李盼盼，郎誠廉

（同濟大學 電子與信息工程學院，上海 200331）

城市軌道交通憑借其安全快捷等優(yōu)勢，在我國公共交通系統(tǒng)中快速發(fā)展，成為緩解城市運輸壓力的重要工具。城市軌道交通的高速發(fā)展也對行車安全及運輸效率等各方面提出了更高的要求。性能穩(wěn)定、技術先進的全自動運行技術應運而生，近幾年被大量應用于我國地鐵線路的新線建設和舊線改造[1]。

在全自動運行線路中，司機原有職責轉(zhuǎn)向調(diào)度中心，調(diào)度中心遠程控制能力增強，要求調(diào)度系統(tǒng)具有更好的互操作性和實時性。針對傳統(tǒng)運營模式分立設置的調(diào)度系統(tǒng)，不利于實現(xiàn)信息的高效共享，調(diào)度指揮效率較低，不能充分發(fā)揮全自動運行優(yōu)勢，其仿真系統(tǒng)無法滿足全自動運行線路仿真需求[2-3]。因此，需要有一套針對全自動運行線路特點及需求而設計的仿真系統(tǒng)，為調(diào)度人員培訓等工作提供支持。

城市軌道交通全自動運行線路調(diào)度系統(tǒng)基于計算機、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術，以行車調(diào)度為核心、聯(lián)合多專業(yè)、實時遠程監(jiān)測現(xiàn)場、指導列車自動化運行[4-5]。本文以上海地鐵14 號線調(diào)度系統(tǒng)為仿真對象，對該系統(tǒng)進行仿真研究，建立系統(tǒng)仿真模型，并選取部分行車調(diào)度、列車調(diào)度、乘客調(diào)度功能進行仿真分析，實現(xiàn)了行車模擬及站場圖顯示、列車運行信息及設備健康狀態(tài)監(jiān)測、車載PIS 信息管理等功能。

1 上海地鐵14 號線調(diào)度系統(tǒng)總體架構(gòu)

上海地鐵14 號線全程共有31 座車站，設有2處車輛基地，1 個控制中心。該線路調(diào)度系統(tǒng)涉及對象包括信號、車輛、行車、綜合監(jiān)控、通信、供電等專業(yè)，按中心層、車站/車場層（含軌旁）和車載層進行配置，通過骨干網(wǎng)及無線通信系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)信息交互。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

1.1 中心層

中心層包含位于控制中心的調(diào)度工作臺及服務器等計算機系統(tǒng)，負責獲取車站/車場層、車載層設備信息并展示，下發(fā)調(diào)度命令。按照控制中心工作內(nèi)容，劃分為行車調(diào)度、列車調(diào)度、乘客調(diào)度、電力調(diào)度、環(huán)控調(diào)度，且配有實時服務器及備用統(tǒng)一調(diào)度服務器。中心調(diào)度員可通過多功能調(diào)度界面遠程監(jiān)視和控制列車運行狀態(tài)，查看設備狀態(tài)、環(huán)境信息，下發(fā)命令進行調(diào)度指揮。上海地鐵14 號線調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 上海地鐵14 號線調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 車站/車場層

車站/車場層負責采集車站、車場、軌旁信息并傳輸至控制中心，響應指令控制聯(lián)鎖系統(tǒng)及其它設備，接收車載定位信息，完成運行線的聯(lián)鎖、軌旁控制等功能。通過轉(zhuǎn)轍機、信號機、軌旁人員作業(yè)防護開關（SPKS）等設備，采集軌旁信息。采用計算機聯(lián)鎖（CI）系統(tǒng)、區(qū)域控制（ZC）系統(tǒng)，配合完成進路及遠程控制命令，設置臨時限速，向控制中心傳遞軌旁狀態(tài)信息、線路狀態(tài)數(shù)據(jù)[6]。車站乘客信息系統(tǒng)（PIS）、綜合監(jiān)控系統(tǒng)（IMS）、語音通信系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)（PA）的狀態(tài)信息也將實時傳輸至控制中心。

1.3 車載層

車載層負責采集并發(fā)送列車信息，接收控制中心指令，通過車載信號設備，配合實現(xiàn)列車自動運行。車載設備采集列車牽引、制動、車門、煙火、緊急呼叫按鈕等各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過車載無線單元與控制中心通信，完成關于車輛控制系統(tǒng)（TCMS）、車載PIS、PA 等信息的傳送。

2 仿真系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)選取上海地鐵14 號線調(diào)度系統(tǒng)中心層進行仿真，模擬實現(xiàn)行車調(diào)度、列車狀態(tài)監(jiān)測等功能。

2.1 用戶登錄

提供創(chuàng)建和管理用戶功能，設置不同級別權限的用戶。用戶輸入用戶號和密碼進行登錄操作，登陸前禁用多數(shù)命令菜單和功能。

2.2 行車調(diào)度

完成基本行車調(diào)度功能，包括行車信息顯示、列車運行模擬、列車運營調(diào)整等。通過站場圖展示線路運行情況、列車運行位置，信號燈、道岔狀態(tài)等，對線路設備進行狀態(tài)監(jiān)測。

2.3 列車狀態(tài)監(jiān)測

顯示列車運行信息及車載設備信息，包括通信狀態(tài)、牽引、制動、車門、照明和空調(diào)等。對列車狀態(tài)進行全方位的監(jiān)控，使中心調(diào)度員能方便快捷地了解列車運行情況，保證行車安全[7]。

2.4 故障報警

接收車輛和信號設備的報警信息，按列車、軌旁、調(diào)整、其它類別劃分。將報警信息賦予不同優(yōu)先級，進行區(qū)別處理。突出顯示未經(jīng)過確認的報警信息，并記錄歷史報警信息。

2.5 乘客服務

可實時查看車載PA/ 視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）/PIS 信息，并下發(fā)信息進行調(diào)度管理與乘客服務[8]。

2.6 數(shù)據(jù)庫管理及統(tǒng)計報表

管理歷史數(shù)據(jù)及實時運行數(shù)據(jù)，包括線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、報警信息等。生成和管理報警報表、事件報表、數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表、運行日志報表等。操作員可以按事件類型、時間、特定列車等分類篩選查看。

3 仿真系統(tǒng)實現(xiàn)

采用C++編寫該仿真軟件，并采用基于VC++的MFC 類庫編寫操作界面，實現(xiàn)界面與邏輯代碼的分離。本文選取部分功能及界面，介紹其實現(xiàn)及內(nèi)部邏輯。

3.1 主界面

啟動軟件進行登錄后進入主界面，界面整體包括菜單欄、工具欄、主窗口等部分。主界面菜單欄通過CMenu 類實現(xiàn)，根據(jù)用戶權限配置功能。用戶可通過菜單進行對列車、線路的操作。界面主窗口默認顯示站場圖概覽。使用工具欄中窗口選擇圖標，可將主窗口顯示內(nèi)容切換為報警信息、系統(tǒng)狀態(tài)、用戶授權等，且可通過工具欄執(zhí)行切分窗口、縮放視圖等操作，工具欄通過CToolBar 類實現(xiàn)。

3.2 站場圖概覽窗口

站場圖概覽窗口如圖2 所示，通過行車調(diào)度仿真，采用不同顏色的圖標和文字，動態(tài)展示列車ID及狀態(tài)、站臺名稱及狀態(tài)、計軸位置、區(qū)段、道岔、信號機ID 及占用情況等內(nèi)容。采用雙緩沖技術動態(tài)繪制站場圖，避免畫面反復閃爍。

圖2 站場圖概覽界面

（1）圖2 中淺灰色寬線條表示軌道，未被其它顏色覆蓋時，表示該區(qū)段空閑。車站圖形顯示為藍底黑邊矩形，表示此車站空閑。

（2）以列車車體箭頭方向表示行進方向。以列車ID 顏色表示準點情況，圖中列車ID“1001GQ”為黑色，表示列車準點。

（3）列車前方綠色箭頭及實線代表當前列車的移動授權（LMA）進路，進路上的道岔及其相關道岔均被聯(lián)鎖預留，以紫色圓點表示。

（4）LMA 所穿越的信號機為綠色，表示正常開放；其余信號機為紅色，表示關閉。

3.3 行車調(diào)度仿真流程

行車調(diào)度仿真流程，如圖3 所示，核心在于列車速度、位置的計算及命令的處理。采用時間步長法進行仿真，定時循環(huán)計算每列車的位置和速度。根據(jù)理想運行曲線，考慮線路限速、坡度、彎道等因素，對不同工況下的列車進行受力分析，對變加速的牽引、惰行、制動過程進行模擬。相比于單純地認為每一種工況下具有相同的加速度，本方法更好地保證了仿真的精度，且更加貼近真實場景。系統(tǒng)亦可處理多種人工命令，包括跳停、扣車、非計劃調(diào)整等運營調(diào)整命令，遠程復位、旁路等操作，可應對全自動運行線路的多種場景需求。

圖3 行車調(diào)度仿真流程

3.4 列車信息查看

點擊站場圖中運行列車，或點擊主菜單欄列車選項，觸發(fā)OnRButtonDown()函數(shù)彈出子菜單，可選擇“列車運行信息”或“列車設備健康信息”，查看相應界面。該過程內(nèi)部處理流程，如圖4 所示。

圖4 列車信息查看流程

（1）列車運行信息界面，如圖5 所示。界面左側(cè)為列車列表，顯示列車ID 號、列車班次號、運行線信息，調(diào)度員可點擊選擇。界面右側(cè)展示詳細信息，包括：運行模式、狀態(tài)、方向、停站站臺、列車LMA 或人工授權（AMT）的始端和終端等。

圖5 列車運行信息界面

（2）列車設備健康狀態(tài)界面，如圖6 所示，監(jiān)測設備包括主風缸、受電弓、受電弓檢測系統(tǒng)、空壓機、空氣簧壓力、軸溫監(jiān)測系統(tǒng)、停放制動、微型斷路器、煙火檢測器、司機駕駛臺蓋子、蓄電池充電機、輔助逆變器、機械制動、牽引逆變器、脫軌檢測系統(tǒng)等。

圖6 列車設備健康狀態(tài)界面

3.5 車載PIS 信息下發(fā)

用戶可通過點選方式完成車載PIS 信息查看及命令下發(fā)，以車載PIS 信息下發(fā)為例，其流程如圖7所示?？蛇x擇下發(fā)預定義常規(guī)信息及緊急信息，或按需求編輯信息，并為其設置屬性為常規(guī)或緊急。信息優(yōu)先級排布為：自定義緊急信息＞預定義緊急信息＞自定義常規(guī)信息＞預定義常規(guī)信息。進行重發(fā)次數(shù)設置及發(fā)布列車選擇后，信息進入消息隊列，按優(yōu)先級從高到低排列，依次進行發(fā)送。

圖7 車載PIS 信息下發(fā)流程

4 結(jié)束語

本文以當前建設的上海地鐵14 號線控制中心調(diào)度系統(tǒng)作為仿真對象，對城市軌道交通全自動運行線路調(diào)度系統(tǒng)的基本架構(gòu)進行了研究。選取行車調(diào)度、列車運行信息及設備健康狀態(tài)監(jiān)測、車載PIS 信息管理等功能進行了仿真實現(xiàn)，形成了以行車為核心、涉及多專業(yè)、具有良好人機交互的調(diào)度仿真系統(tǒng)，符合全自動運行中控制系統(tǒng)智能化、多專業(yè)融合的發(fā)展趨勢。該仿真系統(tǒng)對調(diào)度人員培訓、設備驗證測試等有較好的實用價值。