1、毕 业 论 文 (设 计 )题目：城市轨道交通运营中车站智能设备运用分析学生姓名:XX 学号：XXXXXX班 级: XXXXXX专 业：城市轨道交通运营管理分 院：工程技术分院指导教师：XXX 年 月 日长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸1目 录摘 要21.城市轨道交通车站设备监控系统网络化应用研究31.1 背景研究31.2 系统结构31.3 嵌入式技术应用42.轨道交通自动售票机设备52.1 自动售票系统概述62.2 其他城市轨道交通售票系统62.3 轨道交通售票系统的发展方向62.4 轨道交通线网 AFC 系统构架72.5 自动售票系统为轨道交通运营提供的功能72.6 常用缩写语定义8
2、3.结论94.参考文献附表105.致谢信11长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸2摘要城市轨道交通智能化系统包括综合监控系统、乘客资讯系统、综合安防系统、通信系统、自动售检票系统和信号系统。随着我国国民经济的持续快速发展，城市化进程的不断加快，城市基础设施特别是城市交通设施与城市化发展的矛盾逐渐显现。轨道交通作为现代化城市建设的标志之一，因其无污染、低噪音、高速度等等优点，被越来越多的城市采用。为了满足城市轨道交通的运营要求，在车站设置了保障正常运营的照明设备、通风空调设备、给排水设备、屏蔽门系统、自动扶梯等众多机电设备。为确保这些车站设备的正常工作，如何建立强有力的车站设备监控系统是城市轨
3、道交通车站(特别是地下车站)设计中极其重视的问题。 本文以上海市科技重大攻关项目“轨道交通车站设备监控系统嵌入式技术应用研究”为背景，是轨道交通车站设备监控系统嵌入式技术应用研究项目的一部分。主要研究面向轨道交通的网络化、集成化、智能化车站设备监控系统。它以网络化为基础，地理上分散，分层分布、以嵌入式智能单元为纽带，同时应用多传感器融合的故障预报与系统维护方法，实现智能故障诊断。 本文针对轨道交通进入网络化建设时期的趋势及未来 10 年轨道交通建设规划对轨道交通车站设备监控系统的技术需求进行较为详尽的分析。提出了基于嵌入式系统的轨道交通车站机电设备在线监测及故障智能预警系统的新型网络架构和功能
4、架构。以嵌入式技术应用研究为突破口，以轨道交通系统的关键电子产品为对象，攻克嵌入式技术在轨道交通领域应用的关键技术瓶颈；开发具有自主知识产权的基于嵌入式技术的轨道交通车站设备监控电子产品；研究基于多传感器融合的故障预报与系统维护方法，在嵌入式系统技术支持下，实现多传感器数据融合、特征提取。并验证了模型的有效性。本文的研究为提升高新技术(包括：嵌入式技术)在轨道交通领域应用水平，使相关产品在我国轨道交通领域推广应用，为实现行业技术的跨越，产生一定的示范作用，为轨道交通运营与管理的网络化、信息化、标准化、智能化奠定基础。长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸31城市轨道交通车站设备监控网络化应用研
5、究11背景研究我国轨道交通在不同的建设时期，选用了不同国家供货商的专业系统。由于各公司的技术背景、制式和标准不尽一致，设备功能相互不同也互不兼容，给轨道交通网络化建设运营时全网络设备状态的信息采集、信息发布、集中监控、车地信息交互以及系统集成等造成了许多障碍。针对轨道交通这个复杂的异构系统，要实现网络综合管理，就必须解决各线路系统的网络化连接和安全运营问题。城市轨道交通在单线建设时期，每条线路都单独建设一个控制中心。在单线运行模式下，各线路单独运行，由于各系统的制式问题各线间无法实现信息的互通，这就导致了一个严重的安全隐患：在紧急状况下无法实现整个轨道交通网络的安全运营。如在某一换乘枢纽站，若
6、一条线路的列车发生故障或火灾等状况，而另一条线的列车无法及时采取措施，仍然将大批乘客运送到车站，将会使情况进一步恶化。当轨道交通网络形成后，必须对整个网络的控制中心进行统一规划，同时要考虑多条线路控制中心的资源共享1。因此，必须建立一个在所有控制中心之上的统一的运营指挥协调和监控中心。该中心对整个轨道交通网络进行总体监控，在发生任何紧急情况时可以实现整个网络信息的共享和进行统一的指挥调度。随着城市轨道交通网络的建设，城市轨道交通的资源共享和互联互通问题日益突出。城市轨道交通网的互联互通，必须解决城市轨道交通信号系统的制式问题。目前，在我国已经或正在建设轨道交通线路的城市中，车站设备监控系统的核
7、心产品和技术基本上都是由国外引进，且每条线路的信号系统制式和供货商都不尽相同，即使是同一城市的各条线路系统制式也不尽相同2。在这种情况下，由于不同线路的信号系统无法相互识别，就不可能实现不同线路间的互联互通。这种状况直接影响了城市轨道的网络化发展。车站设备监控系统(BAS)关系到轨道交通整体功能的实现。BAS 对轨道交通车站、区间隧道、运营控制中心(OCC)等与运营有关的建筑和设施的机电设备进行可靠监长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸4视及控制，同时接收防灾报警系统(FAS)的火灾模式指令，对防排烟系统与正常的通风系统设备进行控制，以使地铁能正常有序地运营。该系统的控制对象主要为地铁通风空
8、调、给排水、正常照明及电扶梯等设备；其主要作用是对地铁内的环境质量进行监视和控制，使其在正常情况下满足乘客舒适度的要求，并在紧急情况下提供正确可靠的信息保证乘客人身安全 。12 系统结构鉴于城市轨道交通网络化建设的趋势，提出轨道交通车站设备监控系统(EMCS)的基于三层网络的实施架构，包括中心网络管理层、区域(线路)控制层和车站(现场)执行层。网络化的体系解决了轨道交通换乘枢纽建设过程中的资源共享。这里的资源共享不仅包括地下空间或设备和管理用房的资源共享，更重要的是车站机电系统和设备的共享。机电设备的共享包括不同轨道交通线路之间在一个换乘站内通风空调设备、供电设备、售检票设备、通信设备等的共享
9、，同时也包括防灾报警系统、设备监控系统等的联动。轨道交通网络化的设备维修体系、备件管理模式，也由以往的单线维护、备件管理模式，向区域化维修中心、虚拟库存管理模式转变。车站执行层主要应用嵌入式综合监控平台来汇集监控对象的状态，执行控制指令；区域控制层产生区域性设备控制操作和数据处理(报警处理、设备联动等)；中心级网络管理层负责实施全局相关的操作、管理和决策(如线路问联动控制、辅助维护等)。13 嵌入式技术应用嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式监控平台是整个综合监控系统的基础，它包含嵌入式前端处
10、理器和基于现场总线的控制系统，实现现场信息的采集与处理，对现场可控单元进行长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸5智能控制。前端处理器(FEP)是嵌入式监控平台的中央处理单元，是核心设备。FEP 在设定的控制周期下，循环执行以下任务：从 Io 设备采集现场数据；执行控制逻辑运算；与系统实时数据库或操作员站进行数据交换；向 IO 输出设备输出控制指令，并能根据设定条件产生报警数据。嵌入式监控平台的网络结构采用三层设备、二层网络的“3+2”体系结构。三层设备是：位于底层的现场设备，如传感器执行器，以及各种分布式Io 设备等；位于中间层的控制设备，如可编程逻辑控制器(PLC)、工业控制计算机、专用控
11、制器、网关等；位于上层的是监控设备，如嵌入式前端处理器等。二层网络是：现场设备与控制设备之问的控制网，即现场总线的底层通信网；控制设备与监控设备之间的管理网，一般指由专用网络构成的管理局域网络，采用 TCPIP 加以太网。现场设备用于执行控制信号并返回设备现场状态信号，主要包括模拟量输入设备、模拟量输出设备、开关量输入设备、开关量输出设备、脉冲量输入设备及一些其它的混合信号类型输入输出设备或 gr,i()殳备。控制网络及设备(Control Network，CNET)用于将 FEP 与 Io 设备连接起来；考虑到需要进行大量的模拟量数据传送，而且每个 Io 设备的数据量较大，故选择字节型长包协
12、议，例如 Profibus 等。系统网络及设备(System Network，SNEF)用于将操作员站、维护工作站、服务器等操作层设备和 FEP 连接起来，一般采用以太网；它在保证安全 l 生和可靠性的前提下，保证系统的开放性和易于集成的特性。本方案中，现场设备不局限于某线路的特定设备，它可以包括换乘车站不同线路的车站设备；尽管不同线路采用的制式和通信协议不同，但嵌入式前端处理器能适应这种异构的环境，提供上层监控系统以统一、规范化的车站信息描述，为达到车站设备监控系统的网络化、集成化奠定基础。长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸62.轨道交通自动售票机设备在我国城市轨道交通已形成一定规模、城
13、市轨道交通产业已初步形成的情况下，城市轨道交通的发展与城市土地资源、环境、能源等息息相关，对城市社会经济和国民经济将产生较大的影响，城市轨道交通作为发展公共交通的重要举措，客观上需要从国家战略角度保持其可持续发展。21 自动售票系统概述地铁和轻轨是一种快捷、安全、准点和大容量的城市公共交通。随 着 城 市 轨道 交 通 网 络 的形成，运营管理问题成为一个重要的议题。为了给公众生活与经济的发展提供优质服务 和 发 展 条 件 ， 必 须 使 用 先 进 的 自 动 售 检 票 （ AFC） 系 统 。 目 前 自 动售 检 票 （ AFC） 系 统 已 在 众 多 城 市 轨 道 交 通 系
14、统 中 投 入 运 行 ， 但 由 于 地 域 文 化 和 使 用 条件 不 同 ， 选用的自动售检票系统终端设备有很大差异。国外轨道交通自动售检票系统起步较早，依赖当时条件，磁卡技术发展比较成熟，因此车票媒介基本上以磁卡为主（如法国巴黎轨道交通收费系统），并逐步使 用 非 接 触 IC 卡。国内，目前，已开通的轨道交通主要集中在北京、上海、广州、天津、深圳、大连、南京、重庆、武汉等一些城市，还有不少城市的轨道交通正在建设之中如杭州 、 成 都 、 西 安 、 苏 州 、 宁 波 等 。 上 海 、 广 州 是 我 国 最 早 使 用 自 动 售 检 票 系 统 城 市 ， 自 动 售检票系统
15、投入运行约 10 年时间，车票媒介使用非接触 IC 卡。22 其他城市轨道交通自动售检票系统国 内 其 他 城 市 的 轨 道 交 通 自 动 售 检 票 系 统 ， 虽 然 有 所 差 异 ， 但 是 ， 从 本 质 来 说 ， 大 同 小 异。AFC 系统设备主要差异集中在二点：1） 单 程 票 使 用 筹 码 型 （ TOKEN） 非 接 触 师 IC卡媒介。2） 自 动 检 票 机 采 用 门 式 机 型 。广州市轨道交通，也实现网络化运营，在 网 络 内 ， 进行各条线路的集中管理，密 钥 管 理 、 发卡管理、运营管理、决策支持、报表查询、通信服务等系统功能，长春职业技术学院毕业论
16、文（设计）专用纸7换乘线路之间实现比例清分，此外，轨道交通网络与公交系统、银行系统及其他相关系统之间，可以实现结算、车票交易数据的整体处理和统计分析。广州轨道交通车票分为单程票、储值票（ 含 普 通 储 值 票 、 中 小 学 生 储 值 票 和 老年 人 储 值 票）、 老 年 人 免 费 票 、 纪 念 票 、 羊 城 通 交 通 卡 （ 即 羊 城 通 ） 。 单 程 票 在 售 出 当 站 、当 日 乘 车 有 效，出站时车票由出站检票机回收。广州轨道交通 1，2，3，4 号线均采用计程、计时票价制。其轨道交通自动售检票系统主要由非接触式 IC 卡车票、自动售票机、检票机、车站 AFC
17、 计 算 机 系 统 、 中 央 计 算 机 系 统 等 组 成 。 系 统使 用 非 接 触 式 IC 卡 作 为 车 票 媒 介 ， 实 现 乘 客 在 多条线路之间的免检票换乘，系统能兼容“羊城通”票卡，与广州市其它公交能实现“一卡通” 。 结 算 安 装 于 车 站 非付 费 区 的 验 票 机 ， 方 便 乘 客 查 询 车 票 和 羊 城 通 车 票 的 余 值 、 有 效 使 用 时 间 等 车 票 信 息 。23 轨道交通售检票系统的发展方向随着城市轨道交通的快速发展、相应技术的进步以及不同政策组合的灵活应用，城市轨道交通自动售检票系统总的发展趋势是标准化、简单化、集成化和人性
18、化。（1）标准化为实现轨道交通自动售检票系统的简捷和大集成，必须制定标准和规范，统一系统设备和终端设备，使系统达到统一的车票媒介，实现不同线路之间的方便换乘。（2）简单化为 适 应 快 节 奏 的 社 会 生 活 ， 乘 客 必 然 选 择 操 作 简 单 、 出 行 高 效 简 单 化 的 交 通 工 具 。轨 道 交通自动售检票系统必然向操作简单化方向发展。自 动 售 检 票 系 统 的 简 单 化 包 括 ：（1） 将 复 杂 的 自 动 售 检 票 系 统 通 过 系 统 集 成 ， 简 化 乘 客 的 使 用 操 作 ；（2） 通 过 人 性 化 的 设 计 ， 提 高 乘 客 的
19、操 作 效 率 ；（3） 集 成 化 轨 道 交 通 网 络 化 运 营 的 形 成 ， 使 自 动 售 检 票 系 统 规 模 越 来 越 大 ， 同时轨道交通与其他交通 方 式 之 间 的 关 系 也 越 来 越 密 切 ， 互 相 兼 容 、 联乘优惠、跨 系 统长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸8结 算 等 ， 必 然 造 成 各 种 系 统 的关联度越来越高。建立统一、标 准 化 、 跨 平 台 、 跨 系 统的 自 动 售 检 票 系 统 应 用 平 台 是 未 来 自动售检票系统发展的必然方向。采 用 以 通 用 件 、通 信 和 数 据 交 换 技 术 ， 构 建 可 靠
20、、 安 全 、 易 用 、 可 扩 展 、 互 联 性 高 的 系 统 架 构 ， 是 自 动 售 检 票系 统 的 要 求 ， 也 是 发 展 趋 势 。 在 实 施 过 程 中 ， 必 须 注 意 针 对 自 动 售 检 票 系 统 数 据 结 构 的 特点 和 系 统 对 安 全 性 的 要 求 ， 加强系统的集成管理，以满足自动售检票系统规模扩大和关联度增加的要求。（4） 人 性 化自 动 售 检 票 系 统 本 来 就 是 密 切 结 合 应 用 和 利 益 的 系 统 ， 从“ 以 人 为 本 ”的理念出发自动售检票系统的操作方式和界面也必然越来越人性化，自动售检票系统的人性化包括
21、： 1） 根 据 人 体 工 程 学 基 本 原 理 设 计 终 端 设 备 的 人 机 界 面 ；2）设计符合乘客习惯的操作方式； 3） 设 计 合 适 的 出 入 口 通 道 ， 方 便 轮 椅 人 士 、推 折 叠 式 婴 儿 车 的 乘 客 ； 4）系统能向人们提供越来越多的相关信息。 2.4轨道交通线网 AFC系统构架轨 道 交 通 线 网 AFC 系统的五层构架如 （ 图 1-2）所示第一层，是轨道交通“一票通”清 分 系 统 ； 第 二 层 ， 为 各 线 路 AFC 系 统 中 央 计 算 机 系 统 构 成 的 中 央 层 ； 第 三层 ， 是 车 站 计 算 机 系 统 组 成 的 车 站 层 ； 第 四 层 ， 为 车 站 终 端 设备 组 成 的 终 端 层 ； 第 五 层 ,为 车 票 层 。 长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸92.5自动售检票系统为轨道交通运营提供的功能1操作功能（1）方便乘客在每一个车站，进站检票机、出站检票机、栏杆和服务中心把车站的站厅层分隔成付费区和非付费区二部分。自动售检票系统（AFC）形成一个封闭系统。乘坐地铁的乘客在进站检票机处进行检票，并在出站检票机上进行车费核算。对于有问题的车票，进站检票机和出站检票机都将向乘客提示“去服务中心”进行票务处理。
