張洪濤 彭婧璇 王曉萌

(同方股份有限公司, 100083, 北京)

城市軌道交通(以下簡稱“城軌”)綜合監(jiān)控系統(tǒng),互聯(lián)集成信號、環(huán)境控制、電力監(jiān)控等不同業(yè)務應用,通過提供統(tǒng)一的線路運營指揮平臺,實現(xiàn)了城軌信息互通、資源共享,提升了自動化水平,提高了城軌運營的安全性、可靠性和響應性。

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術的快速發(fā)展與成熟,城軌車站環(huán)境、客流和設備信息的全面感知,城軌車站的智慧化運營,城軌運維決策的數(shù)據(jù)支撐等新需求不斷提出。在此前提下,城軌綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)順應技術發(fā)展趨勢,通過不斷迭代升級,實現(xiàn)了系統(tǒng)功能和性能的持續(xù)提升。

1 傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設置了服務器、工作站、交換機、FEP(前端處理器)等設備,通過網(wǎng)絡將集成、互聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送至服務器進行運算處理。在實際應用中,該系統(tǒng)能夠基本滿足城軌生產(chǎn)運營的需求,但在較多方面仍然存在不足:

1) 體系架構陳舊。傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用“豎井式”系統(tǒng)架構,在控制中心和各個車站設置機房,并配置冗余的服務器等物理設備。此架構下,設備設施分散,對車站機房空間、電力、消防等資源占用較大,造成資源和能源的浪費。由于車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)承擔了較多的數(shù)據(jù)處理工作,為滿足長期運營需要,建設項目往往采用大而全的預算及投資方式,且配置的設備性能遠超實際需求,導致建設和運維成本居高不下,IT(信息技術)資源利用率低,資源管理困難。此外,傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)可擴展性較差。該系統(tǒng)功能的開發(fā)更多依賴于前期設計,隨著城軌信息化建設的深入,原有的系統(tǒng)架構無法通過快速擴展來滿足新的需求。一旦后續(xù)需要進行計算資源擴充,因購置和擴展成本較高,亦無法與其他專業(yè)進行靈活統(tǒng)一調(diào)配。

2) 系統(tǒng)集成度不足。城軌FAO(全自動運行)系統(tǒng)近年來逐漸成熟并開始全面推廣應用。在FAO場景下,需要實現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對車載信息系統(tǒng)的集成[1],以實現(xiàn)車-地設備的全自動聯(lián)動,全面保障運行安全。FAO模式下,相對綜合監(jiān)控系統(tǒng)而言,列車成為移動的車站,因而需對列車上的設備和信息進行監(jiān)控,為乘客提供服務。此外,FAO場景對城軌運營調(diào)度人員亦提出了更高的要求,綜合監(jiān)控系統(tǒng)只有融合車載信息系統(tǒng),才能更好地輔助決策。傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)雖然基本實現(xiàn)了對地面各類機電設備的統(tǒng)一管控,但對于信號、車輛的信息集成明顯欠缺,無法適應FAO場景的發(fā)展。

3) 各專業(yè)數(shù)據(jù)繁雜離散。城軌網(wǎng)絡化運營條件下,線路設備種類繁雜,客流激增,以及一系列動態(tài)風險使得城軌車站的運營場景日益復雜。傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)已集成和互聯(lián)了城軌內(nèi)多數(shù)關鍵系統(tǒng),但大多采用“車站-專業(yè)-設備”三級數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式,設備數(shù)據(jù)平鋪式呈現(xiàn),調(diào)度人員在日常工作中無法直接獲取與運營場景關聯(lián)的數(shù)據(jù)信息,只能通過切換不同專業(yè)完成設備狀態(tài)進行查看,通過人為經(jīng)驗進行判斷,工作效率較低。

綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)通過運用新興信息技術,克服了傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的短板,構建了智慧城軌運營生態(tài),提升了運營效率,降低了運營成本。

2 綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)的架構

為解決傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構所面臨的問題,進一步加強數(shù)據(jù)共享,提升數(shù)據(jù)價值,綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)將采用云架構?；诔擒壴频木C合監(jiān)控2.0系統(tǒng)架構如圖1所示。

云技術的應用使資源共享、按需服務、集成復用、集中管理成為可能,降本增效成為綜合監(jiān)控系統(tǒng)上云重要的驅動力。綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)采用基于城軌云的數(shù)據(jù)中心級云計算平臺與站段云節(jié)點的兩級架構。為確保業(yè)務的高可靠性,在數(shù)據(jù)中心級云計算平臺設置主用、災備雙中心,實現(xiàn)了業(yè)務快速復制、靈活擴展、簡單通用,顛覆了傳統(tǒng)的服務提供方式[2]。

云平臺架構下綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用線路中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)和車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)的兩級系統(tǒng)架構。通過云虛擬化的方式由中心云平臺提供計算、存儲、網(wǎng)絡及安全等服務,并對車站云節(jié)點進行資源調(diào)配,實現(xiàn)中心云平臺和車站云平臺的統(tǒng)一部署與管理。車站節(jié)點與其他系統(tǒng)可復用配置少量本地資源,從而降低現(xiàn)場管理和維護工作,提升車站設備使用率。此外,當數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中斷時,車站級設備還可作為中心云平臺的降級備份,通過現(xiàn)場桌面終端接管本地云節(jié)點資源池的控制,保證系統(tǒng)基礎功能的可靠性。云平臺實現(xiàn)了資源的統(tǒng)一調(diào)配管理,大大提升了系統(tǒng)的靈活性和擴展性,減輕了資源和能源的浪費。

綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)在達到諸多改善的同時,也帶來了安全性上的問題,因此,需要一套完整的云安全解決方案來滿足系統(tǒng)自保、平臺統(tǒng)保、邊界保護、等保安全的要求。對于云平臺承載的部分,其網(wǎng)絡信息安全由云平臺統(tǒng)籌保護,同時需系統(tǒng)配置信息安全管理平臺、工業(yè)入侵檢測、數(shù)據(jù)庫審計、終端防護軟件等。云平臺負責承載的應用軟件自身安全由綜合監(jiān)控系統(tǒng)負責,并在虛擬服務器中部署了終端防護軟件。站段云節(jié)點設置了工業(yè)入侵檢測與終端防護軟件,車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)與其他專業(yè)接口的安全防護采用了防火墻。

3 綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)的功能

3.1 車載信息系統(tǒng)的全集成

綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)的集成范圍將進一步擴大,尤其是全面納入列車信息后,不僅包括車輛本身的機電系統(tǒng)工作狀態(tài),也包括服務于乘客的車載PIS(乘客信息系統(tǒng))、車載CCTV(閉路電視)系統(tǒng)、車載PA(公共廣播)系統(tǒng)等。車載綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過車地無線通信將采集到的車載設備信息傳送到控制中心,使中央調(diào)度能夠清楚地掌握車輛情況,實現(xiàn)真正全面的綜合監(jiān)控。

實現(xiàn)車載信息系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成需打通兩個網(wǎng)絡:① MVB(多功能車輛總線)網(wǎng)絡——承載TCMS(列車控制與管理系統(tǒng))管控的車輛驅動、制動、車門等設備數(shù)據(jù);② 車載PIS網(wǎng)絡——承載車載PIS、PA、CCTV通信。綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)與車載信息系統(tǒng)的接口,如圖2所示。圖2中,在每列列車上均設置冗余的綜合監(jiān)控系統(tǒng)車載通信管理器,該設備通過MVB網(wǎng)絡與車載TCMS實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,以獲取車輛設備狀態(tài)信息,包括車輛運行狀態(tài)、列車駕駛模式、列車環(huán)境參數(shù)、設備運行狀態(tài)及能耗等。同時該設備接入車載PIS網(wǎng)絡,將TCMS信息和車載CCTV、車載PIS、車載PA數(shù)據(jù)由PIS車地通信通道上傳至控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

注:ISCS為綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

隨著集成范圍的擴大,綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)也將進一步增強平臺化優(yōu)勢,面向行車調(diào)度、設備運維、環(huán)境監(jiān)控和乘客服務,對各類數(shù)據(jù)進行梳理和綜合再利用,建立具備場景化、智能化、人性化的監(jiān)控調(diào)度平臺。利用數(shù)字化信息共享方面的天然優(yōu)勢,綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)對各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一、綜合、深度的智能處理分析,為城軌運營人員提供直觀而詳盡的信息和決策支撐,實現(xiàn)城軌綜合智能化管理。集成車載信息的綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)界面截圖如圖3所示。

圖3 集成車載信息的綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)界面截圖

3.2 場景化運營的實現(xiàn)

3.2.1 場景化運營需求

在傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能設計中,各系統(tǒng)要素邊界清晰而獨立,調(diào)度人員可以通過一套軟件平臺實現(xiàn)面向各系統(tǒng)的設備管理,并利用視頻監(jiān)控、乘客信息、廣播等系統(tǒng)與機電設備間聯(lián)動,以滿足部分客運服務需求。隨著技術的發(fā)展,車站運營更加關注監(jiān)控數(shù)據(jù)背后的關聯(lián)性和相互影響因子,這促使綜合監(jiān)控系統(tǒng)由簡單的設備監(jiān)控向場景化運營轉變[3]。因此,場景化運營將是綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)的基本特征之一。

場景化運營可對調(diào)度人員業(yè)務流程和不同的崗位職責進行提煉、梳理與分析:將業(yè)務流程轉變?yōu)橐幌盗袌鼍暗募?提煉業(yè)務流程中的關鍵要點,對業(yè)務流程所需執(zhí)行步驟進行專業(yè)協(xié)同,為不同的調(diào)度人員提供相應的數(shù)據(jù)分析和策略支持。綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)優(yōu)勢和全面監(jiān)控的能力,通過場景化運營實現(xiàn)離散化信息的統(tǒng)一呈現(xiàn),為調(diào)度人員提供全自動或半自動運營操作輔助,完成從人適應系統(tǒng)到系統(tǒng)適應人的轉變,優(yōu)化了系統(tǒng)操作體驗。

3.2.2 典型場景

綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)場景設計中的關鍵要素包含人、車、設備及管理系統(tǒng)。

1) 一鍵開/關站場景。一鍵開/關站包括開站、關站兩個獨立的場景,是車站自主運行的重要組成部分,也是調(diào)度人員運營業(yè)務中的重要一環(huán)。一鍵開/關站場景的內(nèi)容包含開關站前自檢、開關站操作執(zhí)行與確認。綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)發(fā)出具體聯(lián)動指令,由各相關系統(tǒng)執(zhí)行,并將聯(lián)動關鍵步驟的執(zhí)行狀態(tài)實時跟蹤反饋給調(diào)度人員,必要時提示調(diào)度人員進行確認或其他操作。為了滿足場景功能,還需在傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口的基礎上進行接口功能增強,包括增加乘客信息系統(tǒng)一鍵喚醒、一鍵休眠,站臺門的一鍵自檢,售檢票系統(tǒng)設備遠程投運與退出,卷簾門控制等。

2) 正常運營場景。正常運營場景構建的基礎是調(diào)度人員崗位職責,以及開站后全天正常運營狀態(tài)下業(yè)務流程涉及的各項功能。結合車站客流的運營狀態(tài)協(xié)助調(diào)度人員監(jiān)視客流,接發(fā)列車并對重點設備進行巡檢。正常運營場景方案見表1。

表1 正常運營場景方案

3) 應急運營場景。應急運營場景主要針對線路、車站在突發(fā)事件時的情況。在發(fā)生大客流、災害天氣等突發(fā)事件時,根據(jù)事件等級和災害類型啟動相應的事件處理流程,幫助調(diào)度人員快速應對處置,并自動記錄處置過程及事件回溯。應急運營場景方案如表2所示。

表2 應急運營場景方案

為滿足此類場景需求,綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)需增設外部系統(tǒng)接口,包括從城市應急指揮中心獲取天氣及外部侵入等信息,從公共交通平臺獲得實時公交運行時刻等,以保證實現(xiàn)高效決策、快速處理的目標。

4) 夜間監(jiān)護場景。夜間監(jiān)護場景主要針對線路停運后的夜間施工管理和配合,包括施工作業(yè)管理,夜間施工人員進出車站數(shù)字化管理等,避免人工管理易出現(xiàn)的錯漏。同時根據(jù)施工內(nèi)容的要求,進行施工區(qū)域照明、通風等配合工作。

5) 設備運維場景。設備運維管理場景主要針對運維調(diào)度及技術人員,為設備運維提供支持。在綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)界面中,監(jiān)視車站受控對象的運行狀態(tài)和故障報警信息,同時統(tǒng)計設備累計運行時間,對設備的維護保養(yǎng)提供建議提示。更進一步,可對機電設備運行質(zhì)量和健康度進行數(shù)據(jù)分析,為具備基本診斷條件的設備提供狀態(tài)預警功能(狀態(tài)修功能)和預防性維修等相關功能。此外,增加與資產(chǎn)管理系統(tǒng)接口,建立設備與資產(chǎn)的屬性對應關系,跟蹤設備及備件購置、使用、折舊、報廢的全過程,優(yōu)化備件配置,實現(xiàn)設備全壽命周期管理的閉環(huán)鏈條。設備運維場景方案見表3。

表3 設備運維場景方案

各類調(diào)度人員在同一場景下關注的重點內(nèi)容和操作流程均不同,因此,綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)中的場景規(guī)劃必須依據(jù)用戶需求進行設計。場景化運營要求綜合監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)有接口功能的基礎上進行功能增強,以自動化手段助力設備管理的智慧化,以信息化手段輔助調(diào)度人員決策,實現(xiàn)服務于運營、運維和乘客的管理目標。

4 結語

新技術的出現(xiàn)和逐步成熟,為智慧城軌建設提供了新的思路和方法。本文詳細闡述了綜合監(jiān)控2.0系統(tǒng)的架構。該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)融合的基礎上,能夠發(fā)揮集中管理、統(tǒng)一運營的平臺優(yōu)勢,滿足乘客、城軌企業(yè)的多樣化服務需求,助推智慧城市軌道交通的數(shù)字化和智能化轉型升級。