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企業概況：
和利時始創于1993年，前身是電子部六所自動化事業部，現已成為中國領先的自動化與信息技術解決方案提供商。公司以“用自動化改進人們的工作、生活和環境”為宗旨，致力于提升客戶的生產效率和產品品質。
和利時業務集中在工業自動化、軌道交通自動化和醫療自動化三個領域。其中工業自動化包含過程自動化、離散自動化和礦山自動化；軌道交通自動化包含干線鐵路自動化、城際鐵路自動化和城市軌道交通自動化。
項目建設的政策：
本項目研發與實施依托于實際工程項目，北京地鐵燕房線，北京地鐵燕房線是我國首條具有完全自主知識產權的軌道交通全自動運行線路，也是我國首個全自動運行系統國家級示范工程,已于2017年12月30日正式載客運營。全自動運行作為先進的軌道交通運行控制技術，在未來有廣泛的發展應用空間。預計到2020年，國際上75%的新地鐵線路以及40%的改造后既有線路將全部采用完全自動駕駛技術。2025年，我國采用全自動運行的線路將超過1500公里。

一、項目實施概況

1.   項目背景
城市軌道交通系統是現代化大都市最為重要的公共交通系統，具有運量大、速度快、安全、準點、環保、節能等特點，成為實現城市交通可持續發展的重要組成部分。根據中國城市軌道交通協會統計，截止到2016年末，中國累計已開通地鐵運營里程3832公里, 獲批建設軌道交通的城市達43個, 已投入運營、正在建設及待建的城市軌道交通總里程約8600公里, 預計未來5年內，軌道交通新增運營里程還將加速，預計每年將新增約1200公里。預計到2023年，正式運營里程將超10000公里。
得益于通信、自動控制、交通運輸理論與技術水平的不斷進步，列車運行的自動控制技術已逐漸進化到到全自動無人駕駛模式。預計到2020年，國際上75%的新地鐵線路以及40%的改造后既有線路將全部采用完全自動駕駛技術。預計到2025年，我國采用全自動運行的線路將超過1500公里。目前已經確定全國有19條線路采用全自動運行控制技術，包括北京(3/12/17/19/新機場/燕房線)、武漢、成都、深圳、蘇州、鄭州、哈爾濱等相關線路。
用于支撐地鐵運輸自動化的系統主要包括車輛、信號、通信、綜合自動化與運營調度系統四大核心子系統。其中綜合自動化與運營調度系統涉及到對車輛、信號、通訊、供電、環控、消防火災、視頻監控、廣播、售檢票、站臺門、門禁等二十多個復雜專業子系統集中管控，管控的業務流程覆蓋了資產管理、計劃、運營調度、設備維修維護、乘客服務、應急指揮、安全管理等眾多業務，其安全性、可靠性與智能化是支撐城市軌道交通快速發展重要因素。

2. 項目簡介
北京和利時公司于2014年8月中標北京地鐵燕房線“以行車指揮為核心的城市軌道交通綜合自動化系統”，研發與工程實施周期三年，已與2017年12月底正式載客運營。
3. 項目目標
本項目目標主要為提供如下三大子系統，用于完成地鐵各設備的集中監控與行車計劃與調度：
a)   基于工業軟總線的地鐵綜合調度指揮系統
b)   基于云計算的地鐵全線設備的設備狀態監視與維護綜合維修系統
c)   各運營調度的仿真培訓系統

二、項目實施概況

1. 項目總體架構和主要內容
地鐵綜合自動化與運營調度系統，其職責類比到工廠自動化的普渡模型，相當于是普渡模型里的L2與L3層，用于實現對地鐵各自動化設備的集中監控與行車計劃調度與執行。
本系統采用統一的硬件平臺、統一的軟件平臺、統一的網絡架構，實現對地鐵各專業子系統的統一監控與計劃調度。本系統的系統功能與在整個地鐵的自動化與信息化系統的邊界為如下：
（1）系統功能與邊界概述
a)   本系統各專業自動化設備數據采集與協調控制系統：本系統實現了對供變電子系統/火宅自動報警子系統/環境監控子系統/信號系統/售檢票系統/車輛自動化系統/通信/門禁等專業自動化設備層的工藝實時數據與設備狀態監控，并完成各自動化設備的協調控制
b)   本系統為地鐵各調度運營人員與設備維修人員的調度與協作系統：地鐵行調/電調/車輛調/乘客調/環調/維調/總調/車站值班員通過使用本系統完成日常的運輸計劃調度與設備維修等。
c)   本系統同時也是生產自動化與信息化的融合平臺，本系統統一與企業信息管理信息化系統的完成數據與信息的雙向聯通。
本系統在地鐵自動化與信息化系統的邊界如下圖藍色底框所示：

圖1 全系統集成智慧軌道交通綜合自動化系統

 
如上圖所示,本系統的系統邊界處于自動化設備與信息化管理系統中間，功能上較之于目前的主流系統 進一步集成列車監督控制系統、車輛自動化信息系統、綜合維修子系統，支持無人駕駛與智能化運營。
 
（2）系統構成
控制中心系統構成：
 本系統控制中心系統構成圖如下圖所示，包括列車運行計劃編制工作站、行車調度、電力調度、環境調度、乘客調度、車輛調度、維修調度等工作站，在中心級用于實現地鐵運輸的集中調度指揮：

圖2控制中心系統

 
備用中心系統構成：
為提供系統的可靠性、可用性、安全性，系統在備用中心部署一套跟控制中心相同的系統，主備中心間實現冗余。

 圖3備用中心
 

車站子系統構成
本系統的車站子系統構成如下圖所示，在中心出現故障宕機后，可以自動降級到車站級完成監控

圖4車站子系統
 

2.   網絡互聯架構
地鐵自動化是個非常龐大的系統，涉及到車輛、信號、電力、環境監控、視頻監控、廣播、站臺門、火災系統、門禁等二十多個大型專業子系統，同時物理位置分散。各子系統的網絡互連復雜多樣，主要主要體現在如下幾方面：
a)   系統網絡拓撲分散：物理位置分散，涉及到2個控制中心、1個停車場，數十個車站。中心與各車站骨干網通過雙環網構成，骨干網網絡切換時間在50ms以內，提高網絡的可靠性與可用性
b)   通訊鏈路復雜多樣：系統既有地面設備間的有線通訊，也有車載設備與地面設備間的無線通訊，在本系統中，車地無線支持4G LTE與WLAN兩種無線通訊都支持的模式。
c)   通訊協議多樣化：支持各行業的國際通訊標準規約，包括鐵路、電力、離散自動化、信息化系統等多種國際通訊規約
 
全線骨干網（雙環網）：
本系統骨干網網絡拓撲如下圖所示，采用雙環網構成

圖5全線骨干網

 
 
網絡互連架構：車地以及地面設備間通訊：
    本系統為支持全自動無人駕駛，車上的信息都需要落地，一輛車上大約有1萬個物理點需要周期性發送實時與報警信息。為支持車地無線大數據量傳輸，本系統采用4G LTE制式

圖6車地以及地面設備間通訊
 

3. 數據架構和應用
1)        車輛、信號、電力、環控、火災、視頻監控、廣播等二十多個專業子系統自動化設備采用統一的數據庫進行建模與監控，打通各設備間數據與信息孤島，提高系統的自動化程度。
2)        采用統一的調度工作站進行調度，提高運維的智能化程度與運營效率除了上述平臺性亮點功能外，本系統在應用上有如下重大創新：
a)        支持無人駕駛：
系統支持全自動無人駕駛，系統梳理運營章程，新增41個運營調度場景，增加了車輛調度與乘客調度系統，同時，平臺的可靠性、安全性、性能也大幅提高

圖7無人駕駛
 

 
b)       智能聯動：
由于各專業子系統間采用了統一的數據庫與調度工作站，打通了各子系統之間的數據與信息孤島，提高了各子系統在正常運營與異常工況下的各設備的自動化處理能力。

圖8智能聯動

 
 
c)        行車調度
本系統通過提供統一的調度工作站軟件用于實現所有自動化設備的監控與維修，運輸計劃的編制、調度。大大提高了運營調度人員的運維效率。如下各圖為各專業調度的界面示例：

圖9行車調度

4. 安全及可靠性
在功能安全上，本系統通過勞氏國際SIL2 安全認證，系統的可靠性、安全性、可用性、可維護性（RAMS）指標達到國際安全認證SIL2安全，滿足對車輛、信號設備的控制要求

圖14國際SIL2 安全認證
信息安全：基本已按照信息安全等保三級要求實施，分別從網絡安全、主機安全、應用安全、數據安全、病毒防護等多方面進行加固，具體如下：
1)        網絡安全：在系統邊界增加防火墻，同時有一套獨立的網絡管理系統，用于檢測與審計系統網絡情況。核心數據采用加密傳輸
2)        病毒防護: 全系統部署了統一的防病毒軟件
3)        應用安全:分權限控制、用戶名、密碼都采用加密存儲，操作日志與審
4)        主機安全：已關閉無用的后臺服務

三、下一步實施計劃

1. 計劃1
采用云計算架構改造系統：
為提高設備的利用率、減少設備投資、提高設備維護人員的效率、降低能耗、提高系統的可用性。系統將適配到基于私有云計算的IT架構里。
2. 計劃2
利用大數據技術，實現更多的智能運維：
目前車輛、信號、電力、環控、售檢票等地鐵線路幾乎所有設備的工藝與設備狀態數據都已統一實現了采集與監控， 后續將在挖掘數據價值上加大力度。實現在預測性維護與節能減排上的應用

四、項目創新點和實施效果

1. 項目先進性及創新點
1)        實現了地鐵設備的全系統集成
系統采用統一的軟硬件平臺實現了對自動化設備的全集成，包括車輛、信號、電力、環控、售檢票、視頻監控、廣播等二十多個專業自動化設備，其中對于車輛與信號自動化設備的集成為國內首例   
2)        實現了統一的運維調度
提供一套調度軟件，實現了計劃、調度、監控、維修、培訓等多業務功能的統一運維調度，行車、車輛、乘客、電力、環控、維修等中心與車輛調度人員采用一套軟件，大大提高了運維效率。其中乘客、車輛調度為國內首例
3)        支持全自動無人駕駛
系統地梳理全自動無人駕駛的運營流程變化與自動化設備功能的聯動，系統新增了41個全自動無人駕駛運營場景功能，支持全自動無人駕駛，國內首例
4)        高可靠與高安全性
為滿足全自動無人駕駛安全性安全，系統通過了國際SIL2認證，國內首列大型綜合監控類軟件通過SIL2認證
5)        大容量實時數據庫與人機調度工作站軟件
大容量實時數據庫，由于增加了車輛與信號兩大專業，其中單輛車輛監控物理點規模在1萬點左右，系統實際支持200萬物理點以上的并發采集與訪問。
2. 實施效果                                                            
本系統在北京地鐵燕房線上使用，已通過3個月試運行考核，目前已進入到正式載客運營階段。系統的可靠性、安全性已得到充分的驗證，系統的功能經過多輪專家與運營人員的使用已趨完善，滿足了全自動無人駕駛的要求。
同時，本系統也已應用到海外，已使用到新加坡地鐵湯申線全自動無人駕駛項目上。