張兵建 裴加富 林 立

(卡斯柯信號(hào)有限公司，200071，上?！蔚谝蛔髡撸こ處?

1 城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)的建設(shè)背景

以行車指揮為核心的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)綜合監(jiān)控和ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)設(shè)備與操控一體化集成，大幅提高了運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)的集成化、自動(dòng)化水平，以及調(diào)度間協(xié)同指揮效率，降低了建設(shè)和運(yùn)維成本。但目前的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)還是以服務(wù)行車調(diào)度和設(shè)備調(diào)度為主，調(diào)度崗位設(shè)置上亦主要以總調(diào)、行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)等為主，且全國(guó)各地調(diào)度設(shè)置上稍有不同，但大都未設(shè)置獨(dú)立的乘客調(diào)。目前建設(shè)的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)信息和功能設(shè)計(jì)還不足以支撐以乘客服務(wù)為中心的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮功能。

從技術(shù)角度而言，以行車指揮為核心的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)底層的軟、硬件及通信技術(shù)已經(jīng)構(gòu)建一個(gè)高集成化、高自動(dòng)化的監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)。由于該平臺(tái)連接了所有的弱電設(shè)備，且構(gòu)建起了多專業(yè)的調(diào)度指揮能力，故運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)的功能定位可不必局限于設(shè)備監(jiān)控或行車指揮的傳統(tǒng)維度上?？紤]到城市軌道交通最終還是為乘客服務(wù)，城市軌道交通運(yùn)營(yíng)單位的運(yùn)營(yíng)目標(biāo)也逐步從追求列車準(zhǔn)點(diǎn)率、滿載率等列車運(yùn)行指標(biāo)向提升乘客安全、便捷和舒適度為主要指標(biāo)的乘客滿意度轉(zhuǎn)變，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)乘客、平衡客流及運(yùn)能的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮。

本文的研究目標(biāo)是在既有運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完善乘客服務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)和功能設(shè)計(jì)，為調(diào)度人員提供面向乘客的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)重點(diǎn)負(fù)責(zé)全方位動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)控線路客流密度和動(dòng)向，為線路運(yùn)營(yíng)調(diào)整、運(yùn)能與客流匹配調(diào)整、乘客舒適度提升、應(yīng)急指揮和智能化決策提供支持;實(shí)時(shí)監(jiān)控與乘客密切相關(guān)的重大事件和故障，在突發(fā)情況下組織各專業(yè)子系統(tǒng)高效協(xié)同聯(lián)動(dòng)，及時(shí)安撫和疏導(dǎo)乘客，引導(dǎo)乘客有序疏散，保證乘客的人身安全，為城市軌道交通的安全運(yùn)營(yíng)提供保障和技術(shù)支撐。

2 面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)支撐

為了實(shí)現(xiàn)面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)的完整功能，該系統(tǒng)將城市軌道交通中與乘客出行密切相關(guān)的業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化集成融合顯示和協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制。該系統(tǒng)中主要涉及集成和互聯(lián)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)有TCMS(列車控制與管理系統(tǒng))、AFC(自動(dòng)售檢票)系統(tǒng)、ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)、正線及車載PA(公共廣播)系統(tǒng)、正線及車載PIS(乘客信息系統(tǒng))、正線及車載CCTV(閉路電視)系統(tǒng)、EMCS(機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))、PSCADA(電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)、PSD(站臺(tái)屏蔽門)系統(tǒng)、無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)等。

除上述信息支撐外，為真實(shí)反映車站站廳層和站臺(tái)層的乘客密度和流向，以及各運(yùn)營(yíng)車輛內(nèi)的乘客情況，本系統(tǒng)還需監(jiān)測(cè)與采集線路所有車站內(nèi)及運(yùn)營(yíng)車輛內(nèi)的實(shí)時(shí)客流數(shù)據(jù)。車站和車輛內(nèi)的實(shí)時(shí)客流數(shù)據(jù)與AFC系統(tǒng)提供的進(jìn)出站客流數(shù)據(jù)以及TCMS提供的車重?cái)?shù)據(jù)相結(jié)合，共同為面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮及動(dòng)態(tài)運(yùn)營(yíng)調(diào)整決策，如可為增減臨時(shí)車等提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐。

為了保證集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性，本系統(tǒng)分別在控制中心和各車站設(shè)置主備冗余的FEP(前端處理器)與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)接口，收集各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制命令的轉(zhuǎn)發(fā);該系統(tǒng)同時(shí)也起到網(wǎng)絡(luò)隔離的作用，避免系統(tǒng)間的相互干擾。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為運(yùn)行控制中心(OCC)、車站和車輛3層架構(gòu)。其中，OCC層主要由中央應(yīng)用服務(wù)器、歷史服務(wù)器、中心FEP設(shè)備，以及調(diào)度工作站等組成;車站層主要由視頻識(shí)別分析服務(wù)器、車站實(shí)時(shí)服務(wù)器、車站FEP以及車站工作站等設(shè)備組成;車輛層主要由車輛視頻識(shí)別分析服務(wù)器和車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。中心層和車站層主要通過(guò)通信骨干網(wǎng)互聯(lián)通信，中心層和車輛層主要通過(guò)LTE(長(zhǎng)期演進(jìn))車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信，以形成基于控制中心、車站和車輛的分布式運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 面向乘客的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of passenger-oriented urban rail transit operation dispatching command system

該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)最主要的差異在于:該系統(tǒng)在車站和車輛上分別設(shè)置了視頻智能化分析設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)客流的全面感知和采集，以更好地進(jìn)行客流的實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)分析，以及輔助運(yùn)營(yíng)智能化調(diào)整決策。

3 乘客調(diào)度指揮功能設(shè)計(jì)

基于從各業(yè)務(wù)系統(tǒng)獲取的全息數(shù)據(jù)，本方案采用基于信號(hào)和綜合監(jiān)控一體化的智能監(jiān)控平臺(tái)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)面向乘客的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)將傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)和信號(hào)ATS進(jìn)行深度集成，構(gòu)建運(yùn)營(yíng)、調(diào)度、指揮一體化融合顯示和操控平臺(tái)。系統(tǒng)典型界面如圖2所示。

圖2 面向乘客的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)典型界面Fig.2 Typical interface of passenger-oriented urban rail transit operation dispatching command system

在信號(hào)和綜合監(jiān)控一體化融合顯示和操控的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)面向乘客服務(wù)，新增設(shè)計(jì)了全息客流感知引導(dǎo)及預(yù)測(cè)分析、乘客體驗(yàn)智能化調(diào)整，以及應(yīng)急調(diào)度指揮等核心功能模塊。

3.1 全息客流感知引導(dǎo)及預(yù)測(cè)分析

3.1.1 全息客流感知引導(dǎo)

面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)基于AFC客流數(shù)據(jù)、車站和車輛視頻識(shí)別分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全線客流的全息感知和引導(dǎo)。主要感知信息如下:

1)感知各車站出入口、進(jìn)出閘機(jī)客流，以及各站廳/站臺(tái)的客流分布及其擁擠度，并以客流熱力圖的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)展現(xiàn);車站客流分布信息可共享給PIS，以進(jìn)行站內(nèi)乘客引導(dǎo)。

2)感知運(yùn)營(yíng)車輛各車廂內(nèi)的乘客密度及其擁擠情況，引導(dǎo)車廂內(nèi)乘客向相對(duì)空閑的車廂移動(dòng)。同時(shí)可將車廂內(nèi)識(shí)別分析的擁擠度信息通過(guò)車地?zé)o線發(fā)送到車站，并在車站站臺(tái)PIS顯示屏上顯示預(yù)到站列車各車廂的擁擠度，引導(dǎo)候車乘客自主選擇候車站位。

3)基于視頻識(shí)別分析技術(shù)，對(duì)車站和列車車廂內(nèi)乘客的異常行為進(jìn)行識(shí)別，重點(diǎn)關(guān)注乘客沖突、乘客突發(fā)疾病等異常情況。當(dāng)識(shí)別到乘客有異常行為時(shí)，及時(shí)上報(bào)至中心運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮人員，以進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮處置。

4)對(duì)車站因關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備故障、線路臨時(shí)運(yùn)營(yíng)調(diào)整、突發(fā)外部客流輸入等大客流情況實(shí)施監(jiān)控并及時(shí)預(yù)警或報(bào)警。在客流持續(xù)異常的情況下，計(jì)算投放備車的時(shí)機(jī)，并給出建議供運(yùn)營(yíng)調(diào)度決策，協(xié)同聯(lián)動(dòng)車站各業(yè)務(wù)系統(tǒng)執(zhí)行車站限流預(yù)案，使備車投放效率最大化。

3.1.2 客流預(yù)測(cè)分析

面向乘客的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)基于視頻智能識(shí)別的車站和列車實(shí)時(shí)客流、AFC 5 min實(shí)時(shí)客流，以及歷史OD(起訖點(diǎn))客流、斷面客流等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車站客流的常態(tài)預(yù)測(cè)分析。主要預(yù)測(cè)內(nèi)容包括:進(jìn)站客流、出站客流及斷面客流的常態(tài)預(yù)測(cè)，以及進(jìn)、出站客流的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)等。該系統(tǒng)采用的客流預(yù)測(cè)模型以及預(yù)測(cè)輸出如圖3所示。

圖3 面向乘客的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)客流預(yù)測(cè)模型Fig.3 Passenger flow forecast model of passenger-oriented urban rail transit operation dispatching command system

通過(guò)對(duì)歷史客流和實(shí)時(shí)客流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以及對(duì)基于時(shí)間段、車站的客流分布規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和趨勢(shì)分析，可以對(duì)面向客流的智能化調(diào)度調(diào)整和調(diào)度指揮提供科學(xué)的決策依據(jù)和建議，從而更好地進(jìn)行乘客運(yùn)送和引導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)能與客流的匹配，提高乘客出行舒適度和體驗(yàn)。

3.2 乘客體驗(yàn)智能化調(diào)整

為了給乘客提供舒適、便捷的出行體驗(yàn)，該運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)根據(jù)線路運(yùn)營(yíng)動(dòng)態(tài)，可對(duì)運(yùn)營(yíng)設(shè)施設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行智能化調(diào)整，主要如下:

1)基于車輛照明及空調(diào)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，在特定場(chǎng)景下(如乘客投訴)對(duì)在線運(yùn)行車輛客室內(nèi)照明及空調(diào)溫度模式等進(jìn)行調(diào)節(jié)，或?qū)υO(shè)備開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，給乘客創(chuàng)造舒適的乘車環(huán)境。

2)基于車載視頻智能化識(shí)別，對(duì)車輛車廂的擁擠程度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與車載和地面PIS聯(lián)動(dòng)，引導(dǎo)乘客分散候車或下車，提高乘客車站上、下車效率。

3)基于站臺(tái)視頻智能化識(shí)別，對(duì)各站臺(tái)候車區(qū)域進(jìn)行排隊(duì)情況監(jiān)控，聯(lián)動(dòng)PA和PIS告知乘客調(diào)整候車區(qū)域;對(duì)車站換乘通道客流及其擁擠情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，聯(lián)動(dòng)PA和PIS通知乘客避開(kāi)擁擠通道。

4)基于對(duì)車站環(huán)境的感知，如季節(jié)、溫濕度、客流等，自動(dòng)調(diào)節(jié)車站溫濕度及通風(fēng)系統(tǒng)等，為乘客提供舒適環(huán)境。

通過(guò)與車輛TCMS接口共享數(shù)據(jù)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)全線與車載乘客服務(wù)相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視功能，包括車載CCTV、車載PA、車載應(yīng)急對(duì)講電話、車載PIS、車載照明、車載空調(diào)、逃生門等;實(shí)現(xiàn)車站電梯、自動(dòng)扶梯、PA、PIS、CCTV等乘客服務(wù)設(shè)施狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視功能，從而有效避免設(shè)施設(shè)備故障對(duì)乘客安全出行和舒適度的影響。

3.3 應(yīng)急調(diào)度指揮

基于智能協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎建立車輛和車站應(yīng)急場(chǎng)景處置預(yù)案。在突發(fā)事件產(chǎn)生時(shí)，面向乘客的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)協(xié)同集成或互聯(lián)的各專業(yè)子系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急聯(lián)動(dòng)操作和處置，可以大幅提高應(yīng)急調(diào)度指揮效率。預(yù)案執(zhí)行完成后，自動(dòng)生成預(yù)案處置報(bào)告;也可將應(yīng)急場(chǎng)景和處置過(guò)程保存，用于后續(xù)的應(yīng)急指揮演練，提升運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮應(yīng)急處置能力。以車輛嚴(yán)重故障時(shí)乘客區(qū)間緊急疏散為例，介紹該系統(tǒng)的應(yīng)急調(diào)度指揮流程(見(jiàn)圖4)。具體過(guò)程如下:

圖4 面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)急疏散處置流程圖Fig.4 Eemergency evacuation disposal flow chart of passenger-oriented urban rail transit operation dispatching command system

1)監(jiān)測(cè)到車輛嚴(yán)重故障后，該系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)車載PA和PIS并發(fā)布乘客安撫信息，同時(shí)自動(dòng)調(diào)取疏散車輛的視頻監(jiān)控;

2)將聯(lián)動(dòng)信息推送到電調(diào)工作站，通過(guò)電調(diào)確認(rèn)并對(duì)第三軌進(jìn)行斷電操作，確保疏散方向第三軌斷電;

3)將聯(lián)動(dòng)信息推送到行調(diào)工作站，對(duì)后續(xù)列車進(jìn)行扣車，不允許其再進(jìn)入?yún)^(qū)間;如果后續(xù)列車已進(jìn)入?yún)^(qū)間，則遠(yuǎn)程控制后續(xù)列車觸發(fā)緊急制動(dòng);

4)將聯(lián)動(dòng)信息推送到環(huán)調(diào)工作站，開(kāi)啟疏散方向的區(qū)間照明設(shè)備;開(kāi)啟疏散方向的區(qū)間風(fēng)機(jī)，為乘客提供新風(fēng);

5)通過(guò)車載廣播方式，指導(dǎo)乘客通過(guò)解鎖開(kāi)關(guān)解鎖車門或打開(kāi)逃生門;指導(dǎo)乘客沿正確的方向疏散;

6)聯(lián)動(dòng)調(diào)閱乘客疏散方向的區(qū)間視頻監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控乘客疏散路線，同時(shí)通過(guò)區(qū)間廣播設(shè)備指導(dǎo)乘客有序疏散，避免相互踩踏;

7)通過(guò)區(qū)間視頻設(shè)備或移動(dòng)通信提供的乘客接入數(shù)量，監(jiān)控疏散區(qū)間是否有遺留乘客，確保所有乘客都已安全疏散撤離。

4 智能化協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎設(shè)計(jì)

面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)集成了車輛TCMS、AFC、CCTV、PA、PIS、PSD、ECMS、ATS等與調(diào)度指揮密切相關(guān)的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。為了更高效地進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同調(diào)度指揮和應(yīng)急處置，本系統(tǒng)研究實(shí)現(xiàn)了基于工作流的智能化協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎。圖5為智能化協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎架構(gòu)。圖5中，智能化協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎由聯(lián)動(dòng)服務(wù)器、聯(lián)動(dòng)管理客戶端和聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)3部分組成，為面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)的場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)提供流程性管理服務(wù)。智能化協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎依賴于參與運(yùn)營(yíng)聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景的各專業(yè)子系統(tǒng)暴露的數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)預(yù)案觸發(fā)和聯(lián)動(dòng)指令下發(fā)，從而將各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)串聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動(dòng)。

圖5 智能化協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎架構(gòu)Fig.5 Intelligent coordinated linkage engine architecture

智能化協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎采用自動(dòng)化業(yè)務(wù)邏輯的可視化編排模式，賦予面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)一種靈活多樣的跨專業(yè)聯(lián)動(dòng)能力。確定聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景后，可通過(guò)事件或時(shí)間維度的條件觸發(fā)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)業(yè)務(wù)模型自動(dòng)執(zhí)行，從而大幅提升面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮效率。

5 結(jié)語(yǔ)

面向乘客的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)基于信號(hào)和綜合監(jiān)控一體化智能監(jiān)控平臺(tái)，圍繞以乘客服務(wù)為核心，面向城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛、AFC、CCTV、PA、PIS、PSD、ATS等與乘客調(diào)度指揮密切相關(guān)的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合集成和協(xié)同。依托智能化協(xié)同聯(lián)動(dòng)引擎系統(tǒng)自動(dòng)化和可視化的業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)功能，可以靈活、方便、高效地進(jìn)行應(yīng)急聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景的自定義設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)高度集成化、自動(dòng)化和智能化的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮。隨著新技術(shù)的快速發(fā)展和安全技術(shù)的日益成熟，全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)建設(shè)熱潮逐步開(kāi)啟。該系統(tǒng)高度集成化、自動(dòng)化和智能化的特性將更好地輔助運(yùn)營(yíng)控制中心的調(diào)度指揮人員進(jìn)行乘客服務(wù)，尤其是無(wú)人駕駛車輛的乘客服務(wù)和應(yīng)急指揮。