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資訊頻道活動鏈接： 2015年控制網行業專題——軌道交通與自動化
進入21世紀以來，軌道交通在優化城市空間結構、緩解城市交通擁擠、保護環境等方面均顯示出積極促進作用，已日益成為中國走新型城鎮化道路的重要戰略舉措。伴隨著中國城市化進程的加快，具有用地省，運能大，軌道線路的輸送能力強等優點的城市交通需求劇增，城市軌道交通也進入高速發展時期。目前中國已成為世界上城市軌道交通發展最快的國家。據不完全統計，中國城市軌道交通車輛段目前已經達到205座，其中69座已經投入運營，96座正在建設，未來兩年內40座正在規劃，市場前景巨大。
張健保 深圳市地鐵集團有限公司設備部主任工程師電氣高級工程師，主要研究方向為監控專業（含綜合監控、乘客資訊、安防、智能化等）。
吳鈾鈾 北京市軌道交通建設管理有限公司 設備管理總部副主任兼總工程師 曾經在北京市地鐵運營有限公司從事地鐵供電系統技術管理、科研、生產管理工作。2000年參加北京地鐵13號線建設，負責供電系統、綜合監控系統和機電設備建設管理；之后轉入北京市軌道交通建設管理有限公司參加北京地鐵新線設備系統建設。
魏曉東 城市軌道交通標準技術委員會委員曾擔任北京地鐵13號線綜合監控自動化系統總設計師；深圳地鐵一期工程綜合監控系統技術負責人；廣州地鐵3、4、5號線主控系統總設計師。
洪翔 上海申通地鐵集團有限公司技術研究中心系統集成部主任多年從事軌道交通通信工程、控制中心、綜合監控系統以及信息化等專業的工程規劃、可研報告編制、工程設計、咨詢和技術管理、評審和科研等工作。
城市軌道交通設施和設備構成了一個龐大的復雜系統，從運營管理的功能來看，大體可分為三個系統：（1）列車運行系統：隧道、站臺、線路、車輛、牽引供電、信號、控制中心、車站行車等。（2）客運服務系統：車站及照明、售檢票機計算中心、導向及預告措施、消防、環控、自動扶梯、電梯、車站服務等。（3）檢修保障系統：為保障上述設備性能良好、能隨時啟動重新投入運行而具備的檢修手段能力等。
在這三大系統中，自動化技術都有著廣泛的應用。隨著城市軌道交通市場的不斷發展，軌道交通自動化技術也進入了全數字化、智能化、信息化的新階段。
本期專題策劃，記者分別采訪了深圳市地鐵集團有限公司設備部主任工程師張健保、北京市軌道交通建設管理有限公司設備管理總部副主任兼總工程師吳鈾鈾、城市軌道交通標準技術委員會委員魏曉東以及上海申通地鐵集團有限公司技術研究中心系統集成部主任洪翔，一起就當前自動化技術在軌道交通應用的一些關鍵點和熱點問題，談一談他們的看法。
關鍵一：軌道交通綜合監控系統已成發展趨勢
自2002年北京地鐵13號線首次實施“供電、環控和防災報警綜合監控自動化系統”后，我國綜合監控系統的應用已經走過了11年。在這11年當中，深圳、廣州、北京、上海、武漢、西安、成都、重慶、天津等數十條地鐵線路相繼設置了以供電設備監控和機電設備監控為核心的綜合監控系統，綜合監控系統在地鐵已經成為一種發展趨勢。
發展現狀？
魏曉東：目前國內城市軌道交通綜合監控系統技術發展處于世界的前列，近十年來，我國城市軌道交通的項目數量與規模全世界第一。巨大的市場必然推動技術的長足進步，特別是綜合監控系統技術。目前我國已經擁有一整套設計、施工方面的技術成果。未來十年，城市軌道交通的主戰場仍將在中國，我國城市軌道交通綜合監控系統技術仍會處于世界前列。
經過十幾年的發展我國地鐵綜合監控系統已經形成了核心技術并固化到了國家標準中。由信息產業部標準定額站組織、北京和利時系統工程有限公司主編、中國科技集團第14研究所等23家單位參編的國家工程建設標準《城市軌道交通綜合監控系統工程設計規范》GB 50636-2010于2010年11月3日發布，2011年10月1日生效；《城市軌道交通綜合監控系統工程施工與質量驗收規范》GB-2011于2011年8月25日發布，2012年6月1日生效。
按照國家標準我國地鐵綜合監控系統明確提出：城市軌道交通綜合監控系統是對城市軌道交通線路中所有電力和機電設備進行監控的分層分布式計算機集成系統。包含了內部的集成子系統，并與其他專業自動化系統互聯，實現信息共享，促進城市軌道交通高效率運營。
綜合監控系統的突出優勢？
吳鈾鈾：軌道交通設備系統是由二十余個控制系統和大型設備組成的聯動系統，綜合監控的思想是把這些系統和設備的運行監控，由一個綜合各系統功能的控制系統平臺來實現。這樣做可以比較方便地實現跨設備專業控制系統連鎖和設備聯動，提高軌道交通系統安全和效率水平。軌道交通系統的發車密度越高，能耗等指標對運行方式調整的要求越高，綜合監控系統的好處就越突出。我國目前已有北京和利時、南京南瑞、北京南凱等公司開發出自主化的軌道交通綜合監控系統，并有實際工程應用。
國內綜合監控系統取得了哪些技術成果？
魏曉東：（1）城市軌道交通工程站在工程總體的高度考慮自動化系統的建設。采用自動化技術解決設備監控與智能化管理將會提高整個工程的建設水平，其核心技術就是對所有設備有效監控的技術。城市軌道交通的最重要設備之一是車輛，是組成城市軌道運輸的核心，它由信號系統來完成。而對車輛以外的所有固定設備進行監視與控制是由綜合監控系統來完成。監控的信息范圍包括幾乎所有自動化系統的設備，線路沿線的所有設備以及運營需要接入的其他信息。但是，綜合監控系統以監控機、電設備為主。
（2）地鐵綜合監控系統的構建采用集成與互聯（在城市軌道交通建設中有其特殊的含義）的方式，即將上述范圍內的設備系統集成或互聯入綜合監控系統中，構建起地鐵全線的數字信息共享平臺。通過集成、綜合監控系統將子系統融入其內成為一體，這種集成采用同一綜合監控系統軟件平臺，是深度集成。
（3）綜合監控系統采用分層分布式結構：在地鐵運營調度中心（OCC）建立中央綜合監控系統包括有電力監控總站、環調工作總站、防災中心、總調工作站。在車站（包括車輛基地）建立車站級綜合監控系統。中央綜合監控系統通過骨干網鏈接車站級系統。
（4）綜合監控系統需要實現中央與車站兩級的電力監控功能、環境與設備監控功能、火災報警功能、大型監控系統綜合功能、聯動功能、接入互聯系統后可實現的支持運營的功能。
（5）地鐵綜合監控系統具有一般大型監控系統的特征，它具有較高的可靠性、響應性。需要進行RAMS管理。
（6）綜合監控系統的核心是其軟件平臺，要求軟件平臺具有良好的開放性。軟件的開發應用都需嚴格的質量保證體制。
（7）綜合監控系統工程的關鍵點之一是接口技術。接口開發與管理要盡可能規范化進行。
（8）綜合監控系統的施工與驗收分兩個階段進行。第一階段為設備安裝階段，按照通用標準進行。第二階段為系統調試與驗收，應按照地鐵綜合監控系統的成功經驗進行。
（9）綜合監控系統建設應考慮適應線網建設要求留有向上的接口，也要考慮適應城市軌道交通信息化建設要求。
與國外綜合監控系統在技術上的主要區別？
魏曉東：國內綜合監控系統采用了深度集成方式，我們稱其為深度集成的綜合監控系統，國外的地鐵綜合監控系統卻是一種“戴帽子”系統，即車站級的各自動化子系統是獨立的系統由中央綜合監控系統在各車站的網關將這些系統接入綜合監控系統，我們稱其為頂層信息集成的綜合監控系統。主要區別如表1所示。
表1 深度集成綜合監控系統與頂層信息集成的綜合監控系統性能比較表
可以看出，我國深度集成的綜合監控系統特別在系統響應性上遠遠高于國外系統，同時在工程實施、調試、故障診斷及維護維修方面有諸多優勢。當然，在技術管理等方面國內綜合監控系統技術與國外仍有差距。主要表現在我們對綜合監控系統軟件平臺的技術要求上，系統保證方面以及RAMS要求方面。目前，我們的地鐵綜合監控系統招投標對上述三方面技術要求欠缺，亟待迎頭趕上。
國內綜合監控企業與國外企業的主要區別？
吳鈾鈾：軌道交通綜合監控系統是大型多專業的控制系統，國外也只有少數幾家大型跨國公司能做的比較好。我國企業的現狀是，基本達到了國外少數做得比較好的企業水平（即國際先進水平），并在國內市場可以和他們競爭。但國內企業在理念創新方面與國外企業還有差距。主要表現在系統結構設計、先進的IT技術在系統中的應用等。這也就是說，國內企業雖然進入了國際第一方陣，但在方陣中還沒有處在領先地位。
綜合監控系統技術的發展方向？
魏曉東：地鐵綜合監控系統技術將會在以下方面取得進步：
（1）地鐵綜合監控系統正確的設計理念與設計規則將會得到更廣泛的響應和更深入的落實。隨著地鐵綜合監控系統工程國家標準的深入人心和進一步落實，正確構建地鐵綜合監控系統已成為當務之急。應該按照國家標準構建深度集成的地鐵綜合監控系統是每個地鐵建設者的義務。
（2）關于地鐵綜合監控系統軟件平臺的需求將會進一步明確并走向正確的軌道，克服目前對軟件平臺需求不清甚至錯誤需求盛行的狀況。其他重要的需求也將逐步完善并提出：例如，系統保證，RAMS需求等。對于系統的信息安全也將提到議事日程。
（3）綜合監控系統更向底層深入，集成MCC已成定局。綜合監控系統更向上開放，接入TCC并成為其基礎。綜合監控系統會成為城市軌道交通信息化的技術基礎。
（4）綜合監控系統在技術方面會融入更多新技術，例如，云計算、大數據。也會在技術細節方面有新創新，例如，電子IBP，三維HMI等。
從設備系統監控到統一的全自動化系統平臺？
吳鈾鈾：軌道交通是以運輸乘客為目的的運輸系統。軌道交通綜合監控系統借助計算機技術、電子技術、網絡技術、軟件技術、數據傳輸及存儲技術的進步，從對設備系統監控發展起來，最終要把各專業設備監控系統整合成一個控制系統平臺，并繼續與企業管理自動化平臺整合，成為軌道交通企業運轉的全自動化系統平臺。
目前，軌道交通綜合監控系統已經可以用集成和互聯的方式整合除信號系統外的全部設備監控系統。北京市軌道交通建設管理有限公司正在做整合信號系統的綜合監控系統，該系統稱為以行車指揮為核心的綜合監控系統，并在6號線取得了經驗。下一步將在6號線經驗的基礎上開展相關研究，在燕房線開展全自動無人駕駛工程示范。在完整的實現了設備監控系統整合之后，即可以開始與企業管理系統的整合。
關鍵二：安全，重于泰山
軌道交通建設的狂飆猛進，也使得其安全問題逐漸暴露在人們的視野之中。不同于其他行業，由于軌道交通面對的最終用戶是“老百姓”，所以其安全問題則更敏感，同時也增加了更多的不確定性。
如何看待軌道交通安全問題？
洪翔：首先，軌道交通是一種非常安全的公共交通工具，快捷、準時、環保，深得國民喜愛；但隨著它規模的不斷擴大，乘用者人數不斷增加，營運負擔不斷加重，安全隱患甚至于事故的產生似乎是無法避免的。但相關的安全性問題真正突出或者嚴重到何種程度，恐怕還不那么危言聳聽，但的確已到了需要引起足夠重視的地步。
張健保：軌道交通網絡一旦形成，客流會越來越大，人員疏散是安全問題之一。為了保證人員的及時疏散，必須有可靠的照明系統、完善的導向系統、科學的防排煙系統，只要這三個系統發生問題，必將產生重大的軌道交通安全事故。
照明系統、導向系統、防排煙系統是保證安全運營的三個必要的機電系統，這三個系統都是由綜合監控系統完成監控（軌道交通最大最全的自動化監控系統）。可以說自動化技術在保障軌道交通安全運營方面起到至關重要的作用。
吳鈾鈾：我認為我國的城市軌道交通系統總體上是安全的，基本上不存在系統性的安全風險或重大安全隱患。從上世紀九十年代初，北京復八線、上海和廣州的第一條軌道交通線開始建設，我國進入了省會及大城市修建軌道交通的時期，至今北京開通線路里程達456公里，全國城市軌道交通開通總里程達2114公里，不僅建設規模越來越大，建設速度也越來越快，并且，建設高潮還在持續。北京軌道交通2013年11月26日全路網共開行6910列車，運送乘客967萬，很多線路的列車發行密度已達兩分多鐘。北京市軌道交通一天的客運量比全國鐵路一天的旅客運輸量還要大很多。就全國來看，有那么多的城市、那么多的客流每天在軌道交通系統中流動，這么多年來，軌道交通并沒有出現完全是設備系統原因導致的列車沖突、多人死亡或受傷的事故，這就可以說明我國的軌道交通是安全的。但是，這并不是說軌道交通在安全方面不存在問題（具體在下面闡述）。
軌道交通都存在哪些方面的安全隱患？
吳鈾鈾：存在的主要問題有：
（1）由于在上世紀九十年代前，我國只有北京和天津兩個城市分別有41公里和3.6公里軌道交通，國內在軌道交通方面人才不足。這些年雖然在持續的大規模建設中培養著人才，但全國范圍內的人才缺失還是比較嚴重的。特別是生產一線的維修保養、運營工人，在新建軌道交通的城市尤為缺乏。
（2）建設速度快、工期緊，建設前期相關工作的深度、完善程度亟待加強。
（3）前些年，一些關鍵設備和控制系統依賴進口。國外企業在工作和服務響應速度方面跟不上國內的工作節奏，控制系統的一些設計理念與國內不同，修改后不盡如人意。
（4）工期緊張造成系統調試時間較短，施工質量控制難度加大。
上述問題對軌道交通系統建設質量是有一定影響的。造成這些問題的主要原因大概就是一條，一座城市是否有長期的、綜合性的、比較完善的建設計劃和實施計劃，并能有約束的、由一屆一屆政府長期以合理的建設速度組織實施。
洪翔：系統或設備運行中產生安全隱患或事故的情況是首當其沖的。由于集中大規模建設，系統或設備均面臨短時期內承擔起正常運營的壓力，很多的測試和適應性調試工作被忽視或省略，造成系統或設備非常規性運轉而引發事故。某地的一案例就比較典型。由于缺少與軌旁相關設備系統實施方的協調和磨合，在車輛試車運行過程中，發生了列車與軌旁設備箱門的碰撞，造成車毀人亡的慘禍。歸咎其原因主要在忽視對運行環境的監控與判斷。
其次是人為的誤操作與管理的不到位情況，導致安全問題發__生也時常發生。由于運營壓力不斷增大，調度管理人員的工作負荷較大，任何一個微小事件，均可能造成操作人員判斷失誤導致安全事故發生。類似事件也屢見不鮮，歸咎其原因主要是運營管理方需加大規章制度的細化編制力度，并適度增設滿足需求的輔助系統。
市民乘用者有時也扮演著制造安全隱患或事端的角色。乘用者的不規范行徑是影響行車安全的主要原因，如不文明的擠門、吊門行為；如隨意拉下制動裝置或自行跳入軌行區；再極端一點，如恐怖襲擊等。
如何考慮軌道交通中工業控制系統信息安全問題？
洪翔：軌道交通運營過程中，工業自動化與控制系統承擔著非常重要的角色；主要表現在對車輛運行的監視與控制，對運行環境的監視與控制，對乘用空間的監視與控制，以及對直接服務于乘客的設備監視與控制等。為實現以上行為，需要多系統協同，在調度管理人員統一指揮操作下開展工作。其中，信號系統與車輛自身管理系統共同承擔對車輛運行的監視與控制工作，綜合監控系統和通信系統共同承擔其它幾類的監視與控制工作；系統搭建時還同時考慮了就地、車站和控制中心等的多級管理模式，因此，數據與信息的交互、聯通成為必然。所以，工業自動化與控制系統的技術實現和應用一直是從業人員的工作內容，控制系統的信息安全也已成為近年來軌道交通行業的熱點話題。
國內業界關注信息安全已很久，早在1994年，國務院頒布147號令，編制執行《中華人民共和國計算機信息系統安全保護條例》；2000年以來，國家陸續頒發了諸多文件或標準，如《國家信息化領導小組關于加強信息安全保障工作的意見》（中辦發[2003]27號）；《信息安全等級保護管理辦法》（公通字[2007]43號）；《關于開展全國重要信息系統安全等級保護定級工作的通知》（公通字[2007]861號）；《信息安全技術 信息系統安全等級保護基本要求》（GB/T 22239-2008）等等。但在軌道交通行業中，至今為止尚缺少與信息安全相關的強制標準或法規，造成目前多數在建設或運營中的軌交線路系統建設時無規范執行、無標準把關，更多的工作僅依靠實現系統時確保自身安全的供應商行為上。因此，在保障軌道交通安全運營和系統安全方面，在一段較長的時間里，自動化技術或廠商還將發揮積極的推動和保障作用。當然，建設業主方能夠提出系統建設和信息安全保障規劃和需求，將會錦上添花。
我認為，工業自動化與控制系統承擔的運營安全維護的職責固然重要，其自身的信息安全和保障也同等重要。
吳鈾鈾：軌道交通控制系統的信息安全，目前看總體上還是安全的。這主要是因為系統的各級操控者是企業正式員工，外人一般不易進入設備區。系統一般也不與互聯網相連，切斷了從互聯網攻擊系統的路徑。軌道交通控制系統的信息安全隱患主要是：
（1）隨著民用無線發射設備的增加，存在對軌道交通控制系統的無線信號干擾源增加的情況。
（2）控制系統中心、車站、終端設備都有一些接插口可以接插筆記本電腦、專用檢測設備，用于讀取數據、下載或修改程序，接口的管理非常重要。
（3）掌握高科技手段、有很高專業技能的人惡意攻擊系統（目前還未聽說有案列發生）。
目前，我國還沒有軌道交通控制系統信息安全方面的行業標準。一些通用的信息安全標準和規定，在軌道交通系統如何應用還在探討之中。
關鍵三：智能化？云計算？物聯網？
當前自動化技術正在經歷更深刻的變化。第四次工業革命已悄然啟動。互聯網技術正在與第三次工業革命的成果相融合，向著信息化、智能化的方向進一步發展。
魏曉東：城市軌道交通領域自動化技術會在各個子專業應用上更深入、更廣泛。例如安防系統會監控到地鐵的方方面面，系統會更加可靠、更加堅固。再例如乘客信息系統會更加人性化，更加智能化。綜合監控系統監控范圍將更加廣泛、深入。我國線網調度指揮系統TCC會在各個城市的城市軌道交通網形成之時如雨后春筍地生長起來，這些系統的技術會愈來愈進步，以智能化為中心TCC將走在世界最前列。
物事互聯網和服務互聯網（Internet of Things and Internet ofServices）的發展將推動第四次工業革命改變各行各業，城市軌道交通的面貌也將徹底改變。地鐵各自動化系統的發展趨勢將會更加集成化、信息化、智能化。
與自動化與信息化相關的熱點會有：
（1）更加成熟的安全性更高的信號系統，實現真正的ATC（ATP+ATO）。
（2）建設起真正的能對全線固定設備與設施有效監控和智能監控的綜合監控系統。
（3）隨著各城市的軌道交通網逐步形成，城市軌道交通線網調度指揮系統（TCC）將成為建設熱點之一。TCC將會以綜合監控系統為基礎，以信號系統為基礎實現線網管理智能化。
（4）在TCC的基礎上整個軌道交通信息化系統的建設與開發。
（5）城市軌道交通的信息化系統應用到智慧城市中。
（6）城市軌道交通運營的智能化管理。
（7）更加人性化、智能化的乘客服務系統。
（8）互聯網進入城市軌道交通的各層次的管理與服務中。
洪翔：軌道交通自動化技術的應用在未來將會有以下趨勢：
（1）自動化系統架構將進一步優化，并逐步融入并完善“云計算”的普及技術；
（2）系統建設將重視物理識別和邏輯識別技術的嵌入，將其投入到從運行到維管的全過程應用中；
（3）多緯度信息的重構，大大提升用戶對系統功能的認識和操作能力，并將推動自動化系統與信息應用的融合進程；
（4）智能分析技術、自診斷技術、安全檢測技術將廣泛應用在與運營安全相關的自動化系統中。
（5）當前最具發展潛力和最值得關注的技術熱點包括：“云計算”、物聯網、應用管理信息化、高清視頻等。
張健保：我認為最值得關注的技術熱點是：云計算和物聯網。通過采用云計算技術，要極大地減少車站設備、極大地減少車站操作人員。通過物聯網技術，極大地減少自動化控制系統的接口。
摘自《自動化博覽》2013年12月
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號