引子
2017年12月30日，中國(guó)內(nèi)地首條擁有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全自動(dòng)駕駛的“北京地鐵燕房線”投入試運(yùn)營(yíng)，該線路符合EN62267/62290定義的自動(dòng)化最高等級(jí)-- GoA 4級(jí)（Unattended Train Operation， UTO），其關(guān)鍵部件均為國(guó)產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)運(yùn)行（FAO， Fully Automated Operation），降低了人為失誤風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，更提高了安全性和效率，進(jìn)一步提升了出行質(zhì)量和乘坐體驗(yàn)，我國(guó)進(jìn)入了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行的新時(shí)期。
全自動(dòng)駕駛在中國(guó)
目前，全世界有62條線路采用了GoA 4級(jí)（UTO）的全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)，分布在19個(gè)國(guó)家的41個(gè)城市。
其中，在中國(guó)有廣州、上海4個(gè)城市的6條城市地鐵/輕軌線路采用了UTO技術(shù)：
1，廣州珠江新城地下空間旅客輸送系統(tǒng)APM線。采用龐巴迪CX100膠輪自動(dòng)導(dǎo)向車輛，于2010年11月8日開通運(yùn)營(yíng)。
2，上海地鐵10號(hào)線。是中國(guó)首條采用UTO技術(shù)的重載城市地鐵線路，項(xiàng)目一期建設(shè)了31座車站，二期將延伸建設(shè)6個(gè)車站，設(shè)有兩座互為熱備的調(diào)度控制中心，于2010年11月28日開通，日均客流60萬人次。上海10號(hào)線開通時(shí)并沒有啟用UTO模式，從2017年3月9日起，部分車輛已經(jīng)在UTO模式下運(yùn)行。
3，香港地鐵迪斯尼線。香港地鐵網(wǎng)絡(luò)中的第一條UTO線路，2005年8月投入使用。
4，香港地鐵南島線。香港地鐵網(wǎng)絡(luò)中的第二條UTO線路，2016年12月投入使用。
5，北京地鐵燕房線。中國(guó)內(nèi)地首條自行研發(fā)的UTO線路，2017年12月投入運(yùn)營(yíng)，初期在GoA 3級(jí)下運(yùn)行，將來切換至GoA 4級(jí)運(yùn)行。
6，上海地鐵浦江線。采用龐巴迪APM300膠輪導(dǎo)向車輛，將于2018年第一季度開通運(yùn)營(yíng)。
另外，北京機(jī)場(chǎng)和香港機(jī)場(chǎng)航站樓之間的APM擺渡線均是全自動(dòng)無人駕駛的。
傳統(tǒng)模式下的綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS
從2000年左右開始，中國(guó)內(nèi)地地鐵的自動(dòng)化系統(tǒng)逐步從分列式監(jiān)控系統(tǒng)向綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）發(fā)展，當(dāng)時(shí)的地鐵公司、設(shè)計(jì)單位和集成商進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的爭(zhēng)論，技術(shù)焦點(diǎn)主要包括：
? ? - 采用分列系統(tǒng)還是綜合監(jiān)控？綜合監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)是什么？是否值得投資？
? ? - 集成和互聯(lián)子系統(tǒng)，哪些集成，哪些互聯(lián)？接口的協(xié)議、方式是什么？
? ? - 綜合監(jiān)控應(yīng)實(shí)現(xiàn)哪些功能？聯(lián)動(dòng)功能的自由定義能否實(shí)現(xiàn)？能夠?qū)崿F(xiàn)輔助決策？
? ? - 采用什么樣的綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件？系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)流必須符合哪些特定的需求？
? ? - 采用什么樣的操作系統(tǒng)？Windows和UNIX哪個(gè)更合適？
? ? - 采用什么樣的硬件？服務(wù)器采用RISC架構(gòu)還是CISC架構(gòu)？硬前置還是軟前置？
這個(gè)階段在2010年左右（十一五）結(jié)束，彼時(shí)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的、標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備系統(tǒng)（專業(yè)），與車輛、信號(hào)、通信、供電、PSD等成為線路開通運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。綜合監(jiān)控一般集成供電、機(jī)電、門禁、PSD、FAS、PIS、PA、CCTV等系統(tǒng)，與信號(hào)、車輛、售檢票等系統(tǒng)互連。典型的綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)分層分布式的、熱備冗余的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件的架構(gòu)及數(shù)據(jù)流處理機(jī)制應(yīng)能在保證實(shí)時(shí)性、安全性和可用性的基礎(chǔ)上，適應(yīng)分期開通、主備OCC倒切、多線拆分等多種操作需求。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)為地鐵運(yùn)營(yíng)公司的“兩級(jí)管理、三級(jí)控制”、線網(wǎng)中心提供了非常有效的調(diào)度管理工具，極大地提高了調(diào)度管理的效率，聯(lián)動(dòng)功能的大量使用保證了應(yīng)急調(diào)度的可靠性，提升了安全性。
行車指揮綜合自動(dòng)化系統(tǒng)TIAS
隨著地鐵線路的增多以及線網(wǎng)調(diào)度指揮中心的投入使用，地鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的調(diào)控在廣度和深度兩個(gè)維度上的需求不斷增加，主要是源于各類突發(fā)情況的增多，需要實(shí)現(xiàn)的聯(lián)動(dòng)功能也日益復(fù)雜。從2011年左右開始，北京地鐵開始嘗試更大范圍、更深層次的系統(tǒng)集成，以滿足調(diào)度員對(duì)跨專業(yè)調(diào)度效率和安全性越來越高的需求。經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)研，北京地鐵6號(hào)線首次建設(shè)了“以行車指揮為核心的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（Train Integrated Automated System， TIAS）”，在傳統(tǒng)綜合監(jiān)控的基礎(chǔ)上，將信號(hào)的ATS與綜合監(jiān)控ISCS進(jìn)行集成，為線網(wǎng)、線路中央調(diào)度員和車站值班員提供統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)和操作終端，實(shí)現(xiàn)更高效、更安全的調(diào)度管理。
北京地鐵6號(hào)線的TIAS基于ISCS平臺(tái)（南瑞），保持了信號(hào)ATS服務(wù)端數(shù)據(jù)庫和綜合監(jiān)控服務(wù)端數(shù)據(jù)庫的相對(duì)獨(dú)立性（但是，兩套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在同一套物理服務(wù)器上），將ATS的HMI端集成嵌入到ISCS的客戶端中，ATS HMI通過ISCS的平臺(tái)總線實(shí)現(xiàn)與ATS服務(wù)端數(shù)據(jù)庫的交互和通訊，并接受ISCS的系統(tǒng)管理，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度操作的統(tǒng)一。雖然北京地鐵6號(hào)線不是全自動(dòng)駕駛（UTO），但是在自動(dòng)化系統(tǒng)的集成方面進(jìn)行了有效的嘗試。
全自動(dòng)駕駛模式下的TIAS
北京地鐵燕房線在EN62267/62290定義的GoA4級(jí)（即UTO）的基礎(chǔ)上，利用TIAS這個(gè)綜合性的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)采集了包括車輛、信號(hào)、通信、供電、機(jī)電、售檢票、安全門等所有設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)景化的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)功能，根據(jù)各類資料顯示，燕房線共設(shè)計(jì)了約41個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景，包括18個(gè)正常場(chǎng)景和23個(gè)異常場(chǎng)景。
燕房線TIAS與北京6號(hào)線TIAS在ATS和ISCS數(shù)據(jù)的集成上有一些區(qū)別，或者說有一些進(jìn)步。燕房線ATS服務(wù)端數(shù)據(jù)庫和綜合監(jiān)控服務(wù)端數(shù)據(jù)庫依然保持了獨(dú)立性，并運(yùn)行在兩組不同的物理服務(wù)器上，但是，TIAS的客戶端完全由ISCS提供（和利時(shí)），不再像6號(hào)線那樣由ISCS客戶端將ATS的客戶端以控件方式集成。這是軟件機(jī)制上優(yōu)化的一小步，卻是整個(gè)城軌系統(tǒng)集成行業(yè)的一大步，基本上指明了符合中國(guó)國(guó)情的“大綜控”未來的技術(shù)道路。
新時(shí)期新一代綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
目前，已明確在十三五期間規(guī)劃建設(shè)全自動(dòng)運(yùn)行的線路已經(jīng)超過了16條，350公里。主要分布在北京、上海、廣州、深圳、寧波、蘇州、南京、成都、天津等城市，有很大一部分線路是新出現(xiàn)的“市郊線”（采用交流牽引機(jī)車，速度更快）。另外，還有大量的有軌電車、單軌、云軌（比亞迪）等中小運(yùn)量線路也大量全部采用全自動(dòng)運(yùn)行方式，其配置的"智能化行車調(diào)度指揮系統(tǒng)"（Train Integrated Dispatching System, TIDS）與地鐵的TIAS內(nèi)涵一致。
隨著建設(shè)線路的不斷增加，將來的運(yùn)營(yíng)和維保將會(huì)是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，由于軌道交通的公益性質(zhì)，對(duì)人身安全、準(zhǔn)點(diǎn)、成本控制等方面有較強(qiáng)的敏感性，筆者認(rèn)為，現(xiàn)在的綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS未來會(huì)被行車指揮綜合自動(dòng)化系統(tǒng)TIAS完全取代，且服務(wù)于運(yùn)營(yíng)調(diào)度的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（TIAS或TIDS）將會(huì)在如下幾個(gè)方面快速發(fā)展：
1，未來的TIAS/TIDS系統(tǒng)將面臨新一輪的技術(shù)爭(zhēng)論：即系統(tǒng)軟件的核心是ATS還是ISCS？一方是傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)廠家；另一方則是原來的綜合監(jiān)控廠商。筆者判斷，這一輪技術(shù)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于“什么樣的系統(tǒng)軟件適合做TIAS平臺(tái)？”很多論點(diǎn)喜歡從SIL安全完整性、功能復(fù)雜性方面論證，試圖表明能夠處理SIL2級(jí)別的行車管理系統(tǒng)更適合做TIAS平臺(tái)；也有一些論點(diǎn)從數(shù)據(jù)處理的兼容性、聯(lián)動(dòng)功能的靈活性方面論證綜合監(jiān)控軟件的特性更加符合TIAS/TIDS的需求，不一而足。其實(shí)，適合的才是最好的！誰最適合全自動(dòng)運(yùn)行方式下的調(diào)度管理的需求，誰就是最合適的軟件平臺(tái)。
2，與云計(jì)算的融合。這個(gè)議題實(shí)際上可以單獨(dú)成為一個(gè)討論的專題，云計(jì)算應(yīng)用的意義并不僅僅在TIAS/TIDS，而在于將徹底改變城市軌道交通自動(dòng)化和信息化的基礎(chǔ)計(jì)算設(shè)施，降低業(yè)主總體擁有成本，提高可靠性，也可以方便地融入各項(xiàng)新技術(shù)。IaaS很快將成為與隧道、建筑等一樣的重要基礎(chǔ)設(shè)施，所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都會(huì)構(gòu)建在云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上。在自動(dòng)化系統(tǒng)范疇里，部分PaaS層和全部SaaS層的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該由TIAS/TIDS系統(tǒng)集成商完成，這對(duì)現(xiàn)有的平臺(tái)機(jī)制產(chǎn)生深刻的影響，需要重新評(píng)估各項(xiàng)傳統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方式，比如：可以利用基于容器的技術(shù)重構(gòu)TIAS/TIDS的SOA架構(gòu)，打散傳統(tǒng)的以車站為單元、業(yè)務(wù)與硬件和虛擬機(jī)捆綁的部署方式，將目前的各個(gè)專業(yè)功能解耦到微服務(wù)顆粒，將云平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)納管到TIAS/TIDS中的NMS功能中來，等等。在信息化范疇里，云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)會(huì)得到更大的應(yīng)用和發(fā)揮，如：圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析，互聯(lián)網(wǎng)+乘客服務(wù)的廣泛應(yīng)用（目前是各地的刷碼過閘機(jī)，最終將是無閘機(jī)的自動(dòng)進(jìn)站識(shí)別），各類物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于狀態(tài)檢修和在線監(jiān)測(cè)時(shí)基于云平臺(tái)的數(shù)據(jù)挖掘和分析，等等。
3，在操作功能上，未來的TIAS/TIDS必須兼顧路網(wǎng)和線路調(diào)度的多級(jí)一體化的操作需求，同時(shí)，由于車站級(jí)各崗位的合并，將來站級(jí)運(yùn)營(yíng)人員的主要任務(wù)是服務(wù)乘客和在異常場(chǎng)景下引導(dǎo)疏散客流，車站級(jí)值班員的操作功能將大大弱化，大量的設(shè)備操控、電話、廣播等操作將全部集中到站級(jí)人員隨身攜帶的移動(dòng)終端上。站級(jí)TIAS/TIDA系統(tǒng)的主要任務(wù)將是如何進(jìn)行全數(shù)據(jù)信息的接入、采集和預(yù)處理，為中心和線網(wǎng)層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而在中央級(jí)，未來的TIAS/TIDS則需要基于大數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榫€路和線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、乘客服務(wù)提供更多更好的增值服務(wù)。
4，TIAS/TIDS的信息安全解決方案。雖然業(yè)內(nèi)已經(jīng)行程普遍共識(shí)要求綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)符合工業(yè)控制系統(tǒng)安全等保三級(jí)的要求，伴隨全面深度集成系統(tǒng)的應(yīng)用，地鐵運(yùn)營(yíng)企業(yè)應(yīng)該從頂層開始整體規(guī)劃設(shè)計(jì)本城市軌道交通線網(wǎng)的信息安全等級(jí)保護(hù)體系。比較務(wù)實(shí)的實(shí)施方案是一個(gè)安全管理中心支持下的計(jì)算環(huán)境、區(qū)域邊界、通信網(wǎng)絡(luò)三重防御多級(jí)互聯(lián)的技術(shù)框架。
應(yīng)該在這個(gè)框架下來詳細(xì)考慮TIAS/TIDS的信息安全措施，而不是像現(xiàn)在將防火墻、網(wǎng)閘之類的設(shè)備簡(jiǎn)單堆砌。特別是安全區(qū)域的劃分、各區(qū)域之間的通信加密是未來的重點(diǎn)，有點(diǎn)可惜的是此次的《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》國(guó)標(biāo)的修編中沒有將這部分內(nèi)容進(jìn)行更為詳細(xì)的定義。
5，未來車站級(jí)的綜合后備盤（Integrated Backup Panel，IBP）將不斷增加系統(tǒng)故障后的應(yīng)急操作功能，特別是異常場(chǎng)景下的后備操作手段。這是與上述第3點(diǎn)相互匹配的。如果在基于云計(jì)算平臺(tái)的TIAS/TIDS中心級(jí)故障時(shí)，降級(jí)模式下各車站的操作將主要依靠IBP盤，對(duì)于有些應(yīng)急設(shè)備較多的換乘站，那么電子觸摸屏將有很大可能在IBP上廣泛應(yīng)用。
