基于全自动无人驾驶的车辆调度系统

随着新技术的应用与用户需求的升级，城市轨道交通在车辆、信号、通信和监控等技术领域不断进步和完善，全自动无人驾驶技术也日益趋进成熟，新誉庞巴迪信号系统有限公司开发了基于全自动无人驾驶的车辆调度系统，通过OCC远程对车辆进行监视与控制。
一、车辆调度系统功能与结构     

（一）车辆调度系统功能
    车辆调度系统可以实时监控车载关键设备、视频等数据，也可以远程对车载功能进行操作控制。车辆调度系统的功能主要包含车辆设备信息显示、远程控制功能、车辆维护功能、视频监视功能和系统用户管理功能。
1、车辆设备信息包括：列车状态缩略显示，反映出各列车的地理位置；通过列车车载设备获得列车各设备的运行状态（用颜色区分）；显示列车牵引系统故障信息及弹窗、声音报警；显示列车所有牵引逆变器及牵引电机工作状态，包括牵引力输出数值等情况；监控列车所有轮对制动力情况；显示列车辅助系统故障，单个或部分辅助逆变器显红或显灰；监视列车空调系统故障并进行信息提示；显示乘客信息系统或广播系统故障；具备集成列车各车厢温度等信息界面；显示列车车门状态；显示列车制动状态。
2、通过人机界面可以远程控制的功能包括：预设全线列车空调/电热参数；设置单车空调/电热参数；设置预定义广播；具备远程乘客广播功能；车辆火灾报警复位与确认；远程人工休眠与唤醒；设置/取消雨雪工况；开/关客室照明；远程停放制动；远程复位或旁路。
3、车辆维护日志内容和限制条件包括：行驶里程数；最近维修的日期；最近维修类型；存在故障类型；维修里程限制；维修类型及间隔限制；可容忍的故障列表。
4、视频监视功能包括：摄像机设置管理；群组设置管理；轮询播放功能；弹窗推送因紧急解锁拉手被激活的就近摄像头。
5、车辆调度管理系统用户包括：车辆调度员，可以访问车辆信息管理和控制功能；车辆维护员，可以访问车辆维护管理功能；车辆管理员，可以访问全部功能。
（二）车辆调度系统结构
    车载TMS等其他车载系统实时采集车载关键设备及视频等监控数据，数据通过车辆A端和B端的TAU交换机经由车载天线上传至LTE无线网络，LTE无线网络通过在控制中心的网关将数据传输至车辆调度应用及接口服务器。调度人员可以通过车辆调度人机界面监控车载运行和设备状态，并根据情况进行相应的远程控制与操作。

二、车辆调度各子系统功能
    车辆调度系统分为车载监控子系统和视频监视子系统。
（一）车载监控子系统
    车载监控子系统能够集中监控全线车载状态及车载设备，可以对车辆空调、电热、照明、列车广播、火灾、制动等发送远程控制指令，同时具备数据处理、存储、历史查询、数据统计等功能。这些功能模块设计为可拔插模式，可以根据用户的具体需求进行相应的功能调整。车载监控子系统逻辑上采用典型的C-S架构，分为客户端和服务器，两者通过消息通信模块进行通信。服务器通过接口模块与信号系统的相关子系统以及车载子系统进行通信。车载监控子系统的功能模块如图1所示。

图1 车载监控子系统功能模块

1、人机交互客户端

  客户端采用请求-响应/通知方式通过消息通信模块跟服务器进行通信。客户端主要作为人机界面显示状态、设备等信息，还可以发送远程控制命令，主要功能包括：显示车辆设备信息；通过人机界面进行远程控制；管理车辆维护日志内容和限制条件；管理车辆调度系统用户。
2、服务器端
    服务器端主要包含的模块有看门狗模块、消息通信模块、控制系统模块、权限管理模块、报警管理模块、事件记录模块和接口模块。
（1）看门狗模块的功能是监视其它服务器端进程的运行情况。当某个进程不再正常运行时，看门狗将该进程杀死（如果进程还在的话）并重启。被看门狗监视的进程需要周期性向看门狗进程发送喂狗消息，证明自身正在正常运行。本模块的作用是保证其它业务模块的正常运转，出现故障后可自动恢复。
（2）消息通信模块的功能是管理各进程间通信。根据通信目的地进行分发。本模块支持跨系统消息通信，支持三种通信类型。消息通信用于服务端进程间的点对点通信。事件通信是服务端进程间的一种事件订阅机制。请求-响应/通知通信用于客户端和服务器间通信。
（3）控制系统模块是车辆调度客户端软件的服务端应用，用于接收来自客户端的控制命令和信息获取命令（以服务请求的方式），将命令转化为接口的请求，并将来自信号系统和车辆的信息反馈给客户端。
（4）权限管理模块主要实现对用户进行分类管理。车辆调度员可以访问车辆信息管理和控制功能。车辆维护员可以访问车辆维护管理功能。车辆管理员可以访问全部功能。
（5）报警管理模块负责收集并管理各种报警，并为车辆调度客户端提供报警查询功能。
（6）车辆设备报警包括车载信号设备报警信息，障碍物检测状态（根据车辆配置情况需要），通过车辆获得的列车牵引、制动、辅助电源、空压机、蓄电池、车门、广播、视频摄像、空调等各系统的自诊断状况、故障及报警信息。根据报警的重要性和严重性，对报警进行分级：非紧迫、紧迫、紧急。每一条报警还记录了时间、位置、产生报警的对象，以及报警事件内容的信息。每一个报警都具有如下的生命周期：①报警被激活。在某个外部系统或内部系统中生成报警。例如：列车车次号系统。②报警得到确认。操作员对收到的消息给出确认，并承担为了解决故障而执行适当行动的责任。例如：对信号机维护人员进行警告。③报警被解除。即报警产生的原因消失。
（7）事件记录模块负责收集并管理各种事件。主要实现列车维护日志的建立，以记录、更新与列车维护相关信息，并设置、修改车辆维护的限制条件。用户在客户端界面上记录的内容发送到事件记录系统中保存，供客户端需要时查阅。车辆维护日志内容包括行驶里程数、最近维修的日期、最近维修类型、存在故障类型。车辆维护限制条件包括维修里程限制、维修类型及间隔限制、可容忍的故障列表。
（8）接口模块负责跟信号和车辆进行通信，用于接收和发送列车状态、车辆TMS、PIS、PA设备信息等。
（二）视频监视子系统
    视频监视子系统使得车辆调度系统能够实时获取车载摄像头数据，远程监视车辆中的情况，视频数据传输基于LTE-R无线传输，具有传输数据量大，传输速率快等优点。视频监控人机界面运行在Windows操作系统环境下，调度员可以设置开机项、离线重连、码流类型、轮询间隔、缓存时间、画面布局等功能。
    视频监控子系统按功能分为了应用功能层和核心功能层。应用功能层主要实现面向用户的功能需求，这些功能模块都采用可拔插的设计，方便解耦，能够根据用户的具体需求进行调整。应用功能层的功能模块在发生变动后不会对核心功能模块产生影响，这保证了软件的快速开发和系统的稳定性，视频监视子系统功能模块如图2所示。

图2视频监视子系统功能模块

1、应用功能层
    应用功能层的主要功能模块有人机界面模块、摄像机管理模块、群组管理模块、轮询列表管理模块、系统设置管理模块、窗口布局管理模块和弹窗报警模块。
（1）人机界面模块即用户和软件交互的界面部分，主要是界面样式风格以及窗口和各种框体等可视化界面相关的内容。
（2）摄像机管理模块主要是对摄像机列表进行编辑管理，包括摄像机编号、摄像机名称、摄像机所属群组编号、摄像机所属群组名称、摄像机品牌、主码流IP地址、子码流IP地址、用户名、密码、设备状态、添加摄像机、删除摄像机、修改摄像机等功能。这些信息都会显示在摄像机列表里，这些数据都是通过数据存取模块对数据库存取得到的结果。
（3）群组管理模块主要是对摄像机的群组或NVR进行编辑管理，包括群组编号，群组名称、群组（NVR）IP地址（可选），设备位置（可选），设备品牌（可选），用户名，密码，状态，添加群组，删除群组，修改群组等功能。这些信息都会显示在群组列表里，这些数据都是通过数据存取模块对数据库存取得到的结果。
（4）轮询列表管理模块主要是对轮询播放的摄像机列表进行管理，包括当前未加入轮询的对象列表，已加入轮询的对象列表，添加选中对象至轮询，添加所有对象至轮询，从轮询列表移除选中对象，从轮询列表移除所有对象等功能。这些数据也是通过数据存取模块对数据库存取得到的结果。
（5）系统设置管理模块主要是对软件的基本参数设置，包括软件平台名称，录像机品牌可选类型列表，摄像机品牌可选类型列表，保存路径，开机启动设置，自动轮询设置，离线重连设置，码流类型设置，轮询画面设置，检测间隔设置，轮询休眠设置，轮询间隔设置，缓存时间设置等功能，这些数据将保存在配置文件中，若没有则自动使用默认配置。
（6）窗口布局管理模块主要是对视频窗口的排列布局进行管理，包括4画面、6画面、8画面、9画面、16画面的选择，以及全屏显示和正常显示的窗口切换。这些数据将保存在配置文件中，下次启动时可自动使用上次的设置。
（7）弹窗报警模块当发生紧急情况时，接收到紧急报警信号后弹出发生报警的紧急摄像头画面，使得调度人员在第一时间能看到发生紧急事件的实时现场状况。
2、核心功能层
    核心功能层的主要功能模块分为两类，一类是管理与监控功能，包括线程管理模块、连接状态检测模块、断线重连模块和数据存取模块。另一类功能模块主要进行视频相关的处理，包括视频流控制模块、视频流连接模块、视频流接收模块和视频流处理模块。

三、车辆调度人机界面
    人机界面作为调度人员的和车辆调度系统的主要交互接口，是根据项目用户需求来进行开发与完善的。客户端服务器架构以及功能模块的解耦设计，使得车辆调度系统的人机接口可以进行定制化设计。
    车辆调度人机界面的边框上部为系统功能面板，面板包括人机界面名称、登录按钮、主界面快速切换按钮、退出按钮、当前登录用户名、当前系统时间和最小化与关闭按钮。
    车辆调度人机界面的边框左侧为车辆列表面板，面板包括所有车辆的车次号以及当前选中的车辆车次号。
    车辆调度人机界面的边框右侧中上部为车辆状态面板，该面板显示了当前选中车辆的各车厢状态。包括车厢号和车门状态，还显示了当前选中车次的车头、车尾监控状态，面板还使用文字信息实时显示列车的当前位置状态。
    车辆调度人机界面的边框右下部为监控信息主面板，该面板包含主要的监控信息，如车速空调信息与控制、广播消息与控制、牵引制动信息与控制、视频监控推送、报警信息以及车辆维护等功能。
图3为初步设计的车辆调度系统人机界面，图4为初步设计的车辆调度视频监视子系统界面，人机界面会继续根据业主的需求进一步修改和完善。

图3 车辆调度系统人机界面

图4 车辆调度视频监视子系统界面

四、结语
    全自动无人驾驶系统不再安排司机或值班人员在列车上，而基于全自动无人驾驶的车辆调度系统可以保证调度人员实时准确获取列车的运行状态以及车载关键设备的状态和参数。当发生紧急情况时，车辆调度系统会立刻显示相应的报警信息，若有紧急解锁拉手被激活，则会自动弹窗显示推送的就近摄像头信息，调度人员可以远程进行相应的控制操作。系统采用了4G无线通信技术，提供了更宽的频谱，保证了高质量视频语音等数据的实时传输。服务器采用双机热备冗余，保证了系统的稳定和可靠。系统还可以记录数据和备份以及进行故障快速修复等功能，进一步保证了系统的安全性和可维护性。车辆调度系统采用CS架构，将系统功能进行分层，各功能模块使用可拔插设计，保证车辆调度系统能够根据不同用户的不同需求进行快速的定制化设计。
    基于全自动无人驾驶的车辆调度系统即将于2020年应用于芜湖地铁1、2号线，该项目采用了CITYFLO650全自动无人驾驶系统。车辆调度系统的应用大幅减少了每公里配员，大大降低了运维成本，也显著提高了运营安全和可靠性。随着全自动无人驾驶技术的日益成熟，越来越多的轨道交通项目将会选择无人驾驶模式，新誉庞巴迪除全自动无人驾驶系统外，车辆调度系统在未来也必然会得到更加广泛的应用。

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