王建文，王孟強(qiáng)，鮑志剛

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廈門地鐵1號(hào)線路況信息系統(tǒng)實(shí)施案例

王建文1，王孟強(qiáng)2，鮑志剛3

（1. 廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510010；2. 廈門軌道交通集團(tuán)有限公司，廈門 361008； 3. 國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

城市軌道交通線路實(shí)時(shí)路況信息對(duì)于地鐵行車組織、客運(yùn)管理等運(yùn)營組織有著重要的意義。介紹廈門地鐵1號(hào)線路況信息系統(tǒng)的具體實(shí)施方案，利用LTE技術(shù)實(shí)時(shí)獲取運(yùn)行車輛狀態(tài)信息并實(shí)時(shí)上傳至本線綜合監(jiān)控系統(tǒng)，通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)獲取客流統(tǒng)計(jì)信息，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像處理功能獲取車站內(nèi)部客流擁擠狀態(tài)，并在控制中心中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和展示，為調(diào)度人員提供實(shí)時(shí)的線路運(yùn)營狀態(tài)信息，用以輔助決策，諸如運(yùn)能匹配和客流引導(dǎo)等運(yùn)營組織行為，并向乘客實(shí)時(shí)發(fā)布城市軌道交通實(shí)時(shí)路況信息，提高服務(wù)水平。

地鐵；實(shí)時(shí)路況信息；綜合監(jiān)控系統(tǒng)

截至2016年底，我國共有29座城市開通運(yùn)營了129條運(yùn)營線路，總長度達(dá)3 832 km。目前全國已經(jīng)有40余座城市建設(shè)或規(guī)劃建設(shè)地鐵，且軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程將進(jìn)一步加快[1]。預(yù)計(jì)在2020年前開通6條地鐵線路以上進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營階段的城市數(shù)量將突破10座。線網(wǎng)形成后，地鐵公司將面臨著線網(wǎng)運(yùn)能匹配、線網(wǎng)客流引導(dǎo)、線網(wǎng)地鐵運(yùn)營服務(wù)信息統(tǒng)一發(fā)布等一系列亟待解決的問題，而地鐵運(yùn)營方需要獲取地鐵線網(wǎng)路況信息用以支撐上述業(yè)務(wù)。北京地鐵線網(wǎng)指揮中心（TCC）開發(fā)了一套線網(wǎng)路況預(yù)測系統(tǒng)，是通過線網(wǎng)前一段時(shí)期的客流數(shù)據(jù)，預(yù)測當(dāng)天的線網(wǎng)路況狀態(tài)。廣州線網(wǎng)應(yīng)急指揮中心（COCC）開發(fā)的一套線網(wǎng)客流信息系統(tǒng)，利用各車站每5 min的客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)展示線網(wǎng)的路況情況。以上兩套系統(tǒng)均只依賴了自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）上傳的客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但受到地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的技術(shù)限制，客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)無法做到實(shí)時(shí)上傳，并且客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)只能側(cè)面反映時(shí)間段內(nèi)進(jìn)入、離開車站的人員數(shù)量，無法實(shí)際反映車站站臺(tái)和區(qū)間隧道內(nèi)在線走行車輛的實(shí)際情況。因此北京、廣州目前所使用線網(wǎng)路況信息系統(tǒng)尚不能實(shí)時(shí)、直接和相對(duì)準(zhǔn)確地反映地鐵各線路的情況[2]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

針對(duì)現(xiàn)有的路況信息系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反映地鐵線路實(shí)際路況情況的問題，筆者在廈門1號(hào)線設(shè)計(jì)之初時(shí)，從以下幾個(gè)既有系統(tǒng)入手尋找改進(jìn)方法。

1.1 車載監(jiān)測系統(tǒng)

車載監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集車輛運(yùn)行時(shí)的各種狀態(tài)信息，包括列車運(yùn)行速度、列車故障狀態(tài)、車廂承重等重要數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存在車載服務(wù)器中。上述數(shù)據(jù)可以大大完善目前線網(wǎng)路況信息系統(tǒng)的一次測量數(shù)據(jù)，但絕大部分城市的車載信息是在地鐵停運(yùn)、列車進(jìn)入車輛段車庫后，運(yùn)營人員從車載服務(wù)器中手動(dòng)下載當(dāng)天的列車數(shù)據(jù)，只作離線的車輛狀態(tài)分析與日常維護(hù)、檢修之用，并未完全利用起來。

1.2 無線通信LTE

近年來，地鐵的車地?zé)o線通信已逐漸采用第四代移動(dòng)通信技術(shù)——LTE技術(shù)。其中LTE-M是針對(duì)軌道交通綜合業(yè)務(wù)定制的專用通信系統(tǒng)，無線傳輸帶寬最高可達(dá)20M。車地?zé)o線通信系統(tǒng)一般用于承載包括基于無線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（CBTC）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、車載視頻監(jiān)控、車地語音通話等業(yè)務(wù)，但鮮有承載地鐵車載監(jiān)測系統(tǒng)的案例。

1.3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）接口眾多，數(shù)據(jù)完備，是一個(gè)多專業(yè)關(guān)聯(lián)的大型監(jiān)控系統(tǒng)[3]。隨著數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)技術(shù)水平的提高，綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成互聯(lián)范圍的深度和廣度也將增強(qiáng)，為信息共享和數(shù)據(jù)融合提供了良好的基礎(chǔ)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)本身互聯(lián)了AFC系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)和通信的各子系統(tǒng)，并具有強(qiáng)大的上位人機(jī)界面的組態(tài)和展示功能[4]。因此，在廈門1號(hào)線設(shè)計(jì)時(shí)，考慮充分發(fā)揮ISCS的優(yōu)勢，通過無線通信手段和系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口，實(shí)時(shí)采集車輛、AFC、信號(hào)等子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)路況信息系統(tǒng)的相關(guān)功能。換句話說，路況信息系統(tǒng)即是ISCS系統(tǒng)的一個(gè)業(yè)務(wù)功能模塊[5]。

通過上述分析，廈門1號(hào)線所提出的具體設(shè)計(jì)思路為：由車載監(jiān)測系統(tǒng)采集在線走行車輛上多種類型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)：如列車運(yùn)行速度、列車故障狀態(tài)、各車廂承重等數(shù)據(jù)，并利用LTE車地?zé)o線通信技術(shù)，實(shí)時(shí)上傳地面，車載監(jiān)測系統(tǒng)在車輛段設(shè)置地面服務(wù)器，并與ISCS接口[6-7]，通過ISCS的傳輸網(wǎng)上傳至控制中心?？刂浦行牡腎SCS將上述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與各車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理，提供一種能夠?qū)崟r(shí)、基本準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況的路況信息系統(tǒng)，來解決目前線網(wǎng)路況信息系統(tǒng)的不足。其中，對(duì)各車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)數(shù)據(jù)由車站ISCS負(fù)責(zé)采集并上傳至控制中心ISCS。

此外，還可考慮引入視頻分析功能，對(duì)站臺(tái)、車廂內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）畫面進(jìn)行智能化分析，如判定單位面積的乘客數(shù)量，便可確定站臺(tái)、車廂內(nèi)的人員密度，此數(shù)據(jù)可通過一定的算法與客流信息、車廂載重信息相互融合、校正，得到更加準(zhǔn)確的乘客密度數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)組成

實(shí)現(xiàn)地鐵實(shí)時(shí)路況信息系統(tǒng)功能需要部署的軟硬件設(shè)備包括：1）車載監(jiān)測子系統(tǒng)：由車載監(jiān)測單元、車輛傳輸總線、車載服務(wù)器及相關(guān)軟件組成。2）車地?zé)o線通信子系統(tǒng)，由車載無線通信主機(jī)、車載無線終端、車站無線基站、車站地面服務(wù)器及相關(guān)軟件組成。3）車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)：由車站綜合監(jiān)控服務(wù)器、前端處理器及相關(guān)軟件組成。4）地面通信傳輸骨干網(wǎng)絡(luò)：由各車站、控制中心的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖鏈路及相關(guān)附件組成。5）控制中心子系統(tǒng)：由中央級(jí)綜合監(jiān)控服務(wù)器、中央級(jí)綜合監(jiān)控工作站、信息發(fā)布設(shè)備設(shè)施相關(guān)軟件組成。

實(shí)現(xiàn)此功能可分為3個(gè)步驟：數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)分析和發(fā)布。

數(shù)據(jù)采集是從多個(gè)子系統(tǒng)中采集多種類型數(shù)據(jù)的過程，車載監(jiān)測子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集在線車輛的狀態(tài)信息，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的分時(shí)段客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控畫面并對(duì)視頻進(jìn)行分析處理。

數(shù)據(jù)傳輸分為車地?zé)o線傳輸過程和地面有線傳輸過程，車載子系統(tǒng)通過車地?zé)o線通信子系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)傳輸至地面服務(wù)器，與綜合監(jiān)控系統(tǒng)采集到的其他數(shù)據(jù)，統(tǒng)一通過地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)中央級(jí)服務(wù)器。

中央級(jí)服務(wù)器對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和處理，在中央工作站人機(jī)界面通過組態(tài)圖形進(jìn)行展現(xiàn)。其中列車載重、速度和狀態(tài)信息均為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以直接表現(xiàn)車輛的滿載率情況以及列車在區(qū)間的運(yùn)行正?；蜃枞c否。另外，中央級(jí)服務(wù)器通過結(jié)合車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)采集分時(shí)段進(jìn)出站客流數(shù)據(jù)以及車站站臺(tái)視頻監(jiān)控畫面分析得到的站臺(tái)的客流密度數(shù)據(jù)，可以反映目前車站空間內(nèi)的擁擠程度。若列車載重超額或在區(qū)間阻塞，車站空間擁擠程度大于本線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或運(yùn)營的預(yù)設(shè)值，則將在人機(jī)界面上進(jìn)行可視化的展示。上述結(jié)果可以向社會(huì)統(tǒng)一發(fā)布。地鐵實(shí)時(shí)路況信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 地鐵實(shí)時(shí)路況信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 具體實(shí)施方案

下面結(jié)合地鐵實(shí)時(shí)路況信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與廈門1號(hào)線的實(shí)施做進(jìn)一步說明。每列地鐵車輛上設(shè)置車載監(jiān)測子系統(tǒng)，車載監(jiān)測子系統(tǒng)中的車載監(jiān)測單元指各類傳感器、變送器，可以將測量到的車廂載重?cái)?shù)據(jù)、列車行駛速度數(shù)據(jù)、列車故障狀態(tài)數(shù)據(jù)通過車輛傳輸總線上傳至位于車頭的車載服務(wù)器。車地?zé)o線通信子系統(tǒng)與車載監(jiān)測子系統(tǒng)在車輛上建立以太網(wǎng)有線數(shù)據(jù)接口，車載服務(wù)器將實(shí)測數(shù)據(jù)與列車信息實(shí)時(shí)上傳至車載無線通信主機(jī)。車載無線通信主機(jī)通過車載無線終端，利用LTE無線通信技術(shù)，向車站無線基站發(fā)送無線信號(hào)，廈門1號(hào)線LTE專門為列車車載監(jiān)測子系統(tǒng)提供了1M的專用帶寬[9]。車站內(nèi)各無線基站利用有線傳輸，將本站接收到的列車數(shù)據(jù)集中于本站地面服務(wù)器，最終實(shí)現(xiàn)在線車輛數(shù)據(jù)的地面化。

在地鐵車站中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成互聯(lián)了眾多機(jī)電子系統(tǒng)，包括互聯(lián)了車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）和視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的前端處理器（FEP）與自動(dòng)售檢票系統(tǒng)間采用通用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus TCP/IP工業(yè)協(xié)議通信，采集分時(shí)段客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如每5 min客流量）。同時(shí)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用H.264或MPEG-2視頻流協(xié)議采集車站及車廂上的視頻監(jiān)控畫面。在本實(shí)施方案中，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器中增加了車站視頻畫面分析功能，通過分析得出目前車站站廳、站臺(tái)以及車輛的初始人流密度數(shù)據(jù)。

地鐵各車站由綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過光纖環(huán)網(wǎng)組成全線的地面通信傳輸骨干網(wǎng)絡(luò)，所有車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器、無線通信子系統(tǒng)的地面服務(wù)器通過此網(wǎng)絡(luò)，將各類數(shù)據(jù)匯總于控制中心子系統(tǒng)中央服務(wù)器中。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)中央服務(wù)器采集到所有車站的車輛、客流、視頻監(jiān)控分析數(shù)據(jù)后，通過特定的算法，得出每座車站、每個(gè)區(qū)間的路況狀態(tài)，并通過形象的組態(tài)界面展示出來，供運(yùn)營調(diào)度人員直觀地了解情況，此外，還能通過微博、微信、電視、廣播、短信等通信手段，向社會(huì)公眾發(fā)布，提高地鐵運(yùn)營的服務(wù)水平和應(yīng)急保障力度。如線網(wǎng)路況信息系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確得知某座車站的人流已達(dá)過飽和，或者某個(gè)區(qū)間隧道發(fā)生車輛阻塞，便可以及時(shí)引導(dǎo)乘客改乘其他線路或其他交通工具，避免造成更嚴(yán)重的事故。圖2是廈門1號(hào)線實(shí)時(shí)路況信息的人機(jī)界面畫面。

圖2 實(shí)時(shí)路況信息系統(tǒng)人機(jī)界面[5]

針對(duì)精確獲取車站及車輛上乘客數(shù)量的問題，目前還存在一種技術(shù)路線，通過與移動(dòng)運(yùn)營商合作，獲取手機(jī)用戶在特定區(qū)域的位置信息，此方案可在未來線路中進(jìn)一步研究落實(shí)。

廈門1號(hào)線實(shí)時(shí)路況信息系統(tǒng)已經(jīng)完成開發(fā)、測試和現(xiàn)場實(shí)施，目前正處于綜合聯(lián)調(diào)和試運(yùn)行階段，廈門1號(hào)線已于2017年底開通運(yùn)營，筆者也將繼續(xù)跟蹤與此功能相關(guān)的實(shí)際運(yùn)營情況。

4 結(jié)語

我國城市軌道交通發(fā)展到現(xiàn)階段，一方面已經(jīng)從單純的保開通、保安全的根本需求，逐步認(rèn)識(shí)和發(fā)展到重視乘客乘車體驗(yàn)和面向乘客服務(wù)的層面；另一方面，在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，地鐵行業(yè)也在加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的充分利用[10]，雖然綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)存在于地鐵行業(yè)十余年，但依據(jù)擁有的數(shù)據(jù)所能創(chuàng)造出的“財(cái)富”還有許多尚未發(fā)掘。本次廈門1號(hào)線實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的路況信息系統(tǒng)功能，也只是將地鐵弱電系統(tǒng)中很小的一部分既有數(shù)據(jù)的價(jià)值利用起來，是一次積極的嘗試，希望起到拋磚引玉的作用，使數(shù)據(jù)能更好地為運(yùn)營所用，服務(wù)大眾。

[1] 劉宇, 樊佳慧, 賀力霞, 等. 2016年中國城市軌道交通運(yùn)營線路統(tǒng)計(jì)與分析[J]. 都市快軌交通, 2017, 30(1): 4-6. LIU Yu, FAN Jiahui, HE Lixia, et al. China’s operational urban rail transit lines, 2016: statistics and analysis[J]. Urban rapid rail transit, 2017, 30(1): 4-6.

[2] 王建文, 鄭作鏗, 等.地鐵線網(wǎng)路況信息系統(tǒng): 中國, 201620794270.9[P]. 2017-02-16.

[3] 廈門軌道交通集團(tuán)有限公司. 廈門市軌道交通1號(hào)線一期工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成工程用戶需求書[A]. 廈門, 2015.

[4] 魏曉東. 城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2008.

[5] 國電南瑞科技股份有限公司. 廈門地鐵1號(hào)線一期工程ISCS軟件設(shè)計(jì)文檔[G]. 南京: 國電南瑞科技股份有限公司, 2016.

[6] 廈門軌道交通集團(tuán)有限公司. 廈門市軌道交通1號(hào)線一期工程車輛采購用戶需求書[A]. 廈門, 2015.

[7] 國電南瑞科技股份有限公司. 廈門地鐵1號(hào)線一期工程ISCS與車輛車載系統(tǒng)接口文件[G]. 南京: 國電南瑞科技股份有限公司, 2016.

[8] 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范: GB 50157—2013[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2013. Code for design of metro: GB 50157—2013[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2014.

[9] 廈門軌道交通集團(tuán)有限公司. 廈門市軌道交通1號(hào)線一期工程專用通信系統(tǒng)用戶需求書[G]. 廈門, 2015.

[10] 王建文, 唐敏.新一代城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[J]. 城市軌道交通研究, 2014 , 17(6): 23-26. WANG Jianwen, TANG Min. On the development trend of new generation metro ISCS[J]. Urban mass transit, 2014, 17(6): 23-26.

（編輯：王艷菊）

Practical Project of Road Conditions System on Xiamen Metro Line 1

WANG Jianwen1, WANG Mengqiang2, BAO Zhigang3

(1. Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010; 2. Xiamen Rail Transit Group Co., Ltd., Xiamen 361008; 3. Nari Technology Co., Ltd., Nanjing 210061)

Metro road condition information is highly important to the metro train and passenger transit operation organization. This paper discusses the practical project of the road conditions system on Xiamen Metro Line 1, including ISCS (Integrated Supervisory Control System) pick-up train status information through the LTE (Long-Term Evolution) in real time, pick-up passenger flow information through the data interface with AFC (Auto Fare Collect), and pick-up tunnel jam and station jam information through CCTV (Closed Circuit Television) analysis results. The center ISCS in OCC (Operation Control Center) processes all subsystem data to display to the dispatcher through the Human Machine Interface (HMI) to assist in making strategic decisions. The system also can release real-time road condition information to the public, which can improve service levels.

metro; real-time road conditions; ISCS

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.04.020

U231

A

1672-6073(2018)04-0105-04

2017-07-08

2017-08-24

王建文，男，碩士，高級(jí)工程師，從事城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究工作，noshoe@126.com