自动化在城市轨道交通中的应用与发展论文.docx
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自动化在城市轨道交通中的应用与发展论文
题目：
自动化在城市轨道交通中的应用与发展
专业：
自动化（铁路信号）
学号：
12824240
姓名：
张兵
指导教师：
邵理阳教授
学习中心：
武汉铁路职业学院学院
西南交通大学
网络教育学院
2014年3月25日
院系专业自动化（铁路信号）
年级2012-18学号12824240姓名张兵
学习中心武汉铁路职业技术学院指导教师邵理阳
题目自动化在城市轨道交通中的应用与发展
指导教师
评语
是否同意答辩过程分（满分20）
指导教师（签章）
评阅人
评语
评阅人（签章）
成绩
答辩组组长（签章）
年月日
毕业论文任务书
班级2012-18学生姓名张兵学号12824240
开题日期：
2014年3月5日完成日期：
2014年4月10日
题目自动化在城市轨道交通中的应用与发展
1、本论文的目的、意义撰写本论文是对我所学知识做最后一次全面的检验，对我基本知识、基本理论和基本技能掌握与提高程度的一次总测试。
还可以培养我的科学研究能力，初步掌握进行科学研究的基本程序和方法，通过收集和整理材料，能提出问题、分析问题和解决问题，并将其结果以文字的形式表达出来。
经过本次论文的撰写，使我更生动、更切实、更深入的学习专业知识，此外，我在毕业论文写作过程中，对所学专业的某一侧面和专题作了较为深入的研究，培养学习的志趣，这对于我今后确定具体的专业方向，增强攀登某一领域科学高峰的信心大有裨益。
撰写本论文是检验我在校学习成果的重要方法，能唤起我对科学研究的极大兴趣，激发对科学事业的满腔热情，以及写作中辛勤的耕耘。
通过本论文的撰写，极大的提高本人写作水平和文字表达能力。
同时，我也对自动化技术在城市轨道交通中的应用有了更加全面、深入的了解和研究，并且知道现代自动化技术的重要性和复杂性，而且也知道自动化技术在城市轨道交通中还有更加广泛深入的研究和应用需要我们去摸索和实现，为将来从事这方面的工作和深究起到了很好的铺垫作用，极大的激发了我对此专业、此课题的兴趣。
2、学生应完成的任务1.通过论文的撰写，对论文的格式和写作方法要更加熟悉和规范。
2.通过对课题的研究，明白当前我国轨道交通的形式和发展状况
3.通过对课题的研究，对自动化技术在城市轨道交通中的应用有更加深入的了解和研究
4.明白自动化技术在城市轨道交通中还有很多发展空间需要我们去实现
5.完成本次论文，并且使同学和老师通过阅读此论文也对自动化技术在城市轨道交通的应用有初步了解，明白此应用的发展空间还很大。
3、论文各部分内容及时间分配：
（共8周）
第一部分初步介绍自动化技术在城市轨道交通中的应用（1周）
第二部分轨道交通自动化全面解决方案——综合自动化监控系统（1周）
第三部分轨道交通综合自动化系统方案（2周）
第四部分实施的重点难点问题（1周）
第五部分综合自动化监控系统的功能、新技术内涵和未来（2周）
评阅或答辩（1周）
4、参考文献
林源,城际快速轨道交通的发展及应用研究山东交通学院学报
王开满,王军,张慎明,城市轨道交通自动化综合监控系统的集成模式城市轨道交通研究
徐杰,刘春煌,李平等.城市轨道交通系统信息共享平台研究[J].城市轨道交通研究,2005
（2）:
35.
吴新平,董德存.城市轨道交通信息集中监控系统的设计与实现[J].城市轨道交通研究,2005（4）:
47.
王开满,张慎明,江平.轨道交通自动化监控系统的特点及其发展趋势[J].城市轨道交通研究,2006
（2）:
1
备注我国人口众多，经济水平提高的同时也给交通带来了巨大的压力，尤其是在节假日等重要日期铁路公路的客流量极大，并且车次间隔较长，因此建立发车间隔较短占地面积较小且安全系数高的列车十分重要。
城市轨道交通（轻轨和地铁）在城市的建设和发展中正起着越来越重要的作用，现代化城市建设要求城市轨道交通的全面现代化，要求在轨道交通中采用先进的自动化技术。
指导教师：
年月日
审批人：
年月日
诚信承诺
一、本论文是本人独立完成；
二、本论文没有任何抄袭行为；
三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消
本人答辩（评阅）资格。
承诺人（钢笔填写）：
年 月 日
目录
摘要1
1引言2
1.1城市轨道交通系统的重要性2
1.2自动化在城市轨道交通系统中的影响2
1.3自动化在城市轨道交通系统中的作用3
1.4自动化在城际轨道交通系统中的构建4
1.5自动化在城际轨道交通系统中的发展前景5
2综合自动化介绍6
2.1轨道交通自动化技术的发展6
2.2综合自动化系统的优点介绍7
2.2.1实现资源共享，提高轨道交通运营效率7
2.2.2提高自动化系统的可靠性7
2.2.3综合监控系统的可扩展性强8
2.2.4可实现高性能价格比，减少投资8
2.2.5为轨道交通工程提供补充集成平台8
3综合自动化系统的可行性9
3.1分层分布式计算机网络为综合自动化系统提供了集成平台9
3.2网络标准化技术和接口技术加强了综合自动化系统的集成能力9
4轨道交通综合自动化方案10
4.1综合自动化技术系统集成度的选择原则10
4.2适度集成的综合自动化技术系统方案10
4.3综合自动化技术系统的远期集成方案10
5实施的重点难点问题12
5.1接口问题12
5.2系统的再开发问题12
6城市轨道交通自动化监控系统解决方案13
7自动化监控系统的功能15
7.1系统的一般功能15
7.2系统的总体功能16
8自动化系统的新技术内涵19
8.1车站级系统集成19
8.2全线综合监控19
8.3综合监控管理的实现19
结论21
致谢22
参考文献23
摘要
经济的发展使道路上车辆急剧增多、道路拥堵严重。
因此建立城市轨道交通是十分必要的，它不但缓解了交通压力，也促进了经济发展。
城市轨道交通自动化系统由很多设备构成，系统安全性较高。
当然，城际轨道在施工过程中还存在着一定的问题。
为了进一步优化我国的城际轨道交通自动化系统，文章提出了其构建的具体过程并对其未来发展趋势进行了论述；分析了城市轨道交通实施综合自动化系统的必要性；介绍了国内外轨道交通采用综合自动化系统的概况；论述了轨道交通综合自动化系统的优点及实施可行性；提出了适合于我国轨道交通发展的综合自动化监控系统集成方案：
构建一个分层分布式的计算机集成系统平台，尽量地将子系统互联，实现资源共享，实现全系统统一协调管理。
对各类接口应进行统一规划、采用统一标准。
系统的应用开发也是综合自动化系统实施中的重点之一。
关键词：
城市轨道交通自动化综合监控
1引言
交通压力巨大是我国目前的现状，因此建立高速、快捷、方便的列车是降低交通压力的重要的手段。
不得不承认我国的交通系统以及交通基础设施与国外发达国家仍存在着一定的差距，人口众多是造成交通拥堵的主要原因。
尤其是对城际交通来说，人流大且车次少，因此城市轨道列车的建立就成为了必然。
当前中国国民经济的发展进入到一个新的阶段，以人均GDP（GrossDomesticProduct）值计算，经济已经上升到了一个新的水平，以当前的城市交通规模以及汽车行业的爆发式增长，城市交通已经无法承载越来越多的“路上人口”,因此，从地上发展至地下，从公路交通发展至轨道交通已成为必然趋势。
按发达国家的历史经验，这一水平，这一时期必然成为城市轨道交通大发展期爆发期。
未来的数年内，我国轨道交通的里程将呈爆发式增长。
北京、上海、广州和以深圳为中心的珠江三角洲以及全国各地各大城市都将陆续上马多条地铁和轻轨线。
在这样一个背景下，推动了各种新技术，特别是自动化技术在轨道交通中的应用。
尤其是在轨道交通设备国产化的大政策扶植下，更推动了我国自主核心技术在其中的应用与发展。
目前，在我国一些新建的轻轨和地铁项目中应用的综合自动化系统正是现代自动化技术在轨道交通应用中最重要、最全面的体现。
对这一新技术的深入研究也是我国自动化技术领域的一个重要课题。
1.1城市轨道交通系统的重要性
我国人口众多，经济水平提高的同时也给交通带来了巨大的压力，尤其是在节假日等重要日期铁路公路的客流量极大，并且车次间隔较长，因此建立发车间隔较短、占地面积较小且安全系数高的列车十分必要。
城市轨道交通的设计能够更好地适应这一要求，因此建立城市轨道交通系统是十分必要的。
它是缓解我国交通压力、促进城市经济发展的重要手段，另外，城市轨道交通的污染较小或几乎所有建构材料为环保材料。
其构建实现了我国交通设施的全面性，加速了不同城市之间的交流，有利于实现共同发展，提高城市的核心竞争力。
总之城市轨道交通系统对我国的交通、经济以及环境等多个方面都起到积极的作用。
1.2自动化在城市轨道交通系统中的影响
城市轨道交通（轻轨和地铁）在城市的建设和发展中正起着越来越重要的作用。
现代化城市建设要求城市轨道交通的全面现代化。
要求在轨道交通中采用先进的自动化技术。
现代城市轨道交通对自动化技术的需求是：
（1）城市轨道交通必须高效率、快节奏。
任何迟滞、阻塞都会造成极坏影响。
城市轨道交通自动化系统必须是一个稳定的、快速响应的、高效运转的系统。
（2）轨道交通实现自动化要以可靠性和安全性为第一。
用于城市轨道交通的自动化系统必须是高可靠性和高安全性的系统。
它又是快速交通工具，必须可靠、稳定、安全运行。
运行的安全性和监控系统的可靠性与市民生命财产和社会秩序紧密相连。
因此，
（3）城市轨道交通全线实现自动化，就需要在车站建立局域网监控车站设备，在全线建立城域网监控管理全线的运营。
（4）城市轨道交通的投资很大，业主希望通过对旅客的增值服务，带来更大的经济效益。
因此需要在自动化系统实现多媒体技术和其他新技术的应用。
实现车站信息化，车上信息化，为乘客提供更安全、更优良的服务。
（5）城市轨道交通要求各专业必须协调运作，全线信息共享，具有较强的抗灾害能力、交通指挥能力和调度能力。
因此，轨道交通自动化系统，应实现综合监控、协调管理，满足轨道交通现代化管理的要求，保证旅客安全和设备安全，保证高效运转。
因此，综上所述，城市轨道交通系统的各项特点、各项优势都需要通过自动化系统来实现，从而保证乘客的舒适快捷体验以及工作人员的方便快捷操作。
（魏晓东，现代化自动技术在城市轨道交通中的应用，2003）
1.3自动化在城市轨道交通系统中的作用
城市轨道交通与公路交通以及铁路交通不同，它有其独特的特点，因此，应用于城市轨道交通的自动化系统也有其独特性。
（1）城市轨道交通自动化系统是一个各专业子系统互连，具有统一的平台，实现资源共享的综合自动化监控系统。
随着自动化技术的进步和通信技术的现代化，轨道交通中子系统多岛分立的自动化系统逐渐退出应用。
城市轨道交通自动化系统正在发展成为一个计算机集成系统，这个系统将是具有统一的平台，具有综合监控功能的软件体系，可以实现灾害模式下、阻塞模式下和正常情况下的全系统联动。
（2）因为有了一个高可靠性和带宽资源极大的计算机集成网络，所以各种新技术特别是计算机多媒体技术广泛应用到了轨道交通的监控管理中。
例如，数字视频系统，声讯查询系统、车站动态信息服务系统、地理信息系统等，因此，应用于轨道交通的自动化系统是一个广阔的系统集成平台，其上可集成各种新型技术，具有良好的扩展性和开放性。
（3）应用于城市轨道交通自动化系统是一个高响应性的实时控制系统。
虽然它是三层结构，但从顶层到底层的遥控响应时间（即遥控命令发出到被控装置执行信息返回的时间）不高于2秒。
（4）应在车站级建立可靠的、快速的监控网络，应建立一个通管全线的中央监控中心及中央监控网络。
通过骨干网（城城网）将各车站的监控网与中央监控网连接起来。
整个监控系统是一个分层分布的计算机网络，是一个大型的地理上分散的SCADA系统。
（5）用于轨道交通的监控系统必须满足可靠性设计，必须具备安全保障体系。
无论是车站里还是中央监控中心的监控网，必须是高可靠性的工业监控网。
作为骨干网的城域网要求可靠性和安全性更高一个级别。
也要求全线分层分布网络高可靠性，达到可用率指标为99.99%。
1.4自动化在城际轨道交通系统中的构建
城际轨道交通自动化系统由供电和通信系统、信号传输系统以及车辆等多种设备组成。
因此其构建过程较为复杂，要求技术含量较高。
基于这个原因，我国城市轨道交通自动化系统的构建要进行阶段性建设，并根据需要不断地进行扩建或拆除，以防止多余工程的产生。
城市交通轨道自动化系统的主要特征在于子系统的独立性和自我控制性。
这样可以在原有的基础上进行其他子系统的扩建，并且各个子系统之间是不会互相干扰的，不会出现连带故障。
在这种条件下建成的交通自动化系统包含了多个子系统的设备和功能，加快了信息的传递速度，降低了服务器的负担，同时子系统的操作和运行较之前更加方便。
其具体构建过程如下：
（1）列车自动控制系统：
其构建目的主要在于方便列车运行过程中的电路故障检修，通过该系统可以了解其他列车的运行情况、客流量等情况，避免交通事故，并且通过该系统可以申请停电检修从而缩短检修时间。
（2）电力监控系统：
该系统的构建是为了确保火灾发生时旅客的生命安全。
列车运行中一旦发生火灾，仅仅靠报警系统是不够的，还需要及时切断电源以防止火势扩大或造成其他灾难。
电力监控系统与列车运行控制系统配合就可以实现停车和断电，切换进入消防运行状态并对其进行实时监控，将影响降到最低。
（3）信息发布系统：
在城际列车运行中，及时发布火灾信息、其他列车的运行线路和状况，不但可以为旅客提供方便，同时可以有效控制列车运行风险。
一旦风险发生时，也能够采取有效的措施，确保旅客的安全。
当然，对于城际轨道交通列车来说，还包括很多其他的子系统，各个子系统的作用都是不可忽视的。
1.5自动化在城际轨道交通系统中的发展前景
交通压力的增大是城际轨道交通出现的主要原因。
事实证明，城际轨道在缓解交通压力方面起到了积极的作用。
同时城际轨道的污染较小，起到了保护环境的作用。
但是目前的城际轨道交通系统具有多个子系统，虽然作用明显，但是操作起来比较复杂，且造价较高。
因此对于未来交通系统来说，实现更加便捷且实用的轨道交通将成为必然趋势。
另外，科技的发展会使未来轨道列车的速度更快，安全系数更高，并且自动化系统的功能应得到进一步开发，降低列车的复杂性。
当然我国的轨道列车技术与国外发达国家还存在一定的差距，随着科技和经济的发展，我国的城际轨道交通会实现与世界接轨。
2综合自动化介绍
2.1轨道交通自动化技术的发展
进入90年代，由于计算机、自动控制系统、计算机通信网络特别是大型计算机监控系统技术的长足进步，多岛控制的自动化孤岛被打破，分立的监控系统逐步地走向综合自动化监控。
轨道交通的各专业自动化都采用统一的计算机硬件平台和软件平台。
无论是电力监控、设备监控，还是行车调度监控、通信监控，它们都建立在一个统一的计算机网络平台上，由一个统一的软件体系支持。
由多岛变为综合的结构。
在OCC、全线监控系统由高可靠性工业监控网支持，采用一套冗余配置的全局服务器（高端、增强型）及若干专用服务器，几个相邻专业共享一台操作员站，外围设备全系统共享，特别是软件、共享一个统一的软件平台。
在车站、监控系统由高可靠的工业监控网支持，车站建立综合监控室，配有冗余操作站集成管理车站各个专业的信息。
以实现地铁全线各专业资源共享，信息互通，使全线系统在一个平台上运行。
综合自动化监控系统在计算机技术和网络技术的推动下诞生，并在地铁监控的工程实践中日益成熟。
一个新建的地铁或轻轨工程选择综合自动化监控系统已成为自动化设计的主流。
自动控制系统技术多以半导体电路、分立组件为主的设备来实现。
地铁的监控管理水平较低。
随着计算机技术和自动控制技术的进步，轨道交通的各专业按照自身的技术特点，不同程度地应用计算机技术、网络技术。
计算机监控系统出现了RTU（远程测控终端）加低速（数据传输率）数据通道的方法，在中央监控中心采用前置通信机将各车站信号综合在一起。
各专业监控系统都有自己独立的网络，轨道交通自动化监控系统便发展成为一种分立监控系统的方式。
这些分立的系统在中央监控中心（OCC）都有本专业的服务器、操作站及外用设备，都有自己的不同结构的通信网络，采用的是各不相同的监控软件；在车站也有本专业的监控网络及监控站。
这种分立的监控系统方式在计算机控制系统理论上称为多岛监控系统，一个网络称为一个自动化孤岛（Automation-island）。
轨道交通（地铁或轻轨）一些重要的信息应该是有联系的。
例如：
防灾报警信号会传到各系统，触发各系统的灾害模式；列车位置阻塞信息，也会触发各系统的阻塞模式。
但是分立系统的硬件平台与软件平台是分立的，它们之间的联络比较困难且成本较高，难于实现信息互通、资源共享，要实现地铁运营的协调统一管理，不得不加入人工干预，这样就降低了可靠性、响应性和运营效率.（魏晓东，现代化自动技术在城市轨道交通中的应用，2003）
因此，城市轨道的自动化监控系统，不仅能够反映国家的科技水平和管理能力，也是一个国家综合实力的体现，建设安全高效的轨道交通自动监控系统，有助节约资源，促进社会的和谐只有充分利用最新的科研结果,选择合适的监控系统策略,才能实现快捷高效的运营和管理，便于预防事故，降低维护成本，提高轨道交通的运营效益。
2.2综合自动化系统的优点介绍
2.2.1实现资源共享，提高轨道交通运营效率
综合自动化系统采用统一的硬件平台和软件平台，将各专业的信息综合在全局数据库及分布式实时数据库中。
OCC和车站控制室里的各类操作员站都可以实时对这些数据库进行访问，也可访问各种应用程序的结果，从而使各专业的信息互通，使全系统资源共享。
综合自动化系统在灾害或事故发生时可以发挥极大的综合监控和统一协调作用；而在正常工作情况下，由于轨道交通运营有一个统一的安全可靠的信息平台支持，可使各专业的管理工作保持良好状态。
同时，各专业子系统有关的信息又可被综合自动化系统集成，组成轨道交通高效运营、科学管理的大系统。
各专业子系统的各类设备及运行的信息也可被集成，构成全轨道交通的设备管理系统，使价格高昂的轨道交通各类设备得到优化管理、优化运行。
全系统的信息被集成在一起，对各专业来讲可以共享全线的资源。
特别是多媒体技术的引入，使每一专业能更充分地利用其它专业的资源。
例如，全线可设置信息查询系统综合查询全系统所有重要信息，包括旅客流量、车辆信息、车站站台情况、环境温度、变电站重要参数等。
有综合自动化系统的支持，用户可以方便地查询到必要的信息。
综合监控系统也为轨道交通的现代化管理提供了良好的基础。
由于各专业的实时数据、历史数据全在综合监控系统的服务器中，从而全线监控管理中心可以将各专业的有用信息综合起来为现代化管理服务，使轨道交通全面、协调、高效益地运营。
还可以充分利用综合自动化系统提供的实时数据和历史数据进行优化管理、节能管理，提高轨道交通的经济效益。
2.2.2提高自动化系统的可靠性
由于计算机网络技术和计算机软硬件技术的进步，综合自动化系统采用一个统一的平台取代了分立的多岛平台。
平台统一之后，极大地增强了技术性能，原来设在OCC的多台各专业数据服务器被2台冗余配置的高端数据服务器所取代，使得全系统管理数据服务器性能极大加强。
集成监控系统采用了计算机网络分层结构。
现场级是基础自动化层。
此层由各专业的控制网络组成，它的实时性极高，并实现分散控制，即使上层网络故障也不影响对现场设备的可靠控制。
这就为轨道交通的安全运行提供了可靠保证。
2.2.3综合监控系统的可扩展性强
综合监控系统的扩展空间极大，它可以很好地支持轨道交通工程的拓展。
例如：
建新线路时无需重新建网，只需增加骨干网节点数目即可。
综合自动化系统为先进计算机技术的应用提供了广阔平台，而新技术的应用使综合监控平台更加宽广。
集成系统的硬件和软件平台性能优良，可应用各种计算机多媒体技术，应用当今先进的计算机新技术。
已经应用成功的技术有设备管理技术、地理信息技术系统（GIS）、数字视频技术、信息查询技术、计算机语音合成技术以及大屏幕技术等。
2.2.4可实现高性能价格比，减少投资
综合自动化系统实现了多网合一，减少了原来各专业实现本专业监控所需的网络设备和通信设备，但系统的安全可靠性以及功能却较大地提高，因此具有良好的性价比。
特别是系统软件和应用软件数量减少更多，从而可大大降低软件总费用。
同时，综合自动化系统中各个子系统接入同一网络，由一个系统对各子系统进行集成，这便于设备的统一，设备供货与备品备件都变得简单。
此外，综合自动化系统统一解决了各子系统的接口问题，使得接口和接口管理问题可以妥善解决。
2.2.5为轨道交通工程提供补充集成平台
一般而言，轨道交通工程在执行的过程中总有一些补充的项目需要加入进来。
由于综合自动化系统具有良好的扩展能力，可将这些补充系统集成，无需再建网络，可为工程节约资金，提供方便。
3综合自动化系统的可行性
3.1分层分布式计算机网络为综合自动化系统提供了集成平台
计算机网络技术的进步促使工业自动化控制系统中出现了一类大型的以监控管理为主的系统。
这类系统已经跳出了局域网的范畴，跨到了城域网或广域网。
这类大型的监控系统是由广域网跨地理范围（或跨地区）将数个局域网连接起来组成。
它一般都采取分层分布式结构，通过骨干网将各局域网连接起来，在骨干网的一个节点上建立一个全系统的监控中心。
此中心也由一个冗余的监控网络支持，形成了系统的顶层。
这种大型监控系统又称为地理上分散的SCADA系统。
系统采用三层结构：
顶层为中央监控中心；中间层为局域网监控层；底层为局域网的设备控制层。
这种分层分布式计算机网络技术发展得极为成熟，已在诸多领域成功应用。
轨道交通综合自动化系统采用的正是这种分层分布式计算机网络。
3.2网络标准化技术和接口技术加强了综合自动化系统的集成能力
20世纪90年代以后，计算机网络标准化的进程大大加快，特别是Internet网络技术推动了网络及通信协议的标准化。
当前，TCP/IP协议几乎成为一个通用标准；而高速交换以太网技术更加成熟，也被普遍应用；现场总线已有了并行的八个标准，例如Profibus、WorldFIP、Interbus、Can、FFbus、Modbus、ABcontrolnet等。
这些工业网络标准的推广，为综合自动化系统的集成提供了方便。
软件技术的标准化进程也极为迅速，中间件技术、软总线技术以及ODBC和OPC协议广泛应用，为底层的第三方设备接入提供了强大的集成能力。
网络的互连一直是打破自动化孤岛进程中最重要的问题。
轨道交通综合监控中必须要有成熟接口技术的支撑。
目前，网络接口技术已日趋成熟，一方面通信日趋标准化，另一方面接口装置及接口模块产品更多、更好、更方便。
这就从产品和技术上支持了综合自动化系统接入更多的设备与系统，支持了综合自动化系统发展得更完善。
4轨道交通综合自动化方案
4.1综合自动化技术系统集成度的选择原则
分析国外轨道交通综合自动化系统的经验可知，其实际系统的形式多种多样，集成的
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