(shù)、現(xiàn)場設(shè)備創(chuàng)新集成，網(wǎng)絡(luò)綜合承載等，是一項非常重要的研究課題。

1 城軌交通弱電系統(tǒng)集成技術(shù)和現(xiàn)狀

1.1 集成技術(shù)

目前，城軌交通系統(tǒng)建設(shè)模式、系統(tǒng)架構(gòu)都是以現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)集成技術(shù)為指導(dǎo)總原則。現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)集成發(fā)展方向主要是將信息、網(wǎng)絡(luò)、軟件與基礎(chǔ)設(shè)施有機融合在一起，通過系統(tǒng)信息共享、數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)聯(lián)動實現(xiàn)行業(yè)業(yè)務(wù)需求，其中工業(yè)信息系統(tǒng)集成技術(shù)成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

現(xiàn)代工業(yè)信息系統(tǒng)集成的核心是通過硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)化、通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，適配眾多廠家現(xiàn)場設(shè)備；通過構(gòu)建開放的系統(tǒng)集成平臺，用信息化技術(shù)滿足用戶自動化、智能化的需求[1]。2010年1月，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范》，規(guī)范定義了工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)“是基于計算機環(huán)境和技術(shù)，將工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)自動化系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)與經(jīng)營決策系統(tǒng)綜合集成，提高企業(yè)經(jīng)營效率，促進企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)實現(xiàn)的大系統(tǒng)”。當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域系統(tǒng)集成方式分為橫向集成、縱向集成和端對端集成。

城軌交通系統(tǒng)集成主要在縱向集成，將專用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里的各信息集成，實現(xiàn)運營環(huán)境內(nèi)所有數(shù)據(jù)共享和無縫連接。城軌交通信息化集成系統(tǒng)典型架構(gòu)由3層組成：第1層為線路行車指揮調(diào)度系統(tǒng)，第2層為區(qū)域線網(wǎng)調(diào)度指揮系統(tǒng)，第3層為城軌交通運營指揮系統(tǒng)。單軌交通信息化、智能化兩化融合的架構(gòu)方案也是基于以上3個層次結(jié)構(gòu)展開研究的。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

截至2017年上半年，我國31個城市建成投入運營的城軌交通運營里程4 400 km；已批準(zhǔn)53個城市的軌道交通建設(shè)規(guī)劃，在建里程約5 770 km，到2020年總里程將達8 600 km[2]。目前，城軌交通運營管理方面，服務(wù)形式與用戶需求遠遠不能匹配，運輸效率受弱電系統(tǒng)建設(shè)限制；在信息化系統(tǒng)建設(shè)方面，總體技術(shù)架構(gòu)陳舊，各專業(yè)子系統(tǒng)都是豎井式、獨立應(yīng)用架構(gòu)建設(shè)，線路運營信息孤島嚴(yán)重；在基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)方面，各系統(tǒng)都申請獨立的資源投資，冗余資源不能跟其他專業(yè)系統(tǒng)共享，系統(tǒng)升級擴容難等[3]。傳統(tǒng)軌道交通集成系統(tǒng)“豎井式”應(yīng)用架構(gòu)見圖1。

1.3 單軌交通和地鐵、輕軌比較

單軌交通相較地鐵、輕軌，在建設(shè)成本、建設(shè)周期、運行速度以及運能等方面都有其自身特點（見表1）[4-6]。

2 單軌交通弱電一體化系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

單軌交通弱電一體化系統(tǒng)設(shè)計原則致力于打造數(shù)字化軌道交通，在技術(shù)條件上滿足國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)計符合單軌交通建設(shè)特點的行車調(diào)度和運營管理智控系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計全面綜合考慮到的業(yè)務(wù)范圍，逐步從通號一體化到弱電一體化系統(tǒng)集成實施，實現(xiàn)創(chuàng)新性綜合監(jiān)控層；進而實現(xiàn)單軌交通信息化大MES生產(chǎn)運營平臺，為單軌交通提供智能化的行車指揮調(diào)度和運營管理，為乘客提供多元化、定制化的出行體驗。

圖1 傳統(tǒng)軌道交通集成系統(tǒng)“豎井式”應(yīng)用架構(gòu)

表1 單軌交通與地鐵、輕軌的指標(biāo)對比

單軌交通弱電一體化除專業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備層，系統(tǒng)分為4層架構(gòu)體系，分別為數(shù)據(jù)采集層、基礎(chǔ)設(shè)施層、管理服務(wù)平臺層以及應(yīng)用服務(wù)層（見圖2）。數(shù)據(jù)采集層主要負責(zé)從現(xiàn)場設(shè)備采集設(shè)備狀態(tài)，通過智能組件轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化通用通信總線模型給上層進行數(shù)據(jù)處理；基礎(chǔ)設(shè)施層主要是對基礎(chǔ)的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源進行統(tǒng)一管理，根據(jù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求進行資源統(tǒng)一分配，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的有效利用、線路擴容和快速資源升級需求；管理服務(wù)平臺層主要是提供分布式消息服務(wù)、分布式數(shù)據(jù)服務(wù)、實時數(shù)據(jù)分析服務(wù)以及多租戶管理等系統(tǒng)技術(shù)支撐，同時根據(jù)業(yè)務(wù)需求通過微服務(wù)技術(shù)，建設(shè)共享業(yè)務(wù)能力中心，提高公用業(yè)務(wù)能力，實現(xiàn)共享業(yè)務(wù)能力包，如網(wǎng)絡(luò)管理中心、設(shè)備狀態(tài)中心、運營管理中心以及用戶中心等，提供給應(yīng)用服務(wù)層進行應(yīng)用；應(yīng)用服務(wù)層主要是基于管理服務(wù)平臺層提供的系統(tǒng)技術(shù)能力，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)應(yīng)用的功能實現(xiàn)，專注于系統(tǒng)功能HMI展示和功能交互[7-8]。

2.2 集成綜合平臺

以中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的《智慧城軌信息技術(shù)架構(gòu)和信息安全規(guī)范 第2部分 技術(shù)架構(gòu)》為指導(dǎo)原則，將云平臺、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用到軌道交通系統(tǒng)設(shè)計方案，提出單軌交通弱電一體化系統(tǒng)方案。根據(jù)單軌交通建設(shè)成本、建設(shè)周期、運能、運行速度等特點及對比分析單軌交通的特點，對弱電子系統(tǒng)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機理、對外接口方式、軟件通信接口、通用設(shè)備和專用設(shè)備等方面進行分析研究，在創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)體系下，提出單軌交通弱電一體化系統(tǒng)方案（見圖3）。將傳統(tǒng)的20多個弱電專業(yè)子系統(tǒng)集成為6個綜合平臺：行車控制平臺、綜合通信平臺、乘客服務(wù)平臺、綜合調(diào)度平臺、生產(chǎn)運營平臺和培訓(xùn)平臺[9-12]。

（1）行車控制平臺：主要包括車載信號子系統(tǒng)、行車控制子系統(tǒng)和ZIC系統(tǒng)。主要為行車調(diào)度、安全提供服務(wù)。系統(tǒng)特點：車載信號系統(tǒng)VOBC，融合車載ATP/ATO為VOBC一體化系統(tǒng)，設(shè)備更精簡，系統(tǒng)更優(yōu)化；ZC和CI系統(tǒng)融合為一體化ZIC系統(tǒng)；而行車控制子系統(tǒng)則會跟弱電信息系統(tǒng)融合，共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)以行車指揮為核心的綜合自動化系統(tǒng)。

（2）綜合通信平臺：主要重構(gòu)通信專業(yè)子系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、公/專電話、專用無線、集中告警和時鐘等系統(tǒng)功能，實現(xiàn)一體化通信綜合管理平臺。

（3）乘客服務(wù)平臺：融合PIS、CCTV、PA為一體化乘客服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)車載和地面系統(tǒng)統(tǒng)一信息管理和聯(lián)動共享，為乘客提供多元化、個性化服務(wù)平臺。

圖2 單軌交通弱電一體化系統(tǒng)架構(gòu)

圖3 跨座式單軌交通弱電一體化系統(tǒng)

（4）綜合調(diào)度平臺：重構(gòu)弱電F A S、B A S、PSCADA以及ISCS等各專業(yè)子系統(tǒng)，實現(xiàn)單軌交通新型綜合監(jiān)控層。

（5）生產(chǎn)運營平臺：主要以資產(chǎn)全生命周期管理為主要目標(biāo)，實現(xiàn)單軌交通信息化大MES層。

（6）培訓(xùn)平臺：構(gòu)建弱電系統(tǒng)培訓(xùn)系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合培訓(xùn)管理平臺。

2.3 綜合通信平臺子系統(tǒng)

綜合通信平臺主要包括車地?zé)o線綜合承載子系統(tǒng)、語音子系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)綜合承載子系統(tǒng)和綜合網(wǎng)管子系統(tǒng)。

（1）車地?zé)o線綜合承載子系統(tǒng)以1套無線專網(wǎng)綜合承載通信PIS、CCTV、語音子系統(tǒng)和信號VOBC車地通信。目前可選3種方案：①LTE-U+公網(wǎng)承載語音通信，可滿足大帶寬數(shù)據(jù)傳輸需求、高速移動對傳輸切換延遲的高性能需求，用于地面軌道交通建設(shè)的線路。②LTE-M實現(xiàn)車地?zé)o線綜合承載，當(dāng)?shù)仡l段申請可滿足建設(shè)周期需求。③WLAN+公網(wǎng)承載語音通信，可滿足大帶寬數(shù)據(jù)傳輸需求。

（2）重構(gòu)公/專電話、專用無線子系統(tǒng)為語音子系統(tǒng)，以行業(yè)成熟的IP電話或VoIP技術(shù)實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)一體化。

（3）傳輸系統(tǒng)綜合承載子系統(tǒng)包括弱電各子系統(tǒng)傳輸IP統(tǒng)一規(guī)劃、傳輸網(wǎng)融合，通信信號網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一規(guī)劃，傳輸系統(tǒng)綜合承載，通過VLAN技術(shù)實現(xiàn)邏輯隔離，保證系統(tǒng)安全性需求。

（4）綜合網(wǎng)管子系統(tǒng)將各弱電子系統(tǒng)的10多個網(wǎng)管子系統(tǒng)構(gòu)建為綜合網(wǎng)管子系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點統(tǒng)一配置管理。

2.4 系統(tǒng)特點

單軌交通的信息化架構(gòu)屬于第3期規(guī)劃的業(yè)務(wù)范疇。單軌交通弱電系統(tǒng)集成要實現(xiàn)智能化、綜合調(diào)度平臺即單軌交通創(chuàng)新型綜合監(jiān)控實現(xiàn)是系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)，生產(chǎn)運營平臺即單軌交通大MES層是系統(tǒng)集成的核心。

單軌交通弱電一體化系統(tǒng)的信息系統(tǒng)集成方案采用云平臺架構(gòu)，主要特點和優(yōu)勢為：實現(xiàn)資源共享，存儲、計算和網(wǎng)絡(luò)資源分散部署、統(tǒng)一管理，基礎(chǔ)設(shè)備資源按需分配；彈性擴容，隨著跨座式單軌建設(shè)線路的增加，業(yè)務(wù)發(fā)展需要可實現(xiàn)彈性擴容，助力單軌交通將來從線路建設(shè)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化運營的無縫轉(zhuǎn)型；數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)業(yè)務(wù)聯(lián)動和智能化行車自動化能力；標(biāo)準(zhǔn)化專業(yè)系統(tǒng)硬件接口和軟件通信接口，統(tǒng)一專用設(shè)備對外接口，提供系統(tǒng)聯(lián)調(diào)效率。

3 結(jié)束語

單軌交通弱電一體化系統(tǒng)設(shè)計原則符合公司頂層設(shè)計，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)計符合跨座式單軌交通建設(shè)特點，實現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化和互聯(lián)互通。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計要全面綜合考慮涉及業(yè)務(wù)范圍，逐步從通號一體化到弱電一體化系統(tǒng)集成，實現(xiàn)創(chuàng)新性綜合監(jiān)控層，進而實現(xiàn)跨座式單軌信息化大MES生產(chǎn)運營平臺，為單軌交通智能化、多元化運營服務(wù)提供基礎(chǔ)。