CN110329319B - 一种面向智慧城轨的全自动运行系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向智慧城轨的全自动运行系统，包括：智慧城轨设施层，为IaaS层，包括生产云、高速网络、大数据处理计算和存储设备；智慧城轨平台层，为PaaS层，包括数据中心、实时数据库和即插即用的软总线；智慧城轨应用层，为SaaS层，包括智能调度子系统、智能车站、智能车场、智能运维子系统和无人驾驶的智能列车。与现有技术相比，本发明具有提升中心、车站、车场和运维管理的智能化水平等优点。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道佳通的控制技术，尤其是涉及一种面向智慧城轨的全自动运行系统。
背景技术
在IEC62290标准中，对于城市轨道交通管理及控制系统的自动化等级定义，从低到高为GOA0～GOA4，共五个等级，其中GOA3级和GOA4级，需要既有的全自动运行系统实现列车的无人驾驶，可做到车上不配运营人员(GOA4级无人驾驶)或配而不用(GOA3级无人驾驶，正常运营不需要参与)，满足更加安全、可靠和高效的列车运行需求。
现有全自动运行系统基于以时间计划为基准的高效运行系统而言，其服务质量的标准以准点率和兑现率为指标，如何来进一步关注客流的顺畅和出行服务的便捷等全方位信息，成为当下城市轨道交通自动运行系统需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向智慧城轨的全自动运行系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种面向智慧城轨的全自动运行系统，包括：
智慧城轨设施层，为IaaS层，包括生产云、高速网络、大数据处理计算和存储设备；
智慧城轨平台层，为PaaS层，包括数据中心、实时数据库和即插即用的软总线；
智慧城轨应用层，为SaaS层，包括智能调度子系统、智能车站、智能车场、智能运维子系统和无人驾驶的智能列车。
优选地，所述的智能调度子系统，根据对客流的感知与对系统资源的调配，实现基于运能运量匹配的运营调度和以乘客出行服务为核心的智能设备管理。
优选地，所述的智能调度子系统，以实现行车监控功能的ATS系统为核心，并与电力监控、FAS/BAS、CCTV、站台门、AFC进行集成，实现跨专业的联动；
所述的智能调度子系统在控制中心设置行车调度模块、电力调度模块、环境调度模块、客运调度模块、总调度模块及运维调度模块，并按照分布式部署架构，对每个调度模块分别设置服务器，每组服务器独立运行，通过共享的内部数据总线交互数据。
优选地，所述的智能车站，为乘客和智慧城轨的交互终端，以客流及乘客行为的智能感知和车站设备的智能联动为依托，为乘客提供更加快捷的信息交互和自主化服务。
优选地，所述的智能车站包括：
客流趋势预估及运行图动态调整模块，用于通过CCTV视频分析、AFC系统采集技术实现全息客流状态感知，不仅统计乘客数量，也分析人员分布、站内走向、乘坐路径，据此预估客流趋势，并动态调整运行图加开列车；
信息获取及发布模块，用于实时获取本线路以及全路网的运行动态、首末班车、故障调整情况，通过站内广播或PIS途径向乘客即时发布；
换乘导引模块，用于获取线路和路网实时运行信息，智能规划本站出发和换乘最优策，向乘客提供优化的换乘导引信息；
乘客服务场景化预案联动模块，通过覆盖全站的乘客服务场景化预案联动功能，在线路故障延误、进出站大客流、运营调整、火灾疏散事件发生时快速高效联动，保障乘客安全和舒适；
乘客进站和走行路径识别模块，用于利用物联网、近场通信及室内移动通信技术，识别乘客进站和走行路径，向乘客提供精准的移动信息发布。
优选地，所述的智能车场，由虚拟车场与实体存车线结合，用于实现列车资源的即需即用、即用即退，同时做为列车的停车场和维修场所用于保证列车优异的运行状态。
优选地，所述的智能车场集信息管理和自动控制于一体的综合自动化系统，用于对检修计划、调车计划、收发车计划进行编辑、调整及下发；同时与智能调度子系统协同，根据计划进行调车或列车进路自动触发，对正线运营实现智能增车和减车活动。
优选地，所述的智能运维子系统，用于监护设备和运营服务环境的健康状态，维持列车运行控制和运营保障系统不间断的运行。
优选地，所述的智能运维子系统与智能车站协同，实现车站运营服务设备的智能化运维，具体包括：
以时间为标准的智能设备管控，以时间“设定”来进行车站各设备运行的智能管理：
早间开站、晚间关站的设备系统控制管理，运营客流高峰和客流平峰的设备系统智能管控；
以事件为条件的智能设备管控，“设定”事件来进行车站各设备运行的智能联动管理；
消防报警的设备系统联动控制管理，空调季、通风季不同设备运营方式的设备系统智能模式管理；
以节能降耗为目标的智能设备管控，在不发生特定事件、并在时间表的允许范围内，车站设备系统的运行，应该按照节能降耗的决策依据进行运行；
以设备维护智能化作为决策和协同的智能化设备维护管理，设备维护智能化可以保障系统和设备在各种情况下的准确运转，达到智能化车站的运营效果；
以历史数据为基础，形成车站运营的各种设备的运营模式，形成车站运营评估的自动化过程，形成基于自学习的评估模式。
优选地，所述的无人驾驶的智能列车中的列车运行控制系统根据智能调度子系统和智能车场的命令，实现各种工况下列车运行及服务的智能化，并向智能运维子系统提供列车运行状态及维护信息。
与现有技术相比，本发明在既有全自动运行系统安全、可靠、高效的无人驾驶列车运行控制和调度管理基础上，具有以下优点：
1)提升中心、车站、车场和运维管理的智能化水平，以高效运营调度、资源管理、设备保障、乘客服务来达成目标。
2)更多地关注客流的顺畅和出行服务的便捷，其服务质量考核也代之以为真正体现出行质量的指标，如平均候车时间、平均响应时间、站台滞留率、车厢拥挤程度等。
附图说明
图1为本发明的自动化等级定义列表图。
图2为本发明的面向智慧城轨的全自动运行系统功能模块及工作流程图。
图3为本发明的面向智慧城轨的全自动运行系统技术架构图。
图4为本发明的智能运维与智能调度协同示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明提出的面向智慧城轨的全自动运行系统，需要实现的是如何提供更安全、便捷、舒适的乘客出行服务，在既有全自动运行系统安全、可靠、高效的无人驾驶列车运行控制和调度管理基础上，提升中心、车站、车场和运维管理的智能化水平，以高效运营调度、资源管理、设备保障、乘客服务来达成目标。
既有全自动运行系统基于以时间计划为基准的高效运行系统而言，其服务质量的考核以准点率和兑现率为指标；而面向智慧城轨的全自动运行系统则开始更多地关注客流的顺畅和出行服务的便捷，其服务质量考核也代之以为真正体现出行质量的指标，如平均候车时间、平均响应时间、站台滞留率、车厢拥挤程度等。两个系统间的关系如图1所示，面向智慧城轨的全自动运行是在目前最高的GOA4的基础上，从横向和纵向进行了扩展的面向未来的更高等级的GoAx系统。
本发明针对应用了面向智慧轨道交通的列车运行控制系统，包含全自动运行系统FAO、非全自动运行的CBTC系统、CTCS系统、ETCS系统、PTC系统和ITCS系统等所有模式的信号系统，因此本方法和装置的权利要求同样适用于这些系统及与其类似的系统。
所述面向智慧城轨的全自动运行系统实现了城轨交通全程全范围的智能化控制，其功能模块可分成五个部分，如图2所示：
这五个部分的系统交互及工作流程如下：
1.所述无人驾驶列车：由列车运行控制系统根据智能调度和智能车场的命令，实现各种工况下列车运行及服务的智能化，并向智能运维系统提供列车运行状态及维护信息；
2.所述智能调度：根据对客流的感知与对系统资源(如列车等)的调配，实现基于运能运量匹配的运营调度和以乘客出行服务为核心的智能设备管理；
3.所述智能车场：由虚拟车场与实体存车线结合，实现了列车资源的即需即用、即用即退，同时做为列车的停车场和维修场所保证了列车优异的运行状态；
4.所述智能车站：作为乘客和智慧城轨的交互终端，以客流及乘客行为的智能感知和车站设备的智能联动为依托，为乘客提供更加快捷的信息交互和自主化服务；
5.所述智能运维：监护设备和运营服务环境的健康状态，维持列车运行控制和运营保障系统不间断的良好运行。
在系统功能安全(Function Safety)和信息安全(Cyber Security)的保障下，所述面向智慧城轨的全自动运行系统由智慧城轨设施层、智慧城轨平台层和智慧城轨应用层组成，如图3所示：
智慧城轨设施层即IaaS层，由生产云、高速网络、大数据处理计算和存储设备等组成；
智慧城轨平台层即PaaS层，由数据中心、实时数据库和即插即用的软总线等组成；
智慧城轨应用层即SaaS层，由智能调度、智能车站、智能车场、智能运维和无人驾驶的智能列车组成。
所述智能调度，是以实现行车监控功能的ATS系统为核心，并与电力监控、FAS/BAS、电力监控、CCTV、站台门、AFC等进行深度集成，实现跨专业的联动功能。所述智能调度在控制中心设置行车调度、电力调度、环境调度、客运调度、总调及维调。按照分布式部署方案，对每组类型业务分别设置服务器，每组服务器独立运行，彼此不影响，通过共享的内部数据总线交互数据。
所述智能运维，将设备故障对运营的影响分析和行车调度指挥作业联动起来，与智能调度协同，根据智能运维智能诊断、预警分析以及大数据统计分析得出的结果自动提出动态运营调整策略，提高线路应急处置能力和效率。
所述智能车站，在车站层实现全方位感知，智能化决策，多媒介服务信息发布，为乘客提供精准、实时、优化的服务，包含但不限于以下技术：
通过CCTV视频分析、AFC系统采集等技术实现全息客流状态感知，不仅统计乘客数量，也分析人员分布、站内走向、乘坐路径。据此预估客流趋势，并动态调整运行图加开列车；
实时获取本线路以及全路网的运行动态、首末班车、故障调整情况，通过站内广播/PIS等多种媒体途径向乘客即时发布，发布内容结合媒体和受众特点有效设计。
获取线路和路网实时运行信息，智能规划本站出发和换乘最优策略(最快时间/最少步行等策略)，向乘客提供优化的换乘导引信息。
建立覆盖全站的乘客服务场景化预案联动功能，在线路故障延误、进出站大客流、运营调整、火灾疏散等事件发生时快速高效联动，保障乘客安全和舒适。
利用物联网、近场通信及室内移动通信技术，识别乘客进站和走行路径，向乘客提供精准的移动信息发布，实现“随时、随心、随手、随地”乘客服务。
所述智能车站与所述智能运维协同，实现车站运营服务设备的智能化运维，包含但不限于以下技术：
以时间为标准的智能设备管控：以时间“设定”来进行车站各设备运行的智能管理：
早间开站、晚间关站的设备系统控制管理；运营客流高峰和客流平峰的设备系统智能管控。
以事件为条件的智能设备管控：“设定”事件来进行车站各设备运行的智能联动管理：
消防报警的设备系统联动控制管理；空调季，通风季不同设备运营方式的设备系统智能模式管理。
以节能降耗为目标的智能设备管控：车站自动化设备运转离不开对能源的消耗，在不发生特定事件、并在时间表的允许范围内，车站设备系统的运行，应该按照节能降耗的决策依据进行运行。
以设备维护智能化作为决策和协同的智能化设备维护管理：车站系统和设备的自动化水平的提高，随之而来的是这些系统和设备的自动化水平的如何保证稳定和可靠，需要有强大的设备维护能力去支撑，设备维护智能化可以保障系统和设备在各种情况下的准确运转，达到智能化车站的运营效果
以历史数据为基础，总结车站智慧运营效果：找到不足之处，加以改进，形成车站运营的各种设备的运营模式，形成车站运营评估的自动化过程，形成基于自学习的评估模式。
所述智能车场，是以基于地铁场段业务活动为基础，实现各专业业务信息共享，为地铁场段DCC相关岗位人员服务，提高场段作业信息化、自动化能力，提升作业效率，减轻工作负荷，集信息管理和自动控制于一体的综合自动化系统。所述智能车场可对检修计划、调车计划、收发车计划等计划进行编辑与调整、自动/人工下发；可与智能调度协同，根据计划进行调车/列车进路自动触发，对正线运营实现智能增车和减车活动；场段站场界面以图形化的显示和控制接口，对作业进度、故障、生产作业情况等进行跟踪管理、统计分析。
本发明的面向智慧城轨的全自动运行系统，在正常情况下，无人驾驶列车根据智能调度的日常行车计划执行运营任务。当遇到运营突发情况，调度指挥人员需立即判断故障原因和影响范围，并下达正确处置命令。此时，智慧调度通过智慧车站对客流和乘客行为的感知、通过智能维护对线路设备状态的获取、通过智能车场对停车场/车辆段列车资源的调配、以及对在线运行列车的自动控制，使五个功能模块联动协作，自动调整列车行车计划以维持高效的乘客服务，并向调度指挥人员显示事件原因和状态，当需要调度人员进行操作时，提供操作建议。比如当临时需要调配列车资源上线满足运能时，智能调度自动评估需调整的正线行车计划，通过与智能车的场交互协作，唤醒停车场/车辆段内的可用列车资源，自动匹配正线行车计划，上线插入运营，满足客运服务。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种面向智慧城轨的全自动运行系统，其特征在于，包括：
智慧城轨设施层，为IaaS层，包括生产云、高速网络、大数据处理计算和存储设备；
智慧城轨平台层，为PaaS层，包括数据中心、实时数据库和即插即用的软总线；
智慧城轨应用层，为SaaS层，包括智能调度子系统、智能车站、智能车场、智能运维子系统和无人驾驶的智能列车；
所述的智能车站，为乘客和智慧城轨的交互终端，以客流及乘客行为的智能感知和车站设备的智能联动为依托，为乘客提供更加快捷的信息交互和自主化服务；
所述的智能车站包括：
客流趋势预估及运行图动态调整模块，用于通过CCTV视频分析、AFC系统采集技术实现全息客流状态感知，不仅统计乘客数量，也分析人员分布、站内走向、乘坐路径，据此预估客流趋势，并动态调整运行图加开列车；
信息获取及发布模块，用于实时获取本线路以及全路网的运行动态、首末班车、故障调整情况，通过站内广播或PIS途径向乘客即时发布；
换乘导引模块，用于获取线路和路网实时运行信息，智能规划本站出发和换乘最优策，向乘客提供优化的换乘导引信息；
乘客服务场景化预案联动模块，通过覆盖全站的乘客服务场景化预案联动功能，在线路故障延误、进出站大客流、运营调整、火灾疏散事件发生时快速高效联动，保障乘客安全和舒适；
乘客进站和走行路径识别模块，用于利用物联网、近场通信及室内移动通信技术，识别乘客进站和走行路径，向乘客提供精准的移动信息发布。
2.根据权利要求1所述的一种面向智慧城轨的全自动运行系统，其特征在于，所述的智能调度子系统，根据对客流的感知与对系统资源的调配，实现基于运能运量匹配的运营调度和以乘客出行服务为核心的智能设备管理。
3.根据权利要求1或2所述的一种面向智慧城轨的全自动运行系统，其特征在于，所述的智能调度子系统，以实现行车监控功能的ATS系统为核心，并与电力监控、FAS/BAS、CCTV、站台门、AFC进行集成，实现跨专业的联动；
所述的智能调度子系统在控制中心设置行车调度模块、电力调度模块、环境调度模块、客运调度模块、总调度模块及运维调度模块，并按照分布式部署架构，对每个调度模块分别设置服务器，每组服务器独立运行，通过共享的内部数据总线交互数据。
4.根据权利要求1所述的一种面向智慧城轨的全自动运行系统，其特征在于，所述的智能车场，由虚拟车场与实体存车线结合，用于实现列车资源的即需即用、即用即退，同时做为列车的停车场和维修场所用于保证列车优异的运行状态。
5.根据权利要求1或4所述的一种面向智慧城轨的全自动运行系统，其特征在于，所述的智能车场集信息管理和自动控制于一体的综合自动化系统，用于对检修计划、调车计划、收发车计划进行编辑、调整及下发；同时与智能调度子系统协同，根据计划进行调车或列车进路自动触发，对正线运营实现智能增车和减车活动。
6.根据权利要求1所述的一种面向智慧城轨的全自动运行系统，其特征在于，所述的智能运维子系统，用于监护设备和运营服务环境的健康状态，维持列车运行控制和运营保障系统不间断的运行。
7.根据权利要求1或6所述的一种面向智慧城轨的全自动运行系统，其特征在于，所述的智能运维子系统与智能车站协同，实现车站运营服务设备的智能化运维，具体包括：
以时间为标准的智能设备管控，以时间“设定”来进行车站各设备运行的智能管理：
早间开站、晚间关站的设备系统控制管理，运营客流高峰和客流平峰的设备系统智能管控；
以事件为条件的智能设备管控，“设定”事件来进行车站各设备运行的智能联动管理；
消防报警的设备系统联动控制管理，空调季、通风季不同设备运营方式的设备系统智能模式管理；
以节能降耗为目标的智能设备管控，在不发生特定事件、并在时间表的允许范围内，车站设备系统的运行，应该按照节能降耗的决策依据进行运行；
以设备维护智能化作为决策和协同的智能化设备维护管理，设备维护智能化可以保障系统和设备在各种情况下的准确运转，达到智能化车站的运营效果；
以历史数据为基础，形成车站运营的各种设备的运营模式，形成车站运营评估的自动化过程，形成基于自学习的评估模式。
8.根据权利要求1所述的一种面向智慧城轨的全自动运行系统，其特征在于，所述的无人驾驶的智能列车中的列车运行控制系统根据智能调度子系统和智能车场的命令，实现各种工况下列车运行及服务的智能化，并向智能运维子系统提供列车运行状态及维护信息。
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