城市轨道交通全自动驾驶车辆在线监测平台的设计与应用

范晓栋

（上海地铁第一运营有限公司，上海 200003）

按传统城市轨道交通驾驶模式设计的车辆在线监测平台在设计初期仅作为信号MSS的车辆告警实时显示软件，用于实时监测车辆及其设备运行状态并给出相应的当前实时报警信息，因此设计相对简单，且数据处理任务仅由工作站承担。但随着全自动驾驶运营与维护需求日益增长，该平台已无法完全满足实际运用需求。因此，需对其进行升级与优化，从而完全满足现有运营与维护需求。

1 既有车辆在线监测平台

1.1 既有平台工作原理

既有车辆在线监测平台通过实时监测车辆及其设备运行状态从而通过故障图片式和故障列表式给出相应的当前实时报警信息。

平台通过与ATS系统接口，以UDP方式进行通信，接收ATS系统传输的车辆部分信息包和车载控制器信息包，从而实现车辆监测功能。在车辆报警系统中配置服务器的端口（可配置），然后向服务器发送链接请求，服务器响应请求并开始传送数据。平台每隔小于3 s的时间从ATS接口读取一次数据，然后验证数据的有效性。若读取的数据为153B（车辆数据包大小）或164B（车辆数据包大小），则表示读取数据有效，后续可以分别对数据进行解析；若连续6 s读取不到有效的数据包，则认为通信出现故障。双方通信采用大端（Big-endian）字节序。

1.2 既有平台界面及功能

当前平台图形界面如图1所示。当程序启动时，默认显示界面为“当前图形显示”界面，为实时界面显示区域。或者在程序运行过程中，也可以点击右侧大区域的“当前图形显示”页，显示图形界面。显示界面分为左区域和右区域。

图1 当前平台图形界面

（1）左区域的树形结构显示的是线路上车辆号和车次号，实时更新显示状态，其信息源是车载数据包。当点击相应的车辆号时，右边区域显示的是当前车辆号对应的所有信息。

（2）右侧区域显示的内容分为五个板块，其信息源是车辆数据包。

①第一板块主要显示车次信息、紧急制动、紧急呼叫以及通信状态。界面中显示车辆的车辆号、车次号、车辆的运行速度和当前系统时间，同时显示重要报警EB和紧急呼叫状态。除此之外，还显示与车辆的通信状态。

②第二板块主要显示受电弓、车门、驾驶室激活状态。

在该区域中，当车辆某一设备状态正常时，该设备图标显示对应设备正常状态；如果车辆某一设备出项故障时，该设备图标显示对应设备故障状态。

该区域能够显示的受电弓、车门、司机室以及应急逃生门状态。

③第三个板块可显示车辆其他报警信息，这些报警信息涵盖制动、高速断路器、PCE（牵引控制系统）、ACE（辅助逆变器控制单元）、压缩机、烟雾报警、蓄电池以及停放制动等设备运行状态。

④第四板块是旁路开关的状态信息。该板块主要显示门联锁、逃生门、障碍物、粘着制动、低压以及门使能等旁路开关的状态信息。

⑤第五板块是当前实时报警列表。当车辆运行中的设备出现故障时，除对应的设备图片显示出故障图片外，该列表中会列出故障信息的具体内容（包括车辆号、车次号、报警内容、报警等级、报警时间和恢复时间等，可以通过拖动滚动条查看其他信息）。

另外，当前报警信息不是所选车辆时，会将有报警信息的车辆号等信息的字体变为红色并加粗处理，手动点击确认后字体颜色消除；如果有报警恢复信息的车辆号等信息的字体变为蓝色并加粗处理，手动点击确认后字体颜色消除。

同时，既有车辆在线监测平台还具备简易历史报警查询功能。

当点击“历史报警列表”页时，右图区域将切换到历史报警查询页面。

历史报警查询方式首先为查询的条件和范围有“本日查询”“7日查询”“30日查询”和“自定义查询”。但是，选择自定义查询时，必须手动选择需要查询的时间区间。而按车辆号查询时，可以单个车辆查询（选择车辆号），也可以选择“ALL”查询所有车辆报警信息。查询条件选择完毕后，如果有历史报警，则列表中将有具体报警信息。若所选车辆没有报警，则弹出对话框提示查询完毕，无其他任何信息。

1.3 既有平台存在的不足

不难发现，既有车辆在线监测平台存在着一些不足之处。不足之处主要为：首先，既有平台为单机版本，且数据处理任务完全由工作站承担，不支持多个地方部署终端的条件。其次，系统图形化显示方式不够直观，车辆报警分级不够细化。同时，不具备报表功能，不便于指导维护人员进行故障数据统计与分析。除此之外，现有平台不具备故障回放及报表功能，不便于进行故障回放诊断，也不具备登录和用户管理功能。值得一提的是，故障图元显示颜色也无法自定义编辑，更有故障平台显示的部分设备位置与显示故障状态定义与实际情况不符。

2 车辆在线监测平台升级优化

针对上述这些现状，需对原有车辆在线监测平台重新设计，并对平台进行功能升级与优化。

2.1 平台结构优化

为更好地满足在线监测需求，对原有结构进行重新设计，新版车辆在线监测平台系统结构图如图2所示。新平台采用服务器/客户端模式（C/S），其中，服务器用于线路所有车辆系统与部分信号系统信息的接入和报警逻辑的处理、历史报警的存储、信息转发以及响应监控终端的历史查询等。在原有车辆在线监测平台基础上增加车载工区及车辆监控中心客户端与应用服务器（系统结构图中绿色框内）。

图2 新版车辆在线监测平台系统结构图

客户端用于线路所有车辆系统与部分信号系统在线监测、历史报警的查询、历史回放等。应用服务器用于线路所有车辆系统与信号系统的数据处理工作。

2.2 平台功能升级

2.2.1 用户权限管理

针对原有车辆在线监测平台不具备用户权限管理功能，在新版平台中增加用户登录及权限管理功能，只有通过权限验证的用户方能登录平台，并根据角色分配不同权限进行车辆及信号信息在线查看、历史报警查询以及处理等功能，具体登录界面如图3所示。

图3 平台登录界面

2.2.2 系统在线监测

新版车辆在线监测平台将优化实时监测全线所有列车设备运行状态显示界面，基于组态技术用全图形化的方式直观显示车门、紧急手柄、空调机组、制动设备、压缩机、蓄电池等车辆设备实时状态以及激活的驾驶端。具体监测界面如图4所示。

图4 车辆系统监测界面

除此之外，在原有平台基础上，还增加信号系统监测功能，主要监测（监控）列车号、车次号、列车当前位置、列车目的地号、列车下一站、列车当前速度、列车屏蔽门状态、列车车门状态、列车停站状态、ATC可用状态、列车定位状态、当前驾驶模式等信号系统状态信息。具体显示界面如图5所示。

图5 信号系统监测界面

当车辆或信号参数有异常时，平台根据告警信息等级在图形化界面上用红色或黄色等颜色提示单列车告警信息。

2.2.3 其他辅助功能

此外，新车辆在线监测平台除具有实时监测车辆系统与信号系统设备运行状态的基础功能外，还优化实时报警和历史报警功能，使得当车辆系统或系统所监测的信号系统信息有异常时，可以直接进行故障报警，根据报警的严重性进行报警等级划分，对于严重报警，可设置声音报警，报警内容支持可配置。而历史报警查询可以根据列车号、参数、时间段等条件，查看历史报警以及报警统计。

同时，增加报表功能，可对历史服务器中采集到的各个子系统设备的数字量、模拟量等数据进行动态过滤和统计分析，并具备报表管理功能。每个专业下有日报表、月报告、年报表等，可进行分页、打印及输出，输出格式支持pdf、excel等。

3 结语

当前正处于城市轨道交通全自动驾驶高速发展时代，单一系统的在线监测平台由于功能单一、监测范围狭窄，已无法满足日益增长的运营与维护需求，将制约全自动驾驶运维一体化发展。

而根据实际情况重新设计优化的车辆在线监测平台，通过相关系统数据的实时采集、及时预警故障和分级报警，实现在线监控，并提供报表功能，大大方便了运营与维护人员进行日常运营与维护工作，同时，为城市轨道交通的安全运营及检修作业提供有力安全保障和技术支持，从而有效地进一步提高检修作业的准确性和效率，促进全自动驾驶运维一体化发展。而随着计算机、传感器和网络技术进一步发展，相信在线监测技术也将不断发展，对城市轨道交通的发展起到积极的推动作用，并具有更为广阔的应用前景。