肖寶弟 劉志明 白 雪

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營調(diào)度指揮系統(tǒng)建設(shè)研究

肖寶弟 劉志明 白 雪

摘 要：城市軌道交通進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化階段后，面臨著綜合交通智能一體化的挑戰(zhàn)。分析了城市軌道交通調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究背景和發(fā)展趨勢，提出了先進(jìn)的、切實可行的網(wǎng)絡(luò)運營調(diào)度指揮系統(tǒng)的技術(shù)方案。強調(diào)應(yīng)發(fā)揮信號控制和行車指揮在該系統(tǒng)中的作用，確保系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；運營調(diào)度指揮；面向服務(wù)的框架

肖寶弟：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所，副所長，研究員，北京 100081

1　研究背景

安全、高效和及時有效的調(diào)度是城軌持續(xù)安全運行的保障。其主要功能包括：①編制合理高效的運行計劃，滿足旅客出行的需要；②組織列車運行，保證城軌正點運營；③對供電、環(huán)控及防災(zāi)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，確保城軌運行安全可靠；④對設(shè)備維修和施工進(jìn)行管理，保持設(shè)備狀態(tài)良好；⑤實現(xiàn)應(yīng)急指揮，處置突發(fā)事件。

但是，由于建設(shè)投資的模式和周期等因素，國內(nèi)目前尚沒有真正意義上的網(wǎng)絡(luò)化城軌線網(wǎng)調(diào)度指揮控制中心。雖然在北京、上海、廣州、深圳等城市均建有規(guī)模不等的軌道交通控制中心，但這些控制中心通常是按照線路進(jìn)行設(shè)置的，城市軌道交通已經(jīng)建成和正在規(guī)劃的控制中心均存在以下缺點和不足。

(1）缺乏前期規(guī)劃。城軌建設(shè)均采用按線路為單位運行的模式。各地城軌建設(shè)之初，均以保開通為目標(biāo)，缺乏對城軌成網(wǎng)后的運輸組織和行車指揮的考慮，由此造成了無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各條線路各自為政，使得線網(wǎng)形成后，無法進(jìn)行有效的集成。

(2）標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的滯后。由于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范滯后，給城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營調(diào)度指揮系統(tǒng)的建設(shè)帶來更多的問題。如：NOCC（線網(wǎng)運營控制中心）、TCC(軌道交通路網(wǎng)指揮調(diào)度中心)、OCC（線路運營控制中心）等均無相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，造成多廠家產(chǎn)品混雜，不僅給集成工作帶來困難，更重要的是給城軌運行安全帶來極大的隱患，一旦某條線路在換乘站發(fā)生故障或突發(fā)事件，其他線路無法及時采取有效措施，持續(xù)向換乘站發(fā)送旅客，將會使故障和事故的影響逐漸放大。

(3）系統(tǒng)定位不明確。調(diào)度中心是行車指揮控制中心，不是監(jiān)視中心，其主要功能應(yīng)定位在計劃編制和運行指揮，電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、火災(zāi)報警系統(tǒng)（F A S）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）等只是設(shè)備運行監(jiān)控，應(yīng)列入維護(hù)管理系統(tǒng)。

(4）技術(shù)落后，成本較高。尚未采用先進(jìn)集成技術(shù)，系統(tǒng)資源無法共享。計算機、網(wǎng)絡(luò)、機房、供電重復(fù)建設(shè)[1]，資源浪費嚴(yán)重。

本論文的研究目標(biāo)就是制定能夠?qū)崿F(xiàn)對整個城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一、集成、協(xié)調(diào)和智能化管理的調(diào)度指揮體系及解決方案。

2　發(fā)展趨勢

2.1需求發(fā)展

目前，南京、武漢、深圳、廣州、成都、天津、青島、哈爾濱等城市均在開展城軌調(diào)度指揮中心的建設(shè)，因為隨著中國各城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的逐步形成，網(wǎng)絡(luò)化運營已經(jīng)成為大家的共識。

以廣州地鐵為例，目前共有5個控制中心，具體設(shè)置及控制的線路如下：公園前行車控制中心，控制1、2、8號線；大石行車控制中心，控制3號線；石碁行車控制中心，控制4號線；魚珠行車控制中心，控制5號線；夏南行車控制中心，控制廣佛線。由于廣州地鐵已經(jīng)有多條線路，形成了線網(wǎng)，現(xiàn)有的地鐵指揮系統(tǒng)已無法適應(yīng)指揮需要。未來，廣州將有更多地鐵線路投入運營，建設(shè)一個地鐵指揮中樞勢在必行。為此，廣州市地下鐵道總公司計劃投資10億元人民幣，在海珠區(qū)琶洲地塊萬勝圍建設(shè)一個總建筑面積達(dá)31萬m2的廣州地鐵線網(wǎng)運營管理指揮中心，該中心建成后，將用于整個地鐵線路的指揮調(diào)度?？紤]到未來地鐵線路非常多，該中心也預(yù)留了擴展空間，各條線路的控制中心仍將保留。

此外，天津市也啟動了軌道交通調(diào)度指揮中心建設(shè)項目。根據(jù)規(guī)劃，將分別在天津市和濱海新區(qū)建設(shè)2個互聯(lián)互通的城軌調(diào)度指揮中心，分別控制市區(qū)22條和濱海新區(qū)8條軌道交通線路，涵蓋天津市全部軌道交通項目。

2.2政策發(fā)展

發(fā)展公共交通是國家重要的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)政策，軌道交通具有的大容量、快速、環(huán)保等特點，一直是大城市解決交通擁堵問題的首選，已經(jīng)頒布的《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》、《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》、《工業(yè)轉(zhuǎn)型升級規(guī)劃（2011-2015年）》和《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，對軌道交通發(fā)展明確提出要求。

加強技術(shù)創(chuàng)新：加強創(chuàng)新，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，研制具有知識產(chǎn)權(quán)的高端軌道交通裝備，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。加快推進(jìn)軌道交通裝備的輕量化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展，不斷提升軌道交通裝備的安全性、可靠性、舒適性和環(huán)境友好性，滿足市場個性化需求。

信號及綜合監(jiān)控與運營管理系統(tǒng)：其中包括開發(fā)先進(jìn)的軌道交通控制系統(tǒng)。完善大型數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)平臺關(guān)鍵技術(shù)，突破基于一個信息共享平臺的行車監(jiān)控應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)行車、供電、機電、通信、防災(zāi)、工務(wù)、車輛等綜合監(jiān)控信息集成，形成綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)。

2.3技術(shù)發(fā)展

目前，國外主要城市的地鐵調(diào)度指揮（控制中心）系統(tǒng)由以下廠商提供：東京帝都高速交通營團(tuán)綜合監(jiān)控中心—日本日立公司；加拿大多倫多地鐵綜合控制中心—法國阿爾斯通公司；美國紐約地鐵綜合控制中心—德國西門子公司；新加坡東北線綜合自動化中心—法國泰雷茲公司；美國費城市交通管理指揮中心—美國通用電氣公司。此外，西門子公司、泰雷茲公司還為國內(nèi)一些地鐵線路提供了控制中心系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的主要特點如下。

(1）高度集成。采用統(tǒng)一的技術(shù)平臺，實現(xiàn)對行車、供電、環(huán)控、視頻等系統(tǒng)的集成。

(2）高可靠性。采用冗余技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的不間斷運行。

(3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。采用高速網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)互聯(lián)互通。

(4）業(yè)務(wù)驅(qū)動。根據(jù)城市軌道交通運營和管理的需求，根據(jù)調(diào)度人員的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。

(5）中間件技術(shù)。采用中間件技術(shù)，快速完成系統(tǒng)的開發(fā)與部署。

綜上所述，城市軌道交通綜合運營調(diào)度指揮系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢是：高度集中的統(tǒng)一平臺、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、高可靠技術(shù)、高效率軟件開發(fā)技術(shù)、基于用戶需求進(jìn)行靈活配置的軟件變更技術(shù)、高安全防護(hù)技術(shù)、企業(yè)服務(wù)總線技術(shù)、面向?qū)ο蟮拈_發(fā)技術(shù)、大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)等[2～3]。

2.4市場發(fā)展

目前，國內(nèi)正在建設(shè)和計劃建設(shè)城軌調(diào)度指揮中心的城市有10多個，在建設(shè)過程中將會面臨以下問題。

國外廠商拒絕提供相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，甚至拒絕提供開放的接口，并且造價昂貴，城市軌道交通調(diào)度中心的系統(tǒng)集成工作將會遇到很大的阻力。

國內(nèi)現(xiàn)有已建成的調(diào)度中心基本上處于設(shè)備集中設(shè)置、系統(tǒng)無法集成的狀態(tài)，一些所謂的控制中心僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)監(jiān)視和復(fù)示,無法實現(xiàn)真正意義的系統(tǒng)集成。

因此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營調(diào)度指揮系統(tǒng)不僅具有十分重要的戰(zhàn)略意義，也同樣具有非常廣闊的市場前景。

3　技術(shù)方案

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營調(diào)度指揮系統(tǒng)采用SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）架構(gòu)形式來搭建，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、安全管理和技術(shù)平臺上，構(gòu)建在界面、功能、數(shù)據(jù)和流程等各個層次上高度統(tǒng)一、有機集成的完整系統(tǒng)。系統(tǒng)由業(yè)務(wù)應(yīng)用、公共服務(wù)框架、統(tǒng)一SOA支撐框架、統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型管理、接口適配器框架、統(tǒng)一系統(tǒng)訪問門戶、統(tǒng)一系統(tǒng)安全管理構(gòu)成，如圖1所示。

3.1業(yè)務(wù)應(yīng)用

指系統(tǒng)上部署的業(yè)務(wù)模塊，包括建設(shè)管理、運行管理、服務(wù)發(fā)布、統(tǒng)計分析、維修管理等。

3.2公共服務(wù)框架

指將各業(yè)務(wù)應(yīng)用中相對穩(wěn)定的、共性的業(yè)務(wù)和技術(shù)能力抽象出來，通過服務(wù)的封裝和重用，形成公共的業(yè)務(wù)和技術(shù)服務(wù)框架。作為構(gòu)建各專業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，最大限度地降低系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)的成本，提高系統(tǒng)的靈活性和對變化的響應(yīng)度。

3.3統(tǒng)一SOA支撐框架

指基于開放、標(biāo)準(zhǔn)和整合的SOA平臺，為應(yīng)用開發(fā)和部署提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問，共享的業(yè)務(wù)服務(wù)訪問，以及與內(nèi)外部系統(tǒng)面向服務(wù)的集成能力。

3.4統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型管理

指對整個系統(tǒng)涉及的資源和規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一的管理和配置，提供各專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用統(tǒng)一的訪問入口，有效地避免重復(fù)建設(shè)，保證信息的充分共享，靈活適應(yīng)業(yè)務(wù)變化。

3.5接口適配器框架

對外提供統(tǒng)一的接口接入，在接口接入層，平臺開發(fā)多種協(xié)議適配器，支持多種協(xié)議如TCP/IP、MQ、Web Service等的接入。

3.6統(tǒng)一的系統(tǒng)訪問門戶

指系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的系統(tǒng)訪問界面，用戶通過此界面訪問系統(tǒng)對外開放的功能模塊，如歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計指標(biāo)報表等。

3.7統(tǒng)一系統(tǒng)安全管理

指系統(tǒng)對用戶身份和訪問控制策略的集中管理，將用戶鑒權(quán)、授權(quán)、審計等安全性邏輯從每個單獨的應(yīng)用和服務(wù)中解放出來，提供統(tǒng)一的集中控制，簡化安全管理流程，提升業(yè)務(wù)組合能力，降低維護(hù)管理的成本。

圖1　城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營調(diào)度指揮系統(tǒng)技術(shù)方案

4　系統(tǒng)功能

構(gòu)建一個完整的、先進(jìn)的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營調(diào)度指揮系統(tǒng)，將城市軌道交通的建設(shè)、運營、維護(hù)和服務(wù)階段進(jìn)行科學(xué)的融合，以城市軌道交通運營的核心——計劃、調(diào)度指揮和列車運行控制為主，采用先進(jìn)的系統(tǒng)集成技術(shù)和支撐平臺，制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和協(xié)議，實現(xiàn)對資產(chǎn)管理、電力監(jiān)控、環(huán)控、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報警、車輛運用、乘客信息系統(tǒng)、設(shè)備維護(hù)管理等系統(tǒng)的高度集成。

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營調(diào)度指揮系統(tǒng)主要涵蓋建設(shè)管理、運營管理、維修管理、統(tǒng)計分析和服務(wù)管理等功能，實現(xiàn)對城市軌道交通全生命周期的智慧化、科學(xué)化管理。

(1）建設(shè)管理。對城市軌道交通的規(guī)劃、設(shè)計、招標(biāo)、采購、施工、監(jiān)理、設(shè)備、資產(chǎn)等進(jìn)行有效管理，充分融合運營的需要，并將管理的結(jié)果及所有相關(guān)數(shù)據(jù)無縫過渡到運營維護(hù)階段，同時根據(jù)運營情況、設(shè)備狀態(tài)等制定新規(guī)劃和設(shè)備采購計劃，形成對城市軌道交通建設(shè)與運營全過程的閉環(huán)控制，實現(xiàn)城市軌道交通資產(chǎn)的精細(xì)化管理。

(2）運營管理。建設(shè)統(tǒng)一的調(diào)度指揮中心，在統(tǒng)一平臺的支撐下，根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)的管理崗位和調(diào)度崗位，實現(xiàn)對新區(qū)軌道交通的全局性調(diào)度指揮，使得城市軌道交通運營過程中各線路、各系統(tǒng)、各設(shè)備之間實現(xiàn)相互配合、信息共享、協(xié)調(diào)工作，提高城市軌道交通運營的效率，提升運營的安全水平，提高對突發(fā)事件的處置能力。

(3）維修管理。采用統(tǒng)一的設(shè)備編碼體系、先進(jìn)的建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、設(shè)備監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)對城市軌道交通設(shè)施和設(shè)備的高精度、高可靠和可視化管理，實現(xiàn)重要故障及狀態(tài)監(jiān)視、壽命預(yù)測與維修優(yōu)化決策支持等功能，對城市軌道交通所有資源進(jìn)行實時跟蹤，支持維修維護(hù)的實時狀態(tài)化、精細(xì)化和智能化。通過對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控及故障分析診斷，對可能發(fā)生故障的設(shè)備進(jìn)行預(yù)警，及時處置各類設(shè)備故障，為城市軌道交通正常運營提供保障，為制定科學(xué)的設(shè)備采購計劃和維修計劃提供可信的數(shù)據(jù)。

(4）統(tǒng)計分析。通過系統(tǒng)集成和互聯(lián)，獲取城市軌道交通相關(guān)運行數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對運輸相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，根據(jù)客流情況制定新線建設(shè)規(guī)劃，優(yōu)化運輸計劃和車輛運用計劃；根據(jù)設(shè)備運用情況制定維修計劃，同時為建設(shè)管理制定采購計劃提供決策支持。

(5）服務(wù)管理。通過對計劃、運營、客流、突發(fā)事件、設(shè)備故障等信息的綜合分析與處理，及時向政府相關(guān)部門和旅客發(fā)布各類服務(wù)信息，為城市規(guī)劃、突發(fā)事件處置、旅客出行提供更加準(zhǔn)確、翔實的服務(wù)信息。

5　實施建議

目前，廣州、天津、武漢和福州等城市都在開展城軌控制中心的建設(shè)，我們必須對建設(shè)過程中所面臨的問題進(jìn)行深入和細(xì)致的研究，以便系統(tǒng)的建設(shè)能夠沿著正確的方向進(jìn)行，主要應(yīng)注意以下幾點。

(1）要對城軌調(diào)度指揮中心的功能和定位有充分的認(rèn)識、科學(xué)的決策和詳細(xì)的方案，城軌調(diào)度指揮中心應(yīng)以調(diào)度指揮和行車控制為核心，不能簡單理解為綜合的監(jiān)控中心，避免形成投資巨大、設(shè)備堆砌、華而不實的面子工程。

(2）根據(jù)國外城軌建設(shè)經(jīng)驗，城軌調(diào)度指揮中心均以調(diào)度指揮和行車控制為主，并由具有城軌信號系統(tǒng)資質(zhì)及業(yè)績的公司承擔(dān)。因此，在項目實施過程中要慎重選擇系統(tǒng)集成商。

(3）城軌運行關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全，要盡可能提高系統(tǒng)的安全防護(hù)等級，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定選擇相應(yīng)的計算機、網(wǎng)絡(luò)和軟件產(chǎn)品。

(4）項目的實施應(yīng)采用方案先行的原則，各地鐵公司應(yīng)首先選擇科學(xué)、先進(jìn)、可行和合理的方案，再針對方案選擇具有相應(yīng)資質(zhì)的實施單位。

6　結(jié)語

本文提出了先進(jìn)的、切實可行的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營調(diào)度指揮系統(tǒng)的技術(shù)方案，并明確了系統(tǒng)的功能和定位。同時強調(diào)在參考國外地鐵公司建設(shè)經(jīng)驗和符合法律法規(guī)要求的前提下，選擇具有信號控制和行車指揮系統(tǒng)開發(fā)能力和集成經(jīng)驗的單位開展系統(tǒng)實施工作，以確保系統(tǒng)的順利實施。

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責(zé)任編輯 冒一平

Study on Construction of Transit Network Operation Control System

Xiao Baodi, Liu Zhiming, Bai Xue

Abstract:After transit comes into the network stage, it faces the challenges in comprehensive traffic intelligent integration. The paper makes an analysis on the study background and development trend of operation control system, and puts forward the technical scheme of advanced and feasible network operation control system. The paper also emphases on the role of signaling control and traffi c command to ensure that the system reaches the expected target.

Keywords:transit, operation and traffic command, service-oriented architecture

收稿日期2014-12-03

中圖分類號：U231.7