孙军峰，张立鹏，林 立，刘华祥

（卡斯柯信号有限公司，上海 200071）

1 现代有轨电车控制系统简介

现代有轨电车近年来以其低建设成本、节能环保、形象美观和较高运输效率的特点，在我国迎来一个规划和建设的高峰期。随着地铁建设门槛的提高，有轨电车会有一个更好的发展前景。

一条现代有轨电车线路主要由轨行线路、车辆、供电、控制系统及运营单位组成。其中控制系统对于保障行车安全、提升运营效率、提高乘客乘坐体验有着至关重要的作用，有轨电车建设单位也越来越重视控制系统的建设。

为了便于阐述，车辆的牵引制动控制、变电所供电控制不作为本文控制系统的范围（分别属于车辆和供电专业）。把有轨电车的控制系统定义为弱电各个专业系统的统称，包括信号系统、通信系统、电力监控（PSCADA）系统、机电设备监控系统（BAS）、乘客信息（PIS）系统、广播（PA）系统、售检票（AFC）系统、安防监控（CCTV）系统等。

在以往现代有轨电车控制系统的招标建设过程中，业主往往单独招标各个控制系统，有时也会把通信系统、PA、PIS 等整合为一个通信包或者综合监控（ISCS）包来招标建设。在这种招标建设方式中，可以看到一些弊端：①建设成本较高，因为每个弱电系统都需要有服务器、工作站和网络设备，招标建设方式决定了无法进行有效的资源整合；②各个子系统信息共享不足，各个系统间接口方式大多为点对点的通信协议，信息共享不够充分，联动响应效率不足，不能达到跨业务联动、应急快速响应的效果；③建设单位协调工作量大，建设单位（或其委托的设计院）负责协调各个子系统的供货商进行系统间接口设计、发货、安装和联调等工作，花费过多的精力；④运营和维护效率不高，这种建设方式在运营维护期间，会设置独立的维护工区，负责分别维护这些子系统，没有做到人力资源充分利用。

目前在国内地铁建设中，有的城市将信号系统和综合监控系统作为一个整体行车综合自动化系统（TIAS）来建设，比如北京地铁 6 号线和燕房线，但在现代有轨电车的建设中还没有过。

现代有轨电车由于中运量的定位，决定了其各个子系统的规模与地铁相比会小很多。如果能够将这些弱电子系统集成为一个综合系统来招标和建设，由一家总集成商来负责总体系统需求和架构设计，从电车公司整体运营角度出发，设计出一个综合智能控制系统，构建统一的硬件平台、软件平台、网络通信平台和数据平台，必将大大提升传统模式的建设和运营效率。

现代有轨电车综合智能控制系统就是以此为出发点提出的下一代有轨电车控制系统解决方案，并通过深圳龙华现代有轨电车示范线工程的建设，证明此方案是比较成功的。

2 有轨电车综合智能控制系统组成和特点简介

从深圳龙华现代有轨电车示范线招标建设形式上可以看出，深圳有轨电车公司把综合智能控制系统作为一个整体标的，通过唯一一个系统集成商完成建设，进行整体设计、采购、安装和联调，对于其中一些非常专业的子系统，由系统集成商再寻求分包商。在开通运营以后，由集成商负责对口业主的售后服务，对于由分包商提供的产品或服务子系统，由集成商负责协调其提供服务，整个过程中业主只对应一家集成商。这种方式在国内现代有轨电车领域尚属首创，代表了未来现代有轨电车的招标建设方向。

卡斯柯信号有限公司作为该项目的总集成商，为深圳龙华现代有轨电车示范线工程提供的 SmarTram 综合智能控制系统包括：综合智能控制系统软件平台、信号子系统、PSCADA 子系统、CCTV 子系统、 PIS 子系统、PA 子系统、时钟子系统、有线电话和车地无线 4G 通信和电话子系统、售检票 AFC 子系统、OA 子系统（含乘务管理、施工管理、资产管理等）等，具体如图 1 所示。

从图 1 的系统结构图中，可以看到综合智能控制系统采用整体设计的系统架构，各个子系统共享硬件平台和网络平台，调度员工作站采用一套综合智能控制系统控制终端软件，对各个子系统进行运营控制。

2.1 统一的软件平台

综合智能控制系统采用信号与综合监控软件平台（SSIP）作为统一的平台，采用统一的实时数据库存储各个子系统业务的实时数据，通过平台的消息订阅和推送机制，分发给不同的调度客户端；采用统一的关系型数据库，设置不同的数据表保存各个子系统的结构化数据，数据结构的统一设计可以实现各种定制的信息共享和报表查询。

综合智能控制系统基于 SSIP 平台深度实现了自动列车监控系统（ATS）功能、PSCADA 功能、BAS 功能这3 个核心功能（也称为深度集成）；实现了 CCTV 监控功能、PIS 和 PA 的界面监督和控制功能，可以满足调度员视频监控和发布乘客信息等功能。通过平台通信前置机（FEP）与分包商提供的箱式变电站电力控制系统、PIS 和 PA 系统应用服务器，进行基于 MODBUS 协议的通信，将控制命令通过这些子系统发送出去，接受现场设备状态信息，从而实现对这些子系统的控制与监督功能（也称界面集成）。对于一些不需要调度员操作的后台功能，SSIP 平台通过 FEP 与这些系统互连，获取设备工作状态和运营业务数据，供调度员查询，这些子系统包括时钟和 AFC 售检票子系统等。

图1 现代有轨电车综合智能控制系统架构

由于采用了统一的实时数据库和历史数据库，综合智能控制系统可以实现综合大数据分析决策功能，实现跨业务的数据分析和查询。这些查询信息推送到大屏幕子系统上，借助于大数据可视化技术进行展现。

同时基于实时库里各个不同业务的关键阈值变化，可以定义多种跨业务的联动场景，实现快捷、灵活、可定制的联动服务，提高了应急响应速度。

2.2 统一的硬件云平台

综合智能控制系统从有轨电车公司整体建设角度出发，对所涵盖的所有子系统硬件进行整体规划和设计。根据总体功率消耗设计电源子系统；根据各个子系统的功能、性能和数据存储量设计统一的服务器，从而形成了综合智能控制系统云平台服务器。采用云服务器构成私有云架构，虚拟出不同子系统的应用服务器、数据库服务器、通信前置服务器等。

该云平台定位为有轨电车公司的整体数据中心，作为有轨电车公司的生产调度系统、OA 管理系统的信息平台，其良好的扩展性保证了预留出未来有轨电车线网级控制指挥中心的计算能力和存储能力。同时，该紧凑型的云平台使得中心机房的面积较传统服务器机柜形式大幅度降低，其虚拟机技术保证了操作系统和应用软件具有灵活的部署能力。

云平台内部根据虚拟局域网络（VLAN）技术，划分为智能控制系统生产运营调度云和办公云，以保证关键业务的安全隔离。

2.3 统一的网络通信平台

综合智能控制系统采用统一的网络通信平台，所有子系统统一挂接在这个骨干网络上。深圳龙华项目采用了由工业级赫兹曼交换机组成的双环以太环网，将控制中心、正线和车辆段统一组成一个骨干网，在骨干网络上划分 VLAN，实现各个业务之间的隔离，提高网络系统的可靠性。

无线通信采用租用联通公网 4G 的方式，在控制中心和每列电车上分别设置 4G 网关，作为车地之间数据交换和语音通话的统一无线通信平台。

2.4 统一的界面操作和报警

综合智能控制系统为调度员提供了专用的调度指挥工作站终端，由于各个子系统的实时数据构建在统一的实时数据库上，使为调度员提供一个综合各个业务监控功能的综合调度台终端成为可能。利用 SSIP 平台的高性能界面设计工具，设计了统一的多工种操作界面。根据登录账号的权限不同，不同的工作站有不同的操控权限，但都具有相同的跨业务查询功能。

该系统的一个优点是支持信号子系统的道岔、信号机、站台等信息与 PSCADA、CCTV、PIS 等子系统信息的融合组态显示，让调度员一目了然。围绕电车的动态运行位置，随时监督和控制电车周围的其他外围服务设备和监控设备。在 ATS 站场平台图上，同时设计了 PIS屏幕、PA 扬声器和 CCTV 摄像头图标，调度员可在 ATS站场平面图上点击查询和控制这些设备，提高了调度员的操作效率。

各个子系统的报警根据类别及优先级同步显示在工作站上，不同的调度工种根据其权限进行报警确认或相应的故障处理。

该系统另一个优点是调度岗位的减员增效。高峰期时，设置行车调度、设备调度和客运调度 3 个岗位；高峰期过后，行车调度可以切换角色为综合调度，接管设备调度的监控功能。由此可见，统一的综合智能控制平台推动了运营指挥模式的革新。

2.5 统一的设备诊断维护

由于综合智能控制系统集成和互连了全部的子系统，各个子系统内部的设备运行状态和运行报警信息全部纳入软件平台中。通过设计综合设备维护管理的前端界面，使得系统具备了对整个系统内所有设备进行状态监督、关键指标预警、设备寿命周期管理和故障智能分析等功能，还可以对组合故障进行关联分析，采取人工智能的方法，提高故障诊断能力和故障预警能力。

3 有轨电车综合智能控制系统开发与测试

3.1 SSIP 软件平台架构设计

综合智能控制系统开发的核心是 SSIP 的开发，该平台的开发遵循了以下几个设计原则：

（1） 平台提供强大的组态软件界面设计工具，以组态的方式描绘任意监控对象，以便实现跨专业的业务特征描述，并支持与后台点表之间的逻辑管理配置，内置常用的信号系统和综合监控系统图符库；

（2）平台后端采用高性能实时数据库，可以支持100 万以上点表信息的同时变化；

（3）平台的各个节点采用高速消息总线，支持平台的规模扩展；

（4）平台具备统一的存储、回放、报警管理和归档功能，具备大数据分析模块，支持多数据源的大数据分析功能；

（5）平台支持在云端部署，支持良好的上层业务二次开发，达到 SIL2 安全等级。

基于 SSIP 平台良好的二次开发能力，卡斯柯开发了有轨电车的控制中心调度指挥系统（SmarTIAS），将ATS、PSCADA、BAS、PIS、PA、AFC、无线通信和时钟等各个业务的监督与控制纳入该调度指挥系统，成为有轨电车综合智能控制系统在控制中心的核心平台。

3.2 系统开发和安全保障过程

在开发过程中为了便于开发管理，将综合智能控制系统分解为 2 个研发项目，分别为 SmarTram 有轨电车信号系统和 SmarTIAS 有轨电车弱电集成系统，在产品研发层面进行子系统设计和产品安全保证活动。2 个子系统在有轨电车综合智能控制系统工程项目中，利用工程应用数据进行集成测试和确认测试。

SmarTram 综合了智能控制系统的信号控制和电力控制关键功能，需要具有相应的安全等级，所以其研发过程需遵守 EN 50126、EN 50128、EN 50129 等国际安全标准，其中道岔控制器和车辆段联锁达到 SIL4 级，计轴子系统达到 SIL4 级，车载信号系统的 ATP 功能达到 SIL2级，SSIP 平台及基于此开发的 ATS 子系统和 PSCADA子系统达到 SIL2 级。

安全评估团队需从产品层面和项目层面派出安全保证经理，其安全分析活动贯穿整个设计、开发过程，识别出的安全需求也通过各级审核、验证环节，保证最终被软件实现或输出给系统使用者。

3.3 系统测试和验证过程

系统的集成测试在有轨电车综合智能控制系统实验室内部进行，实验室搭建了统一的硬件云服务器和骨干网络设备，还有真实的信号子系统道岔控制器、路口优先控制器、车载控制器、PSCADA 箱变控制器，此外还从分包商处采购了 PIS 显示屏、PA 广播扬声器、CCTV摄像头等实物。卡斯柯自主开发了现代有轨电车集成验证平台 iVP，能够模拟全线电车运行、全线道岔信号机的动作，模拟计轴设备产生的占用和出清信息，还可以模拟各个弱电子系统的简单功能。图 2 为综合智能控制系统测试环境结构图。

利用这个实验室集成环境，可以对综合智能控制系统的每个子系统功能、每个子系统间的接口和大系统功能进行测试，完成产品的发布。

图2 综合智能控制系统实验室测试环境结构

同时工程项目团队还可以利用该实验室环境，进行工程项目上的应用设计和数据测试验证。由于有了这样的工厂集成测试平台，使得 70% 的工程测试工作可以在厂内完成，到现场只需要对接口配线进行点对点测试和有限的功能确认测试，即可投入试运行。

4 有轨电车综合智能控制系统工程应用

SmarTram 综合智能控制系统已在深圳龙华现代有轨电车示范线项目中得到成功应用。该示范线线路全长约 11.7  km，其中主线长 8.6  km，支线长 3.1  km，全线车站 20 座，其中主线 15 座，支线 5 座。全线 25 个路口，其中 7 个十字灯控路口，8 个 T 型灯控路口，2 个进出车场路口，8 处信号灯控人行过街。线路最高运行速度为70  km/h。全线共运行 15 列电车，高峰期清湖—大和区间运行间隔小于 5  min，供电方式采用超级电容方式在站台充电。

龙华现代有轨电车示范线综合智能控制系统是全国第一个将信号、通信、电力监控、视频监控、AFC 等诸多弱电子系统整体招标建设、深度集成的现代有轨电车项目。综合智能控制系统于 2017 年 3 月开始设备安装调试，2017 年 6 月 29 日开始试运行，并于 2017 年 10 月 28号开通载客试运营，日载客量突破 3 万人次，至今运行稳定，达到预期效果。

由于采用了综合智能控制系统的建设方式，大大提高了项目建设速度，从 2016 年 8 月综合智能控制系统中标公示到 2017 年 10 月载客试运营，只用了短短 14 个月时间。同时，系统提供的跨专业信息共享和业务联动功能，使应急响应的速度比传统的分立方式提高了 30%，高效的信息共享也提高了乘客的出行体验满意度。

5 结束语

现代有轨电车凭借其中等运量、低造价、短工期、节能美观等优点，成为城市轨道交通的一支新兴势力，越来越受青睐。现代有轨电车控制系统作为控制电车运营的大脑，对于保证有轨电车安全、提高运营效率起到至关重要的作用。本文介绍的综合智能控制系统采取统一规划、整体设计、共享平台、灵活运维的技术路线进行产品研发和工程实施，最终在深圳龙华有轨电车示范线项目中得以成功地运用，为国内现代有轨电车的发展起到了良好的示范效应。目前正在建设的三亚现代有轨电车项目也采用了此综合智能控制系统的建设模式。