劉皓瑋，劉實秋，易志剛

為了促進形成以重慶為核心的大都市區(qū)空間結(jié)構(gòu)，重慶市提出了軌道交通一體化發(fā)展戰(zhàn)略，構(gòu)建干線鐵路、都市快軌、地鐵等多網(wǎng)合一的軌道交通網(wǎng)絡(luò)體系。通過建設(shè)都市快軌運營控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)軌道交通路網(wǎng)運營，與多種交通形式協(xié)作，提升主城內(nèi)部、主城與外圍核心功能組團間出行效率和能力。由于運營控制系統(tǒng)與運營組織模式、信號系統(tǒng)等密切相關(guān)，同時新技術(shù)、新裝備日趨成熟可靠，既有的鐵路、地鐵等控制系統(tǒng)方案無法生搬硬套到重慶都市快軌，因此有必要提出一種先進、適用的運營控制系統(tǒng)方案。

1 都市快軌需求特征分析

都市快軌交通主要承擔中心城區(qū)與周邊城市間的快速聯(lián)系［1］，交通服務(wù)范圍介于國鐵干線與城市軌道交通之間。

1）運營需求與基礎(chǔ)設(shè)施條件。都市快軌線路運營里程較長，主城區(qū)線路平均站間距約5 km，設(shè)計速度為120～160 km/h，外圍線路平均站間距約10 km，設(shè)計速度為120～200 km/h。擬采用基于LTE 技術(shù)的無線通信系統(tǒng)，兼容普速鐵路信號制式。

2）運營組織模式。都市快軌通勤客流占比較大，最小追蹤間隔5 min，以客流為導向，在線網(wǎng)內(nèi)組織交路。都市快軌與城市軌道、高速鐵路在主城區(qū)鐵路站點、江北國際機場、重點開發(fā)區(qū)域等處，實現(xiàn)客流換乘的網(wǎng)絡(luò)化銜接。為了提高旅客出行的便利性，都市快軌與普速鐵路可貫通運營。

3）城市軌道信息互通。都市快軌與城市軌道銜接緊密，主城區(qū)每條線路考慮每個站點與1～3條城市軌道線路換乘，通過以行車計劃為核心的行車信息共享，實現(xiàn)協(xié)調(diào)運營、聯(lián)合互動和聯(lián)合應(yīng)急。

4）公共信息融合互動。都市快軌不單考慮軌道交通路網(wǎng)提供的交通服務(wù)，還應(yīng)及時掌握氣象、重大社會活動等相關(guān)狀態(tài)，以及與地鐵、鐵路、民航、水運、公交巴士等旅客交通的銜接問題。

5）集中化運營管控體系。為了更好地滿足都市快軌、干線鐵路、城市軌道三網(wǎng)融合的需要，形成高效銜接、快慢組合的大都市區(qū)軌道交通一體化網(wǎng)絡(luò)。都市快軌擬采用“三層管理、三級控制”管理控制模式，物理布局采用集中式，將線網(wǎng)指揮中心和線路控制中心合設(shè)于都市快軌運營控制系統(tǒng)內(nèi)，同步建設(shè)災備中心。運營控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置6 大功能中心：線路控制中心（OCC）、線網(wǎng)指揮中心（TCC）、應(yīng)急指揮中心（ETC）、票務(wù)清分中心（ACC）、信息編播中心（ICC）和數(shù)據(jù)分析中心（DIC），其中OCC、TCC、ETC 合設(shè)于中央控制室，實現(xiàn)業(yè)務(wù)整合。

2 運營控制系統(tǒng)方案分析

2.1 國家鐵路運營調(diào)度系統(tǒng)

國家鐵路運營調(diào)度系統(tǒng)采用3級調(diào)度指揮架構(gòu)，包括總公司調(diào)度指揮中心、調(diào)度所和基層站段，從形式上相對獨立，內(nèi)容上又充分體現(xiàn)體系化特征［2］。運營調(diào)度系統(tǒng)由列車調(diào)度指揮系統(tǒng)與調(diào)度集中系統(tǒng)（TDCS/CTC）、運營調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）構(gòu)成，采用互聯(lián)集成方式實現(xiàn)信息共享。TDCS/CTC 系統(tǒng)負責列車運行監(jiān)督、列車運行計劃調(diào)整等調(diào)度指揮功能；TDMS系統(tǒng)實現(xiàn)營銷計劃編制、車輛調(diào)度、維修調(diào)度、供電調(diào)度、客服調(diào)度和貨運調(diào)度等管理功能；PSCADA 系統(tǒng)實現(xiàn)牽引供電和電力配電設(shè)施監(jiān)視及控制等功能。

該運營調(diào)度系統(tǒng)經(jīng)過二十多年的建設(shè)，不斷升級完善，能夠滿足我國鐵路網(wǎng)客貨混行的運輸需要，為各專業(yè)提供了業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。但各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)為柱狀結(jié)構(gòu)，相互獨立、自成體系。同時，各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)出于信息安全保護考慮，以及受系統(tǒng)架構(gòu)、信息語義、編碼等限制，形成信息孤島，嚴重影響各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)間的連通性和互操作性，制約了業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)和管理創(chuàng)新，在應(yīng)對各類突發(fā)事件時，造成信息交流與指令傳輸不暢。運營調(diào)度系統(tǒng)受制于龐大的規(guī)模，信息互通、業(yè)務(wù)互動困難，在系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)上存在先天不足。

2.2 地鐵運營控制系統(tǒng)

地鐵運營控制系統(tǒng)采用線網(wǎng)中心、線路中心和車站3 層分布式結(jié)構(gòu)，線網(wǎng)中心運營控制系統(tǒng)和線路中心運營控制系統(tǒng)分別設(shè)置。同時地鐵運營控制系統(tǒng)的設(shè)置需根據(jù)軌道交通線網(wǎng)規(guī)模和建設(shè)時序等因素不斷調(diào)整，以滿足不同階段的運營指揮要求［3］。線網(wǎng)中心運營控制系統(tǒng)可以滿足調(diào)度指揮協(xié)調(diào)、乘客服務(wù)監(jiān)察，以及機電設(shè)備、防災和安全監(jiān)督等運營管理需求，為安全行車和調(diào)度指揮提供應(yīng)急處置方案及信息服務(wù)。但目前地鐵線網(wǎng)中心運營控制系統(tǒng)只對線路進行調(diào)度協(xié)調(diào)，不能干預線路具體的調(diào)度指揮，無法做到各條線路的聯(lián)動控制，在一定程度上降低了整體網(wǎng)絡(luò)管理效率。

線路中心運營控制系統(tǒng)對通信、信號、供電、機電設(shè)備系統(tǒng)進行集中控制，保障乘客的安全和列車運行計劃，提高對軌道交通的服務(wù)質(zhì)量和綜合運營效率，實現(xiàn)線路的運營目標和運營安全。通過信息共享、信息互通，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)與事件聯(lián)動，實現(xiàn)線路級的應(yīng)急預案調(diào)用和系統(tǒng)間協(xié)調(diào)，提高對事件的反應(yīng)能力和速度。但線路中心運營控制系統(tǒng)僅能對每條線路做單獨的調(diào)度協(xié)調(diào)，無法從整體軌道交通網(wǎng)絡(luò)全局進行最優(yōu)化管理，降低了運輸效率。

2.3 市域軌道交通控制系統(tǒng)

市域軌道交通通常將線網(wǎng)中心與線路中心在控制中心合并設(shè)置，采用控制中心和車站2 級控制模式?？刂葡到y(tǒng)采用調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC），信號系統(tǒng)采用CTCS2+ATO，滿足市域軌道交通的運營速度和運營密度等需求?？刂葡到y(tǒng)獨立設(shè)置，集成度不高，信息共享不暢。

控制中心合并設(shè)置既有利于同時實現(xiàn)路網(wǎng)協(xié)調(diào)和線路控制，提高協(xié)同效率，也有利于應(yīng)急指揮路網(wǎng)級的協(xié)調(diào)和應(yīng)急資源的調(diào)配。市域軌道交通基本都已考慮應(yīng)急情況下的線網(wǎng)協(xié)調(diào)控制問題，但目前采取的在控制中心分設(shè)應(yīng)急指揮中心和災備中心的方式投資大、經(jīng)濟性較差，如果將應(yīng)急指揮中心和災備中心合設(shè)，雖經(jīng)濟性方面略有提高，卻無法解決異地問題。因此，如何更好地解決緊急情況下整體系統(tǒng)的控制管理問題，應(yīng)在設(shè)計運營控制系統(tǒng)構(gòu)架之初就給予考慮。

對比分析國家鐵路運營調(diào)度系統(tǒng)、地鐵運營控制系統(tǒng)，以及市域軌道交通控制系統(tǒng)的體系架構(gòu)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的運營控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、效率和關(guān)聯(lián)度等方面都存在問題，無法適應(yīng)重慶都市快軌的發(fā)展需求。因此，需要構(gòu)建一種適用于重慶都市快軌的運營控制系統(tǒng)。

3 重慶都市快軌管理架構(gòu)

重慶都市快軌擬采用“三層管理、三級控制”的管理控制模式，見圖1。三層管理包括線網(wǎng)指揮中心TCC、線路控制中心OCC 及車站控制層，三級控制包括控制中心層、車站控制層及現(xiàn)場執(zhí)行層［4］。重慶都市快軌運營控制系統(tǒng)區(qū)別于以往軌道交通之處，是在運營控制中心可同時實現(xiàn)線路運營控制、線網(wǎng)運營協(xié)調(diào)和應(yīng)急指揮的功能。

圖1 重慶都市快軌管理控制模式

3.1 線路運營控制功能

都市快軌運營的基本原則是安全、高效地完成客流的集散。線路級的運營控制主要負責單條線路的運營控制，包括指揮調(diào)度、設(shè)備監(jiān)控、突發(fā)事件應(yīng)急、數(shù)據(jù)交換管理等功能，具有較高的可靠性和較快的響應(yīng)性。在正常運營情況下，負責列車運行的調(diào)度指揮和各個系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)控；在非正常運營情況下，負責協(xié)調(diào)各個系統(tǒng)聯(lián)動運作，從而及時響應(yīng)突發(fā)事件。

1）負責協(xié)調(diào)本線路的組織運營，實現(xiàn)基本日常調(diào)度，包括行車調(diào)度、電力調(diào)度、環(huán)控調(diào)度、維修調(diào)度等。

2）實現(xiàn)對本線路用電設(shè)備運行狀況的監(jiān)控。各設(shè)備負責收集自身的工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并傳送給運營單位的設(shè)備管理人員及時掌握。同時，為了保障相關(guān)系統(tǒng)各類設(shè)備正常有效的運營，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實際運營情況，對各類不同的設(shè)備進行實時、全方位的監(jiān)視、控制。

3）完成突發(fā)事件的指揮及恢復工作。在突發(fā)事件發(fā)生后，各級管理人員可掌握緊急事件的變化情況以及當前的行車信息，及時下發(fā)行車命令，保障乘客人身和財產(chǎn)安全。

4）實現(xiàn)與上級管理部門及外部單位之間的數(shù)據(jù)交換和資源引入。將電力系統(tǒng)的主要狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給城市電力調(diào)度中心，火災報警系統(tǒng)需與城市消防系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換和聯(lián)動。

5）實現(xiàn)運營部門與乘客之間的信息交流。通過車內(nèi)廣播、線路標識、自動售檢票系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、手機客戶端、服務(wù)熱線電話等，實現(xiàn)乘客與運營部門之間的信息共享與交流。

3.2 線網(wǎng)運營協(xié)調(diào)功能

都市快軌控制中心是為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化運營條件下的多線路運輸協(xié)調(diào)需求，以及在突發(fā)情況下對各線路處置而設(shè)置的控制中心機構(gòu)。由于在傳統(tǒng)運營管理模式下，各站點、各線路之間信息相對閉塞，因此很難發(fā)現(xiàn)潛在的故障并做出防控，最終導致事態(tài)朝著更嚴重的方向發(fā)展［5］。線網(wǎng)運營協(xié)調(diào)是從整體線網(wǎng)角度出發(fā)，協(xié)調(diào)不同線路的統(tǒng)一運作，方便各個線路和諧運營，使各個線路的運營成本最低而運營效率最高，合理分配各個效率的運輸力量；同時指揮處理各類突發(fā)事件，降低事故損失，并且連通城市軌道與相關(guān)管理部門，加大運營監(jiān)督力度，提高整個城市軌道系統(tǒng)的運營管理能力和服務(wù)水平。

1）監(jiān)督管理功能。監(jiān)視各運營線路列車的運行、服務(wù)水平以及客流狀況，確保列車安全準時運行，保障運營服務(wù)水平。

2）運營管理功能。實現(xiàn)各系統(tǒng)功能的統(tǒng)一管理，包括運營計劃安排、行車調(diào)度、客流組織與設(shè)備維護等內(nèi)容。同時，實現(xiàn)與政府平臺、其他市政交通指揮系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)的接口互通，滿足運營管理所需的各項服務(wù)指標。在突發(fā)事件和大客流情況下，實現(xiàn)不同運營主體的協(xié)同處置。

3.3 應(yīng)急指揮功能

運營控制中心的應(yīng)急指揮功能遵循“平戰(zhàn)結(jié)合”的原則，日常情況下能夠?qū)Ω鳁l線路主要運營信息進行實時采集，監(jiān)視各線運營情況；當發(fā)生重大緊急事件時，可隨時進行各線路的協(xié)調(diào)指揮及應(yīng)急處置。

在日常正常運營情況下，應(yīng)急指揮不參與各線路的控制及運營管理，對各線路的運營控制情況只監(jiān)視不控制。在突發(fā)事件情況達到一定響應(yīng)級別后，按照應(yīng)急處置預案，對相關(guān)各線路發(fā)出協(xié)調(diào)指令或指揮指令，通過系統(tǒng)平臺，監(jiān)視、管理各個線路的運營，集中指揮與協(xié)調(diào)，對外部系統(tǒng)實現(xiàn)信息溝通、信息共享。

4 運營控制系統(tǒng)實現(xiàn)方式

由于重慶都市快軌具有客流密度高、潮汐性強等特點，運營控制系統(tǒng)對信息化提出了很高的要求，因此結(jié)合運營控制系統(tǒng)需求及功能分析，將整體運營控制系統(tǒng)搭建在云平臺上是最高效的實現(xiàn)方式?；谠破脚_建立運營控制系統(tǒng)有助于節(jié)約運營成本、提高運營控制效率及信息共享程度。劉海建［6］等提出了基于云平臺的線網(wǎng)云平臺方案，孔立志［7］提出了建立在云平臺之上的鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這些都對重慶都市快軌運營控制系統(tǒng)云平臺的搭建具有指導意義。

CTC 系統(tǒng)與城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）等以集成方式，構(gòu)成行車綜合自動化系統(tǒng)（TIAS）。TIAS 不僅可以實現(xiàn)都市快軌各條線路的運營控制功能，還可從整體線網(wǎng)角度進行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理，并且將ISCS 與CTC 數(shù)據(jù)進一步融合后，可在緊急情況下做出及時處理，實現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)急指揮功能。TIAS 系統(tǒng)主要由中心級系統(tǒng)、車站級系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）、設(shè)備維護管理系統(tǒng)（DMS）、仿真培訓系統(tǒng)（TMS）等構(gòu)成。TIAS中心級系統(tǒng)位于都市快軌運營控制中心（主用）和災備中心（備用），主要為都市快軌OCC線路調(diào)度人員（主要包括行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)、維調(diào)、總調(diào)、車輛調(diào)、乘調(diào)）、TCC 線網(wǎng)指揮人員、ETC 應(yīng)急指揮人員服務(wù)。

TIAS系統(tǒng)提高了不同系統(tǒng)、不同專業(yè)的信息共享程度，為行調(diào)人員提供各相關(guān)專業(yè)，如城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)（AFC）及閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）等方面的信息，為電調(diào)和環(huán)調(diào)人員提供各線路的列車運行狀態(tài)及報警信息。同時，增強各業(yè)務(wù)間的聯(lián)動，便于總調(diào)人員根據(jù)獲得的“綜合”信息，以行車指揮為核心，處理各工種的調(diào)度信息［8］。

4.1 TIAS不同集成方案

TIAS 集成了信號、機電、通信等不同業(yè)務(wù)的應(yīng)用功能，提供了統(tǒng)一的人機界面，具有豐富的跨系統(tǒng)聯(lián)動功能，極大提高了調(diào)度的工作效率［9］。CTC系統(tǒng)與ISCS系統(tǒng)等集成存在以下幾種方式。

1）界面集成。即ISCS 與CTC 系統(tǒng)的操作工作站集成，后臺服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等依然各自獨立，在CTC 系統(tǒng)中顯示ISCS 與信號的接口界面，界面集成后構(gòu)成TIAS。界面集成僅給用戶提供了一個統(tǒng)一的用戶界面，ISCS 系統(tǒng)與CTC 系統(tǒng)關(guān)系相對獨立，其實質(zhì)是集成后TIAS 與各系統(tǒng)間的信息互聯(lián)，對都市快軌運營整體的提升作用不大，無法為各系統(tǒng)間快速聯(lián)動和快速反應(yīng)、機電系統(tǒng)綜合維修等提供新的功能和手段。

2）內(nèi)嵌集成。由TIAS提供統(tǒng)一的硬件、統(tǒng)一的人機界面和統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，ISCS 以及CTC 內(nèi)核軟件均嵌入到TIAS 中，TIAS 系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的物理接口界面在各設(shè)備集中站，邏輯界面在CTC系統(tǒng)內(nèi)部的接口模塊，TIAS可直接與城際鐵路列車控制系統(tǒng)（URTC）系統(tǒng)接口。內(nèi)嵌集成的基本思路是盡量保持CTC系統(tǒng)的完整性，提高都市快軌的運輸和管理效率。在實施過程中要充分考慮集成系統(tǒng)接口和功能界面的劃分，以及新的TIAS系統(tǒng)與URTC系統(tǒng)的接口和功能界面的劃分。內(nèi)嵌集成方式工程實施難度較低，軟件方面不需要大量的二次開發(fā)，整體開發(fā)周期在可控范圍內(nèi)。TIAS 統(tǒng)一提供的硬件和數(shù)據(jù)平臺還可在一定程度上降低各系統(tǒng)的采購成本，降低整體系統(tǒng)造價。

3）完全集成。即ISCS與CTC系統(tǒng)的軟硬件平臺完全一體化，深度集成為TIAS 系統(tǒng)，ISCS 與CTC只是作為TIAS的一個功能模塊而非獨立系統(tǒng)，各功能模塊之間可實現(xiàn)直接通信。TIAS系統(tǒng)可直接在各信號系統(tǒng)設(shè)備集中站與URTC系統(tǒng)接口。完全集成要求CTC與ISCS在硬件和軟件上都完全納入TIAS系統(tǒng)，真正做到CTC系統(tǒng)與ISCS系統(tǒng)集成為一個整體的TIAS系統(tǒng)。但需要在ISCS系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)CTC 系統(tǒng)的全部功能，或在CTC 系統(tǒng)平臺上全面實現(xiàn)ISCS功能，這都將面臨大量的軟件重新開發(fā)工作，工程耗時較長且實施難度最大。

因此，從技術(shù)先進性要求和系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以及工程實際實施情況出發(fā)，都市快軌行車綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)采用內(nèi)嵌集成方案。

4.2 整體云平臺方案

基于云平臺的重慶都市快軌TIAS 系統(tǒng)分為線網(wǎng)中心云平臺和實際車站層云平臺2 級物理架構(gòu)，線路中心控制系統(tǒng)虛擬在線網(wǎng)中心云平臺，管理信息系統(tǒng)宜采用中心集中處理架構(gòu)。運營生產(chǎn)各應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)器可通過云平臺，虛擬化部署在云計算資源池中，應(yīng)用系統(tǒng)在車站級可采用瘦終端及云桌面；重要應(yīng)用系統(tǒng)可在車站級部署硬件資源，作為車站降級處理使用。

在對CTC 和ISCS 系統(tǒng)進行集成后，具備ISCS功能的TIAS，不僅可直接實現(xiàn)對城市軌道交通機電設(shè)備的分層監(jiān)控，而且可直接對各線路行車進行管控，在發(fā)生特殊事件時，可從整體線網(wǎng)層面進行各線路的協(xié)調(diào)控制。同時，TIAS 包含了集成的內(nèi)部子系統(tǒng)與其他獨立子系統(tǒng)的互聯(lián)，真正實現(xiàn)了系統(tǒng)間的信息共享、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、系統(tǒng)聯(lián)動。

現(xiàn)階段，多地已經(jīng)積極開展ISCS“云”業(yè)務(wù)的嘗試應(yīng)用，云ISCS 通過使用中心云資源池的服務(wù)云、桌面云統(tǒng)一替代傳統(tǒng)ISCS 服務(wù)器和所有工作站，以達到集中部署設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)資源的目的［10］；而CTC 還未完成云平臺的開發(fā)及搭建。采用內(nèi)嵌集成方案，TIAS 可直接在目前ISCS 云架構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步研發(fā)，同時實現(xiàn)對CTC 的云平臺操作?；谠破脚_構(gòu)建的TIAS 可實現(xiàn)各類設(shè)備在云端的集中管理，便于設(shè)備日常維護，硬件資源共享，降低系統(tǒng)投入成本。而云TIAS 對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的要求較高，為保障不同系統(tǒng)在集成互聯(lián)后的邊界清晰，提高整體系統(tǒng)的安全性能，降低相關(guān)設(shè)備的部署難度，提高云平臺TIAS 的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，應(yīng)在中心和車站保留傳統(tǒng)物理前置處理器（FEP），在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)對集成、互聯(lián)系統(tǒng)的隔離。

5 結(jié)論

重慶都市快軌既不同于鐵路，也不同于地鐵，是滿足一類運營需求特征的定制化軌道交通，其運營控制系統(tǒng)通過TIAS 集成以及云平臺部署，能夠提高系統(tǒng)集成度和調(diào)度業(yè)務(wù)的聯(lián)動性，確保重慶都市快軌安全、高效運行。目前，該方案已納入重慶市都市快軌設(shè)計規(guī)范之中。