企業(yè)概況：
和利時始創(chuàng)于1993年，前身是電子部六所自動化事業(yè)部，現(xiàn)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(huán)境”為宗旨，致力于提升客戶的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質。
和利時業(yè)務集中在工業(yè)自動化、軌道交通自動化和醫(yī)療自動化三個領域。其中工業(yè)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(fā)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(chǎn)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)是現(xiàn)代化大都市最為重要的公共交通系統(tǒng)，具有運量大、速度快、安全、準點、環(huán)保、節(jié)能等特點，成為實現(xiàn)城市交通可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會統(tǒng)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(jīng)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(tǒng)主要包括車輛、信號、通信、綜合自動化與運營調度系統(tǒng)四大核心子系統(tǒng)。其中綜合自動化與運營調度系統(tǒng)涉及到對車輛、信號、通訊、供電、環(huán)控、消防火災、視頻監(jiān)控、廣播、售檢票、站臺門、門禁等二十多個復雜專業(yè)子系統(tǒng)集中管控，管控的業(yè)務流程覆蓋了資產(chǎn)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(yè)務，其安全性、可靠性與智能化是支撐城市軌道交通快速發(fā)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(tǒng)”，研發(fā)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(tǒng)，用于完成地鐵各設備的集中監(jiān)控與行車計劃與調度：
a) 基于工業(yè)軟總線的地鐵綜合調度指揮系統(tǒng)
b) 基于云計算的地鐵全線設備的設備狀態(tài)監(jiān)視與維護綜合維修系統(tǒng)
c) 各運營調度的仿真培訓系統(tǒng)
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(tǒng)，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(xiàn)對地鐵各自動化設備的集中監(jiān)控與行車計劃調度與執(zhí)行。
本系統(tǒng)采用統(tǒng)一的硬件平臺、統(tǒng)一的軟件平臺、統(tǒng)一的網(wǎng)絡架構，實現(xiàn)對地鐵各專業(yè)子系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控與計劃調度。本系統(tǒng)的系統(tǒng)功能與在整個地鐵的自動化與信息化系統(tǒng)的邊界為如下：
（1）系統(tǒng)功能與邊界概述
a) 本系統(tǒng)各專業(yè)自動化設備數(shù)據(jù)采集與協(xié)調控制系統(tǒng)：本系統(tǒng)實現(xiàn)了對供變電子系統(tǒng)/火宅自動報警子系統(tǒng)/環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)/信號系統(tǒng)/售檢票系統(tǒng)/車輛自動化系統(tǒng)/通信/門禁等專業(yè)自動化設備層的工藝實時數(shù)據(jù)與設備狀態(tài)監(jiān)控，并完成各自動化設備的協(xié)調控制
b) 本系統(tǒng)為地鐵各調度運營人員與設備維修人員的調度與協(xié)作系統(tǒng)：地鐵行調/電調/車輛調/乘客調/環(huán)調/維調/總調/車站值班員通過使用本系統(tǒng)完成日常的運輸計劃調度與設備維修等。
c) 本系統(tǒng)同時也是生產(chǎn)自動化與信息化的融合平臺，本系統(tǒng)統(tǒng)一與企業(yè)信息管理信息化系統(tǒng)的完成數(shù)據(jù)與信息的雙向聯(lián)通。
本系統(tǒng)在地鐵自動化與信息化系統(tǒng)的邊界如下圖藍色底框所示：
圖1 全系統(tǒng)集成智慧軌道交通綜合自動化系統(tǒng)
如上圖所示,本系統(tǒng)的系統(tǒng)邊界處于自動化設備與信息化管理系統(tǒng)中間，功能上較之于目前的主流系統(tǒng) 進一步集成列車監(jiān)督控制系統(tǒng)、車輛自動化信息系統(tǒng)、綜合維修子系統(tǒng)，支持無人駕駛與智能化運營。
（2）系統(tǒng)構成
控制中心系統(tǒng)構成：
本系統(tǒng)控制中心系統(tǒng)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(huán)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(xiàn)地鐵運輸?shù)募姓{度指揮：
圖2控制中心系統(tǒng)
備用中心系統(tǒng)構成：
為提供系統(tǒng)的可靠性、可用性、安全性，系統(tǒng)在備用中心部署一套跟控制中心相同的系統(tǒng)，主備中心間實現(xiàn)冗余。
圖3備用中心
車站子系統(tǒng)構成
本系統(tǒng)的車站子系統(tǒng)構成如下圖所示，在中心出現(xiàn)故障宕機后，可以自動降級到車站級完成監(jiān)控
圖4車站子系統(tǒng)
2. 網(wǎng)絡互聯(lián)架構
地鐵自動化是個非常龐大的系統(tǒng)，涉及到車輛、信號、電力、環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)控、廣播、站臺門、火災系統(tǒng)、門禁等二十多個大型專業(yè)子系統(tǒng)，同時物理位置分散。各子系統(tǒng)的網(wǎng)絡互連復雜多樣，主要主要體現(xiàn)在如下幾方面：
a) 系統(tǒng)網(wǎng)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(shù)十個車站。中心與各車站骨干網(wǎng)通過雙環(huán)網(wǎng)構成，骨干網(wǎng)網(wǎng)絡切換時間在50ms以內，提高網(wǎng)絡的可靠性與可用性
b) 通訊鏈路復雜多樣：系統(tǒng)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(tǒng)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(xié)議多樣化：支持各行業(yè)的國際通訊標準規(guī)約，包括鐵路、電力、離散自動化、信息化系統(tǒng)等多種國際通訊規(guī)約
全線骨干網(wǎng)（雙環(huán)網(wǎng)）：
本系統(tǒng)骨干網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲如下圖所示，采用雙環(huán)網(wǎng)構成
圖5全線骨干網(wǎng)
網(wǎng)絡互連架構：車地以及地面設備間通訊：
本系統(tǒng)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(fā)送實時與報警信息。為支持車地無線大數(shù)據(jù)量傳輸，本系統(tǒng)采用4G LTE制式
圖6車地以及地面設備間通訊
3. 數(shù)據(jù)架構和應用
1) 車輛、信號、電力、環(huán)控、火災、視頻監(jiān)控、廣播等二十多個專業(yè)子系統(tǒng)自動化設備采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫進行建模與監(jiān)控，打通各設備間數(shù)據(jù)與信息孤島，提高系統(tǒng)的自動化程度。
2) 采用統(tǒng)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(tǒng)在應用上有如下重大創(chuàng)新：
a) 支持無人駕駛：
系統(tǒng)支持全自動無人駕駛，系統(tǒng)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(tǒng)，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(lián)動：
由于各專業(yè)子系統(tǒng)間采用了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫與調度工作站，打通了各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)與信息孤島，提高了各子系統(tǒng)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(lián)動
c) 行車調度
本系統(tǒng)通過提供統(tǒng)一的調度工作站軟件用于實現(xiàn)所有自動化設備的監(jiān)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(yè)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(tǒng)通過勞氏國際SIL2 安全認證，系統(tǒng)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(wǎng)絡安全、主機安全、應用安全、數(shù)據(jù)安全、病毒防護等多方面進行加固，具體如下：
1) 網(wǎng)絡安全：在系統(tǒng)邊界增加防火墻，同時有一套獨立的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，用于檢測與審計系統(tǒng)網(wǎng)絡情況。核心數(shù)據(jù)采用加密傳輸
2) 病毒防護: 全系統(tǒng)部署了統(tǒng)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(tǒng)：
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(tǒng)的可用性。系統(tǒng)將適配到基于私有云計算的IT架構里。
2. 計劃2
利用大數(shù)據(jù)技術，實現(xiàn)更多的智能運維：
目前車輛、信號、電力、環(huán)控、售檢票等地鐵線路幾乎所有設備的工藝與設備狀態(tài)數(shù)據(jù)都已統(tǒng)一實現(xiàn)了采集與監(jiān)控， 后續(xù)將在挖掘數(shù)據(jù)價值上加大力度。實現(xiàn)在預測性維護與節(jié)能減排上的應用
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
1) 實現(xiàn)了地鐵設備的全系統(tǒng)集成
系統(tǒng)采用統(tǒng)一的軟硬件平臺實現(xiàn)了對自動化設備的全集成，包括車輛、信號、電力、環(huán)控、售檢票、視頻監(jiān)控、廣播等二十多個專業(yè)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(xiàn)了統(tǒng)一的運維調度
提供一套調度軟件，實現(xiàn)了計劃、調度、監(jiān)控、維修、培訓等多業(yè)務功能的統(tǒng)一運維調度，行車、車輛、乘客、電力、環(huán)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(tǒng)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(lián)動，系統(tǒng)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(tǒng)通過了國際SIL2認證，國內首列大型綜合監(jiān)控類軟件通過SIL2認證
5) 大容量實時數(shù)據(jù)庫與人機調度工作站軟件
大容量實時數(shù)據(jù)庫，由于增加了車輛與信號兩大專業(yè)，其中單輛車輛監(jiān)控物理點規(guī)模在1萬點左右，系統(tǒng)實際支持200萬物理點以上的并發(fā)采集與訪問。
2. 實施效果
本系統(tǒng)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(tǒng)的可靠性、安全性已得到充分的驗證，系統(tǒng)的功能經(jīng)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(tǒng)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。