基于综合监控系统的城市轨道交通在线车辆故障信息可视化方案

张 涛

(厦门轨道建设发展集团有限公司, 361004, 厦门∥高级工程师)

城市轨道交通在线车辆发生故障的情况在国内城市频频发生,由于不能及时掌控在线车辆故障的具体状况,为确保线网行车组织运营安全、顺畅,不产生乘客乘车服务事件,行车调度会根据司机或车站值班员上报的故障信息,第一时间采取对在线故障车辆下线或者抽线的方式,调用备用车辆投入至正常行车组织中,确保在线车辆按照运行图的实施方案有效运行。

在行车组织过程中,一般发生车辆故障时,均由司机根据车辆本身故障的基本情况作出判断并向行车调度员报告,行车调度员再做出行车组织安排。在线车辆故障无论大小,以及是否影响其正常运行,由于不能直观、准确地判断其具体情况,因此,无论选择下线或抽线方式,还是增加在线行车组织和车辆调度的指挥流程,均会增加城市轨道交通的正常运营成本。对此,亟待提出城市轨道交通在线车辆故障可视化策略,以提升调度行车组织和应急处置的效率。

厦门轨道交通目前形成了三线出岛的网络化运营线路。研究在线车辆故障的可视化,是厦门轨道交通行车组织调度管理中的一项重要工作,也是非常有必要的研究项目。

1 在线车辆故障信息可视化研究的目的

结合目前国内城市轨道交通运营管理系统的应用情况,从应急处置和安全管理的角度出发,城市轨道交通在线故障信息可视化的实施主要有4个特征。

1.1 指导调度人员现场排除故障

通过综合监控系统模块反馈线上列车实时工作情况,使运营控制中心指导司机和地铁运维人员更直观、更快速地了解列车故障情况,能够第一时间参与故障处置,为现场司机提供指导意见,提高故障处理效率。

1.2 提升调度指挥决策效率

采用可视化手段可实时监管城市轨道交通的列车号、车辆火灾、紧急呼叫、紧急解锁、紧急制动、车门状况、电气盖板、牵引及运行模式等运行状况。通过综合监控系统,对城市轨道交通列车运行过程中各组件部位的异常情况予以报警,并将故障信息及其处理意见进行可视化展示,使得行车调度员能够更直观地确定列车是否继续运营及清客等,进一步提升决策效率。

1.3 提升故障处置能力

通过综合监控系统实时采集列车位置、牵引、制动、车门、开关、车速、空调、温度、牵引/电制动、空气制动、空气压缩机状况、辅助系统状况、紧急对讲、蓄电池及火灾报警状况等动态实时监测数据等,实时监管列车的运行状况,提高监管人员的工作效率,方便城市轨道交通运维人员直观了解列车运行信息,充分利用列车运行的监控数据形成专题报表,有助于车辆技术人员迅速判断列车故障点,提升故障处理能力,优化运行成本。

1.4 提升列车故障救援处置模式时间

厦门轨道交通对列车故障处理时间有明确要求,当行车间隔大于或等于5 min,前方列车发生故障4 min时,需对准备担当救援任务的载客列车发布清客及列车救援命令;列车在发生故障后7 min仍不能动车时,向故障列车发布救援命令。但在实际生产中,列车发生故障的开始时间仅能以司机报告时间为基准,这将使得相同故障场景下的救援时机存在较大差异。通过综合监控实时反馈列车故障的信息和时间,可以明确列车故障救援的时机,使得行车调整能有充分时间,进一步采用列车故障救援处置模式。

2 在线车辆故障信息可视化研究的难点

2.1 在线车辆故障显示的准确性判断

随着科技不断升级更新,我国城市轨道交通车辆功能逐步健全,车辆在出场时根据功能需求,已完成了其自身综合监控系统设备的加载。原本可以通过对车辆位置、牵引、制动、车门开关、车速、空调系统、温度及照明等进行控制。车辆在正常运行过程中,一旦发生设备故障,司机要通过车辆自有的车载系统判断故障所处位置、故障分类,以及能否继续正常运营等情况,待司机初步判断故障后向行车调度员报告,行车调度员凭司机反馈信息对在线故障车辆做出处置决策。整个判断、收集信息的过程会消耗大量时间,且判断的准确率出现偏差的几率非常大,容易造成行车资源的浪费和干扰正常运行图。

2.2 对信息系统网络传输的要求高

城市轨道交通在线车辆故障信息可视化的实现,一是可以解决对车辆故障的快速、精准判断;二是能有效提升行车调度员对在线车辆故障情况的应急处置;三是完善行车组织管理与车辆故障之间的信息高效传输,提升联动应急处置和故障处理判断的能力。

目前,国内城市轨道交通行车信息均依靠常规的无线网络传输。鉴于无线网络本身存在的不稳定性,很难将车辆本身从牵引、制动、SIV(辅助逆变器)、车门、CCTV(闭路电视)、驾驶台等故障信息传输加载到调度指挥大厅的终端综合监控设备中,对此稳定的网络、高效的传输是车辆和终端综合监控设备实现在线车辆故障信息可视化有效、畅通应用的难点。图1为2018—2021年厦门地铁1、2、3号线在线车辆故障统计,这些故障信息皆无法实现采用既有网络进行传输。

注:LCU为列车控制单元。

3 厦门轨道交通线路综合监控系统功能分析

针对目前已开通运营的3条轨道交通线路综合监控系统中车载系统界面的显示应用,当选择某一车辆段或停车场查看信息总览时,若XX车发生故障,综合监控系统界面将会闪现车辆故障信息。综合监控系统主界面将列车按车组号进行划分,可以直观地观察到该系统与车载系统的通信状况与车厢载客率。

根据车载系统的报警闪现情况,行车调度员可及时选择综合监控系统提示的报警故障车厢,点击查询具体故障情况,此时该综合监控系统会显示该车厢载客率、乘客紧急报警、火灾报警、空气压缩机故障、广播系统故障、视频系统故障、车门系统故障、空调系统故障、制动系统故障、SIV故障、通信故障、回风温度故障、牵引故障、受电弓故障等详细信息,但仅能简单、直接地展示出在线车辆状况,即显示器仅能显示出故障或正常。

结合当前城市轨道交通综合监控系统对在线车辆故障的判断,除以上操作系统外,当在综合监控系统上选择全线命令时,列车运行主界面会展示全线列车位置监控图、列车占用信号计轴的全线信息主界面等。其中,车载系统主界面还能展示运营控制中心车载CCTV信息,可根据人工需求对综合监控系统的功能进行选择。当选择相应的车组号及CCTV编号时,可将该车厢CCTV内容投放至运营控制中心大屏,为当班行车调度员掌控和观察在线车辆状况提供比较清晰、明了的信息画面,为行车组织调度提供最为基础的保障。

结合以上功能分析,目前还不能通过既有设备将在线车辆故障准确地传输至运营控制中心,行车调度员必须通过手持终端设备同车辆司机沟通确认,并向行车调度员反馈,行车调度员才能根据信息反馈做出下一步行车组织安排和调整。这对于整个行车组织的运作而言,会直接影响现场处置效率,降低乘客服务度。

4 基于综合监控系统的在线车辆故障信息可视化方案

为了在行车组织过程中,充分利用既有的综合监控系统对车辆本身的控制系统信息掌握,需要对既有综合监控系统设备的功能进行优化和开发。一方面,发挥既有综合监控系统同车辆系统的相互兼容和车辆设备系统的信息互通;另一方面,直观地将车辆运营过程中的偶发故障信息通过系统网络传输至调度指挥大厅的综合监控系统上,行车调度员会在第一时间根据反馈信息做出应急判断,从而更好、更高效地进行行车组织,为乘客出行提供安全、便捷、有序的行车组织。为此,提出了基于综合监控系统的在线车辆故障信息可视化方案。在线车辆故障信息可视化系统的建立,可实现将车辆的人机界面信息以画面感、可触屏的方式呈现到行车调度工作台前,对在线车辆故障按照处理指南内容精简,以及综合其他规章制度、作业要求等编制行车调度应急处置所需要的关键提示信息。基于综合监控系统的在线车辆故障信息可视化方案将通过获取车辆屏各分系统界面,完成关键提示信息面板制作,再通过相应工具合成一个面板,将该面板存放于各行车调度工作台前的触摸屏调度台,达到通过综合监控系统对在线车辆故障信息的可视化掌控。基于综合监控系统的在线车辆故障信息可视化系统见图2。

注:ATS为列车自动监控;LTE为长期演进;TAU为车载接入单元;CC为车载控制器。

建立基于综合监控系统的在线车辆故障信息可视化系统时,需要完善既有的网络传输或设置专网传输,在线车辆故障信息可视化系统将在线车辆故障数据畅通传递,以网络层推的方式实现故障信息数据快速传递至中央监控系统中显示预警。同时,健全的网络接口系统包括物联网、互联网、交换机、路由器及防火墙等网络通信模块。从应用展示来划分,在线车辆故障信息可视化系统的主要功能必须达到实时监控、统计分析、实时报警、系统管理及用户管理,这样可将上述信息直接传输至调度大厅,为行车调度员提供最为直观的判断信息,以更高效地应对在线车辆故障时的行车调动指挥。

1) 列车故障信息的同步传输。结合当前既有列车监控设备及综合监控系统,设置专用的无线网络传输系统。通过无线网络传输,结合在线车辆状况信息显示,增加车载车辆屏、信号屏,并将其显示报文故障信息同步到运营控制中心的综合监控系统。当车载车辆屏、信号屏出现故障报警时,综合监控系统界面上将第一时间弹出故障报警信息并报警,并第一时间切换至相应的界面。为提升行车调度员更快速判断在线车辆故障的具体、准确信息,为当班行车调度员做好现场应急处置做好基础保障工作,可采用综合监控系统将在线车辆故障信息通过显示屏幕直接显示出来,更清晰地让行车调度员作出详细判断,为高效率应急处置作出决策。列车故障信息内容显示见表1。

表1 列车故障信息内容显示

2) 列车故障处理指导意见系统的增设。列车发生相应故障时,综合监控系统界面除弹出相应故障的窗及语音提醒外,同时根据故障在其告警弹窗下方弹出故障处理建议,如:建议立即停车处理;列车不具备运营条件,建议退出服务;建议立即复位XX空开等信息。综合监控系统应能按故障情况显示故障处理流程:当现场司机完成相应处置步骤时该系统界面能够有信息显示,如车门切除、合旁路开关、切除列车气制动等。在发生故障或故障处理结束后,列车有限速要求也能够在此系统界面显示,如:切除1个列车气制动,自动限速70 km/h;2个牵引逆变器故障,AMC(自适应调制编码)无法动车,此时应手动驾驶,牵引级位需大于60%,建议手动限速50 km/h,就近清客退出服务等。

3) 车辆屏和信号屏复视系统的完善。当发生故障时,调度员可通过综合监控系统调阅车辆屏和信号屏,并投放至大屏相应位置,为当日当值行车调度员处置在线车辆故障提供帮助。

4) 车载CCTV的优化。结合当前应用的调度中心车载CCTV控制系统功能,在选择调看CCTV时,可通过选择车次号或服务号完成调取。当使用车组号进行调取时,需人工将车次号、车组号换算为对应的车底号,建议对车次号或服务号的选择进行优化。

综上所述,综合监控系统可实现故障信息的可视化:将在线车辆故障及状况信息实时上传,根据不同的故障等级,将重要的故障信息和关键的列车状况信息通过无线通信系统实现实时监控,实现智能化监控管理,确保列车运营安全可靠、故障处置快速有效、方案决策有据可依。

5 结语

厦门轨道交通在网络化运营模式下实现了车辆运行与行车组织的互联互通。为确保厦门轨道交通对突发事件的应急处置,达到安全受控目标,提出了城市轨道交通基于综合监控系统车辆故障信息可视化方案,旨在实现对车辆故障的统计分析、诊断、健康评估及预测,提升调度行车组织决策效率,确保列车运营的安全性与可靠性。