宋會平 肖 淵 楊娜云 王璟軒 丁明輝 梁 雪

北京軌道交通技術(shù)裝備集團有限公司 北京 100071

1 概述

作為軌道車輛中樞神經(jīng)的控制系統(tǒng),結(jié)合軌道交通智慧升級的發(fā)展契機,實現(xiàn)列車子系統(tǒng)、智能系統(tǒng)和健康管理系統(tǒng)的信息交互和監(jiān)控功能,形成車輛+信號+智能系統(tǒng)的整體解決方案,打造智慧軌道交通。

2 智能控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成 列車智能控制系統(tǒng)從以下方面出發(fā)：車輛信號一體化技術(shù),環(huán)境主動感知技術(shù)、聯(lián)掛技術(shù)等。隨著這些技術(shù)的研究,使車輛具有事物識別功能、分析判斷功能、控制功能、發(fā)現(xiàn)異常情況的感覺功能、警戒功能等。使車輛可以正確地起動、停止,精確地控制速度,及時對緊急情況作出反應(yīng)。隨著列車智能的進一步發(fā)展,將實現(xiàn)列車群控,最大限度地提高線路通過能力。

實現(xiàn)車輛系統(tǒng)與信號系統(tǒng)有機融合,有助于提高列車設(shè)備整體利用率,提升列車整體的自主運行和RAMS(可靠性、可用性、維修性和安全性)水平。采用視覺及雷達(dá)設(shè)備感知環(huán)境,基于軌道識別進行控制及報警,維持全運營周期的全自動運行。采用實時以太網(wǎng)、多網(wǎng)融合、快速交換技術(shù)構(gòu)建列車控制總線和列車智能網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)智能控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建。對車輛進行系列化、模塊化、集成化設(shè)計,并根據(jù)線路情況對車輛進行整體設(shè)計。

2.2 功能實現(xiàn)

2.2.1 車輛信號一體化技術(shù) 車輛信號一體化控制平臺作為車輛的智能中樞系統(tǒng),實現(xiàn)對車輛的監(jiān)視和控制管理功能及信號系統(tǒng)的列車控制功能并使車輛和信號系統(tǒng)進行整體控制實現(xiàn)車輛的安全可靠運行。車輛信號一體化技術(shù)符合IEC 61375標(biāo)準(zhǔn),網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括車輛智能中控主機(CCU)、RIOM模塊、交換機、事件記錄模塊和車輛信號一體化人機接口單元(HMI)。通過以太網(wǎng)接口連接所有的微機控制單元,負(fù)責(zé)通訊管理、車輛控制、狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷及記錄、遠(yuǎn)程輸入輸出、列車數(shù)據(jù)存儲、信息顯示等功能；同時連接所有的維護端口,用以遠(yuǎn)程訪問、調(diào)試、維護、健康管理等。

TCMS通過實時以太網(wǎng)與車門、牽引、制動等車輛子系統(tǒng)接口,實現(xiàn)車輛列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)(TCMS)基本功能,即對車輛運行過程進行實時監(jiān)視和控制。車輛智能中控主機(CCU)主機同時處理信號系統(tǒng)和列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)(TCMS)相關(guān)業(yè)務(wù),列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)(TCMS)與信號系統(tǒng)的通信由外部接口改為內(nèi)部接口,減少數(shù)據(jù)傳輸時間和提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度。在智能控制系統(tǒng)中,CCU控制牽引直接完成全自動功能下的跳躍,實現(xiàn)更精準(zhǔn)的跳躍控制。列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還可以實現(xiàn)整車車載設(shè)備當(dāng)車載部分組件或單個設(shè)備異常,通過監(jiān)控中心下發(fā)遠(yuǎn)程復(fù)位命令重啟異常設(shè)備使之恢復(fù)正常的功能。CCU可根據(jù)根據(jù)運行環(huán)境感知系統(tǒng)實現(xiàn)精確定位,分場景實現(xiàn)智能化系統(tǒng)功能,服務(wù)乘客智慧出行。HMI通過以太網(wǎng)與CCU進行信息交互,在同一個界面同時顯示車輛運行時司乘人員關(guān)心的所有信息。

2.2.2 軌道運行環(huán)境主動感知系統(tǒng) 軌道運行環(huán)境主動感知系統(tǒng)采用的探測傳感器可根據(jù)車輛的運行環(huán)境自動適應(yīng),實現(xiàn)實時遠(yuǎn)距離運行環(huán)境探測和告警能力。一旦探測到障礙物,車載監(jiān)控觸摸屏自動切換到軌道運行環(huán)境主動感知系統(tǒng)界面,并發(fā)出報警提示,為列車運行提供安全保障。

圖1 運行環(huán)境探測示意圖

2.2.3 特定場景下的車輛連掛 全自動駕駛系統(tǒng)由于沒有乘務(wù)人員在車上進行針對車輛臨時發(fā)生故障的復(fù)位、隔離、旁路等處理操作,特別是在突發(fā)事件發(fā)生時,全自動駕駛系統(tǒng)由于沒有工作人員事發(fā)現(xiàn)場進行應(yīng)急處理,極容易造成事件的擴大和升級,并形成整個線路的聯(lián)鎖反應(yīng),造成重大損失。攝像機拍攝的車鉤連接畫面一方面在司機室CCTV監(jiān)控屏上實時顯示,讓司機了解車鉤的連接狀態(tài)。同時系統(tǒng)會把對車鉤的監(jiān)控畫面記錄在硬盤錄像機內(nèi),用于后期的查看。條件允許的情況下,也可以將監(jiān)控畫面通過車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)上傳到地面控制中心,方便地面人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖2 攝像機安裝位置及視角

3 總結(jié)

通過對車輛信號一體化技術(shù)、環(huán)境主動感知技術(shù)和特定場景下的車輛連掛技術(shù)的研究,為軌道車輛的智能運行系統(tǒng)提供了新的思路和方法,結(jié)合5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息化技術(shù)整合軌道車輛控制及監(jiān)控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)部分功能和車載智能化系統(tǒng),嘗試探索建立一個集信息集成、智能監(jiān)控集中管控、統(tǒng)一傳輸和智能決策于一體的車輛智能化管理系統(tǒng)。