城市轨道交通综合监控系统全线仿真测试平台的设计

关键词： 膨胀 拥挤 交通 城市

城市轨道交通综合监控系统全线仿真测试平台的设计（共4篇）

篇1：城市轨道交通综合监控系统全线仿真测试平台的设计

城市轨道交通综合监控系统全线仿真测试平台的设计

本文从城市轨道交通综合监控系统研发和工程实施的需要出发,提出一种系统仿真测试平台的`设计方案,该方案既能满足全线仿真测试的功能要求,又灵活方便,投资成本低.

作 者：吴坚 韩玉雄 作者单位：上海轨道交通设备发展有限公司刊 名：城市建设英文刊名：CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN年，卷(期)：“”(11)分类号：U2关键词：城市轨道交通 综合监控系统 仿真测试

篇2：城市轨道交通综合监控系统全线仿真测试平台的设计

城市轨道交通控制综合培训与仿真支撑平台设计构想

对城市轨道交通控制系统培训和测试的`公共平台设计方案进行探讨.给出方案的设计构想.建设一个既具有城市轨道交通控制专业人员培训功能又同时具备系统或产品开发仿真支撑平台功能的综合平台是完全可能的,该平台建成后将兼具功能性和经济性的双重优势.

作 者：马强 Ma Qiang 作者单位：西安铁路职业技术学院,陕西,西安,710014刊 名：石家庄铁路职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY年，卷(期)：20098(2)分类号：U213.2关键词：培训平台 仿真支撑平台 系统测试 产品研发

篇3：城市轨道交通综合监控系统全线仿真测试平台的设计

近年来, 随着我国城市化进程的加快, 为了改善城市交通状况、减少环境污染, 大中城市积极发展城市轨道大众交通体系;与此同时, 以计算机、网络通信等信息通信技术为动力的信息化, 改变了以往城市轨道交通的监控方式。

城市轨道交通综合监控系统 (Integrated Supervisory Control System, ISCS) 作为城市轨道交通的核心装备, 由现场设备、现场网络、车站监控系统、通信骨干网络、中心监控系统组成, 集成各分立的自动化系统, 对自动化设备进行监视与控制, 实现信息互通、资源共享和高效联动。然而, 目前国内综合监控系统大多是机电设备的监控, 主要针对电调、环调等除信号系统以外的子系统, 没有真正地将信号系统有机地联系在一起进行综合。

城市轨道交通信号系统中的列车自动监控子系统 (Automatic Train Supervision, ATS) 实现列车监督、控制和调整, 具有监控系统的典型特点。随着标准的完善和系统开放性的提高, 将ATS整合进ISCS, 实现真正意义上的综合, 是轨道交通综合监控集成的发展方向。目前国内轨道交通正在逐步开展ATS与综合监控系统的集成。下面对城市轨道交通综合监控集成平台策略进行系统研究。

1 综合监控集成平台架构

监控系统一般分为监控层和设备层。监控层可以使用成熟的软硬件技术, 实现标准或约定的协议、灵活的配置、可视化的操作;设备层只需要提供可以满足条件的调用方式即可。不管是ATS还是传统ISCS, 都属于顶层的监控层, 所要面对的是下面的设备层;设备层提供采集的基本数据, 可以是联锁、区域控制器, 也可以是供电设备、环控设备。

1.1 列车自动监控功能分析

ATS系统主要是实现对列车运行及控制的道岔、信号等设备运行状态的监督和控制, 给行车调度员显示全线列车的运行状态, 监督和记录运行图的执行情况, 辅助行车调度人员完成对全线列车运行的管理, 并为整个信号系统的故障诊断和系统维护提供帮助。

ATS功能见图1, 主要包括:

(1) 信号设备的监视:显示全线的线路布局、信号设备状态、进路状态、列车位置、控制模式、调整模式等。

(2) 列车识别与追踪:自动完成正线控制区段内的列车识别号跟踪, 采用列车识别号的移动和有关信号设备的状态来描述在线列车的实际运行。

(3) 列车进路控制:根据列车的运行数据信息, 按预先排列进路的原则和运营方案, 进行自动或人工排列进路。

(4) 列车运行调整:依据时刻表或行车间隔, 自动检测和调整列车的运行。

(5) 列车运行图编制及管理:根据线路的参数和行车组织要求, 由运行图编制人员输入基本数据, 由计算机辅助自动编制基本列车时刻表和运行图。

(6) 控制命令:对信号设备发送控制命令。

(7) 运营记录与统计报表:记录列车运行状况和设备工作状态, 并进行统计和分析。

(8) 故障报警:列车运行状态和设备运行状态报警的功能。

1.2 综合监控集成平台框架

根据上述分析, ATS功能完全可以与综合监控进行集成。根据ATS与ISCS的集成程度, 可以化分为界面集成、ATS控件嵌入、完全集成3种方式。选取集成过程中必须关注的策略, 设计城市轨道交通综合监控集成平台框架 (见图2) 。

(1) 操作系统层:采用跨平台结构, 支持不同厂家多种UNIX、LINUX、WINDOWS硬件服务器。

(2) 平台服务层:提供通用的服务, 包括提供系统管理、实时数据库、消息中间件、历史数据库、图形工具、报表工具、告警管理、事件管理、权限管理等服务, 是系统稳定性和可靠性的关键环节。

(3) 应用服务层:面向业务逻辑, 系统功能的最终体现。包括传统的电力专业、通信专业和机电专业等, 增加了信号专业, 每个专业有相应的后台应用与设备层相联系。如信号专业体现为列车的追踪、控制和调整, 相应的后台应用与联锁、区域控制器、车载设备等进行通信;机电专业体现在为设备状态的采集、监视和各种模式的控制, 相应后台应用与机电设备通信。

(4) 界面层:实现显示和操作功能。向操作员提供设备状态信息、列车运行信息、故障信息、报警信息、统计报表信息等, 同时, 操作员可借助系统提供的一系列工具, 在操作员工作站上对远程的设备进行监视、设置、控制等。

2 综合监控集成平台关键策略

2.1 数据建模

为了集成ATS系统, 必须建立通用的数据模型。综合监控集成平台采用水平分表, 结合星型模型的方式来构建数据仓库模型。具体做法为:将综合监控各个专业的数据结构以功能作为依据进行分类, 其中也包含信号专业的设备数据结构。通过分类, 将数据记录分散至各类事实表。每类事实表再根据具体特性, 设计其私有的维度表。通过这种方式, 不仅快速地将事实表的数据级别从千万级降至了百万级, 且利用维度表特性, 类似于垂直分表的思想, 解决了大量的数据冗余问题。典型数据仓库数据模型见图3。

以码位事实表为例说明。码位事实表是实际接收数据源增量数据的数据表, 而设备类型维度表、测点位置维度表及设备参数维度表都可以看作是定义表。在第一次完全加载后无特殊情况, 其数据量不会产生明显变化。码位事实表中的所有增量数据可以通过数据源中的对应字段直接获取, 而所属位置键、所属设备键及参数维度键, 则可以通过数据源中的设备综合维度表进行获取。通过该设计可以更好地为后续的数据挖掘、联机分析等作数据支持。

2.2 部署和冗余

综合监控集成平台支撑的各个专业可以灵活部署, 并按专业模块进行主备划分的冗余技术。当同样使用双机冗余时, 在不降低系统可靠性的基础上, 可以充分提高硬件资源利用率, 具有一定的先进性。由于集成平台采用模块化设计, 在运行时可以将不同的模块分配在不同的服务器上运行。正常情况下, 2台服务器同时处理不同任务, 保证工作平均分配到2台服务器上;当1台服务器出现故障时, 系统会自动将另1台服务器上工作于“备”状态的模块升级成“主”状态 (见图4) , 保证系统正常运行。

当某个专业出现故障的时候, 系统不进行整机的服务切换, 只进行单个专业的主备切换 (见图5) 。

2.3 安全性

综合监控集成平台中的ATS功能, 虽然不属于故障-安全系统, 但由于它通过与列车自动保护系统和列车自动驾驶系统的协调配合, 来完成对信号系统的自动化管理和全自动行车调度指挥控制, 所以应该达到安全完整性等级的一定要求。安全需求如下:

(1) 道岔和信号封锁与解除封锁:包括将道岔封锁在当前位置, 道岔封锁解除;终端信号机封锁, 终端信号机封锁解除;轨道封锁, 轨道封锁解除。

(2) 列车在进路中停车与停车解除:人工即时停车功能, 使1列、几列或所有列车实现停车;解除停车指令的人工功能, 可以人工解除1列、几列或所有列车的停车指令。

(3) 临时速度限制:可为CBTC区域内任何区段上的所有CBTC列车建立/修改/取消临时限速。

(4) 工作区域:提供建立/撤销临时工作区域的功能。

除了上述的安全需求, 有些系统还包括引导、总人解、总取消等。综合监控集成平台对安全需求部分依据EN50126、EN50128、EN50159等标准进行生命周期管理、安全性设计和开发。

3 结论

城市轨道交通集成平台目标是实现监控层和设备层完全分离, 统一建模, 灵活部署, 优势在于:

(1) 提高系统的配置性和扩展性, 同时又不降低安全性;

(2) 涵盖了庞大的、多专业的各类系统数据, 可以充分利用大数据的优势更好地为运营服务;

(3) 可以减少系统的硬件构成复杂度, 一定程度可以缩减工程造价, 减少维护工作量;

(4) 多专业数据同屏显示, 将关键设备数据与行车数据融合, 有利于从整体上把握全线各个系统的运行情况, 及早对潜在的危险进行识别, 保证列车的平稳安全运行;

(5) 加深行调、电调、环调及维调等各专业之间的信息融合贯通;

(6) 可以实现包括ATS在内的多专业之间联动功能。

参考文献

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[2]魏祥斌.集成信号列车自动监控子系统的综合监控系统方案[J].现代城市轨道交通, 2012 (8) :86-89.

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[4]CENELEC pr En50128铁路应用-通信、信号和处理系统-铁路控制和防护系统件[S], 2011.

[5]Zhao L, Shi W.Research on optimization of application model based on storm[C]//Software Engineering and Service Science (ICSESS) , 2014 5th IEEE International Conference on IEEE, 2014:248-250.

篇4：城市轨道交通综合监控系统全线仿真测试平台的设计

进入新世纪以来,随着国民经济发展,我国城市化的进程大大加快,城市人口急剧膨胀,我国大城市的客运量迅速膨胀,交通拥挤、阻塞和混乱的现象日益严重,交通拥挤状况影响了城市经济和社会活动的正常秩序和居民的出行。这也是世界交通领域近十余年来面临的一个共同问题[1]。目前,世界各国为解决城市交通拥堵,降低大气污染都做出了不懈的努力,积累了大量的好的经验和做法,其途径之一就是发展客运量大、快捷、安全、准时、环保的城市轨道交通。另外,轨道交通对国民经济增长具有积极的推动作用,将产生巨大的社会和经济效益。近几年,国内的城市轨道交通建设正在快速发展,为了提高运输效率、保证行车安全及旅客舒适度等,必须建设一个满足调度运营的自动化综合监控系统。城市轨道交通自动化涉及众多厂家的大量机电设备和复杂的子系统,而轨道交通的安全运行除了提供必要的、安全可靠的机车、电力、机电等设备外,建立对这些设备进行监视和控制的计算机监控系统,使之运行在可控制的范围内,从而保证轨道交通运行的安全、高效是十分必要和具有重大意义的[2]。轨道交通综合监控系统就是在上述的需求下应运而生了。综合监控系统的使用大大加强了轨道交通运行的安全性、乘客的舒适性以及灾害情况下乘客疏散的及时性,将灾害情况下的损失减少到最低[3]。

2 轨道交通综合监控系统整体结构

现代轨道交通的实际运营需要多个专业的协调配合,具有代表性的系统包括]:电力监控系统(PSCADA)[4]、环境和机电设备监控系统(BAS)[5]、自动列车监控系统(ATS)、火灾报警系统(FAS)、自动售检票系统(AFC)、通信系统[6](包括公务通信、调度通信、无线通信、数字传输、广播系统PA、乘客信息系统PIS、闭路电视系统CCTV、时钟系统CLK等)、屏蔽门监控系统(PSD)、门禁系统(ACS)等。各专业的设备多种多样,要求综合监控系统可以统一、高效地管理和监控多种系统及设备。

图1给出了目前国内最新的轨道交通综合监控系统的设计理念,由此,可以看出,当前的轨道交通综合监控系统不仅仅集成了电力、环控等系统,还通过工业以太网集成了PA、CCTV、ACS、PIS等系统[7],此外,轨道交通综合监控系统还集成了车载综合监控TISCS系统,其主要是通过无线集群Tetra技术或宽带无线WRF技术等网络与车辆的TMS列车管理系统和信号ATC系统进行互联,以实现信息的共享[8]。

由图1可以看出,综合监控系统的最大设计特点就是三级调度,四级控制,三级调度指的是城市级指挥中心(如北京的TCC系统)、OCC控制中心和车站的三级调度,四级控制指的是城市级指挥中心、OCC控制中心、车站和就地四级控制。一般对于一条轨道交通线路来讲,综合监控系统包括中心和车站两级调度、控制,就地级控制不在综合监控系统的范围之内。这是城市轨道交通综合监控系统有别于一般的SCADA系统和DCS系统的最大应用特点。在实际城市轨道交通建设项目中,还有可能出现管理局部几个临近车站的区域分中心。而当城市形成轨道交通网络体系以后,也可能出现管理几条线路的指挥控制中心[9]。

OCC即操作控制中心,是轨道交通的管理、调度中心,其职责是保证一条线路完整运营、统一管理,同时负责与上一级管理的接口。通常把位于OCC的综合监控系统称为中央级综合监控系统(CISCS),把位于车站的综合监控系统称为车站级综合监控系统(SISCS)。CISCS通过通信骨干网将各SISCS信息汇集到OCC,从而完成中心级的调度、控制功能,实现全线多系统的综合监控。SISCS通过车站局域网络将现场级的信息汇集到车站,从而实现车站级的综合监控。

3 现代轨道交通综合监控系统的设计理念

综合监控系统是实现轨道交通调度自动化管理更上一层楼的重要工具也是城市轨道交通监控系统的主要发展方向。目前,在国外,轨道交通系统中已有许多线路采用了综合监控系统。如新加坡轨道交通东北线、美国南新泽西轻轨、西班牙毕巴尔巴额轨道交通、马德里轨道交通、韩国仁川轨道交通、汉城轨道交通7号线和8号线、法国巴黎轨道交通14号线等。

目前,在国内,城市轨道交通综合监控系统中,广州轨道交通3、4、5号线采用的是基于法国的SCADASOFT平台,北京轨道交通指挥系统采用的是基于新加坡的OASYS平台,北京轨道交通5号线、上海轨道交通十号线采用的是基于英国的RAILSCADA平台、北京首都机场线采用的是基于国产化的RAILSYS平台,南京二号线采用的是基于国产化的RT21-ISCS平台。其中北京轨道交通五号线作为国内首条综合监控系统,并已投入运营;而上海十号线、成都一号线等诸多线路都正在建设综合监控系统。

当前,城市轨道交通的建设由于科学发展和技术进步的推动正在走向全自动化、全数字化和高智能化。不仅综合监控系统正成为国内城市轨道交通自动化系统的发展趋势,而且还存在以下几个方面的发展趋势。

衡量综合监控系统的集成深度,可以从两个方面考察:一个是从横向看集成的子系统的个数;二是从纵向看集成的层次,是OCC集成,还是集成到车站级,甚至集成到现场级。

首先从从横向看,在采用综合监控系统建设城市轨道交通的初期,一般是适度集成。例如上海明珠线是把电力和环控系统集成在一个平台上。深圳轨道交通1号线、成都轨道交通一号线等工程集成了PSCADA、BAS、FAS三个子系统,并且在OCC的大屏幕上将轨道交通各专业信息接入。随着城市轨道交通建设的发展,综合监控系统集成和互联的子系统越来越多。上海十号线已开始实施目前国内最大的综合监控系统,集成的子系统有:PSCADA、CCTV、PIS、PA、BAS、TISCS;互联的子系统有:FAS、PSD、TIS、SIS、AFC、SIG、CLK。该系统集成和互联的子系统竟有15个之多,几乎包括了轨道交通运营的所有系统。此外,北京5号线和上海10号线准备集成和互联的子系统也比较多。

再从纵向看,综合监控系统集成的界面有向下层移动的趋势。如北京城市铁路的13号线在OCC集成了PSCADA、BAS和FAS,在车站依然保持了各自独立的子系统。广州轨道交通3号线、4号线、五号线主控系统则从车站级集成了PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG等子系统。而深圳轨道交通1号线工程在集成PSCADA、BAS、FAS三个子系统的时候,综合监控系统对PSCADA集成的界面在通信控制器上[10],对BAS集成的界面在PLC的输入/输出端子上,对FAS集成的界面直至报警传感器探头。而北京轨道交通5号线在设计的时候,就提出大综合监控系统的概念,希望由综合监控系统直接与各子系统的设备接口,如PSCADA的开关室、BAS的智能低压开关柜、照明/导向、电梯/扶梯等。

综合监控系统深度集成化已经成为一种趋势,反映了当前城市轨道交通发展的内在迫切要求,是城市轨道交通调度指挥系统追求的建设目标之一。

随着城市轨道交通的发展,在同一个城市里出现多条轨道交通线路的运营是必然的现象。相应的轨道交通调度所面对的对象不再是一条孤立的线路,而是包括若干条线路的一个路网。如何从单线路综合监控系统,向路网综合监控系统发展,是城市轨道交通的各部门所面临的一个新命题。

现在已经出现的集中综合监控系统,是同一运营主体出于信息资源共享、管理指挥的需要,在某一地点将几条线路的相同系统集成或以单线综合监控系统为基础而建立起来的集中式的综合监控中心,如日本东京帝都营团、墨西哥轨道交通等。集中式综合监控中心具有了初步的轨道交通网的雏型,一般是在单线路控制中心的基础上,加设一级总调度系统。

通常,轨道交通路网综合监控系统(或称为指挥控制系统)采用分层管理、分级控制的模式,实现点、线、网的结合。点:即为车站或车辆基地,从轨道交通网络上看为一点,是构成线路的基本单元。线:即是相对独立的线路,从轨道交通网络上看为一条独立营运的线路,由点组成,是构成轨道交通网络的骨架。网:即为城市轨道交通网络,由全部轨道交通线路组成。指挥控制系统应以点为基本单元、线为主体,保证每条线路完整、独立运营管理的控制功能,并在此基础上实现轨道交通网络的信息资源共享;达到职责明确、风险分散的目的。在国内轨道交通比较发达的城市,如广州、上海等,已经开始考虑路网综合监控系统的建设。这种将先进的计算机、通信和网络技术等融为一体的管理系统,应该可以更好地满足城市轨道交通网络各层面的使用需求。下图2简要的给出了当前轨道交通综合系统的集成模式。

由图2可以看出,当前的轨道交通综合监控系统主要是以环境与设备监控系统BAS为核心,以电力监控系统PSCADA系统为基础,而以信号ATC系统为辅助,即对于BAS系统和PSCADA系统采取深度集成,而对于信号ATC、FAS、ACS、PSD、PA、CCTV和AFC等其子系统采取互联方式进行集成,由此带来的好处是对于整个列车的运行AT C作为一个独立的系统,具备很高的可靠性,但对于轨道交通综合监控系统而言,在列车出现故障时,由于集成度不高,将会导致综合监控系统的联动性不够强,如当列车出现故障时,由于信号系统的故障信息的延迟,可能会对车站的综合监控系统对车站PA系统他的广播、PIS系统的乘客信息显示、逃生导向的显示、火灾的联动及其通风系统的联动都会带有一定的延迟。

由图3可以看出,理想的轨道交通综合监控系统主要是以信号ATC系统为核心,以电力监控系统PSCADA系统为基础,而以环境与设备监控系统BAS为辅助,即对于环境与设备监控系统BAS和PSCADA系统采取深度集成,而对于BAS系统、FAS、ACS、PSD、PA、CCTV和AFC等其子系统采取互联方式进行集成,由此带来的好处是对于轨道交通综合监控系统而言,在列车出现故障时,由于综合监控系统的具备很强的联动性。但一方面,由于ATC系统的集成,将会对ATC系统本身带来一定的不稳定性,从而影响列车的运行,目前,在国外,已经有很多大型跨国公司从事该方面的理论研究工作,但还没有应用到实际中去,在国内,由于信号系统一直为国外所垄断,对于该集成方案在国内更是一片空白。

4 结束语

综合监控系统已经成为国际主流技术,也正在成为国内轨道交通自动化系统的技术发展趋势[11]。轨道交通运营管理人员通过综合监控系统对轨道交通内各系统实现统一的运营管理、维护等工作,极大的提高了的工作效率。国内城市在建设轨道交通时,应结合自己城市的实际情况和投资规模,综合分析评价,采用合适的综合监控系统结构。

建设城市轨道交通自动化综合监控系统是一件意义重大的事情,它不仅反映了一个国家和城市的科技和管理水平,体现了其综合实力,而且有助于我们创建节约型社会、节能型轨道交通。通过以上的分析可以看到,如果充分利用现代科学技术结果,采用合适的综合监控系统集成策略,加强自主创新,中国城轨拥有自主知识产权的综合监控系统的战略一定能够实现。

参考文献

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