城市轨道交通综合监控系统布局研究

    张光建 冯天麒

    

    

    

    摘要：为使新建城市轨道交通综合监控系统ISCS提供安全可靠的布局设计，分析了城市轨道交通综合监控系统的各部分组成功能及部署方式，在此基础上，构建出合理的综合监控系统框架结构以及布局形式，以达到增强综合监控系统的调度统一性的目的。

    关键词：城市轨道交通;综合监控;布局

    Abstract：It provided a safe and reliable layout design for ISCS of new urban rail transit.The function and deployment mode of each part of integrated supervisory and control system for urban rail transit were analyzed.On this basis，a reasonable framework and layout of integrated supervisory and control system was constructed to enhance the scheduling unity of integrated supervisory and control system.

    Key words：urban rail transit;integrated supervisory and control system;layout

    1 综合监控系统综述

    随着国家城镇化的进程步伐加快，为了满足人们日益增长的城市内交通需求，城市轨道交通（简称城轨）的建设被逐渐提上日程。然而，城市轨道交通具有客流大、设备多的特征，如此龐大的人群和设施设备，如果只依靠人力去监督，不容易实现。因而城市轨道交通综合监控系统在城轨建设的过程中是非常重要的一环，高度的自动化水平，能提升各个地铁区域资源融合和监控之间的有效沟通，在整个大设备的监督下，促进城市轨道交通安全、有效的运营。

    城市轨道交通综合监控系统（IntegratedSupervisory and Control System，ISCS）应用多样的自动化技术形式，通过关联与集成机电系统，整合各类有效的信息，对机电设备进行集中监视与控制[1]。综合监控系统的应用提高了城市轨道交通系统的安全性，乘客的舒适性。将轨道全线的各个子系统有机的整合成一个联动体，在灾害突发时，能及时有效地疏散乘客，提高了便利性[2]。ISCS综合监控系统包括：自动售检票系统（Automatic Fare Collection System，AFC）、乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）、闭路电视（Closed Circuit Television，CCTV）、广播系统（Public-address System，PA）、时钟系统（Clock，CLK）、列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）、火灾报警系统（Fire Alarm System，FAS）、环控系统（Building Automation System，BAS）、电力综合监控系统（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）、门禁系统（Access Control System，ACS）、屏蔽门系统（Platform Screen Doors，PSD）等，有机分散的布局在运营控制中心（Operating Control Center，OCC）、线路车站和车辆段中，服务于整个城市轨道交通系统。

    2 ISCS机电设备功能需求分析

    综合监控系统承担着监控功能，在整个城轨系统中扮演着重要角色。各大系统协调运作，统一调度，使得城轨系统效率、安全及服务水平得以提高[3]。下图1所示是城市轨道交通综合监控系统ISCS组成框架图。

    AFC为系统基于通信、自动化、网络和计算机等技术，实现轨道交通售检票、计费、收费、统计、管理和清分等全过程的自动化系统[4]。AFC系统布局在每个车站的出入口处，极大地解放了劳动力，通过系统控制和数据收集实现了票务管理的高度自动化，为城轨企业票务管理部门提供了适应新时代发展的协助决策分析服务[5]。如图2所示为AFC系统配置。

    乘客从自动售票机（Ticket Vending Machine，TVM）上购票后，经自动检票机（Automatic Gate Machine，AGM）进入车站付费区，车站计算机系统（Station Computer，SC）采集交易数据、设备数据与其他运营数据，向终端设备下达运营参数和设备控制指令[6]。BOM（Booking Office Machine）为票务处理机。信息技术是城市轨道交通自动收费系统最主要的技术基础，从AFC系统的构架来分析，与信息技术息息相关。

    PIS系统应用多媒体技术与网络技术进行各种各样信息的显示，经控制中心、广告编辑中心、车站综合控制系统，对所需信息进行实时地制作、编辑和传递，通过液晶显示器，为工作人员和乘客提供已行车运营为主兼商业广告为辅的多媒体信息展示。功能全面，智能化管理及模块化管理是PIS系统最主要的体现。如图3所示是PIS体系结构图。

    城市轨道交通乘客信息系统从结构上分为中心子系统、车站子系统、车载子系统以及网络子系统。中心子系统是PIS系统的核心部分，主要负责整个PIS系统的运营维护管理、系统监控、导入外部信息和管理多媒体素材等事宜。车站子系统管理本站，负责用户管理，本站的终端显示以及播出控制等。车载子系统通过安装于客车内液晶电视等为乘客提供列车相关的实时有效的信息，而车载网络子系统对各种信息进行双向传输。

    PA系统是城轨运营行车组织的必要手段，具有快速响应的能力。用于对乘客进行广播，通知列车到站、离站、时刻表变化、线路换乘、安全状况、列车晚点等信息;在突发紧急情况或自然灾害时，对乘客及时有效地进行疏散和指引，提高应急响应的能力[7]。

    BAS系统对OCC、线路隧道和车站等区域的通风空调设备、照明设备、给排水设备及其他机电设备进行全面有效的集中监控和管理的综合自动化系统[8]。为城市轨道交通系统各条线路创造安全可靠、舒适温馨的乘车环境，并且具有节能高效、环保可靠的特点，配合其他系统的运行，协调设备控制，降低设备的故障率，保障工作人员和乘客的安全。如图4所示是BAS系统构成图。

    BAS系统主要分布在停车场、地下车站、高架桥车站及区间隧道内[9]。BAS系统可发挥城市轨道交通系统运营价值及效果。

    FAS系统具有探测火灾、自动判断、早期报警、监控消防设施设备、发布火灾模式命令等作用，由火灾警报触发器件、火灾报警控制装置、手动报警装置和火灾联动控制装置等组成，分FAS中央级控制和FAS车站级控制。

    CCTV闭路电视监控系统是地铁运行、调度和管理的配套设备，能使各岗位的管理和调度工作者实时地观看到现场画面，并进行实时地判断，下达相应的指令，保证整个城市轨道交通系统高效安全的运营[10]。如图5所示为闭路电视监控系统的组成示意图。

    ATS是城市轨道交通信号系统的重要组成环节，利用可靠的网络环节，与列车自动防护系统（Automatic Train Protection，ATP）和列车自动驾驶系统（Automatic Train Supervision，ATO）组成列车自动控制系统（Automatic Train Control，ATC），对列车的行车运营进行监督和控制。

    CLK系统保证了列车可靠、准点、安全运行，显示统一的标准时间信息。组网灵活、可靠性高、精确度高、操作简单、美观环保、维护简便等是时钟系统的特征。时钟系统由中心母钟控制系统、车站/车辆段二级母钟系统组成，在线路全线执行统一的定时标准。

    SCADA系统主要用以实现对远方电力运行设备的监控，来提高供电安全的运行水平，主要由电力调度端、变电所综合自动化子系统和通信通道三部分构成，用“四遥”即遥控、遥测、摇信和摇调来实现其监督功能。

    PSD系统由机械部分和电气部分组成，作为站台公共区域和列车轨道之间的通道，配合列车门的开启和关闭，提供了安全、节约运营成本和舒适的功能，提高了运营效率。ACS系统采用智能化的出入口控制，在保证安全的前提下提高工作效率，并使得全部出入信息都有记录，提供了安全保障。

    3 ISCS综合监控系统布局设计

    ISCS分为三级控制：中心级、车站级和就地级控制。控制中心包括：维调工作站、电调工作站、环调工作站、行调工作站和值班调度工作站。联锁集中站负责监控本区域内的车站，有车站值班员工作站和值班站长工作站。中央级综合监控系统（CISCS）组成结构如图6所示。

    车站级综合监控系统（SISCS）对本车站管辖范围内的设施设备进行状态监控，并实时采集相关数据，供工作人员处理。车站综合监控系统（SISCS）组成结构如图7所示。

    现场级的控制设备由中心和各车站的冗余以太网交换机和各站点间的光纤网络等组成，ISCS单独组网，一般情况下应用工业控制网络或现场总线的结构。

    通过以上城市轨道交通各机电设施设备的功能研究和ISCS的三级控制分析，选用AutoCAD软件对综合监控系统的互联和集成关系进行布局绘制，如下图8所示。

    中央级综合监控系统位于OCC中，由多种设备组成。在遇紧急情况下，能够迅速的决策并做出响应，开启各设备之间的联动关系，以快速应对突发事件。车站综合监控系统设于车站控制，实现所管辖区域所有机电设施设备的运行监视，以提高车站的安全性，为乘客创造一个舒适良好的空间。车辆段综合监控系统位于车辆检修基地信号楼内，与车站综合监控系统构成相似，因车辆段无乘客需求，因而不需要考虑与乘客相关设备的专业对接。

    4 结语

    从城市轨道交通系统的运营安全出发，对综合监控系统的各部分组成功能进行研究，在功能需求的基础上，结合ISCS的三级控制，中央级、车站级和现场级的综合分析，运用AutoCAD软件对综合监控系统的整体构架进行布局设计和研究，以对ISCS综合监控系统形成一个整体的概念，在修建地铁的过程中，以对系统进行良好可靠的布局。

    参考文献：

    [1]张海航.厦门轨道交通1号线综合监控系统（ISCS）的设计与应用[D].成都：电子科技大学，2014.

    [2]祁小兵.轨道交通综合监控系统的优化措施分析—以福州地铁1号线综合监控系统为例[J].福建建材，2020（8）：61-63.

    [3]张慧霞.城市轨道交通综合监控新模式的探索研究[J].隧道与轨道交通，2020（2）：21-24+78.

    [4]邵震球，于丹.城市轨道交通自动售检票系统实务[M].北京：机械工业出版社，2016.

    [5]廉红珍.城市轨道交通自动售检票系统及票务处理[M].北京：高等教育出版社，2019.

    [6]颜景林.城市轨道交通设备[M].成都：西南交通大学出版社，2012.

    [7]贾毓杰.城市轨道交通通信与信号[M].北京：机械工业出版社，2014.

    [8]羅钦.城市轨道交通概论[M].成都：西南交通大学出版社，2017.

    [9]王传宦.地铁BAS系统的新技术与BAS系统机电设备管理阐述[J].装备维修技术，2019（3）：136.

    [10]贾文婷，王海明.城市轨道交通信号与通信[M].北京：北京交通大学出版社，2016.