一种地铁车辆段/停车场综合自动化系统

摘要

本发明公开了一种地铁车辆段/停车场综合自动化系统，该系统基于信息集成平台，使用调度优化、管控一体化、自动控制、信息联锁、智能决策，使用网络各岗位和调度计划管理信息系统、计算机联锁系统、运营资产管理系统、施工计划系统、列车运行自动监督系统、办公系统等各系统进行有机连接在一起。本发明的优点在于：建立了综合自动化模型，突破了人员管理、车辆检修、行车调度、进路控制界限，提高了地铁车辆段/停车场作业效率；实现了业务调度计划的自动编制与优化调整，改变了调度计划人工制定与调整的落后局面；实现了业务数据的冲突检查、优化决策和进路自动控制；设计了作业过程数字化管理机制与功能，实现了数字化指挥模式。

说明书

技术领域

本发明涉及地铁作业组织管理与流程控制技术领域，特别涉及一种地铁车辆段/停车场综合自动化系统。

背景技术

近年来，随着城市化的发展，城市人口迅速增加，交通拥堵、汽车尾气排放、环境污染等已成为困扰城市发展的瓶颈，城市轨道交通以其大运量、快速、安全、准时、绿色节能环保成为城市公共交通首选发展项目，在世界主要大城市中，轨道交通运输量占公交运量的50％以上，有些甚至达70％以上。同时，由于地铁建设能够带动城市经济的发展，全国各个城市也在积极建设地铁项目。据《中国城市轨道交通年度报告2015》显示，截至2015年年末，仅在中国内地，已有25个城市拥有111条运营线路，总里程达3295km。共有38个城市147条线路(含续建段)正在紧张建设中，总里程超过3800km。已发展和规划发展城市轨道交通的城市总数已经超过56个，全部规划线路超过480条，总里程超过23000km。在如此大规模的地铁网络和市场前景下，如何保障地铁运行的高效率和高安全是关键任务，对地铁运营管理及自动化水平提出更高的要求，也将带动、促进我市地铁设备、系统研发技术走向更高的水平。

地铁线路是由正线和车辆基地(包括车辆段和停车场)组成，正线主要负责乘客的换乘，车辆基地负责车辆去正线运营前的整备和车辆在正线运营之后的存放等。目前，我国地铁正线的信息与控制技术装备一般比较先进，装备了列车自动控制系统(ATC)和基于通信的列车控制系统(CBTC)等，减少了列车运行间隔，增加地铁运输密度，保证了地铁列车在正线运行的安全与效率。

但是，我国地铁车辆基地的技术装备水平相对正线落后，缺乏统一的车辆检修和运营调度方面信息集成平台；各种调度员主要依靠笔、纸、板、电话进行调度指挥，不能实现调度策略优化，车辆基地调度指令与现场控制脱节，需要较多的生产人员进行信息收集和计划传递，作业效率及作业安全受到限制。控制方面仅达到进路手动集中控制水平，需要配备较多生产人员进行安全监督和人工操作设备，管理水平不高。总之，车辆基地仅依靠制度与管理保障生产正常营运，与正线高水平的列车自动控制技术不匹配，降低了地铁运营的整体效率。

针对我国地铁正线与车辆基地技术装备严重不匹配，影响地铁整体运行效率及现代化水平的现状，以提高地铁车辆基地调度指挥装备水平和作业流程与卡控的精细化、信息化管理能力，实现调度指挥、流程管理与现场监控的综合自动化，提高地铁车辆基地安全生产水平和地铁运输生产的整体效率为目的，发明了地铁车辆段/停车场综合自动化系统(简称为：MAS)。

现有技术一：我国地铁车辆基地普遍采用以人工编制调度计划、人工操作信号设备和人工反馈作业情况为主的作业模式。首先，该种作业模式缺乏统一的车辆检修、司机派班和运营调度方面信息平台，各种调度员主要依靠笔、纸、板、电话进行调度指挥，不能实现调度策略优化，车辆基地调度指令与现场控制环节分离，需要较多的生产人员进行信息收集和计划传递，作业效率及作业安全受到限制。在此模式下控制方面依靠车场联锁设备仅达到进路手动集中控制水平，需要配备较多生产人员进行安全监督和人工操作设备，管理水平不高，依靠制度与管理保障生产正常营运，与正线高水平的列车自动控制技术不匹配，降低了地铁运营的整体效率，具体为：

(1)人工调度

目前车场调度员、车辆检修调度员、派班调度员等调度岗位尚无成熟的信息系统支持管理计划、编制计划、调整计划、记录执行轨迹、储存历史数据，更没有任何智能决策辅助和自动统计分析。例如各调度岗位采用电子表格(Excel)人工创建文件填表并打印，纸质文件当面交接或传真下发至执行岗位。遇计划调整，在纸面上变更并电话通知执行岗位修正。有关车辆段/停车场内转线作业通常调度员用手填写格式化的“调车作业通知单”表单，通常要电话抄念给运转室后台值班员，后台值班员复写且核对后交接至信号员(前台值班员)。如果就近，调车组(电客车司机或内燃车司机)到调度室自取纸质调车计划，并与后台值班员用无线电台进行核对。

现在车(简称现车)是编制/执行计划的重要依据，车场调度员和值班员必须动态掌握，车辆段/停车场常见的办法是在绘有站型线路图的金属白板，称为“占线板”的道具上，放置或挪动印有车号或特殊标记的磁贴，用于管理车辆段/停车场实际现车，记录现车的变化。由于调度员不仅要掌握实际现车，还要掌握计划现车，即与计划编制同步的现车变化，通常超前于实际现车，只能靠大脑记忆。

车场调度员与检修调度员对实际生产进度与状况的掌控基本上靠电话联系和口头报告。

派班调度员对人员、装备(电台/车门钥匙)和出/退勤日志的管理基本采用手工填写纸质报单、报告单、登记簿和日志等方式。

所有岗位的历史数据均采用原始纸质记录凭证或纸质生产日志存档的办法管理，这些珍贵的历史资料可能因纸质存档不能充分发挥作用。

(2)人工操作

目前车辆段/停车场内包括列车出车/收车在内的所有进路通常采用调车进路，近年来改用列车进路，以信号机灯色显示为凭证调车，辅以电台联系。地面进路办理与信号开放由信号员(前台值班员)依据调度编制下达的纸质计划和电台与现场的联系结果，在联锁系统的界面上手工逐条、逐段、实时操作办理，没有实现自动化，即计划执行通过人工解读并转化为进路始终端操纵，联锁系统仅提供车场集中控制和安全保障，这显然属于管控脱离模式。

(3)人工管理

由于没有信息系统的支持，办公电脑仅仅是一般文字处理/收发邮件功能，与生产没有直接信息关联。管理人员对生产的管理依赖于人工汇总生产数据整理情况逐级上报，领导对生产第一线的了解只能亲临现场较为原始。

(4)调度分散

目前各地铁车辆段/停车场调度室与运转室分置在不同地点是常态，这是因为受制于现有设备手段落后状况：为便于车辆检修管理，调度室就近设置。运转室以信号操纵为主，在具有联锁设备和操作终端的信号楼内。场调因与车辆检修业务联系较紧密而长驻调度室，与检调合署办公。作为指挥层的调度室与作为执行层的运转室业务上虽紧密关联但不得不异地办公，以传真机、电话作为信息交互手段，相互透明度差，大量资源浪费在异地业务联系上。

运行线路里程较长的地铁会有两个车场——车辆段和停车场，分设在地铁运行线两头，从业务角度应属于生产分工合作、相互协作配合的关系，若能够实现统一调度、控制与生产管理应该更理想，但是目前没有技术手段支持，各自为阵，指挥与行政管理本地化，靠电话联系和文件传输遥相呼应。

现有技术一，车辆段/停车场以人工为主的作业模式存在以下缺点和不足：

(1)调度指挥手段落后

以通用商业软件为主的人工编制检修、行车和司机派班计划存在不够优化，易出错，调度指挥不及时等问题；同时，所有岗位的历史数据均采用原始纸质记录凭证或纸质生产日志存档的办法管理，这些珍贵的历史资料可能因纸质存档不能充分发挥作用。

(2)管控脱离

目前地面信号由值班员或者信号员通过电台与车场调度员或者电客车司机联络之后手动办理的，存在管控脱离、进路办理效率低、容易出错、安全性低等问题。

(3)生产管理手段落后

由于没有信息系统的支持，通过办公网被动统计和汇报的生产管理方式，领导对生产情况存在耳不聪、眼不明，生产情况掌控不及时、不具体、不保真等问题。

(4)生产力布局不集中

目前各地铁车辆段/停车场调度室与运转室分置在不同地点，以传真机、电话作为信息交互手段，相互透明度差，大量资源浪费在异地业务联系上。使得生产布局的不合理，导致劳动生产率受限制，生产效率不够高等问题。

(5)技术不配套

地铁正线的技术装备相对受到重视较为先进，采用了成套的列车运行自动运行控制技术和综合监控等先进装备，以及高端的列车移动闭塞制式，然而地铁车辆段/停车场平均装备水平相当低，与地铁正线技术对比反差较大，是地铁整体现代化所忽略的角落。

现有技术二：自动化车辆段和停车场系统在计算机联锁和ATS的基础上，在车辆段和停车场配备了CBTC轨旁设备，具有列车在车辆基地内自动唤醒、自动出入库、库内调车模式切换等功能。

现有技术二的缺陷如下：

(1)自动化车辆段和停车场系统的控制权归控制中心所有，但是控制中心只是对正线的载客运营服务，无法保证对段场内作业的全面掌控，譬如段场内的调车、洗车及轨道车开行属于段场作业，与自动出/入段存在空间重叠问题，因此，常需要控制中心进行遥控/站控的操作权转换，降低了段场的作业效率；

(2)自动化车辆段和停车场系统只与ATS、联锁系统接口，并没有与车辆段/停车场内的司机派班和车辆检修等进行业务数据交互，无法自动获取车辆检修状态、司机出勤状态和段场内的现车状态等，这些数据是车辆出/入库的必备条件，因此，自动化车辆段和停车场系统并不能真正地实现自动接车和发车；

(3)自动化车辆段和停车场系统侧重于段场与正线的一体化，缺少段场内的作业管理功能，特别是车辆检修、司机派班、自动调车等。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种地铁车辆段/停车场综合自动化系统，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种地铁车辆段/停车场综合自动化系统，包括，系统信息集成平台、系统硬件平台、调度计划优化编制与管理系统；

所述系统信息集成平台用于将所有数据集成在同一个信息平台上，且不同业务的数据根据生产流程的关联性在关系型数据库中建立联系，数据包括：出入库列车调度计划、数字化指挥、转线调车调度计划、机班派班调度计划、车辆检修调度计划、设备管理、进路自动执行和生产管理。

所述系统硬件包括：车辆段控制中心(DCC)硬件设备、车辆段轨旁设备、车辆段综合楼设备、车辆段调车员手持电台和停车场控制中心(DCC)硬件设备、停车场轨旁设备、停车场综合楼设备、停车场调车员手持电台。

其中车辆段DDC硬件设备包括：

检修调度工作站、车场调度工作站、派班调度工作站、设备调度工作站、综合维护工作站、值班员工作站、车场调度员电台、通信服务器、数据库服务器、应用服务器、防病毒服务器、远程桌面服务器和调度大屏，上述设备通过局域网相互连接，其中通信服务器通过光纤通道与信号通信服务器连接；车辆段车场调度员电台通过无线电与车辆段调车员的手持电台连接。

所述停车场DDC设备包括：

检修调度工作站、车场调度工作站、派班调度工作站、设备调度工作站、值班员工作站、通信服务器和调度大屏，上述设备通过局域网相互连接，其中通信服务器通过光纤通道与停车场信号通信服务器连接；车辆段车场调度员电台通过无线电与车辆段调车员的手持电台连接。

所述停车场DCC硬件设备中：

检修调度工作站辅助车辆检修调度员对车辆检修管理的硬件设备、车场调度工作站是辅助车场调度员对列车出入库、车辆段内的调车作业进行管理的硬件设备、派班调度工作站是辅助派班调度员对司乘人员管理的硬件设备、设备调度工作站是辅助设备调度员对工程车等设备进行管理的硬件设备、值班员工作站是辅助值班员对进路进行办理的硬件设备、通信服务器实现停车场DCC内设备与停车场综合楼内设备的通信、调度大屏可以实时展示现场作业情况。

所述车辆段DCC硬件设备中：

检修调度工作站辅助车辆检修调度员对车辆检修管理的硬件设备、车场调度工作站是辅助车场调度员对列车出入库、车辆段内的调车作业进行管理的硬件设备、派班调度工作站是辅助派班调度员对司乘人员管理的硬件设备、设备调度工作站是辅助设备调度员对工程车等设备进行管理的硬件设备、综合维护工作站是辅助系统工程师对系统综合基础数据进行维护的硬件设备、值班员工作站是辅助值班员对进路进行办理的硬件设备、车场调度员电台是实现DCC内车场调度员与现场调车员之间语音通信和调车进路自动办理时的车地联控作用、通信服务器实现车辆段DCC内设备与车辆段综合楼内设备的通信、数据库服务器为数据的存储提供驱动和空间、应用服务器运行了系统的应用程序、防病毒服务器保障了系统局域网内的信息安全、远程桌面服务器实现了远程桌面的方式访问客户端程序、调度大屏可以实时展示现场作业情况。

所述车辆段和停车场综合楼硬件设备包括：

信号通信服务器和计算机联锁系统。信号通信服务器是实现车辆段/停车场DCC与车辆段/停车场综合楼通信、计算机联锁系统是为了实现车辆段/停车场内进路的安全执行。上述车辆段或者停车场综合楼硬件设备通过局域网相互连接。

所述车辆段和停车场轨旁设备包括：

车号自动识别系统，是对出入车辆段或者停车场的列车的车号进行识别使用，以便于提前办理接车和发车进路。

上述车辆段DCC通信服务器通过光纤通道与车辆段综合楼信号通信服务器连接；停车场DCC通信服务器通过光纤通道与停车场综合楼信号通信服务器连接；车辆段综合楼信号通信服务器通过光纤通道与车辆段轨旁车号识别系统连接；停车场综合楼信号通信服务器通过光纤通道与停车场轨旁车号识别系统连接；车辆段车场调度员电台通过无线电与车辆段/停车场调车员的手持电台连接。

所述调度计划优化编制与管理系统包括以下模块：

车辆检修计划优化编制与管理模块：用于预防性检修和事后维修包括预防性检修和事后维修；车辆检修计划分为年、月、周和日四个层次；车辆检修各层次计划与执行过程，能够自动从现车和行车计划、执行中提取车辆检修地点、正线运行信息；

行车计划优化编制与管理模块：用于综合考虑列车正线运营、车辆检修、车辆调车将列车运营日计划和收车计划进行自动编制；

段场内调车计划自动编制与管理模块、该模块能够自动选择最优的进路，生成对应的调车计划；

司机派班计划优化编制与管理模块：模块依据机班交路方案优化属于NP特点和约束条件，以机班的能力最大和机班工作的均衡度最大为目标，建立机班交路方案优化的整数规划模型，并设计贪心算法快速求解；

故障提报与管理模块：其功能有故障信息的提报操作、检调派班功能、检修班长进行故障处理的操作、故障的转跟踪处理、故障任务关闭功能、故障信息查询功能、故障统计功能以及各类表单维护功能；还根据各个岗位的权限，进行了岗位的功能划分，使各岗位互不干扰，保证系统操作的安全性。

综合行车指挥平台模块：包含现车管理、调车计划编制、监督执行以及信号操控与显示功能；

本发明还公开了一种地铁车辆段/停车场综合自动化系统管控一体化方法，包括以下步骤：

a)计划管理：

对检修车辆、列车出/入库、库内调车、司机交路、现在车进行分平台管理，分别编制调度计划和建立调度管理信息系统；建立统一的信息共享平台，融合包括了基础数据、调车、出/入库、检修、现车、执行结果反馈数据，通过抽象的车辆段/停车场内的生产流程，对计划的输入和输出进行信息联锁检查，保证满足计划编制的业务性约束，实现不同业务之间数据的完全共享、不同计划之间的相互制约和计划管理层的信息联锁目的。

b)流程管理

依据车辆在车辆段/停车场内的作业规律，抽象出车辆在地铁车辆段/停车场内的作业流程，流程为：1.发车；2.正线运行；3.收车4.执行检修、转线、试验、洗车和保洁；5.交车；6.转至步骤1发车。

c)指令管理

设计一种信息系统与控制系统的中间会话数据结构，称为指令集。指令与“路径”层级一一对应，当满足执行条件和时机时才依据工步自动产生路径和指令。指令集是一组带有标识、顺序号、类型、源、目的、对象、时间、状态属性的指令集合。指令按照作业流程的关系分为并行指令和串行指令。串行指令执行时需要严格遵循先后的顺序，即只有前面的指令执行完毕才能触发后续指令的开始；并行指令在执行时需要进行时间和位置的冲突检查，如果出现冲突时需要使用裁决机制确定触发顺序。在执行过程中，进路指令随计划人为调整和反馈自动调整实时动态自动更新。

d)PRC逻辑层

使用PRC将指令按照CTC协议中的规定将指令转换为控制进路办理的始终端按钮，并通过与联锁的接口模块发给联锁系统执行单元。PRC利用计算机联锁的站场表示信息检查实现进路办理的指令是否具有触发条件，依据来自控制系统的站场表示信息获取指令的执行状态，并反馈到指令层，实现计划的动态修改与自动调整。

e)集中控制逻辑层

地铁车辆段/停车场的计算机联锁系统是安装在现场的轨旁控制设备，为了实现调度员自动遥信遥控和减少人为错误，需要集中控制系统替代本地的联锁系统的人机界面；其次，一般情况下每条地铁线路会配有1个车辆段和至少1个停车场，会配套两个以以上的不同的计算机联锁系统，需要集中控制逻辑层实现多个联锁系统的集中管理和进路命令的自动分发。

集中控制逻辑层依据PRC层触发的进路办理时机，输出进路操控信息至集控层级执行，替代了人工在集控界面上操作，实现了车辆段和停车场的进路自动控制。

f)过程控制系统层

过程控制系统层包括车辆段联锁、停车场联锁和无线调车信令系统。集中控制逻辑层依据PRC逻辑层或者人工在集中界面的操作发起进路办理命令，再驱动计算机联锁系统执行，并依据站场表示将执行结果逐层反馈给指令管理层，动态改变指令状态，并对以后指令的执行产生影响。计划管理层依据执行结果自动决策并动态调整计划。

作为优选，综合自动化系统还包括统一的用户登录管理界面，部分程序功能需要用户登录才能使用。统一登录程序集成了本发明中的若干功能，不同岗位的用户登录成功之后才能使用不同的功能，对用户的权限和系统功能进行集中管理。

作为优选，综合自动化系统还包括为专业维护人员提供了基础数据的图形表格化的维护平台，基础数据维护是系统基础数据的维护接口，主要维护的内容有基础数据字典及用户权限的管理。基础数据字典是系统运行的数据源泉，是系统正常运行的前提条件，数据字典不正确将会导致系统不能正常运行。基础数据字典的维护可分为站场资源管理维护、岗位管理维护、派班管理维护、检修管理维护、基础数据维护。用户权限将系统按不同岗位进行功能划分，使各岗位互不干扰，保证系统操作的安全性；

作为优选，综合自动化系统还提供了能够表征计划、实绩、资源、时间之间相互关系的技术作业图表，以甘特图的形式查看车辆段或停车场内各线路、电客车、工程车辆等资源的运用情况，并根据其他平台即时产生的行车计划、检车计划、调车计划和现车，动态地自动延展铺画为阶段计划，并预留人工干预计划的手段。技术作业大表可根据实际计划执行后源自控制系统的进路报点、检车等作业人工报点等，实现自动写实，当计划实际执行进度与原计划要求的进度发生偏差时，可自动调整后期流程各工序所要求的进度，车辆段与停车场界面分窗口显示，

作为优选，综合自动化系统还包括需要使用设备状态监测手段实时监督设备运行情况，实时记录设备运行状态，并形成日志以供事后查看与分析，主要包括综合监测、操作日志管理和数据备份与恢复功能；

作为优选，综合自动化系统能够与其他系统接口；

a)与AEI车号识别系统接口

当列车出/入段时运行至转换轨处，通过射频技术读取安装在车辆底部的电子标签，并通过联网实时传送至管理信息系统；

b)与数字调车电台接口

对车辆段调车组使用的调车电台进行技术升级，新无线电台采用数字技术，兼容现有电台的通话功能；手持台具有液晶屏幕可显示调车作业通知单；手持电台设有3个专用信令按钮，可通过操作向室内监控人员发送信令。

c)与ATS接口：运行图信息、车次与车号的对应、入库列车转换轨车次窗、出库列车时刻表、出库列车车次窗；

d)与联锁系统接口：按照国铁CTC接口标准交换操作与表示信息；

e)与PMS接口：车辆检修等计划与日志；

f)与办公系统接口：远程桌面；

g)与互联网接口：司机/检修计划派工和计划确认；

h)与施工计划接口：获取B类施工计划。

作为优选，综合自动化系统还包括生产作业信息化管理模块，其包括：综合实时分析、情景再现、自动统计报表、电子归档和计划个性化下达、回放控制台；用于各子系统相关操作信息的下载回放、保存等功能，便于对系统历史操作、运行的查看；

作为优选，综合自动化系统为车辆检修、司机派班和行车管理等平台提供了微信派工的功能，采用移动互联网技术将不同的工作任务分派给指定的工作人员，工作人员通过智能终端接受与本人相关的作业任务，包括：时间、地点、人物、内容详情；工作人员接收作业通知之后并确认，通过移动互联网将确认信息反馈给调度平台，达到个性化精准派工的目的。

与现有技术相比本发明的优点在于：

(1)建立了地铁车辆段/停车场作业综合自动化模型，突破了人员管理、车辆检修、行车调度、进路控制界限，提高了地铁车辆段/停车场作业效率；

(2)采用整数规划和启发式算法理论，实现了各种业务调度计划的自动编制与优化调整，改变了调度计划人工制定与调整的落后局面；

(3)提出一种适用于地铁车辆段/停车场的信息联锁、自动择机、自动择路理念，实现了各种业务数据的冲突检查、优化决策和控制系统自动执行；

(4)提出一种适用于地铁车辆段/停车场的管控一体化结构，改变了地铁车辆段/停车场调度指挥与现场控制脱节现状。

与现有技术一相比，本发明的优点在于：

(1)信息集成度：本发明通过信息集成技术将不同分类系统、不同岗位数据和不同业务数据集成在同一个信息平台上，至少实现了60％以上的信息集成程度，而目前信息集成程度为0；

(2)信息联锁度：本发明通过信息联锁模型建立不同层次的信息之间和同一层次的信息之间的联锁关系，保障信息输出至控制系统的安全性和完整性的技术，信息联锁率达到了60％以上；

(3)可靠性：本发明的调度子系统网络采用冗余设计，满足MTBF>＝1*10⁵小时高可靠、高可用性技术要求；数据库服务器、应用服务器采用冗余设计，满足MTBF>＝1*10⁵小时高可靠、高可用性技术要求；而目前均采用单一设备运行，可靠度较差；

(4)生产效率：本发明的自动办理进路和“无信折(无信号机折返)”功能，使得生产效率提高15％；

(5)安全性：本发明自动办理进路、信息联锁和安全卡控等，使得办理进路的安全性将提高90％以上。

与现有技术二相比，本发明的优点在于：

(1)自动调车：本发明实现了车辆基地内调车计划自动生成和图形化编辑，并使用管控一体化技术实现了调车进路的自动控制和人工干预，在现有技术二中不包含此功能；

(2)车辆检修计划优化编制与管理：本发明使用调度优化技术和图形化界面实现了车辆检修计划的优化编制与管理，提高了车辆检修作业效率，在现有技术二中不包含此功能；

(3)司机派班计划优化编制与管理：本发明使用调度优化技术和图形化界面实现了司机派班计划的优化编制与管理，提高了车辆检修作业效率，在现有技术二中不包含此功能；

(4)车辆段/停车场管控一体化：本发明采用分层信息联锁、自动控制和分层信息反馈技术，实现了车辆段/停车场管控一体化，使得调度计划能够自动驱动控制系统执行和执行结果驱动调度计划改善等，在现有技术二中不包含此功能；

(5)车辆段/停车场生产管理信息化：本发明为各级管理人员提供信息接入服务，生产管理功能需求可根据各级领导和部门的不同需求多样化，量身定制，为各级、各部门领导考核与指导生产服务，在现有技术二中不包含此功能。

附图说明

图1为本发明实施例系统信息集成平台结构示意图；

图2为本发明实施例系统硬件结构示意图；

图3为本发明实施例系统管控一体化模型图；

图4为本发明实施例地铁车辆段/停车场主要的作业流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。

一种地铁车辆段/停车场综合自动化系统，包括以下部分：

(1)系统信息集成平台

如图1所示，为了实现地铁车辆段/停车场的综合自动化，首先需要将所有数据集成在同一个信息平台上，且不同业务的数据根据生产流程的关联性在关系型数据库中建立联系，与分类建设独立系统不同，由于任何一个岗位角色的决策数据源既可获得本岗位，也可获得其它岗位的全局信息，全局掌握和控制生产流程，具备实现决策智能优化的条件，从而实现调度指挥自动化。

(2)系统硬件结构

如图2所示，地铁车辆基地综合自动化系统主要包括：车辆检修管理信息子系统、司机派班管理信息子系统、行车管理信息子系统、车号自动识别子系统、数字调车电台信令子系统、设备综合监测子系统、基础数据维护子系统等。系统之间通过专用光通道、电缆或专用办公网络连接起来。

(3)调度计划优化编制与管理

本发明采用计算机技术及各种优化算法实现调度指挥的智能化及信息化，减轻调度人员的脑力劳动和体力劳动，改变落后的调度指挥及作业管理手段，提高地铁车辆基地调度效率，具体而言包括：车辆检修计划优化编制与管理、行车计划优化编制与管理、段场内调车计划自动编制与管理、司机派班计划优化编制与管理、故障提报与管理、综合行车指挥平台等。

a)车辆检修计划优化编制与管理

一般情况下，车辆的检修内容主要包括预防性检修和事后维修。相对于预防性维修，事后维修的随机性比较大，无法在检修计划中考虑；同时，在预防性维修中，日检是每个次日上线运营车辆必须进行的。因此，优化的检修内容是不包含日检的预防性检修。地铁车辆检修计划是根据车辆的运营状态、运营周期、旅客输送需求和班组检修能力，确定每日车辆的检修内容、时间、班组、人员等。一般情况下，车辆检修计划分为年、月、周和日四个层次，检修内容在不断地完善和调整。

优化的检修计划只考虑登顶以上修程的检修内容，并不为检修分配确切的班组。在编制此种检修计划时，不仅需要满足检修周期和停修时间的要求，而且不同修程的检修之间有一定的联系，同一时间段内的检修数不能超出总的检修能力，每日向正线的交车数须满足列车运行图中的规定，同时还需要有一定数量的备用车，等。

因此，车辆检修计划优化是在地铁车辆检修制度、每日的正线运营时刻表、每日的检修能力等确定的情况下，以成功编制检修计划的车辆总数最多为主要目标，车辆的平均停修时间最少为次要目标，建立地铁车辆检修计划多目标混合整数非线性双层规划模型，并通过改进的回溯算法快速求解，获得某一时间段内各车辆不同修程的检修计划，且检修计划满足检修修程、检修周期、检修能力、上线运营等限制。

将上述的模型与算法通过计算机软件技术实现，建立车辆检修管理信息子系统，实现车辆检修年、月、周、日计划的自动编制和人工调整。

车辆检修计划编制人机界面整合了车辆检修各层次计划与执行过程，通过该界面可以在一个时间轴线上管理各层次计划和车辆各种修程；能够自动从现车和行车计划、执行中提取车辆检修地点、正线运行等信息，一个界面完全可以满足检车系统各个岗位对车辆检修的管理。

b)行车计划优化编制与管理

本发明综合考虑列车正线运营、车辆检修、车辆调车等需求，将行车计划(包括：列车运营日计划和收车计划)优化问题归结为指派问题，并建立了0-1整数规划模型。针对优化模型的目标函数不确定性和为了提高求解效率，根据实际经验和计划编制优先原则，设计了一种基于规则的启发式算法，并利用计算机辅助决策实现了运营日计划和收车计划的自动编制。

c)段场内调车计划自动编制与管理

段内调车业务主要包括转线与洗车，转线调车分车组自行转移与工程车牵引转移，对应不同的调车组实施。调车申请可能有由检调、设备调度、供电调度、自动化中心等提交。系统根据调车申请指定的源和目的，从源出发，自动搜索调车进路，到达目的。满足的调车进路可能不止一条，此时系统能够自动选择最优的进路。因此，系统能够自动、快速、高效地生成对应的调车计划。

d)司机派班计划优化编制与管理

司机派班计划是城市轨道交通司机乘务管理的重要工作，良好的司机派班计划既能保证乘务员之间工作的均衡性，又能保证乘务员的驾车效率和安全性。其中机班交路方案的制定是乘务计划编制的核心。目前，我国城轨乘务任务配对基本采用人工编制，且随着列车发车间隔缩短，运营时间增长，机班交路方案指定的工作难度越来越大，且编制质量低。设计高效的乘务任务配对模型及算法成为亟需解决的问题。

本发明依据机班交路方案优化属于NP特点和约束条件，以机班的能力最大和机班工作的均衡度最大为目标，建立机班交路方案优化的整数规划模型，并设计贪心算法快速求解。

e)故障提报与管理

本发明提供了车辆在正线或者库内故障信息的管理操作平台，该平台主要功能有故障信息的提报操作、检调派班功能、检修班长进行故障处理的操作、故障的转跟踪处理、故障任务关闭功能、故障信息查询功能、故障统计功能以及各类表单维护功能。除此之外，还根据各个岗位的权限，进行了岗位的功能划分，使各岗位互不干扰，保证系统操作的安全性。

f)综合行车指挥平台

综合行车指挥平台包含现车管理、调车计划编制、监督执行以及信号操控与显示等功能。本发明以直观、图形化的方式，多功能综合手法表现车辆基地当前的各种生产工况与现车，复示车辆基地内所有进路的道岔、区段和信号机等信号范畴的站场表示。所有岗位均可查看“站场表示”界面，行车岗位(场调、值班员)有进路操控权限、调车计划编制权限和现车修改权限；检车岗位(检调、检修班组长)对现车有与检车相关的操作权限。

(4)管控一体化

本发明基于调度计划自动编制和控制系统接口的基础上，采用全新设计的管控一体化技术体系结构，实现地铁车辆段/停车场各信息系统与控制系统的综合自动化。突破了传统控制系统和管理系统的层次概念，通过信息集成、分层信息联锁、控制系统自动执行、分层反馈等管控一体化技术来统一数据管理、统一通信、统一平台，有机地整合、优化各种独立的信息系统与控制系统，发挥管理和控制技术体系的最大功能，实现计划计划自动、正确地编制计划直接驱动控制系统安全、高效地执行，彻底解决了管理系统与控制系统的脱节问题，如图3所示为地铁车辆段/停车场综合自动化系统的管控一体化模型。

a)计划管理逻辑层

地铁车辆段/停车场的主要任务是检修车辆，主要目的是为正线提供列车。因此，按照不同的业务需要地铁车辆段/停车场需要对检修车辆、列车出/入库、库内调车、司机交路、现在车等进行分平台管理，分别编制不同的调度计划和建立不同的调度管理信息系统。但是依据车辆段/停车场内的作业流程和不同业务之间的内在关系，需要建立统一的信息共享平台，融合包括了基础数据、调车、出/入库、检修、现车、执行结果反馈等不同业务的数据，通过抽象的车辆段/停车场内的生产流程，对计划的输入和输出进行信息联锁检查，保证了满足计划编制的业务性约束，实现了不同业务之间数据的完全共享、不同计划之间的相互制约和计划管理层的信息联锁目的。

b)流程管理逻辑层

依据车辆在车辆段/停车场内的作业规律，抽象出车辆在地铁车辆段/停车场内的作业流程，如图4所示。

c)指令管理逻辑层

在地铁车辆段/停车场综合自动化模型中，管理信息系统输出命令驱动控制系统自动执行，并从控制系统获取执行结果反馈。为了实现管控一体化，设计了一种信息系统与控制系统的中间会话数据结构，称为指令集。指令与“路径”层级一一对应，当满足执行条件和时机时才依据工步自动产生路径和指令。指令集是一组带有标识、顺序号、类型、源、目的、对象、时间、状态等属性的指令集合。指令按照作业流程的关系分为并行指令和串行指令。串行指令执行时需要严格遵循先后的顺序，即只有前面的指令执行完毕才能触发后续指令的开始；并行指令在执行时需要进行时间和位置的冲突检查，如果出现冲突时需要使用裁决机制确定触发顺序。在执行过程中，进路指令随计划人为调整和反馈自动调整实时动态自动更新。

d)PRC(程序进路控制器)逻辑层

指令具有通用性，其格式与控制系统具体参数无关，因此，指令并不能直接驱动计算机联锁系统执行，需要使用PRC将指令按照CTC协议中的规定将指令转换为控制进路办理的始终端按钮，并通过与联锁的接口模块发给联锁系统执行单元。PRC利用计算机联锁的站场表示信息检查实现进路办理的指令是否具有触发条件，必要时在不影响安全地前提下为了提高作业效率，可以变更进路。最后依据来自控制系统的站场表示信息获取指令的执行状态，并反馈到指令层，实现计划的动态修改与自动调整。

e)集中控制逻辑层

地铁车辆段/停车场的计算机联锁系统是安装在现场的轨旁控制设备，为了实现调度员自动遥信遥控和减少人为错误，需要集中控制系统替代本地的联锁系统的人机界面；其次，一般情况下每条地铁线路会配有1个车辆段和至少1个停车场，会配套两个以以上的不同的计算机联锁系统，需要集中控制逻辑层实现多个联锁系统的集中管理和进路命令的自动分发。

集中控制逻辑层依据PRC层触发的进路办理时机，输出进路操控信息至集控层级执行，替代了人工在集控界面上操作，实现了车辆段和停车场的进路自动控制。

f)过程控制系统层

过程控制系统层主要包括车辆段联锁、停车场联锁和无线调车信令系统。集中控制层依据PRC层或者人工在集中界面的操作发起进路办理命令，再驱动计算机联锁系统执行，并依据站场表示将执行结果逐层反馈给指令管理层，动态改变指令状态，并对以后指令的执行产生影响。计划管理层依据执行结果自动决策并动态调整计划。

按照车辆段/停车场的生产流程的需要，库内或者部分去正线施工的调车作业必须在现场调车员与运转人员相互确认的情况下进行，无线信令子系统用于实现车机联控。现场调车员操作手持电台相应信令按钮，确认“联控”指令的执行结束，为下一条调车指令的执行提供条件，操作回应经无线传送至手持电台，并通过语言播报响应现场调车员的操作。

本发明依据管控一体化技术，实现了所有进路办理的全自动化，即各种列车出入/库进路和调车进路的办理时机和办理路径控制全部做到依计划自动办理，取代人工操作办理。进路办理的全自动化可以保障办理的及时性和准确性，防止错办、误办和漏办，提高行车安全水平。

(5)统一登录管理

本发明采用统一的用户登录管理界面，部分程序功能需要用户登录才能使用。统一登录程序集成了本发明中的若干功能，不同岗位的用户登录成功之后才能使用不同的功能，对用户的权限和系统功能进行集中管理。

(6)基础数据综合维护

地铁车辆段/停车场综合自动化系统需要大量基础数据的支持，如站场资源数据、派班数据、人员信息、交路数据等。本发明为专业维护人员提供了基础数据的图形表格化的维护平台，操作便捷，大大减轻了维护的成本，提高了维护效率。

基础数据维护是系统基础数据的维护接口，主要维护的内容有基础数据字典及用户权限的管理。基础数据字典是系统运行的数据源泉，是系统正常运行的前提条件，数据字典不正确将会导致系统不能正常运行。基础数据字典的维护可分为站场资源管理维护、岗位管理维护、派班管理维护、检修管理维护、基础数据维护。用户权限将系统按不同岗位进行功能划分，使各岗位互不干扰，保证系统操作的安全性。

(7)作业流程技术作业图表管理

本发明提供了能够表征计划、实绩、资源、时间之间相互关系的技术作业图表，以甘特图的形式查看车辆段或停车场内各线路、电客车、工程车辆等资源的运用情况，并根据其他平台即时产生的行车计划、检车计划、调车计划和现车，动态地自动延展铺画为阶段计划，并预留人工干预计划的手段。技术作业大表可根据实际计划执行后源自控制系统的进路报点、检车等作业人工报点等，实现自动写实，当计划实际执行进度与原计划要求的进度发生偏差时，可自动调整后期流程各工序所要求的进度，车辆段与停车场界面分窗口显示。

(8)综合监测与维护

本发明是一个管理信息系统，由大量的服务器、工作站、终端、网络通信等计算机设备构成，需要使用设备状态监测手段实时监督设备运行情况，实时记录设备运行状态，并形成日志以供事后查看与分析，综合监测与维护系统的界面，主要包括综合监测、操作日志管理和数据备份与恢复等功能。

(9)与其他系统接口

b)与AEI车号识别系统接口

当列车出/入段时运行至转换轨处，通过射频技术读取安装在车辆底部的电子标签，并通过联网实时传送至管理信息系统。

b)与数字调车电台接口

对车辆段调车组使用的调车电台进行技术升级，新无线电台采用数字技术，兼容现有电台的通话功能；手持台具有液晶屏幕可显示调车作业通知单；手持电台设有3个专用信令按钮，可通过操作向室内监控人员发送信令。

c)与ATS接口：运行图信息、车次与车号的对应、入库列车转换轨车次窗、出库列车时刻表、出库列车车次窗；

d)与联锁系统接口：按照国铁CTC接口标准交换操作与表示信息；

e)与PMS接口：车辆检修等计划与日志；

f)与办公系统接口：远程桌面；

g)与互联网接口：司机/检修计划派工和计划确认；

h)与施工计划接口：获取B类施工计划。

(10)生产作业信息化管理

本发明为各级管理人员提供信息接入服务，生产管理功能需求可根据各级领导和部门的不同需求多样化，量身定制，只要运营中产生的基础信息足够且准确，就可通过数据分析技术产生有价值的管理信息，为各级、各部门领导考核与指导生产服务。同时，基层生产人员可以个性化获取与自己相关的作业任务，达到作业任务精准、高效地下达与反馈。主要包括：综合实时分析、情景再现、自动统计报表、电子归档和计划个性化下达。

回放控制台主要用于各子系统相关操作信息的下载回放、保存等功能，便于对系统历史操作、运行的查看。

本系统自动生成的调车计划作业单，可以用于电子归档等。

本发明为车辆检修、司机派班和行车管理等平台提供了微信派工的功能，采用移动互联网技术将不同的工作任务分派给指定的工作人员，工作人员通过智能终端接受与本人相关的作业任务，包括：时间、地点、人物、内容等详情；工作人员接收作业通知之后并确认，通过移动互联网将确认信息反馈给调度平台，达到个性化精准派工的目的。

本领域的普通技术人员将会意识到，在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。