摘 要： 回顾了国内外城市轨道交通行车综合自动化系统的研究状况。介绍了行车综合自动化系统的系统结构、系统特点、系统功能情况。研究了列车自动监督控制系统ATS与综合监控系统信息深度融合的方案，实现了城市轨道交通信息系统中多专业协同工作。
0 引言
列车自动监控系统（ATS）作为城市轨道交通信号系统的核心子系统，承担列车运行监视和调度管理的职责，是自动实现行车指挥控制、列车运行监视和管理技术的总称[1]。
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，其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运营[2]。
轨道交通运营体系包含的控制和监视系统有电力监控系统（PSCADA）、环境与设备监控系统（BAS）、屏蔽门/安全门系统（PSD）、门禁系统（ACS）、列车监控系统（ATS）、火灾报警系统（FAS）、闭路电视监控系统（CCTV）、广播系统（PA）、无线通信系统（RC）、时钟系统（CLK）、自动售检票系统（AFC）以及旅客信息系统（PIS）等[3]。
由于受不同专业技术发展水平的限制，我国以往的城市轨道交通综合监控自动化系统中，ATS系统和综合监控系统相对独立，都各自采用独立的软硬件平台实现各自的功能，仅通过在控制中心互联的方式交互少量数据，在信息共享方面存在严重不足，不能通过统一的人机界面对整条线路的运营情况进行监控；系统存在着资源重复配置、信息交换不便及建设、运营、维护费用较高等缺点；联动功能和多专业协调运营难以充分发挥作用，影响了应对突发事件的处理能力和反应速度。因此，有必要将两套监控系统合二为一，搭建一套以行车指挥为核心的综合自动化平台，在统一的平台内实现对全线列车、机电设备、电力设备及乘客信息等的监控，建立高效的联动机制，从而帮助运营人员快速处理各种突发事件，提高运营管理水平。更好地保障城市轨道交通运输的安全、高效和舒适。
1 国内外研究进展
国内外对行车综合自动化系统的研究主要分为两种方案：一种是以综合监控电调和环调为中心兼容行车指挥调度系统功能，目前在国内普遍使用，如北京5号线、10号线，上海10号线，广州3号线、4号线等。但是，该方案没有将地铁运行中最重要的环节“行车调度指挥”真正集成，使得综合自动化系统最重要的系统联动功能难以充分发挥其作用，从而未能最大程度提高城市轨道交通运营指挥的效率[3]。
另一种是以行车指挥为核心的兼容电调、环调功能的行车综合自动化系统（TIAS），国外一些国家对该类系统的研究起步较早，法国、日本、美国、德国等国家在上世纪80年代已开始规划、研究该类系统，至今已经形成了包括行车调度指挥的综合自动化系统。法国阿尔斯通公司、法国泰雷兹公司、德国西门子公司、美国通用电气公司、日本日立公司均有自己的以行车指挥为核心的城市轨道交通综合自动化系统产品[4]。
目前国内主流的综合监控系统均以适度集成模式（即以电调、环调为中心）进行建设，这种模式的综合监控系统在轨道交通建设中的运用，实现了各系统的操作界面在一定程度上的简化，以及供电系统、环控系统在一定程度上的顺序控制及联动控制。但是，该种方案的综合监控系统对城市轨道交通运行中核心的列车运行状态没有进行监控，没有将ATS系统与综合监控各系统信息深度融合。这就使得无法全面实现各系统之间的联动控制和应急指挥，不能最大程度地提高城市轨道交通运营指挥的效率。
2 研究目的和意义
信号系统是城市轨道交通的中枢，是列车安全运行的保障。虽然目前在国内建设全集成化、深度信息融合化的综合自动化系统尚存在风险，然而随着计算机技术和网络技术的发展，城市轨道交通运营指挥的高度自动化是城市轨道交通建设发展的必然趋势，也是城市轨道交通提高运营管理水平和实现信息化、网络化的必然需要。只有将行车调度指挥系统与现有的以电调、环调为核心的综合监控系统融合，形成以行车指挥为核心的城市轨道交通行车综合自动化系统，才能在城市轨道交通运营中更好地发挥计算机技术、网络技术的优势，真正做到行车、设备、乘客和环境的综合智能化管理。行车综合自动化系统（TIAS）提高了ATS系统和综合监控各系统间的整合程度，实现资源共享，信息互通。因此，该系统的实施必然会在一定程度上降低系统的建设成本及运营维护成本。
随着国内城市轨道交通的高速发展，特别是大城市的轨道交通运营呈现高密度、大客流的特点。实践证明，一旦出现突发事件（特大火灾、水灾、反恐等），要求在极短的时间内做出正确的判断，并采用适当的应急预案，因此以行车指挥为核心的行车综合自动化系统的需求便显得尤为迫切。
TIAS系统可以实现ATS系统与综合监控系统的深度融合，通过多专业信息互通、跨专业联动控制，不仅能大幅提升轨道交通运营效率，降低运营和维护成本，同时能够提高轨道交通运营体系对突发事件、灾害事件的应急处理能力，为轨道交通的安全、舒适、快速运营提供有力的保障。
3 系统技术方案
3.1 系统简介
行车综合自动化系统（TIAS）是将传统信号系统中列车自动监控系统（ATS）与传统综合监控系统（ISCS）进行技术与信息的高度融合，以行车指挥为核心，将列车自动监控系统（ATS）、电力监控系统（PSCADA）、环境与设备监控系统（BAS）、屏蔽门/安全门系统（PSD）、门禁系统（ACS）、火灾报警系统（FAS）、闭路电视监控系统（CCTV）、广播系统（PA）、无线通信系统（RC）、时钟系统（CLK）、自动售检票系统（AFC）、旅客信息系统（PIS）等纳入统一的综合信息处理平台，采用统一的人机界面使各系统信息深度结合，并依托综合信息处理平台实现对车、机、电的统一监控，并对出现的应急情况给出及时的处理决策。
3.2 系统结构
行车综合自动化系统采取热备冗余和易扩展的原则设计，根据用户的实际需求，软件功能灵活配置，部署到不同的机器。行车综合自动化系统主要由中心级系统、车站/车辆段级系统、维护管理系统和仿真培训系统构成，如图1所示。
中心级系统主要位于运营控制中心，运营控制中心采用两台网络交换机组成双局域网，控制中心的所有设备连接到该局域网，然后与TIAS系统互联的各系统通过独立的网络接口与互联通信服务器连接。为保证TIAS系统的安全性，与TIAS系统互联的各系统通过防火墙接入TIAS系统。实现中心调度员对全线的监控。
车站级/车辆段级系统主要位于各个车站，用于车站值班员实现站控时对车站的监控。
维护管理系统主要实现对系统设备状态、网络状态和程序运行状态等进行实时监督、记录和报警。系统用图像化的方式向用户展示设备故障状况和异常定位情况，同时对设备故障原因和维护信息进行分析，给出故障原因和维护管理建议。
仿真培训系统一般部署在运营控制中心，主要用于在离线情况下对全线工作人员进行培训。同时，为TIAS系统的室内集成测试提供测试环境和各系统的功能模拟。
3.3 系统功能实现
3.3.1 系统特点
（1）统一的软硬件平台
行车综合自动化系统以ATS系统的软件平台为基础，实现PSCADA、BAS、FAS、PIS和PA等不同的业务应用功能，由一系列服务器和工作站软件功能模块组成，不同的业务功能遵从统一的平台协议。
行车综合自动化系统采用统一的实时服务器和数据库历史服务器，用于统一的数据存储和处理。中心级系统和车站级系统采用统一的人机界面，用于信号、电力、机电设备和乘客信息的监控。
（2）综合的运营行车指挥管理
行车综合自动化系统将传统ATS功能与PSCADA、FAS、BAS、PIS和PA等系统功能融合在同一个软硬件平台上，能够提供具备各融合系统功能的综合的运营指挥管理平台。根据运营需要可灵活部署各业务系统功能。
（3）安全隔离的网络系统
行车综合自动化系统采用统一的以太网方案，通过专用的通信互联服务器和防火墙设备实现PSCADA、BAS、FAS、PIS和PA等业务系统与联锁CI、区域控制器ZC和车载ATP/ATO等信号系统互联，既保证了整个系统的信息融合性，又实现了综合监控系统和信号系统的安全隔离。
（4）综合的运行维护管理
行车综合自动化系统将信号系统和综合监控中的维护系统进行信息融合。统一对整个行车综合自动化系统的设备状态、网络状态和程序运行状态进行监视，给出实时的报警和提示信息，并针对设备故障原因进行分析，方便系统维护和故障处理。
3.3.2 系统功能
行车综合自动化系统除具备传统的列车自动监控功能、电力监控功能、环境与设备监控功能外，还应具备多专业信息融合功能、多专业联动功能。
（1）综合调度界面显示功能
综合调度人机界面采用统一的图形用户界面，各专业除完成本专业的功能外，还提供监视其他专业的信息。在行调工作站上，不仅具备传统ATS系统功能，系统还提供电力区段状态、隧道风机状态、区间和车站通风状态、电梯设备状态、火灾报警和客流信息显示功能；电调工作站能够查看行车位置，实时显示接触轨上负载的列车信息，当线路中某段接触轨的电力负载接近超限时，能发出报警信息；环控调度工作站上，可以提供具体某站、某区间列车运行信息，当检测到事件发生时（如发生火灾），系统可迅速查看指定火警点相关车站的行车信息，从而为火灾联动提供相关的决策信息。
（2）列车操作控制功能
行车调度员工作站系统界面提供编辑下达车载命令、指定列车无线呼叫、编辑发布列车PIS信息和编辑发布列车PA信息等功能。
（3）多专业综合控制功能
行车调度员工作站系统界面不仅提供供电区段上电/断电的人工操作功能，同时为了方便调度员查看各系统详细信息，系统还提供界面切换功能。提供供电系统界面切换、隧道风机界面切换、电梯系统界面切换、CCTV系统界面切换、FAS界面切换、AFC界面切换、PIS系统界面切换、PA系统界面切换和安全门系统界面切换等功能，可将主界面从站场图界面切换至其他系统界面；电调工作站当需要查看更详细的列车位置时，可以调出站场图的界面，从而方便各专业协同工作。
（4）多专业联动功能
行车综合自动化系统为提供友好的人机交互和满足不同应用需求，可提供全自动、半自动和手动三种联动方式。全自动联动指TIAS系统判断满足报警联动触发点后，自动发送相应的控制命令到需要联动的系统；半自动联动指当TIAS系统判断满足报警联动触发动作后，将在人机界面上提示调度员，待调度员确认后，TIAS系统才发出联动控制指令；手动联动指调度员人工选择一组涉及多个系统的顺序控制序列，系统自动按照顺序和闭锁条件向不同的系统发布指令。本文仅对TIAS系统主要联动功能进行描述。
根据列车运行时刻表启动早间运营模式和晚间停运模式：根据列车运行时刻表中首辆车到站时间和正线实际运营情况，提前执行BAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV等系统的早间运营联动，自动触发各系统开启；根据列车运行时刻表中末辆车离站时间和正线实际运营情况，执行BAS、PSCADA、PIS、PA、CCTV等系统的晚间停运联动，自动触发各系统停止，从而实现节能控制，提高了运营效率，降低了运营成本。
当站台起火时，由FAS系统触发，执行车站的灾害模式联动，系统根据火灾发生车站，提示调度员该站跳停，禁止在该站上下客；同时系统执行相邻车站的上下行车站扣车命令。
隧道阻塞情况下，TIAS系统检测到列车区间阻塞，提示调度员触发联动，迅速启动隧道通风模式，系统根据事发区段，自动计算出扣车车站范围，提示调度员对相关车站执行扣车命令，防止造成更大的阻塞。
TIAS系统通过各专业信息的深度融合和共享，实现了列车、电力、环境设备和乘客等的联动控制，使各专业系统协同动作，简化了事件处理流程，提高了运营人员对突发事件的应急处理能力和安全运营管理效率。
4 结论
行车综合自动化系统各专业信息深度融合，给多专业联动、协调处理突发事件提供了基础，提高了轨道交通运营人员的应急处理能力和运营管理水平。然而，该类系统在国内建设的先例很少，且信息融合程度不同，随着实践情况还要不断地进行改进。同时，对城市轨道交通网络化发展，各条线路间互联互通信息共享，保证各条线路安全运营、协调工作，从而实现多条线路的综合自动化，以及对多信息系统互联产生的信息安全问题的研究，还需要多方的努力。
参考文献
[1] 中国国家标准化管理委员会.GB/T 12758-2004城市轨道交通信号系统[S].北京：中国标准出版社，2004.
[2] 北京城建设计研究总院.GB50157-2003地铁设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2003．
[3] 中华人民共和国工业和信息化部.GB50636-2010城市轨道交通综合监控系统工程设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2011．
[4] 周庭梁，孙军峰，孙春荣.谈以行车指挥为核心的城轨交通综合监控系统[J].现代城市轨道交通，2009（3）：14-15.