解读轨道交通自动化之关键点

厂商:《自动化博览》
作者:梁秀璟
  点击数:5918  发布时间:2014-01-26 09:46
进入21世纪以来,轨道交通在优化城市空间结构、缓解城市交通拥挤、保护环境等方面均显示出积极促进作用,已日益成为中国走新型城镇化道路的重要战略举措。
关键词:综合监控 ,自动化 ,轨道交通

活动链接: 2015年控制网行业专题——轨道交通与自动化

    进入21世纪以来,轨道交通在优化城市空间结构、缓解城市交通拥挤、保护环境等方面均显示出积极促进作用,已日益成为中国走新型城镇化道路的重要战略举措。伴随着中国城市化进程的加快,具有用地省,运能大,轨道线路的输送能力强等优点的城市交通需求剧增,城市轨道交通也进入高速发展时期。目前中国已成为世界上城市轨道交通发展最快的国家。据不完全统计,中国城市轨道交通车辆段目前已经达到205座,其中69座已经投入运营,96座正在建设,未来两年内40座正在规划,市场前景巨大。 

                        
      张健保 深圳市地铁集团有限公司设备部主任工程师电气高级工程师,主要研究方向为监控专业(含综合监控、乘客资讯、安防、智能化等)。

    
                   
       吴铀铀 北京市轨道交通建设管理有限公司 设备管理总部副主任兼总工程师 曾经在北京市地铁运营有限公司从事地铁供电系统技术管理、科研、生产管理工作。2000年参加北京地铁13号线建设,负责供电系统、综合监控系统和机电设备建设管理;之后转入北京市轨道交通建设管理有限公司参加北京地铁新线设备系统建设。
 
                        
      魏晓东 城市轨道交通标准技术委员会委员曾担任北京地铁13号线综合监控自动化系统总设计师;深圳地铁一期工程综合监控系统技术负责人;广州地铁3、4、5号线主控系统总设计师。
 
                         
 洪翔 上海申通地铁集团有限公司技术研究中心系统集成部主任多年从事轨道交通通信工程、控制中心、综合监控系统以及信息化等专业的工程规划、可研报告编制、工程设计、咨询和技术管理、评审和科研等工作。

   城市轨道交通设施和设备构成了一个庞大的复杂系统,从运营管理的功能来看,大体可分为三个系统:(1)列车运行系统:隧道、站台、线路、车辆、牵引供电、信号、控制中心、车站行车等。(2)客运服务系统:车站及照明、售检票机计算中心、导向及预告措施、消防、环控、自动扶梯、电梯、车站服务等。(3)检修保障系统:为保障上述设备性能良好、能随时启动重新投入运行而具备的检修手段能力等。

   在这三大系统中,自动化技术都有着广泛的应用。随着城市轨道交通市场的不断发展,轨道交通自动化技术也进入了全数字化、智能化、信息化的新阶段。

   本期专题策划,记者分别采访了深圳市地铁集团有限公司设备部主任工程师张健保、北京市轨道交通建设管理有限公司设备管理总部副主任兼总工程师吴铀铀、城市轨道交通标准技术委员会委员魏晓东以及上海申通地铁集团有限公司技术研究中心系统集成部主任洪翔,一起就当前自动化技术在轨道交通应用的一些关键点和热点问题,谈一谈他们的看法。

   关键一:轨道交通综合监控系统已成发展趋势

   自2002年北京地铁13号线首次实施“供电、环控和防灾报警综合监控自动化系统”后,我国综合监控系统的应用已经走过了11年。在这11年当中,深圳、广州、北京、上海、武汉、西安、成都、重庆、天津等数十条地铁线路相继设置了以供电设备监控和机电设备监控为核心的综合监控系统,综合监控系统在地铁已经成为一种发展趋势。

   发展现状?

   魏晓东:目前国内城市轨道交通综合监控系统技术发展处于世界的前列,近十年来,我国城市轨道交通的项目数量与规模全世界第一。巨大的市场必然推动技术的长足进步,特别是综合监控系统技术。目前我国已经拥有一整套设计、施工方面的技术成果。未来十年,城市轨道交通的主战场仍将在中国,我国城市轨道交通综合监控系统技术仍会处于世界前列。

  经过十几年的发展我国地铁综合监控系统已经形成了核心技术并固化到了国家标准中。由信息产业部标准定额站组织、北京和利时系统工程有限公司主编、中国科技集团第14研究所等23家单位参编的国家工程建设标准《城市轨道交通综合监控系统工程设计规范》GB 50636-2010于2010年11月3日发布,2011年10月1日生效;《城市轨道交通综合监控系统工程施工与质量验收规范》GB-2011于2011年8月25日发布,2012年6月1日生效。

   按照国家标准我国地铁综合监控系统明确提出:城市轨道交通综合监控系统是对城市轨道交通线路中所有电力和机电设备进行监控的分层分布式计算机集成系统。包含了内部的集成子系统,并与其他专业自动化系统互联,实现信息共享,促进城市轨道交通高效率运营。

   综合监控系统的突出优势?

   吴铀铀:轨道交通设备系统是由二十余个控制系统和大型设备组成的联动系统,综合监控的思想是把这些系统和设备的运行监控,由一个综合各系统功能的控制系统平台来实现。这样做可以比较方便地实现跨设备专业控制系统连锁和设备联动,提高轨道交通系统安全和效率水平。轨道交通系统的发车密度越高,能耗等指标对运行方式调整的要求越高,综合监控系统的好处就越突出。我国目前已有北京和利时、南京南瑞、北京南凯等公司开发出自主化的轨道交通综合监控系统,并有实际工程应用。

   国内综合监控系统取得了哪些技术成果?

   魏晓东:(1)城市轨道交通工程站在工程总体的高度考虑自动化系统的建设。采用自动化技术解决设备监控与智能化管理将会提高整个工程的建设水平,其核心技术就是对所有设备有效监控的技术。城市轨道交通的最重要设备之一是车辆,是组成城市轨道运输的核心,它由信号系统来完成。而对车辆以外的所有固定设备进行监视与控制是由综合监控系统来完成。监控的信息范围包括几乎所有自动化系统的设备,线路沿线的所有设备以及运营需要接入的其他信息。但是,综合监控系统以监控机、电设备为主。

   (2)地铁综合监控系统的构建采用集成与互联(在城市轨道交通建设中有其特殊的含义)的方式,即将上述范围内的设备系统集成或互联入综合监控系统中,构建起地铁全线的数字信息共享平台。通过集成、综合监控系统将子系统融入其内成为一体,这种集成采用同一综合监控系统软件平台,是深度集成。

   (3)综合监控系统采用分层分布式结构:在地铁运营调度中心(OCC)建立中央综合监控系统包括有电力监控总站、环调工作总站、防灾中心、总调工作站。在车站(包括车辆基地)建立车站级综合监控系统。中央综合监控系统通过骨干网链接车站级系统。

  (4)综合监控系统需要实现中央与车站两级的电力监控功能、环境与设备监控功能、火灾报警功能、大型监控系统综合功能、联动功能、接入互联系统后可实现的支持运营的功能。

  (5)地铁综合监控系统具有一般大型监控系统的特征,它具有较高的可靠性、响应性。需要进行RAMS管理。

  (6)综合监控系统的核心是其软件平台,要求软件平台具有良好的开放性。软件的开发应用都需严格的质量保证体制。

   (7)综合监控系统工程的关键点之一是接口技术。接口开发与管理要尽可能规范化进行。

   (8)综合监控系统的施工与验收分两个阶段进行。第一阶段为设备安装阶段,按照通用标准进行。第二阶段为系统调试与验收,应按照地铁综合监控系统的成功经验进行。

   (9)综合监控系统建设应考虑适应线网建设要求留有向上的接口,也要考虑适应城市轨道交通信息化建设要求。

   与国外综合监控系统在技术上的主要区别?

   魏晓东:国内综合监控系统采用了深度集成方式,我们称其为深度集成的综合监控系统,国外的地铁综合监控系统却是一种“戴帽子”系统,即车站级的各自动化子系统是独立的系统由中央综合监控系统在各车站的网关将这些系统接入综合监控系统,我们称其为顶层信息集成的综合监控系统。主要区别如表1所示。

           表1 深度集成综合监控系统与顶层信息集成的综合监控系统性能比较表
            

   可以看出,我国深度集成的综合监控系统特别在系统响应性上远远高于国外系统,同时在工程实施、调试、故障诊断及维护维修方面有诸多优势。当然,在技术管理等方面国内综合监控系统技术与国外仍有差距。主要表现在我们对综合监控系统软件平台的技术要求上,系统保证方面以及RAMS要求方面。目前,我们的地铁综合监控系统招投标对上述三方面技术要求欠缺,亟待迎头赶上。

   国内综合监控企业与国外企业的主要区别?

   吴铀铀:轨道交通综合监控系统是大型多专业的控制系统,国外也只有少数几家大型跨国公司能做的比较好。我国企业的现状是,基本达到了国外少数做得比较好的企业水平(即国际先进水平),并在国内市场可以和他们竞争。但国内企业在理念创新方面与国外企业还有差距。主要表现在系统结构设计、先进的IT技术在系统中的应用等。这也就是说,国内企业虽然进入了国际第一方阵,但在方阵中还没有处在领先地位。

   综合监控系统技术的发展方向?

   魏晓东:地铁综合监控系统技术将会在以下方面取得进步:

  (1)地铁综合监控系统正确的设计理念与设计规则将会得到更广泛的响应和更深入的落实。随着地铁综合监控系统工程国家标准的深入人心和进一步落实,正确构建地铁综合监控系统已成为当务之急。应该按照国家标准构建深度集成的地铁综合监控系统是每个地铁建设者的义务。

   (2)关于地铁综合监控系统软件平台的需求将会进一步明确并走向正确的轨道,克服目前对软件平台需求不清甚至错误需求盛行的状况。其他重要的需求也将逐步完善并提出:例如,系统保证,RAMS需求等。对于系统的信息安全也将提到议事日程。

  (3)综合监控系统更向底层深入,集成MCC已成定局。综合监控系统更向上开放,接入TCC并成为其基础。综合监控系统会成为城市轨道交通信息化的技术基础。

   (4)综合监控系统在技术方面会融入更多新技术,例如,云计算、大数据。也会在技术细节方面有新创新,例如,电子IBP,三维HMI等。

   从设备系统监控到统一的全自动化系统平台?

   吴铀铀:轨道交通是以运输乘客为目的的运输系统。轨道交通综合监控系统借助计算机技术、电子技术、网络技术、软件技术、数据传输及存储技术的进步,从对设备系统监控发展起来,最终要把各专业设备监控系统整合成一个控制系统平台,并继续与企业管理自动化平台整合,成为轨道交通企业运转的全自动化系统平台。

   目前,轨道交通综合监控系统已经可以用集成和互联的方式整合除信号系统外的全部设备监控系统。北京市轨道交通建设管理有限公司正在做整合信号系统的综合监控系统,该系统称为以行车指挥为核心的综合监控系统,并在6号线取得了经验。下一步将在6号线经验的基础上开展相关研究,在燕房线开展全自动无人驾驶工程示范。在完整的实现了设备监控系统整合之后,即可以开始与企业管理系统的整合。

   关键二:安全,重于泰山

   轨道交通建设的狂飙猛进,也使得其安全问题逐渐暴露在人们的视野之中。不同于其他行业,由于轨道交通面对的最终用户是“老百姓”,所以其安全问题则更敏感,同时也增加了更多的不确定性。

   如何看待轨道交通安全问题?

   洪翔:首先,轨道交通是一种非常安全的公共交通工具,快捷、准时、环保,深得国民喜爱;但随着它规模的不断扩大,乘用者人数不断增加,营运负担不断加重,安全隐患甚至于事故的产生似乎是无法避免的。但相关的安全性问题真正突出或者严重到何种程度,恐怕还不那么危言耸听,但的确已到了需要引起足够重视的地步。

   张健保:轨道交通网络一旦形成,客流会越来越大,人员疏散是安全问题之一。为了保证人员的及时疏散,必须有可靠的照明系统、完善的导向系统、科学的防排烟系统,只要这三个系统发生问题,必将产生重大的轨道交通安全事故。

   照明系统、导向系统、防排烟系统是保证安全运营的三个必要的机电系统,这三个系统都是由综合监控系统完成监控(轨道交通最大最全的自动化监控系统)。可以说自动化技术在保障轨道交通安全运营方面起到至关重要的作用。

   吴铀铀:我认为我国的城市轨道交通系统总体上是安全的,基本上不存在系统性的安全风险或重大安全隐患。从上世纪九十年代初,北京复八线、上海和广州的第一条轨道交通线开始建设,我国进入了省会及大城市修建轨道交通的时期,至今北京开通线路里程达456公里,全国城市轨道交通开通总里程达2114公里,不仅建设规模越来越大,建设速度也越来越快,并且,建设高潮还在持续。北京轨道交通2013年11月26日全路网共开行6910列车,运送乘客967万,很多线路的列车发行密度已达两分多钟。北京市轨道交通一天的客运量比全国铁路一天的旅客运输量还要大很多。就全国来看,有那么多的城市、那么多的客流每天在轨道交通系统中流动,这么多年来,轨道交通并没有出现完全是设备系统原因导致的列车冲突、多人死亡或受伤的事故,这就可以说明我国的轨道交通是安全的。但是,这并不是说轨道交通在安全方面不存在问题(具体在下面阐述)。

   轨道交通都存在哪些方面的安全隐患?

   吴铀铀:存在的主要问题有:

   (1)由于在上世纪九十年代前,我国只有北京和天津两个城市分别有41公里和3.6公里轨道交通,国内在轨道交通方面人才不足。这些年虽然在持续的大规模建设中培养着人才,但全国范围内的人才缺失还是比较严重的。特别是生产一线的维修保养、运营工人,在新建轨道交通的城市尤为缺乏。

   (2)建设速度快、工期紧,建设前期相关工作的深度、完善程度亟待加强。

   (3)前些年,一些关键设备和控制系统依赖进口。国外企业在工作和服务响应速度方面跟不上国内的工作节奏,控制系统的一些设计理念与国内不同,修改后不尽如人意。

   (4)工期紧张造成系统调试时间较短,施工质量控制难度加大。

   上述问题对轨道交通系统建设质量是有一定影响的。造成这些问题的主要原因大概就是一条,一座城市是否有长期的、综合性的、比较完善的建设计划和实施计划,并能有约束的、由一届一届政府长期以合理的建设速度组织实施。

  洪翔:系统或设备运行中产生安全隐患或事故的情况是首当其冲的。由于集中大规模建设,系统或设备均面临短时期内承担起正常运营的压力,很多的测试和适应性调试工作被忽视或省略,造成系统或设备非常规性运转而引发事故。某地的一案例就比较典型。由于缺少与轨旁相关设备系统实施方的协调和磨合,在车辆试车运行过程中,发生了列车与轨旁设备箱门的碰撞,造成车毁人亡的惨祸。归咎其原因主要在忽视对运行环境的监控与判断。

   其次是人为的误操作与管理的不到位情况,导致安全问题发__生也时常发生。由于运营压力不断增大,调度管理人员的工作负荷较大,任何一个微小事件,均可能造成操作人员判断失误导致安全事故发生。类似事件也屡见不鲜,归咎其原因主要是运营管理方需加大规章制度的细化编制力度,并适度增设满足需求的辅助系统。

   市民乘用者有时也扮演着制造安全隐患或事端的角色。乘用者的不规范行径是影响行车安全的主要原因,如不文明的挤门、吊门行为;如随意拉下制动装置或自行跳入轨行区;再极端一点,如恐怖袭击等。

  如何考虑轨道交通中工业控制系统信息安全问题?

   洪翔:轨道交通运营过程中,工业自动化与控制系统承担着非常重要的角色;主要表现在对车辆运行的监视与控制,对运行环境的监视与控制,对乘用空间的监视与控制,以及对直接服务于乘客的设备监视与控制等。为实现以上行为,需要多系统协同,在调度管理人员统一指挥操作下开展工作。其中,信号系统与车辆自身管理系统共同承担对车辆运行的监视与控制工作,综合监控系统和通信系统共同承担其它几类的监视与控制工作;系统搭建时还同时考虑了就地、车站和控制中心等的多级管理模式,因此,数据与信息的交互、联通成为必然。所以,工业自动化与控制系统的技术实现和应用一直是从业人员的工作内容,控制系统的信息安全也已成为近年来轨道交通行业的热点话题。

  国内业界关注信息安全已很久,早在1994年,国务院颁布147号令,编制执行《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》;2000年以来,国家陆续颁发了诸多文件或标准,如《国家信息化领导小组关于加强信息安全保障工作的意见》(中办发[2003]27号);《信息安全等级保护管理办法》(公通字[2007]43号);《关于开展全国重要信息系统安全等级保护定级工作的通知》(公通字[2007]861号);《信息安全技术 信息系统安全等级保护基本要求》(GB/T 22239-2008)等等。但在轨道交通行业中,至今为止尚缺少与信息安全相关的强制标准或法规,造成目前多数在建设或运营中的轨交线路系统建设时无规范执行、无标准把关,更多的工作仅依靠实现系统时确保自身安全的供应商行为上。因此,在保障轨道交通安全运营和系统安全方面,在一段较长的时间里,自动化技术或厂商还将发挥积极的推动和保障作用。当然,建设业主方能够提出系统建设和信息安全保障规划和需求,将会锦上添花。

   我认为,工业自动化与控制系统承担的运营安全维护的职责固然重要,其自身的信息安全和保障也同等重要。

  吴铀铀:轨道交通控制系统的信息安全,目前看总体上还是安全的。这主要是因为系统的各级操控者是企业正式员工,外人一般不易进入设备区。系统一般也不与互联网相连,切断了从互联网攻击系统的路径。轨道交通控制系统的信息安全隐患主要是:

  (1)随着民用无线发射设备的增加,存在对轨道交通控制系统的无线信号干扰源增加的情况。

  (2)控制系统中心、车站、终端设备都有一些接插口可以接插笔记本电脑、专用检测设备,用于读取数据、下载或修改程序,接口的管理非常重要。

   (3)掌握高科技手段、有很高专业技能的人恶意攻击系统(目前还未听说有案列发生)。

   目前,我国还没有轨道交通控制系统信息安全方面的行业标准。一些通用的信息安全标准和规定,在轨道交通系统如何应用还在探讨之中。

   关键三:智能化?云计算?物联网?

   当前自动化技术正在经历更深刻的变化。第四次工业革命已悄然启动。互联网技术正在与第三次工业革命的成果相融合,向着信息化、智能化的方向进一步发展。

    魏晓东:城市轨道交通领域自动化技术会在各个子专业应用上更深入、更广泛。例如安防系统会监控到地铁的方方面面,系统会更加可靠、更加坚固。再例如乘客信息系统会更加人性化,更加智能化。综合监控系统监控范围将更加广泛、深入。我国线网调度指挥系统TCC会在各个城市的城市轨道交通网形成之时如雨后春笋地生长起来,这些系统的技术会愈来愈进步,以智能化为中心TCC将走在世界最前列。

   物事互联网和服务互联网(Internet of Things and Internet ofServices)的发展将推动第四次工业革命改变各行各业,城市轨道交通的面貌也将彻底改变。地铁各自动化系统的发展趋势将会更加集成化、信息化、智能化。

   与自动化与信息化相关的热点会有:

   (1)更加成熟的安全性更高的信号系统,实现真正的ATC(ATP+ATO)。

   (2)建设起真正的能对全线固定设备与设施有效监控和智能监控的综合监控系统。

   (3)随着各城市的轨道交通网逐步形成,城市轨道交通线网调度指挥系统(TCC)将成为建设热点之一。TCC将会以综合监控系统为基础,以信号系统为基础实现线网管理智能化。

   (4)在TCC的基础上整个轨道交通信息化系统的建设与开发。

  (5)城市轨道交通的信息化系统应用到智慧城市中。

  (6)城市轨道交通运营的智能化管理。

   (7)更加人性化、智能化的乘客服务系统。

   (8)互联网进入城市轨道交通的各层次的管理与服务中。

   洪翔:轨道交通自动化技术的应用在未来将会有以下趋势:

   (1)自动化系统架构将进一步优化,并逐步融入并完善“云计算”的普及技术;

   (2)系统建设将重视物理识别和逻辑识别技术的嵌入,将其投入到从运行到维管的全过程应用中;

   (3)多纬度信息的重构,大大提升用户对系统功能的认识和操作能力,并将推动自动化系统与信息应用的融合进程;

   (4)智能分析技术、自诊断技术、安全检测技术将广泛应用在与运营安全相关的自动化系统中。

   (5)当前最具发展潜力和最值得关注的技术热点包括:“云计算”、物联网、应用管理信息化、高清视频等。

   张健保:我认为最值得关注的技术热点是:云计算和物联网。通过采用云计算技术,要极大地减少车站设备、极大地减少车站操作人员。通过物联网技术,极大地减少自动化控制系统的接口。 

   摘自《自动化博览》2013年12月

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