唐 雯，吳興華，楊 棟

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081)

0 引言

京張高速鐵路(北京北—張家口)是支撐2022年北京冬奧會(huì)成功舉辦的交通保障線，是冬奧會(huì)賽事舉辦期間非常重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施[1]。旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“管控平臺(tái)”)是以向鐵路客運(yùn)站管理人員、客運(yùn)人員及旅客提供綜合客運(yùn)生產(chǎn)服務(wù)為目標(biāo)的平臺(tái)，滿足車站旅客服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全卡控、應(yīng)急處置、設(shè)備監(jiān)控等方面的業(yè)務(wù)需求[2]，并與京張高速鐵路運(yùn)營(yíng)同步投入使用。

在國(guó)家大力推進(jìn)智能鐵路建設(shè)的大背景下，針對(duì)智能鐵路客運(yùn)車站與管控平臺(tái)的建設(shè)理念和應(yīng)用示范，史天運(yùn)等[3-4]提出智能車站的概念，設(shè)計(jì)管控平臺(tái)的總體藍(lán)圖、總體架構(gòu)及業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)；廉文彬[5]針對(duì)管控平臺(tái)的應(yīng)用與實(shí)踐，優(yōu)化管控平臺(tái)的設(shè)計(jì)，豐富管控平臺(tái)的應(yīng)用功能；謝甲旭[6]針對(duì)京張高速鐵路管控平臺(tái)的總體架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)展開研究及應(yīng)用。

由于京張高速鐵路具有客流構(gòu)成復(fù)雜、運(yùn)營(yíng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)高、運(yùn)營(yíng)安全要求高等賽期運(yùn)營(yíng)特征，旅客在冬奧會(huì)賽事期間的出行服務(wù)需求也相對(duì)較高。為了在冬奧會(huì)期間為京張高速鐵路提供溫馨舒適的旅客出行環(huán)境，提高管控平臺(tái)的安全保障功能與國(guó)際化水平，搭建更加高效、安全、智能的管控平臺(tái)，研究冬奧背景下的管控平臺(tái)適配提升，為京張高速鐵路在北京冬奧會(huì)運(yùn)行期間提供科技支撐。

1 管控平臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)狀

管控平臺(tái)1.0的建設(shè)打破了鐵路客運(yùn)站信息系統(tǒng)獨(dú)立管理、獨(dú)立部署、獨(dú)立操作的孤島模式，集成各客運(yùn)信息平臺(tái)與系統(tǒng)的功能，打造覆蓋除客票系統(tǒng)外的鐵路客運(yùn)業(yè)務(wù)集成化平臺(tái)，做到數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用、界面、用戶以及接口的集成[7-8]。但是，既有管控平臺(tái)更加側(cè)重對(duì)功能與數(shù)據(jù)的集成與融合，在冬奧會(huì)旅客出行服務(wù)高需求的場(chǎng)景下，管控平臺(tái)的建設(shè)、管理與旅客的體驗(yàn)感等方面仍然存在以下問題。

（1）管控平臺(tái)業(yè)務(wù)的構(gòu)建與變更相對(duì)復(fù)雜。在管控平臺(tái)集成的各個(gè)客運(yùn)信息平臺(tái)與系統(tǒng)之間，雖然集成數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用、界面等內(nèi)容，但不論是底層數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)還是上層業(yè)務(wù)的搭建，仍存在著業(yè)務(wù)關(guān)系的耦合與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的交叉。這會(huì)導(dǎo)致管控平臺(tái)的業(yè)務(wù)在建設(shè)與變更時(shí)，存在著重復(fù)開發(fā)和反復(fù)建設(shè)的問題，同時(shí)降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）應(yīng)急場(chǎng)景處置的展示方式不夠直觀。做好車站的應(yīng)急管理工作，對(duì)于車站的安全管理具有重要意義[9]。但是，管控平臺(tái)既有應(yīng)急處置方式的集成化展示沒有根據(jù)旅客流線構(gòu)建車站內(nèi)外的數(shù)字化模型，當(dāng)大客流、火災(zāi)等緊急情況發(fā)生時(shí)，未實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急場(chǎng)景的可視化模擬及仿真。

（3）旅客服務(wù)信息的發(fā)布方式不夠完善。管控平臺(tái)尚未建設(shè)統(tǒng)一的以中英文語音播報(bào)、引導(dǎo)屏為媒介的旅客服務(wù)信息發(fā)布方式，尤其是在面向冬奧場(chǎng)景的高國(guó)際化水平要求之下，旅客需要接收到更加實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的中英文語音播報(bào)與引導(dǎo)屏信息。

（4）調(diào)令的分發(fā)和流轉(zhuǎn)智能化水平不高。目前，車站接收調(diào)令后還需要從原始調(diào)令中手動(dòng)摘抄或者剪貼與自己計(jì)劃相關(guān)的調(diào)令，這個(gè)過程比較耗時(shí)且容易出現(xiàn)紕漏，調(diào)令處理方式的智能化水平較低。

2 面向冬奧的管控平臺(tái)適配提升研究

由于旅客在冬奧會(huì)賽事期間出行服務(wù)的需求較高，針對(duì)上述問題提出管控平臺(tái)適配提升的關(guān)鍵點(diǎn)：①平臺(tái)架構(gòu)方面，為了更加全面地對(duì)管控平臺(tái)進(jìn)行規(guī)劃與監(jiān)控，需要搭建面向服務(wù)的管控平臺(tái)中臺(tái)架構(gòu)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；②功能優(yōu)化方面，研究三維可視化應(yīng)急場(chǎng)景的集成化展示，增強(qiáng)系統(tǒng)在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)的應(yīng)急處理能力；③在管控平臺(tái)中臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究輕量級(jí)中英文語音播報(bào)與引導(dǎo)揭示服務(wù)，提升系統(tǒng)的服務(wù)能力；④研究面向冬奧的新調(diào)度集成平臺(tái)，提高管控平臺(tái)的智能化水平。

面向冬奧的管控平臺(tái)總體架構(gòu)依然采用信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS)體系[9]，設(shè)計(jì)采用“集中部署、三級(jí)應(yīng)用”的架構(gòu)模式。管控平臺(tái)適配提升總體藍(lán)圖如圖1所示。

圖1 管控平臺(tái)適配提升總體藍(lán)圖Fig.1 Blueprint of the control platform adaptation and improvement

2.1 基于中臺(tái)的管控平臺(tái)架構(gòu)構(gòu)建

考慮到冬奧會(huì)期間對(duì)于車站核心系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求進(jìn)一步提高，同時(shí)對(duì)于車站各類智能化業(yè)務(wù)應(yīng)用的接入、監(jiān)控、管理的效率也有較高的要求。因此，管控平臺(tái)在靈活機(jī)動(dòng)的前臺(tái)和專業(yè)穩(wěn)固的后臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行業(yè)務(wù)解耦、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分離，構(gòu)建面向服務(wù)的管控平臺(tái)中臺(tái)架構(gòu)。管控平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)從傳統(tǒng)的基礎(chǔ)資源、后臺(tái)應(yīng)用、前臺(tái)應(yīng)用，優(yōu)化為基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)，整合后臺(tái)業(yè)務(wù)、用于前臺(tái)數(shù)據(jù)發(fā)布的系統(tǒng)中臺(tái)以及前臺(tái)應(yīng)用?；谥信_(tái)的管控平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于中臺(tái)的管控平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Technical architecture of control platform based on middle platform

管控平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)包括后端的基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)，系統(tǒng)中臺(tái)以及前臺(tái)應(yīng)用?；A(chǔ)服務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)系統(tǒng)底層技術(shù)支撐，主要包括硬件資源、數(shù)據(jù)資源、網(wǎng)絡(luò)資源、虛擬化平臺(tái)和框架平臺(tái)。系統(tǒng)的前臺(tái)主要提供旅客服務(wù)、生產(chǎn)指揮、設(shè)備監(jiān)控管理、應(yīng)急指揮以及集成化展示的軟件功能。

系統(tǒng)中臺(tái)包括面向客運(yùn)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)中臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái)、業(yè)務(wù)支撐后臺(tái)以及業(yè)務(wù)支撐的微服務(wù)框架。首先，基于開源微服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)面向管控平臺(tái)整體業(yè)務(wù)的支撐部署，業(yè)務(wù)后臺(tái)通過消息中間件與微服務(wù)網(wǎng)關(guān)相連，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的注冊(cè)與發(fā)布。然后，在此基礎(chǔ)上對(duì)通用性業(yè)務(wù)進(jìn)行解耦與整合，歸納構(gòu)建，如列車類服務(wù)、客流類服務(wù)等業(yè)務(wù)流程，依托微服務(wù)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)各類服務(wù)的組件化，同時(shí)封裝對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫(kù)或SDK，從而構(gòu)建面向各類后期開發(fā)、外部系統(tǒng)接入的服務(wù)中臺(tái)。另一方面，對(duì)應(yīng)相關(guān)的業(yè)務(wù)，優(yōu)化整合對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分庫(kù)分表優(yōu)化，然后，對(duì)應(yīng)相關(guān)的業(yè)務(wù)進(jìn)行算法與計(jì)算資源的封裝整合，同樣依托微服務(wù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行發(fā)布，構(gòu)建系統(tǒng)OneData數(shù)據(jù)中臺(tái)，最終達(dá)到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化的統(tǒng)一。

2.2 三維可視化應(yīng)急場(chǎng)景的集成化展示

在現(xiàn)有車站集成化展示的基礎(chǔ)上，通過建模軟件，以車站設(shè)計(jì)圖為基礎(chǔ)，快速構(gòu)建車站三維BIM模型，全面分析站內(nèi)人員、設(shè)備、環(huán)境等生產(chǎn)要素，建立站內(nèi)統(tǒng)一的3D可視化應(yīng)急場(chǎng)景的集成化展示?；诠芸仄脚_(tái)的運(yùn)輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用多種數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，動(dòng)態(tài)展示客運(yùn)車站的整體運(yùn)營(yíng)情況；Web端采用SoonSpace三維引擎對(duì)模型進(jìn)行渲染操作，使應(yīng)急場(chǎng)景達(dá)到仿真的數(shù)字孿生效果。

依托管控平臺(tái)中臺(tái)架構(gòu)，結(jié)合列車預(yù)售票數(shù)與列車到發(fā)數(shù)據(jù)，可以提前預(yù)測(cè)車站客流量，并通過三維熱力圖方式進(jìn)行呈現(xiàn)；結(jié)合三維場(chǎng)景與智能視頻分析技術(shù)，在候車室、站臺(tái)、售票廳等重點(diǎn)場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)應(yīng)急事件報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急場(chǎng)景的三維可視化展示。

2.3 輕量級(jí)中英文語音播報(bào)與引導(dǎo)揭示服務(wù)

在管控平臺(tái)中臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究面向冬奧的輕量級(jí)中英文語音播報(bào)、引導(dǎo)揭示服務(wù)。依托中臺(tái)微服務(wù)技術(shù)，將基礎(chǔ)中英文服務(wù)在武清主數(shù)據(jù)中心進(jìn)行發(fā)布，從而實(shí)現(xiàn)車站廣播、引導(dǎo)設(shè)備對(duì)于中英文日常廣播的直接調(diào)用與管理；同時(shí)，通過武清統(tǒng)一發(fā)布的中英文語音從文本到語音(Text To Speech，TTS)服務(wù)引擎技術(shù)，實(shí)現(xiàn)京張高速鐵路各站中英文語音的快速合成與播報(bào)；基于武清統(tǒng)一部署的中英文翻譯引擎，實(shí)現(xiàn)京張高速鐵路各站中英文引導(dǎo)的實(shí)時(shí)展示。

2.4 面向冬奧的新調(diào)度集成平臺(tái)

依托京張智能調(diào)度系統(tǒng)關(guān)于調(diào)度命令與日計(jì)劃的集成化處理，搭建面向冬奧的新調(diào)度集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。

（1）調(diào)度日計(jì)劃自動(dòng)編制與校驗(yàn)。面向冬奧的新調(diào)度集成平臺(tái)通過格式化調(diào)度命令與調(diào)度日計(jì)劃的自動(dòng)化匹配，將每日開行計(jì)劃自動(dòng)匹配至管控平臺(tái)客運(yùn)模板，實(shí)現(xiàn)對(duì)每日開行計(jì)劃的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，同時(shí)也可以處理并提示相關(guān)變化風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

（2）重點(diǎn)列車與作業(yè)狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋。管控平臺(tái)將列車到發(fā)計(jì)劃通過新調(diào)度集成平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)化的校驗(yàn)與展示；同時(shí)，也將重點(diǎn)列車、列車在車站的開停檢信息、上水吸污等作業(yè)情況實(shí)時(shí)反饋至新調(diào)度集成平臺(tái)，為應(yīng)急處理、工作協(xié)同聯(lián)動(dòng)提供支持。

（3）實(shí)時(shí)精準(zhǔn)日計(jì)劃查詢展示。新調(diào)度集成平臺(tái)實(shí)時(shí)自動(dòng)處理日?？驼{(diào)命令并修訂調(diào)度日計(jì)劃，通過接口實(shí)時(shí)發(fā)送至管控平臺(tái)，客運(yùn)車站的綜控人員可以通過CS(Client/Server)生產(chǎn)終端或BS(Browser/Server)管理終端查看最新的日計(jì)劃。實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的日計(jì)劃查詢展示功能，可以快速應(yīng)對(duì)冬奧期間可能出現(xiàn)的“一日一圖”列車開行參數(shù)變化(如編組、車型等)情況，從而提高冬奧會(huì)期間京張高速鐵路的運(yùn)營(yíng)安全與服務(wù)質(zhì)量。

3 管控平臺(tái)適配提升應(yīng)用效果

3.1 管控平臺(tái)架構(gòu)部署效果

面向冬奧的管控平臺(tái)進(jìn)行全新的結(jié)構(gòu)部署與優(yōu)化，構(gòu)建面向服務(wù)的管控平臺(tái)中臺(tái)架構(gòu)，其對(duì)每項(xiàng)功能的微服務(wù)細(xì)分，實(shí)現(xiàn)每個(gè)微服務(wù)可以只對(duì)其特定的功能進(jìn)行獨(dú)立的業(yè)務(wù)開發(fā)，并獨(dú)立運(yùn)行在自己的進(jìn)程里。應(yīng)用效果表明，適配提升后的管控平臺(tái)在面對(duì)各類新業(yè)務(wù)的接入需求與各類擴(kuò)展服務(wù)的開發(fā)需求時(shí)，開發(fā)人員效率提升將近1倍，人員的數(shù)量也減少將近1/2；其部署的基于微服務(wù)系統(tǒng)框架以及對(duì)既有業(yè)務(wù)的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)面向各類新擴(kuò)展服務(wù)需求的快速組裝，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)管理；基于中臺(tái)的管控平臺(tái)可以更加快捷、全面地進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃與監(jiān)控，日常的查詢?cè)L問時(shí)間減少將近3/4。系統(tǒng)在提高客運(yùn)工作效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，也達(dá)到節(jié)支降耗的目的，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。京張高速鐵路管控平臺(tái)部署架構(gòu)如圖3所示。

圖3 京張高速鐵路管控平臺(tái)部署架構(gòu)Fig.3 Control platform deployment architecture of Beijing-Zhangjiakou High Speed Railway

3.2 三維可視化應(yīng)急場(chǎng)景集成化展示效果

通過對(duì)旅客進(jìn)站流線、實(shí)時(shí)客流量等信息的可視化研究，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急事件的演練與仿真，輔助管理人員在關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)預(yù)判。同時(shí)，在屏幕的兩側(cè)一目了然地展示包括列車到發(fā)、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提示、空氣質(zhì)量等車站信息，確保綜控人員控有抓手、盯有重點(diǎn)?？梢暬瘧?yīng)急場(chǎng)景的三維集成化展示，為車站在應(yīng)對(duì)緊急事件發(fā)生時(shí)的整體研判、迅速?zèng)Q策與協(xié)同指揮提供強(qiáng)有力支撐，保障冬奧期間清河等樞紐車站安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

3.3 中英文語音播報(bào)與引導(dǎo)揭示服務(wù)效果

輕量級(jí)中英文語音播報(bào)與引導(dǎo)揭示服務(wù)，實(shí)現(xiàn)京張高速鐵路各客運(yùn)車站廣播、引導(dǎo)設(shè)備對(duì)于中英文信息的實(shí)時(shí)調(diào)用與管理。應(yīng)用效果表明，車站的語音播報(bào)與引導(dǎo)屏作為鐵路行業(yè)服務(wù)旅客的窗口，做到信息的精準(zhǔn)快速傳達(dá)與資源的有效利用，滿足冬奧會(huì)期間的賽期運(yùn)營(yíng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，提升了管控平臺(tái)的國(guó)際化水平。

3.4 新調(diào)度集成平臺(tái)應(yīng)用效果

新調(diào)度集成平臺(tái)將智能調(diào)度系統(tǒng)中格式化調(diào)度命令、日計(jì)劃，以及京張高速鐵路各站站場(chǎng)特性進(jìn)行融合，形成一套后臺(tái)到發(fā)計(jì)劃自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)?？瓦\(yùn)綜控人員無需拿紙質(zhì)調(diào)令逐條核對(duì)，從而提升工作效率并降低錯(cuò)辦風(fēng)險(xiǎn)，每日節(jié)省人工約4 h。另外，在實(shí)現(xiàn)調(diào)度日計(jì)劃自動(dòng)匹配客運(yùn)模板與到發(fā)計(jì)劃全自動(dòng)編制的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令流轉(zhuǎn)流程的精簡(jiǎn)與管控平臺(tái)作業(yè)狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋，大大提高了冬奧會(huì)期間京張高速鐵路的運(yùn)營(yíng)安全與服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

全面推進(jìn)鐵路客運(yùn)車站智能化建設(shè)是推動(dòng)鐵路創(chuàng)新發(fā)展、增強(qiáng)鐵路核心競(jìng)爭(zhēng)力的必要手段[10]。隨著全路客運(yùn)信息集成平臺(tái)的建立，售票、乘務(wù)、調(diào)度、車輛等信息的獲取不斷完善，為管控平臺(tái)的適配提升提供大量的數(shù)據(jù)支撐。深化研究管控平臺(tái)架構(gòu)與業(yè)務(wù)特點(diǎn)，搭建面向冬奧的管控平臺(tái)總體架構(gòu)，并在平臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ)上提供包括服務(wù)、管理、應(yīng)急等方面的一系列應(yīng)用產(chǎn)品優(yōu)化。在冬奧會(huì)舉辦期間，對(duì)適配提升的管控平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用示范，結(jié)果表明，該應(yīng)用提高了車站各類智能化業(yè)務(wù)應(yīng)用的接入、監(jiān)控、管理效率，減少了管控平臺(tái)研發(fā)運(yùn)維的投入成本，達(dá)到了降本增效的目標(biāo)，全面提升了京張高速鐵路智能化旅客服務(wù)水平。