城市轨道交通综合监控系统仿真平台的发展研究

孟凡辉

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京，210061）

21世纪初，城市轨道交通综合监控系统将供电系统与机电系统整合，实现了以电调、环调为核心的综合监控系统，并与广播系统、闭路电视系统、火灾自动报警系统、列车自动监控系统、时钟系统、乘客信息显示系统、自动售检票系统、门禁系统进行接口信息互联。综合监控系统已成为过去城市轨道交通建设必不可少的一个重要环节，综合监控的发展也带动了综合监控仿真平台（以下简称仿真平台）的发展。

1 综合监控仿真平台研究现状

伴随着综合监控系统的快速发展，为了有效培养地铁运营人员，提高地铁调度、运营、维护人员的水平，培养专业人才，文献[1-3]等人设计了一种RT21-STS培训系统，对综合监控各个子系统设备进行模拟仿真或者与实物联合仿真，特定场景管理和数据反演，该系统已在西安、郑州、太原、重庆、北京、宁波等城市进行了广泛应用，如图1所示。文献[4]通过建设基地的方式进行仿真教学和培训，基地主要分为三大功能区，包括列车驾驶、车辆检修与乘务服务实训区，行车调度指挥控制仿真实训区，城轨供用电实训区，采用软硬件结合的方式实现对学生的培训，老师可以根据操作记录进行审阅、评判、管理、最后发布成绩。文献[5]无锡地铁培训中心的ISCS是将PLC、软件、工业以太网技术结合，通过将中心内PSCADA、CLK、PA、CCTV、PSD、FAS、ACS、BAS专业数据采集模拟到仿真平台，统一处理、单独存储与功能仿真。文献[6]提出综合运营仿真培训系统是涵盖OCC(运营控制中心)调度人员、车站值班人员、列车司机等进行培训的综合仿真系统，可实现各个相关子系统的独立仿真培训功能,又可进行有效的结合,从而实现对运营相关系统的联合培训和演练功能。目前学校或者地铁公司主要搭建综合仿真基地对城市轨道交通进行综合仿真。除了综合监控仿真外，目前国内大多数城市轨道交通仿真都是针对特定专业或者特定场景进行仿真，如文献[7]研究基于虚拟现实(VR)技术,集成走步设备、视觉设备、火灾仿真、地铁环境系统建模等技术,构建适用于地铁大空间的沉浸式火灾疏散仿真软硬件技术框架,文献[8]设计了一种闭路电视监控仿真系统，该仿真系统由通信单元、仿真摄像机和仿真界面三部分组成,为学员提供模拟的真实环境等，其他还有很多针对车辆、ATS、PA进行单独专业进行仿真。

图1 一种综合监控仿真培训平台架构

2 综合监控仿真平台存在问题

虽然城市轨道交通综合仿真平台过去有了一定的发展，但是它的发展远远落后于综合监控的建设，尤其近年来综合监控系统软件的应用研究已更侧重于深度集成、无人驾驶、综合安防及运维、云平台等领域，越来越多的城市形成线网级的监控，同时随着数字技术、人工智能、大数据、物联网、云平台技术的快速发展，现有的仿真平台已远远不能满足地铁建设和运营的需求。

目前仿真平台普遍都存在着以下不足：

(1)仿真平台集成优势发挥不明显

在各个城市轨道交通综合监控系统发挥的仿真效果欠佳，虽然能模拟一些操作，但是复杂的模拟，联动模拟等模拟测试等不够深入，导致现场运营人员使用较少。地铁里面工作人员太多，有调度、值班、客服、维修、管理、保安和安检、物业管理人员，由于这些工种又细分很多领域，例如调度分为行调、电调、环调、维调、总调等，维护又电力、机电、信号、通信、车辆等，该培训只能面向综合监控专业或者调度人员进行简单的仿真，面向面太窄，普及率不高，实效性发挥不明显，没有充分发挥综合监控专业最大的集成优势。

(2)仿真平台灵活性较差

地铁里面工种多种多样，目前的仿真平台都是固定在某一个地点或者一个区域，灵活性较差。让员工去一个固定的地方去进行学习和培训，耗时耗力，当有疫情等特殊原因时，仿真平台无法发挥最大作用，造成一定的资源浪费。

(3)协同培训场景功能较差

地铁发生应急故障往往是需要多个工种协同工作，传统的都是对同一个工种进行培训或者协同合作资源有限，达不到理想应急演练效果。

(4)没有针对地铁不同工种进行差异化分类

没有对地铁不同的工种进行差异化分类，度、值班、客服、维修、管理、保安和安检、物业管理等人员等看到内容差异化较小，场景设置没有针对不同工种进行设定或者不够全面。

(5)仿真规模有限

由于硬件和软件资源的限制，仿真的规模有限，往往只能仿真个别车站和设备，无法仿真全线运营情况，无法进行等效的数值分析和研究。

(6)云平台、线网中心、智慧车站等新型综合监控建设方式目前还没法进行有效仿真。

3 综合监控仿真平台发展展望

随着目前数字化技术、人工智能、大数据、云平台技术的快速推进，综合监控的建设方式也有了多种形式，从传统的方式，形成线网+线路+车站等的运营方式，ATS和ISCS的深度集成的TIAS建设形势，还有基于云平台架构的综合监控系统，现有的仿真平台已远远不能满足地铁建设和运营的需求。

针对以上的综合监控仿真平台缺陷和最几年新技术新场景的快速应用，笔者对综合监控系统仿真平台做以下展望（如图2）：

图2 综合监控仿真平台展望

(1)与移动互联网相结合的培训仿真方式

传统仿真平台往往都是在固定的培训基地，移动性较差，像疫情这种特殊情况，就无法进行仿真，移动互联网的快速发展，在线教育的快速普及，可以让仿真平台和在线教育平台相结合的方式，实现移动仿真和移动模拟仿真，提高仿真培训的实时性、便利性，提高仿真培训效率。

(2)模型建立由传统的二位模型向二维模型和多维模型相结合的方式转化

传统综合监控系统仿真平台通常使用二维展示设备，不够真实和直观模拟设备功能，随着智能制造、工业4.0、工业互联网、智慧城市、数字孪生技术等先进技术的快速推进，创建设备的数字模型，通过调用数字接口驱动，能够动态直观模拟具体设备运行状态和原理展示，实现对员工的深入式培训，提高员工工作技能。

(3)充分发挥综合监控深度集成优势，对列车、车辆、电力、环控、客流等设备、交换设备、服务器、架构、运行方式等进行高度集成仿真。

随着大数据等技术的发展，人们认识到数据的可贵价值，这几年综合监控系统接入各专业（如ATS、车辆、PA）的数据更加完整，为更好的进行仿真平台建设提供了有利条件，如果不能直接集成，可以集成对方提供仿真接口，将孤立的仿真平台，集成到综合监控中去，形成一体化的仿真平台，便于运营培训管理和培养多方面人才，有效节约人工成本。

(4)形成线网级的仿真分析平台，考虑社会、人、环境等因素对地铁运营的分析，提供数值分析和等价研究

随着越来越多的城市从线路到线网开始发展，原来综合监控主要针对的线路仿真也远远不能满足相关需求，必须考虑多线路的情况，同时可以仿真社会、人、环境对列车运营、客流等对线路的影响，提高仿真平台的研究功能，分析不同因素对各个专业或者运营的影响。

随着云平台技术的发展，容器技术的普及，轻便小的容器使得模拟全线路车站和中央成为可能，使用云平台容器技术将为仿真平台节约很多的硬件资源，能够实现线网级等更大规模仿真，并通过微服务等更好的做数据分析和研究。

(5)为不同工种定义不同的仿真场景和协作场景

对不同工种进行场景分类，仿真分类，制定不同的培训场景实现各个工种的仿真培训，对于不同工种进行定制化服务和协同服务。

地铁的故障的应急处理需要各个岗位的人员协同合作，包括调度、值班、客服维修、管理、保安和安检、物业管理人员等各专业人员的协同合作，通过一体化的仿真平台能够有效仿真不同的应急场景，实现多工种协同合作。

4 总结

城市轨道交通综合仿真平台过去有了一定的发展，但是它的发展远远落后于综合监控的建设，随着数字技术、人工智能、大数据、互联网技术、基于容器的云平台技术的快速发展，现有的仿真平台已远远不能满足地铁建设和运营的需求。本文针对目前仿真平台的不足，对未来仿真平台建设进行展望，从而更好的为调度、值班、客服、维修、管理、保安和安检、物业管理人员等地铁人员进行仿真培训或者相关对从业人员进行更好的数据研究。