張 濤

(廈門軌道建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司, 361004, 廈門∥高級(jí)工程師)

城市軌道交通在線車輛發(fā)生故障的情況在國內(nèi)城市頻頻發(fā)生,由于不能及時(shí)掌控在線車輛故障的具體狀況,為確保線網(wǎng)行車組織運(yùn)營安全、順暢,不產(chǎn)生乘客乘車服務(wù)事件,行車調(diào)度會(huì)根據(jù)司機(jī)或車站值班員上報(bào)的故障信息,第一時(shí)間采取對(duì)在線故障車輛下線或者抽線的方式,調(diào)用備用車輛投入至正常行車組織中,確保在線車輛按照運(yùn)行圖的實(shí)施方案有效運(yùn)行。

在行車組織過程中,一般發(fā)生車輛故障時(shí),均由司機(jī)根據(jù)車輛本身故障的基本情況作出判斷并向行車調(diào)度員報(bào)告,行車調(diào)度員再做出行車組織安排。在線車輛故障無論大小,以及是否影響其正常運(yùn)行,由于不能直觀、準(zhǔn)確地判斷其具體情況,因此,無論選擇下線或抽線方式,還是增加在線行車組織和車輛調(diào)度的指揮流程,均會(huì)增加城市軌道交通的正常運(yùn)營成本。對(duì)此,亟待提出城市軌道交通在線車輛故障可視化策略,以提升調(diào)度行車組織和應(yīng)急處置的效率。

廈門軌道交通目前形成了三線出島的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營線路。研究在線車輛故障的可視化,是廈門軌道交通行車組織調(diào)度管理中的一項(xiàng)重要工作,也是非常有必要的研究項(xiàng)目。

1 在線車輛故障信息可視化研究的目的

結(jié)合目前國內(nèi)城市軌道交通運(yùn)營管理系統(tǒng)的應(yīng)用情況,從應(yīng)急處置和安全管理的角度出發(fā),城市軌道交通在線故障信息可視化的實(shí)施主要有4個(gè)特征。

1.1 指導(dǎo)調(diào)度人員現(xiàn)場排除故障

通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)模塊反饋線上列車實(shí)時(shí)工作情況,使運(yùn)營控制中心指導(dǎo)司機(jī)和地鐵運(yùn)維人員更直觀、更快速地了解列車故障情況,能夠第一時(shí)間參與故障處置,為現(xiàn)場司機(jī)提供指導(dǎo)意見,提高故障處理效率。

1.2 提升調(diào)度指揮決策效率

采用可視化手段可實(shí)時(shí)監(jiān)管城市軌道交通的列車號(hào)、車輛火災(zāi)、緊急呼叫、緊急解鎖、緊急制動(dòng)、車門狀況、電氣蓋板、牽引及運(yùn)行模式等運(yùn)行狀況。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)城市軌道交通列車運(yùn)行過程中各組件部位的異常情況予以報(bào)警,并將故障信息及其處理意見進(jìn)行可視化展示,使得行車調(diào)度員能夠更直觀地確定列車是否繼續(xù)運(yùn)營及清客等,進(jìn)一步提升決策效率。

1.3 提升故障處置能力

通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集列車位置、牽引、制動(dòng)、車門、開關(guān)、車速、空調(diào)、溫度、牽引/電制動(dòng)、空氣制動(dòng)、空氣壓縮機(jī)狀況、輔助系統(tǒng)狀況、緊急對(duì)講、蓄電池及火災(zāi)報(bào)警狀況等動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)等,實(shí)時(shí)監(jiān)管列車的運(yùn)行狀況,提高監(jiān)管人員的工作效率,方便城市軌道交通運(yùn)維人員直觀了解列車運(yùn)行信息,充分利用列車運(yùn)行的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)形成專題報(bào)表,有助于車輛技術(shù)人員迅速判斷列車故障點(diǎn),提升故障處理能力,優(yōu)化運(yùn)行成本。

1.4 提升列車故障救援處置模式時(shí)間

廈門軌道交通對(duì)列車故障處理時(shí)間有明確要求,當(dāng)行車間隔大于或等于5 min,前方列車發(fā)生故障4 min時(shí),需對(duì)準(zhǔn)備擔(dān)當(dāng)救援任務(wù)的載客列車發(fā)布清客及列車救援命令;列車在發(fā)生故障后7 min仍不能動(dòng)車時(shí),向故障列車發(fā)布救援命令。但在實(shí)際生產(chǎn)中,列車發(fā)生故障的開始時(shí)間僅能以司機(jī)報(bào)告時(shí)間為基準(zhǔn),這將使得相同故障場景下的救援時(shí)機(jī)存在較大差異。通過綜合監(jiān)控實(shí)時(shí)反饋列車故障的信息和時(shí)間,可以明確列車故障救援的時(shí)機(jī),使得行車調(diào)整能有充分時(shí)間,進(jìn)一步采用列車故障救援處置模式。

2 在線車輛故障信息可視化研究的難點(diǎn)

2.1 在線車輛故障顯示的準(zhǔn)確性判斷

隨著科技不斷升級(jí)更新,我國城市軌道交通車輛功能逐步健全,車輛在出場時(shí)根據(jù)功能需求,已完成了其自身綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的加載。原本可以通過對(duì)車輛位置、牽引、制動(dòng)、車門開關(guān)、車速、空調(diào)系統(tǒng)、溫度及照明等進(jìn)行控制。車輛在正常運(yùn)行過程中,一旦發(fā)生設(shè)備故障,司機(jī)要通過車輛自有的車載系統(tǒng)判斷故障所處位置、故障分類,以及能否繼續(xù)正常運(yùn)營等情況,待司機(jī)初步判斷故障后向行車調(diào)度員報(bào)告,行車調(diào)度員憑司機(jī)反饋信息對(duì)在線故障車輛做出處置決策。整個(gè)判斷、收集信息的過程會(huì)消耗大量時(shí)間,且判斷的準(zhǔn)確率出現(xiàn)偏差的幾率非常大,容易造成行車資源的浪費(fèi)和干擾正常運(yùn)行圖。

2.2 對(duì)信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蟾?/h3>

城市軌道交通在線車輛故障信息可視化的實(shí)現(xiàn),一是可以解決對(duì)車輛故障的快速、精準(zhǔn)判斷;二是能有效提升行車調(diào)度員對(duì)在線車輛故障情況的應(yīng)急處置;三是完善行車組織管理與車輛故障之間的信息高效傳輸,提升聯(lián)動(dòng)應(yīng)急處置和故障處理判斷的能力。

目前,國內(nèi)城市軌道交通行車信息均依靠常規(guī)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。鑒于無線網(wǎng)絡(luò)本身存在的不穩(wěn)定性,很難將車輛本身從牽引、制動(dòng)、SIV(輔助逆變器)、車門、CCTV(閉路電視)、駕駛臺(tái)等故障信息傳輸加載到調(diào)度指揮大廳的終端綜合監(jiān)控設(shè)備中,對(duì)此穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)、高效的傳輸是車輛和終端綜合監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)在線車輛故障信息可視化有效、暢通應(yīng)用的難點(diǎn)。圖1為2018—2021年廈門地鐵1、2、3號(hào)線在線車輛故障統(tǒng)計(jì),這些故障信息皆無法實(shí)現(xiàn)采用既有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

注:LCU為列車控制單元。

3 廈門軌道交通線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

針對(duì)目前已開通運(yùn)營的3條軌道交通線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)中車載系統(tǒng)界面的顯示應(yīng)用,當(dāng)選擇某一車輛段或停車場查看信息總覽時(shí),若XX車發(fā)生故障,綜合監(jiān)控系統(tǒng)界面將會(huì)閃現(xiàn)車輛故障信息。綜合監(jiān)控系統(tǒng)主界面將列車按車組號(hào)進(jìn)行劃分,可以直觀地觀察到該系統(tǒng)與車載系統(tǒng)的通信狀況與車廂載客率。

根據(jù)車載系統(tǒng)的報(bào)警閃現(xiàn)情況,行車調(diào)度員可及時(shí)選擇綜合監(jiān)控系統(tǒng)提示的報(bào)警故障車廂,點(diǎn)擊查詢具體故障情況,此時(shí)該綜合監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)顯示該車廂載客率、乘客緊急報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、空氣壓縮機(jī)故障、廣播系統(tǒng)故障、視頻系統(tǒng)故障、車門系統(tǒng)故障、空調(diào)系統(tǒng)故障、制動(dòng)系統(tǒng)故障、SIV故障、通信故障、回風(fēng)溫度故障、牽引故障、受電弓故障等詳細(xì)信息,但僅能簡單、直接地展示出在線車輛狀況,即顯示器僅能顯示出故障或正常。

結(jié)合當(dāng)前城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)在線車輛故障的判斷,除以上操作系統(tǒng)外,當(dāng)在綜合監(jiān)控系統(tǒng)上選擇全線命令時(shí),列車運(yùn)行主界面會(huì)展示全線列車位置監(jiān)控圖、列車占用信號(hào)計(jì)軸的全線信息主界面等。其中,車載系統(tǒng)主界面還能展示運(yùn)營控制中心車載CCTV信息,可根據(jù)人工需求對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能進(jìn)行選擇。當(dāng)選擇相應(yīng)的車組號(hào)及CCTV編號(hào)時(shí),可將該車廂CCTV內(nèi)容投放至運(yùn)營控制中心大屏,為當(dāng)班行車調(diào)度員掌控和觀察在線車輛狀況提供比較清晰、明了的信息畫面,為行車組織調(diào)度提供最為基礎(chǔ)的保障。

結(jié)合以上功能分析,目前還不能通過既有設(shè)備將在線車輛故障準(zhǔn)確地傳輸至運(yùn)營控制中心,行車調(diào)度員必須通過手持終端設(shè)備同車輛司機(jī)溝通確認(rèn),并向行車調(diào)度員反饋,行車調(diào)度員才能根據(jù)信息反饋?zhàn)龀鱿乱徊叫熊嚱M織安排和調(diào)整。這對(duì)于整個(gè)行車組織的運(yùn)作而言,會(huì)直接影響現(xiàn)場處置效率,降低乘客服務(wù)度。

4 基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化方案

為了在行車組織過程中,充分利用既有的綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)車輛本身的控制系統(tǒng)信息掌握,需要對(duì)既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的功能進(jìn)行優(yōu)化和開發(fā)。一方面,發(fā)揮既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)同車輛系統(tǒng)的相互兼容和車輛設(shè)備系統(tǒng)的信息互通;另一方面,直觀地將車輛運(yùn)營過程中的偶發(fā)故障信息通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至調(diào)度指揮大廳的綜合監(jiān)控系統(tǒng)上,行車調(diào)度員會(huì)在第一時(shí)間根據(jù)反饋信息做出應(yīng)急判斷,從而更好、更高效地進(jìn)行行車組織,為乘客出行提供安全、便捷、有序的行車組織。為此,提出了基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化方案。在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)的建立,可實(shí)現(xiàn)將車輛的人機(jī)界面信息以畫面感、可觸屏的方式呈現(xiàn)到行車調(diào)度工作臺(tái)前,對(duì)在線車輛故障按照處理指南內(nèi)容精簡,以及綜合其他規(guī)章制度、作業(yè)要求等編制行車調(diào)度應(yīng)急處置所需要的關(guān)鍵提示信息?；诰C合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化方案將通過獲取車輛屏各分系統(tǒng)界面,完成關(guān)鍵提示信息面板制作,再通過相應(yīng)工具合成一個(gè)面板,將該面板存放于各行車調(diào)度工作臺(tái)前的觸摸屏調(diào)度臺(tái),達(dá)到通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)在線車輛故障信息的可視化掌控。基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)見圖2。

注:ATS為列車自動(dòng)監(jiān)控;LTE為長期演進(jìn);TAU為車載接入單元;CC為車載控制器。

建立基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)時(shí),需要完善既有的網(wǎng)絡(luò)傳輸或設(shè)置專網(wǎng)傳輸,在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)將在線車輛故障數(shù)據(jù)暢通傳遞,以網(wǎng)絡(luò)層推的方式實(shí)現(xiàn)故障信息數(shù)據(jù)快速傳遞至中央監(jiān)控系統(tǒng)中顯示預(yù)警。同時(shí),健全的網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)包括物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、交換機(jī)、路由器及防火墻等網(wǎng)絡(luò)通信模塊。從應(yīng)用展示來劃分,在線車輛故障信息可視化系統(tǒng)的主要功能必須達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)時(shí)報(bào)警、系統(tǒng)管理及用戶管理,這樣可將上述信息直接傳輸至調(diào)度大廳,為行車調(diào)度員提供最為直觀的判斷信息,以更高效地應(yīng)對(duì)在線車輛故障時(shí)的行車調(diào)動(dòng)指揮。

1) 列車故障信息的同步傳輸。結(jié)合當(dāng)前既有列車監(jiān)控設(shè)備及綜合監(jiān)控系統(tǒng),設(shè)置專用的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸,結(jié)合在線車輛狀況信息顯示,增加車載車輛屏、信號(hào)屏,并將其顯示報(bào)文故障信息同步到運(yùn)營控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)車載車輛屏、信號(hào)屏出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí),綜合監(jiān)控系統(tǒng)界面上將第一時(shí)間彈出故障報(bào)警信息并報(bào)警,并第一時(shí)間切換至相應(yīng)的界面。為提升行車調(diào)度員更快速判斷在線車輛故障的具體、準(zhǔn)確信息,為當(dāng)班行車調(diào)度員做好現(xiàn)場應(yīng)急處置做好基礎(chǔ)保障工作,可采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)將在線車輛故障信息通過顯示屏幕直接顯示出來,更清晰地讓行車調(diào)度員作出詳細(xì)判斷,為高效率應(yīng)急處置作出決策。列車故障信息內(nèi)容顯示見表1。

表1 列車故障信息內(nèi)容顯示

2) 列車故障處理指導(dǎo)意見系統(tǒng)的增設(shè)。列車發(fā)生相應(yīng)故障時(shí),綜合監(jiān)控系統(tǒng)界面除彈出相應(yīng)故障的窗及語音提醒外,同時(shí)根據(jù)故障在其告警彈窗下方彈出故障處理建議,如:建議立即停車處理;列車不具備運(yùn)營條件,建議退出服務(wù);建議立即復(fù)位XX空開等信息。綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能按故障情況顯示故障處理流程:當(dāng)現(xiàn)場司機(jī)完成相應(yīng)處置步驟時(shí)該系統(tǒng)界面能夠有信息顯示,如車門切除、合旁路開關(guān)、切除列車氣制動(dòng)等。在發(fā)生故障或故障處理結(jié)束后,列車有限速要求也能夠在此系統(tǒng)界面顯示,如:切除1個(gè)列車氣制動(dòng),自動(dòng)限速70 km/h;2個(gè)牽引逆變器故障,AMC(自適應(yīng)調(diào)制編碼)無法動(dòng)車,此時(shí)應(yīng)手動(dòng)駕駛,牽引級(jí)位需大于60%,建議手動(dòng)限速50 km/h,就近清客退出服務(wù)等。

3) 車輛屏和信號(hào)屏復(fù)視系統(tǒng)的完善。當(dāng)發(fā)生故障時(shí),調(diào)度員可通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)閱車輛屏和信號(hào)屏,并投放至大屏相應(yīng)位置,為當(dāng)日當(dāng)值行車調(diào)度員處置在線車輛故障提供幫助。

4) 車載CCTV的優(yōu)化。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用的調(diào)度中心車載CCTV控制系統(tǒng)功能,在選擇調(diào)看CCTV時(shí),可通過選擇車次號(hào)或服務(wù)號(hào)完成調(diào)取。當(dāng)使用車組號(hào)進(jìn)行調(diào)取時(shí),需人工將車次號(hào)、車組號(hào)換算為對(duì)應(yīng)的車底號(hào),建議對(duì)車次號(hào)或服務(wù)號(hào)的選擇進(jìn)行優(yōu)化。

綜上所述,綜合監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)故障信息的可視化:將在線車輛故障及狀況信息實(shí)時(shí)上傳,根據(jù)不同的故障等級(jí),將重要的故障信息和關(guān)鍵的列車狀況信息通過無線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控管理,確保列車運(yùn)營安全可靠、故障處置快速有效、方案決策有據(jù)可依。

5 結(jié)語

廈門軌道交通在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營模式下實(shí)現(xiàn)了車輛運(yùn)行與行車組織的互聯(lián)互通。為確保廈門軌道交通對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處置,達(dá)到安全受控目標(biāo),提出了城市軌道交通基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)車輛故障信息可視化方案,旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛故障的統(tǒng)計(jì)分析、診斷、健康評(píng)估及預(yù)測,提升調(diào)度行車組織決策效率,確保列車運(yùn)營的安全性與可靠性。