應(yīng)承靜，杜 康，陳金葉，張鵬飛

(淮安市現(xiàn)代有軌電車經(jīng)營有限公司，淮安 223001)

現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)經(jīng)過不斷的升級優(yōu)化，在環(huán)境景觀、車輛性能、智能控制和舒適性等方面較傳統(tǒng)有軌電車有了非常大的提升。現(xiàn)代有軌電車核心技術(shù)大幅升級，有助于完善城市公交體系結(jié)構(gòu)、支持新城和新區(qū)建設(shè)及地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、投資建設(shè)模式多元化，因此，國內(nèi)眾多城市選擇發(fā)展現(xiàn)代有軌電車。

現(xiàn)代有軌電車屬于以目視行車為主的低運量、便捷、智能化的軌道交通運輸方式。截至2020年6月，全國已有18座城市開通運營了共計32條現(xiàn)代有軌電車線路，運營里程達395 km，建成車站500多座。

現(xiàn)代有軌電車作為一種大運量的地面公共交通系統(tǒng)和中低運量的城市軌道交通系統(tǒng)，運量介于常規(guī)公交和地鐵之間，是近年新興的交通制式，具有固定軌道和地面交通運營的公共交通系統(tǒng)特征，線路長度較地鐵線路短，但其路況的復(fù)雜程度和系統(tǒng)的全面性給現(xiàn)代有軌電車的運營帶來許多挑戰(zhàn)。

1 智能控制系統(tǒng)簡介

本文提出的智能控制系統(tǒng)主要組成部分包括：綜合智能調(diào)度控制中心、行車調(diào)度系統(tǒng)、綜合通信系統(tǒng)、弱電集成、線網(wǎng)安全運營生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)[1]。

通過建立標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和模塊化的系統(tǒng)集成平臺，將電車行車監(jiān)控、電力監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA)、車載超級電容監(jiān)視、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)、乘客信息系統(tǒng)(PIS)、公共廣播(PA)、電話、無線系統(tǒng)(RC)、售檢票系統(tǒng)(FCS)通過不同的集成方式進行集成?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)(FAS)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)等專業(yè)的接口，形成完整的現(xiàn)代有軌電車行車管理、運營監(jiān)控及調(diào)度指揮的體系。實現(xiàn)對沿線運行現(xiàn)代有軌電車、站臺、岔區(qū)、變電所的總體監(jiān)視、協(xié)調(diào)、調(diào)度和管理[2]；建立自上而下的應(yīng)急處理機制，提供中心調(diào)度人員與駕駛員的無線調(diào)度通道，確保特殊情況下運營的有序進行。

根據(jù)本項目特點，并結(jié)合卡斯柯公司產(chǎn)品特點對集成方案進行優(yōu)化，采用統(tǒng)一的軟件平臺SmarTIAS，實現(xiàn)列車運行監(jiān)控、PSCADA、車載超級電容、自動售檢票PIS、PA、CCTV、RC、電話等弱電系統(tǒng)的集成。

2 智能控制系統(tǒng)各部分功能

2.1 行車調(diào)度系統(tǒng)

行車調(diào)度系統(tǒng)主要包括路口綜合控制系統(tǒng)、正線道岔控制子系統(tǒng)和信號設(shè)備維護支持系統(tǒng)(MSS)。

2.1.1 路口綜合控制系統(tǒng)

現(xiàn)代有軌電車與社會車輛在路口的交通組織由路口綜合控制信號機統(tǒng)一管理和控制，確?，F(xiàn)代有軌電車在路口優(yōu)先通過；提供平交旅行速度，為乘客提供安全舒適優(yōu)質(zhì)的服務(wù)；路口優(yōu)化子系統(tǒng)可以遠距離探測即將接近的列車。

路口綜合控制系統(tǒng)主要包括OLC(On-Linelouriers)系統(tǒng)、道路交通信號控制系統(tǒng)、電子警察及CCTV。

OLC系統(tǒng)由OLC控制器和現(xiàn)代有軌電車路口專用信號機設(shè)備構(gòu)成，OLC系統(tǒng)原理如圖1所示，其中，DMS指駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)，DMI指可量測實景影像，CBI指計算機聯(lián)鎖，TSC指道路交通信號控制系統(tǒng)。

圖1 OLC系統(tǒng)原理

OLC控制器是OLC子系統(tǒng)的核心，負責(zé)收集信標(biāo)的狀態(tài)、接收聯(lián)鎖子系統(tǒng)的進路方向信息、接收來自DMS的路口優(yōu)先請求(駕駛員請求、調(diào)度請求)并進行管理、轉(zhuǎn)發(fā)信號機的顯示狀態(tài)和當(dāng)前故障信息；同時，轉(zhuǎn)發(fā)道路交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)備信號顯示狀態(tài)及當(dāng)前故障信息。

道路交通信號控制系統(tǒng)采用三級架構(gòu)形式，三級架構(gòu)之間通過通信網(wǎng)絡(luò)連接。

道路交通信號控制系統(tǒng)既能通過現(xiàn)代有軌電車信號優(yōu)先控制，保障和提升現(xiàn)代有軌電車運行效率、準(zhǔn)點率、運行圖兌現(xiàn)率和服務(wù)水平，同時也能夠確保路口電車、社會交通通行的安全、有序和暢通。

現(xiàn)代有軌電車信號優(yōu)先控制方案主要包括電車優(yōu)先通行、路口沖突消除、優(yōu)化控制影響最小化和方案持續(xù)優(yōu)化[3]。

電子警察及CCTV可實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車路口信號與市政信號系統(tǒng)互聯(lián)互通，分別檢測社會交通車輛與現(xiàn)代有軌電車，由市政信號統(tǒng)一聯(lián)控，市政信號與現(xiàn)代有軌電車信號相關(guān)職責(zé)部門分別進行維護管理；信號系統(tǒng)具備線路限速、路口闖燈、岔區(qū)遙控進路等提醒功能，輔助駕駛員控車；保障路口現(xiàn)代有軌電車運行信號相位與路口市政機動車、行人相位無沖突；保障路口人行安全，具備快速疏散現(xiàn)代有軌電車進出站客流的能力。

現(xiàn)代有軌電車沿線路口均設(shè)置視頻監(jiān)控，實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車與市政監(jiān)控系統(tǒng)路口視頻共享；沿線路口及沿線相鄰主次干道路口市政信號系統(tǒng)均接入車場市政監(jiān)控中心(并預(yù)留與上級交警管理控制中心接口)，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)控制[4]，保障現(xiàn)代有軌電車優(yōu)先通過路口及提高社會車輛通行效率[5]。

2.1.2 正線道岔控制子系統(tǒng)

正線道岔控制子系統(tǒng)由信號機(進路表示器)、現(xiàn)地進路控制盒(計軸復(fù)位盤，駕駛員做現(xiàn)地復(fù)位使用，一般位于集中區(qū)段的就近的信號機柱上)、轉(zhuǎn)轍機、本地道岔控制單元(含機柜、控制模塊等)、計軸、車—地間信息傳輸設(shè)備、傳輸接口、電源模塊等設(shè)備構(gòu)成[6]。

正線道岔控制子系統(tǒng)的本地道岔控制單元是由卡斯柯信號有限公司提供的iLOCK-200T型聯(lián)鎖系統(tǒng)，其安全完善度等級達到SIL4級。iLOCK-200T型聯(lián)鎖系統(tǒng)由聯(lián)鎖處理子系統(tǒng)(IPS-200)、電子執(zhí)行單元(ECID)、維護診斷設(shè)備(簡稱SDM)等構(gòu)成。

車場信號系統(tǒng)采用了卡斯柯廣泛應(yīng)用于地鐵、國鐵軌道交通信號系統(tǒng)的iLOCK 型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。

2.1.3 信號設(shè)備維護支持系統(tǒng)

信號設(shè)備維護支持系統(tǒng)是保障現(xiàn)代有軌電車運營安全、加強信號系統(tǒng)管理、監(jiān)測信號系統(tǒng)狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)信號系統(tǒng)隱患、分析信號系統(tǒng)故障原因、輔助現(xiàn)場故障處理、反映設(shè)備使用質(zhì)量、提高生產(chǎn)部門維護水平和維護效率的重要系統(tǒng)。

MSS不僅對基礎(chǔ)信號設(shè)備的參數(shù)進行采集，同時具備對自身進行智能化監(jiān)測的系統(tǒng)功能，可通過標(biāo)準(zhǔn)接口獲取相關(guān)監(jiān)測信息，避免重復(fù)采集，把各個系統(tǒng)的關(guān)鍵維護信息收集起來，進行集中管理，統(tǒng)一維護，實現(xiàn)集中監(jiān)測和綜合維修管理。

2.2 綜合通信系統(tǒng)

綜合通信系統(tǒng)包括廣播系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)承載系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)和有線電話系統(tǒng)等。

2.2.1 廣播系統(tǒng)

廣播系統(tǒng)在正線和車輛段為行車調(diào)度、防災(zāi)調(diào)度和乘客提供語音廣播服務(wù)，并在發(fā)生故障、災(zāi)害等緊急情況時，發(fā)布警報，指揮救援和疏導(dǎo)乘客。

本系統(tǒng)采用最新型全數(shù)字化的IP(網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，設(shè)備內(nèi)部均具有A/D轉(zhuǎn)換電路，可以直接將音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。前級話筒是通過與前級話筒連接的終端節(jié)點控制器完成A/D轉(zhuǎn)換的。在功率放大器中具有相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，通過音頻線纜傳送到揚聲器終端，完成播音功能。

2.2.2 時鐘系統(tǒng)

時鐘系統(tǒng)功能主要包括同步校對功能、時間日期顯示、系統(tǒng)擴容、容錯功能、安全控制、系統(tǒng)監(jiān)控功能和系統(tǒng)熱備份功能。

2.2.3 綜合數(shù)據(jù)承載系統(tǒng)

綜合數(shù)據(jù)承載系統(tǒng)使用光纖進行組網(wǎng)。在綜合數(shù)據(jù)承載系統(tǒng)設(shè)計中采用千兆工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)分三級：車站是分接入層，變電所是匯聚層，控制中心是核心層。在車站配置工業(yè)以太網(wǎng)接入交換機，在每個變電所配置兩套工業(yè)以太網(wǎng)匯聚交換機，在控制中心配置兩套工業(yè)以太網(wǎng)核心交換機。在變電所的匯聚交換機與控制中心核心交換機之間采用環(huán)形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，每個變電所與控制中心之間構(gòu)成兩個獨立的環(huán)形鏈路。每個變電所負責(zé)其相鄰車站和變電所組成光纖自愈環(huán)網(wǎng)。

2.2.4 無線通信系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)是根據(jù)項目要求采用借助公共寬帶移動通信網(wǎng)絡(luò)即3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)、通過虛擬專用網(wǎng)(VPN)的方式來構(gòu)建的車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)專用性的網(wǎng)絡(luò)功能。選擇基于公共移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的原因在于公網(wǎng)的覆蓋范圍廣，無須申請專用頻點，系統(tǒng)本身無須建設(shè)基站，而是直接利用移動運營商已建基站，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護方便。

2.2.5 有線電話系統(tǒng)

有線電話系統(tǒng)為現(xiàn)代有軌電車維保、運營和安技等部門提供了便捷的公務(wù)聯(lián)絡(luò)，主要是電話業(yè)務(wù)和部分非電話業(yè)務(wù)，采用軟交換平臺構(gòu)成公務(wù)專用一體化的電話交換系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)管采用公務(wù)電話和專用電話合設(shè)的方式。

2.3 弱電集成

弱電集成包括綜合通信視頻監(jiān)控系統(tǒng)、辦公自動化(OA)系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)、電力監(jiān)控PA系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)。

2.3.1 綜合通信視頻監(jiān)控系統(tǒng)

綜合通信視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由控制中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)(站臺兩端設(shè)置)、變電所子系統(tǒng)及列車子系統(tǒng)等部分構(gòu)成。其中，車站子系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)通過本站、本車的接入層交換機將視頻信息傳輸至所轄區(qū)域的變電所進行數(shù)據(jù)存儲，同時變電所的一體化球形攝像機數(shù)據(jù)也在本所存儲，兩者同時由本所的匯聚層交換機接入控制中心的核心交換機，控制中心有權(quán)對前端攝像機進行統(tǒng)一管理，包括接入功能、存儲管理、權(quán)限分配管理、視頻轉(zhuǎn)發(fā)功能和解碼上墻功能等。

2.3.2 辦公自動化系統(tǒng)

OA系統(tǒng)主要采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)模式的基礎(chǔ)架構(gòu)進行實施，在控制中心設(shè)置數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用服務(wù)器，在調(diào)度中心、車輛場等各辦公點設(shè)置辦公終端，通過辦公網(wǎng)實現(xiàn)終端和服務(wù)器交互。

OA系統(tǒng)核心的業(yè)務(wù)功能包含門戶網(wǎng)站及郵件；進行設(shè)備資產(chǎn)的全生命周期管理及跟蹤；進行工作管理，為日常辦公提供支持，主要包括工作計劃、執(zhí)行、考勤、培訓(xùn)等；進行作業(yè)管理，統(tǒng)籌管理施工及維修作業(yè)，主要包括作業(yè)申請、審批及作業(yè)任務(wù)派工等功能；進行運營統(tǒng)計分析，利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行綜合統(tǒng)計報表的展示；進行安全管理，對各類安全問題、安全作業(yè)進行管理；進行應(yīng)急指揮管理，提供應(yīng)急信息及應(yīng)急處置功能；支持核心業(yè)務(wù)的移動辦公；進行乘務(wù)調(diào)度管理，編制乘務(wù)員排班計劃，進行備班及叫班管理；進行網(wǎng)絡(luò)管理，保障網(wǎng)絡(luò)安全。

2.3.3 大屏幕系統(tǒng)

大屏幕系統(tǒng)應(yīng)用在綜合運營控制中心，主要由70英寸DLP(數(shù)字光處理)投影單元(含投影單元箱體、DLP投影機、專業(yè)背投影屏幕、內(nèi)置圖像處理器)、圖形拼接控制器、大屏幕控制管理軟件及相關(guān)外圍設(shè)備(支架、底座、機柜、線纜等)組成。

整套大屏幕系統(tǒng)使用DLP技術(shù)，配置的所有設(shè)備采用模塊化設(shè)計，具備非常高的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，故障率低，并具有可擴展性，能夠根據(jù)需要增加顯示信號的數(shù)量。信號源包括來自攝像頭、DVD(數(shù)字通用光盤)等的各種制式的視頻信號，來自工作站的RGB信號，局域網(wǎng)內(nèi)工作站向網(wǎng)絡(luò)輸出的顯示信號以及遠端IP視頻信號。顯示時可根據(jù)需要對任意信號窗口進行靈活的控制和管理，同時可保證顯示效果良好。大屏幕控制管理軟件是大屏幕顯示系統(tǒng)專用的管理軟件，通過工作站配置的管理軟件，可以實現(xiàn)將大屏幕顯示系統(tǒng)的顯示方式和內(nèi)容、布局以任意大小、任意位置和任意組合進行顯示，進行方便、多點、直觀、實時、全方位的管理和控制。

2.3.4 電力監(jiān)控DA系統(tǒng)

電力監(jiān)控PA系統(tǒng)主要是與PSCADA的分工界面，從PSCADA設(shè)備通信出口處至智能控制系統(tǒng)直接接口設(shè)備的電纜由PSCADA提供，采用RJ45標(biāo)準(zhǔn)接口。

2.3.5 售檢票系統(tǒng)

售檢票系統(tǒng)采用一票制方案，站臺設(shè)單程票售票機(也可上車向乘務(wù)員購買紙票)，上車刷卡、檢票。

2.4 線網(wǎng)安全運營生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)為仿真系統(tǒng)，采用面積為64 m2的1∶87比例沙盤，采取按真實線路固定比例的模型，包含現(xiàn)代有軌正線車站和車輛段。根據(jù)實際線路布置車站和道岔。

2.5 電源系統(tǒng)

因其功能的全面性，電源的供電方式雜而多。在綜合設(shè)備室、車場聯(lián)鎖設(shè)備室、交警設(shè)備室、綜合培訓(xùn)室、綜合維修室、綜合檢修室設(shè)置智能電源屏和UPS(不間斷電源)及蓄電池設(shè)備，除此之外，電源分配如圖2所示。

圖2 電源分配

3 結(jié)語

本文設(shè)計和研究的現(xiàn)代有軌電車智能控制系統(tǒng)通過建立標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和模塊化的系統(tǒng)集成平臺，將多系統(tǒng)進行集成，形成完整的現(xiàn)代有軌電車行車管理、運營監(jiān)控及調(diào)度指揮的體系，實現(xiàn)對沿線運行車輛、車站、道岔區(qū)域和變電所的監(jiān)視、協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和管理。各系統(tǒng)的高效配合，既保證了運行的效率，又保障了運行的安全性。