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        CBTC系統(tǒng)電子地圖升級管控方案研究

        2022-12-26 12:29:52
        鐵路通信信號工程技術(shù) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備系統(tǒng)

        陳 超

        (常州地鐵集團有限公司,江蘇常州 213000)

        1 電子地圖更新方案研究背景

        在基于通信的列車自動控制系統(tǒng)(CBTC)中,電子地圖是確保地鐵列車安全追蹤距離的重要數(shù)據(jù)源,電子地圖將線路按照一定的原則劃分為若干個邏輯區(qū)段,CBTC系統(tǒng)安全邏輯軟件通過讀取CBTC列車在電子地圖邏輯區(qū)段的占用信息、位置信息、進路信息、速度等計算列車移動授權(quán)。邏輯區(qū)段的劃分主要依據(jù)線路的曲線、坡度、限速以及線路起始點、信號機位置、計軸軌道區(qū)段長度、道岔位置等信息進行劃分。電子地圖中包含了列車運行線路上所有信號系統(tǒng)設(shè)備,如信號機、道岔、軌道區(qū)段、邏輯區(qū)段、站臺、屏蔽門、停車點、應(yīng)答器、線路曲線、坡度、線路限速等,所有信號設(shè)備均有唯一的命名及相關(guān)的位置里程等信息。

        電子地圖數(shù)據(jù)按照最高安全等級SIL4進行設(shè)計,其數(shù)據(jù)應(yīng)用于車載以及軌旁區(qū)域控制器系統(tǒng),電子地圖采用數(shù)據(jù)準備工具軟件將在建線路數(shù)據(jù)依次錄入,數(shù)據(jù)采用特定數(shù)據(jù)架構(gòu)與格式,供車載系統(tǒng)通過車輛測速設(shè)備、定位設(shè)備測量,測量數(shù)據(jù)匹配電子地圖數(shù)據(jù)以確定當(dāng)前列車狀態(tài)并發(fā)送至軌旁安全系統(tǒng)進行移動授權(quán)計算。

        電子地圖作為CBTC系統(tǒng)列車安全運行控制的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),其可維護性、可靠性和安全性直接影響信號系統(tǒng)的整體安全。電子地圖的數(shù)據(jù)由其版本號的唯一性決定,在線路建設(shè)期分段開通,以及后期線網(wǎng)互聯(lián)互通要求,均需對電子地圖數(shù)據(jù)進行升級更新,因此對電子地圖的版本管理是直接影響運營安全的關(guān)鍵工作內(nèi)容。

        在現(xiàn)行模式下,電子地圖數(shù)據(jù)維護均由信號系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商(以下簡稱供應(yīng)商)利用自有的電子地圖管理工具,在線路分段開通、線路改造以及線網(wǎng)互聯(lián)互通運營時均需對電子地圖數(shù)據(jù)進行更新。更新時需要依次對停運列車車載主板人工手動數(shù)據(jù)升級,此種電子地圖的更新模式對運營效率、運營安全均造成重大影響。

        2 現(xiàn)行電子地圖更新方案問題分析

        現(xiàn)行電子地圖數(shù)據(jù)由于采用不同供應(yīng)商離線的數(shù)據(jù)準備工具,在線路基礎(chǔ)設(shè)施改造、線路分段開通、線網(wǎng)互聯(lián)互通過程中,由于不同供應(yīng)商對電子地圖數(shù)據(jù)準備工具安全完善度等級(SIL等級)要求不一致,數(shù)據(jù)準備人員專業(yè)能力、數(shù)據(jù)準備管控流程不可控,使得電子地圖數(shù)據(jù)的可維護性、可靠性和數(shù)據(jù)安全性有待提高。

        2.1 電子地圖數(shù)據(jù)的維護性

        不同設(shè)備供應(yīng)商采用不同的數(shù)據(jù)管理工具進行電子地圖數(shù)據(jù)準備,其結(jié)果是數(shù)據(jù)管理工具不同、軟件工具安全完善度等級不同、數(shù)據(jù)格式不同,當(dāng)線網(wǎng)運營需要互聯(lián)互通時,電子地圖數(shù)據(jù)會存在多種格式;當(dāng)本線在分段開通過程中或線網(wǎng)互聯(lián)互通時,電子地圖數(shù)據(jù)需要頻繁升級、多廠家分別進行數(shù)據(jù)準備,電子地圖升級時需要運營列車停運,人工依次升級對每列車車載主板電子地圖數(shù)據(jù),升級操作復(fù)雜、時間長,對列車運營造成很大影響。

        2.2 電子地圖數(shù)據(jù)的可靠性和安全性

        電子地圖數(shù)據(jù)在設(shè)備供應(yīng)商利用數(shù)據(jù)工具升級過程中,數(shù)據(jù)準備的管控只由設(shè)備供應(yīng)商負責(zé),地鐵業(yè)主不能對其流程進行監(jiān)控,對數(shù)據(jù)是否正確無法檢查。在數(shù)據(jù)更新過程中如果只修改版本號而未修改數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)修改不完全,系統(tǒng)仍可正常工作,一旦出現(xiàn)問題,輕則需要重新升級數(shù)據(jù),重則影響運營安全。

        電子地圖數(shù)據(jù)由設(shè)備供應(yīng)商存儲并保管,尤其一些設(shè)備供應(yīng)商為外方獨資或外方合資公司,地鐵線路數(shù)據(jù)一旦泄露或?qū)Φ罔F列車的運營安全甚至國防安全帶來嚴重的安全隱患。

        因此,對地鐵現(xiàn)行CBTC系統(tǒng)電子地圖數(shù)據(jù)準備、升級的管控將是本文研討的重點。

        3 電子地圖升級管控方案的研究

        為規(guī)避現(xiàn)行電子地圖數(shù)據(jù)存在的不足以及安全隱患,在電子地圖數(shù)據(jù)軟件工具開發(fā)、安全認證、CBTC系統(tǒng)硬件架構(gòu)、軟件架構(gòu)以及數(shù)據(jù)準備、管控以及電子地圖升級方式上進行優(yōu)化,將大大提高電子地圖數(shù)據(jù)的可維護性、可靠性以及安全性,同時節(jié)省電子地圖升級時間,提高運營效率。

        3.1 電子地圖數(shù)據(jù)工具的開發(fā)

        開發(fā)一套統(tǒng)一的地鐵電子地圖管理系統(tǒng)工具軟件,采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)架構(gòu)及數(shù)據(jù)格式,聘用第三方安全認證公司對數(shù)據(jù)準備工具軟件進行SIL4級安全認證,包括:

        1)集業(yè)內(nèi)主流設(shè)備供應(yīng)商電子地圖優(yōu)秀的軟件開發(fā)工程;

        2)制定統(tǒng)一的滿足SIL4級安全要求的電子地圖數(shù)據(jù)架構(gòu)及數(shù)據(jù)格式并經(jīng)業(yè)內(nèi)專家審核批準;

        3)按照SIL4級軟件開發(fā)流程進行工具軟件開發(fā);

        4)軟件工具增加審核管控機制,未經(jīng)授權(quán)人員數(shù)據(jù)準備、審核數(shù)據(jù)無法使用;

        5)取得第三方安全認證公司SIL4軟件安全認證后推廣使用。

        3.2 CBTC系統(tǒng)硬件架構(gòu)及軟件架構(gòu)優(yōu)化

        現(xiàn)行CBTC系統(tǒng)電子地圖數(shù)據(jù)采用設(shè)備供應(yīng)商離線的數(shù)據(jù)準備工具,電子地圖數(shù)據(jù)只在車載設(shè)備中更新并存儲,系統(tǒng)只檢查版本號,無法進行全部數(shù)據(jù)校核。為此,需對系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)、數(shù)據(jù)準備流程進行優(yōu)化,包括:

        1)系統(tǒng)硬件架構(gòu)優(yōu)化,在中心系統(tǒng)中增加電子地圖數(shù)據(jù)終端,運行數(shù)據(jù)準備工具軟件,生成電子地圖數(shù)據(jù);

        2)在中心數(shù)據(jù)庫存儲經(jīng)審核的地圖版本號及數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)具備存儲、檢查功能;

        3)中心系統(tǒng)增加電子地圖自動存儲、檢查及下發(fā)軟件模塊,該模塊獨立于安全控制邏輯,不對原系統(tǒng)安全功能產(chǎn)生影響;

        4)中心系統(tǒng)增加電子地圖數(shù)據(jù)安全加密、數(shù)據(jù)編碼程序及數(shù)據(jù)下發(fā)模塊,防止黑客攻擊以及數(shù)據(jù)傳輸錯誤;

        5)車載系統(tǒng)軟件優(yōu)化數(shù)據(jù)下載及存儲、版本及數(shù)據(jù)校核機制。

        3.3 電子地圖升級的風(fēng)險管控

        1)數(shù)據(jù)準備風(fēng)險管控

        電子地圖是依據(jù)軌旁設(shè)備配置生成的數(shù)據(jù),采用新模式電子地圖升級模式在數(shù)據(jù)準備階段須進行相應(yīng)的風(fēng)險管控,包括:

        a.當(dāng)軌旁設(shè)備確認已經(jīng)完成安裝調(diào)試,設(shè)備位置信息、配置及功能信息正確后才能啟動電子地圖數(shù)據(jù)準備階段;

        b.電子地圖數(shù)據(jù)的修改須對系統(tǒng)定義的信號平面圖設(shè)備信息進行修改,電子地圖終端軟件須有兩級確認過程(廠家數(shù)據(jù)修改,運營確認),須經(jīng)授權(quán)的有能力的人員通過密碼確認,方能執(zhí)行確認流程,經(jīng)確認后自動生成新的電子地圖數(shù)據(jù)。

        c.電子地圖數(shù)據(jù)嚴禁手動生成,數(shù)據(jù)采用編碼加密。對數(shù)據(jù)的任何手動修改,系統(tǒng)均應(yīng)自動識別,系統(tǒng)應(yīng)拒絕加載并產(chǎn)生報警信息。

        2)電子地圖加載風(fēng)險管控

        電子地圖數(shù)據(jù)是影響列車安全運行的重要因素,采用新模式電子地圖加載方式雖然可以降低數(shù)據(jù)加載的復(fù)雜程度,但數(shù)據(jù)加載須按照流程嚴格進行,包括:

        a.確認軌旁設(shè)備調(diào)試完畢、電子地圖數(shù)據(jù)正確后啟動數(shù)據(jù)加載程序;

        b.數(shù)據(jù)加載應(yīng)由經(jīng)授權(quán)的人員通過密碼方式進入加載控制程序,加載須輸入列車識別號對指定列車進行加載,加載前系統(tǒng)自動識別新電子地圖數(shù)據(jù)版本號等,加載是否成功應(yīng)彈窗提示;

        c.在天窗點先行加載一列車更新數(shù)據(jù),在不載客情況下完成運行試驗;

        d.確認數(shù)據(jù)正確后啟動自動加載模式,對線上停運列車進行數(shù)據(jù)加載。當(dāng)有新增列車需要數(shù)據(jù)更新時,必須確認列車在停運狀態(tài),在途載客列車嚴禁升級。

        3.4 系統(tǒng)電子地圖數(shù)據(jù)升級檢查模式優(yōu)化

        通過對中心、車載系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)及數(shù)據(jù)管控方式優(yōu)化后,當(dāng)需要電子地圖升級更新時,不再需要列車回庫停運后依次對列車數(shù)據(jù)進行更新,當(dāng)需要對電子地圖進行升級時,中心系統(tǒng)自動通過車地?zé)o線通信下發(fā)并檢查數(shù)據(jù),更新方式包括:

        1)中心系統(tǒng)在列車注冊上線時檢查車載電子地圖版本號及完整數(shù)據(jù);

        2)不一致時禁止列車投入運營,下發(fā)最新電子地圖版本號及數(shù)據(jù);

        3)再次核對中心與車載電子地圖版本與數(shù)據(jù),一致后列車投入運營;

        4)電子地圖優(yōu)化系統(tǒng)框如圖1所示。

        圖1 電子地圖優(yōu)化系統(tǒng)框Fig.1 System frame of the optimization of electronic map

        3.5 優(yōu)化后數(shù)據(jù)更新管控模式優(yōu)點

        采用優(yōu)化后的電子地圖升級更新模式解決了數(shù)據(jù)由設(shè)備供應(yīng)商負責(zé)、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、管控流程不嚴謹?shù)葐栴},使數(shù)據(jù)準備、檢查、審核、升級操作安全可控,升級時無需人工依次停車更新、實現(xiàn)一鍵自動更新,提高了電子地圖的可維護性;電子地圖準備工具安全認證、授權(quán)人數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)安全加密傳輸、數(shù)據(jù)安全存儲提高了電子地圖數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。

        4 結(jié)論

        本文論述的電子地圖數(shù)據(jù)的準備、管控、存儲以及數(shù)據(jù)傳輸方式,優(yōu)化了現(xiàn)有CBTC系統(tǒng)電子地圖數(shù)據(jù)升級管控方式。對現(xiàn)有CBTC系統(tǒng)軟件安全架構(gòu)、安全邏輯計算不產(chǎn)生影響,軟硬件具有較強的可實施性。同時解決了在基礎(chǔ)設(shè)施改造、線路分段開通以及線網(wǎng)互聯(lián)互通過程中電子地圖升級對運營效率以及運營安全的影響。考慮國內(nèi)地鐵線網(wǎng)改造、建設(shè)、互聯(lián)互通需求、數(shù)據(jù)安全管控要求,建議結(jié)合某一項目進行試點開發(fā),同時在國家層面制定相關(guān)技術(shù)標準,確保電子地圖升級后的列車運營安全。

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