沈冬冬 景順利

摘要：隨著大數(shù)據(jù)和云計算技術的發(fā)展，軌道交通網(wǎng)絡化運行、“四網(wǎng)融合”成為都市圈軌道交通一體化發(fā)展的必然趨勢，因此作為調(diào)度指揮系統(tǒng)需要采用先進的科學技術，更大程度上實施智能化的行車調(diào)度，更好地滿足網(wǎng)絡化運行管理，更充分地發(fā)揮系統(tǒng)自動化功能，進一步提高調(diào)度效率和可靠度。文章提出了一種滿足都市圈城軌智能調(diào)度系統(tǒng)功能需求的設計方案，并從系統(tǒng)定位、系統(tǒng)方案、方案設計、系統(tǒng)交互等方面進行詳細介紹。

關鍵詞：軌道交通；都市圈；“四網(wǎng)融合”；智能調(diào)度

中圖分類號：U231.7? 文獻標志碼：A

0 引言

“十四五”時期，建設現(xiàn)代化都市圈成為我國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的必然要求［1-2］。推進城市群都市圈交通一體化，加快城際鐵路、市域（郊）鐵路建設，以城際鐵路和市域（郊）鐵路等軌道交通為骨干，推動市內(nèi)市外交通有效銜接和軌道交通“四網(wǎng)融合”，提高都市圈基礎設施的連接性、貫通性，以便更好地適應都市圈發(fā)展要求、滿足人民出行需求，意義重大［3］。

我國都市圈尚在培育過程中，長三角、京津冀、大灣區(qū)等城市群和都市圈軌道交通規(guī)劃建設紛紛提上重要日程［4］。國外，巴黎、倫敦、法蘭克福等城市群都較早建立起軌道交通網(wǎng)絡，倫敦都市圈采用票務網(wǎng)與運輸組織分離的管理模式，法蘭克福S-BAHN線實現(xiàn)了與機場客流數(shù)據(jù)相匹配的運行圖調(diào)整等功能［5］。國內(nèi)都市圈智慧城軌建設沒有可供參考的成熟案例［6］。隨著智慧城軌新技術和發(fā)展理念趨于成熟，都市圈智慧城軌建設將成為未來軌道交通行業(yè)的一個重點領域。

目前，都市圈智慧軌道交通面臨的問題及挑戰(zhàn)［7］：（1）主要承擔通勤、休閑等短途運輸，客流的潮汐性和向心性明顯；（2）客流主要為早晚高峰時期的通勤客流，波動性大；（3）客流主要集中于線路端點，大部分乘客平均運距較長，需要采用長短交路、快慢車、直達等靈活多樣的運營組織模式；（4）與乘客乘車體驗密切相關的發(fā)車間隔、正點率、列車擁擠度、換乘銜接等需進一步提升乘客出行體驗舒適性。

文章提出了一種基于城軌云平臺的都市圈智能調(diào)度系統(tǒng)設計方案，解決都市圈城軌智慧建設中面臨的問題及挑戰(zhàn)。本設計方案的特點為：（1）多源客流精準預測，滿足運能運量精準匹配，實現(xiàn)線網(wǎng)運輸組織自動規(guī)劃；（2）多專業(yè)大數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)調(diào)度指揮更高效、更精準；（3）大數(shù)據(jù)智能分析，為應急處理提供輔助決策支持，給出合理化建議；（4）大交通數(shù)據(jù)共享，智能乘客信息推送，實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)換乘高效，助力乘客智慧出行。

1 功能定位及需求

建立都市圈城市軌道交通智能調(diào)度系統(tǒng)是軌道交通進入網(wǎng)絡化運營階段的需要，是協(xié)調(diào)多運營主體線路之間相互配合、快速應對各種突發(fā)事件、為乘客提供優(yōu)質(zhì)服務的必然要求，是提高軌道交通整體網(wǎng)絡運輸效率、確保行車安全、實現(xiàn)軌道交通指揮現(xiàn)代化和管理智能化的重要手段。

1.1 實現(xiàn)跨區(qū)域管理協(xié)同

都市圈軌道交通線路實現(xiàn)跨市域互通，突破原有行政區(qū)域內(nèi)軌交線路的管理模式，部分線路可以由都市圈內(nèi)的其他線網(wǎng)中心統(tǒng)籌管理或兩個線網(wǎng)中心協(xié)同管理，實現(xiàn)跨區(qū)域間的線路運營協(xié)同，及各層次網(wǎng)絡有序銜接。

1.2 實現(xiàn)調(diào)度保障協(xié)同

智能線網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)有的線網(wǎng)中心“只監(jiān)不可控”的運行模式，將線網(wǎng)不同線路有序接續(xù)，保證客流能夠在網(wǎng)絡間便捷通達的同時，合理調(diào)配運能，節(jié)省運營成本，提升運營管理水平。同時，城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通信息在智能調(diào)度線網(wǎng)中心融合，實現(xiàn)統(tǒng)一的運行顯示、統(tǒng)一的調(diào)度指揮和統(tǒng)一的應急指揮，快速應對各種突發(fā)事件、確保行車安全。

1.3 實現(xiàn)運輸組織融合

智能線網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)結(jié)合市域線路、城際線路特點，綜合采用多交路、不對稱交路、跳站運營、快慢車組合運營等多種調(diào)度策略，實現(xiàn)統(tǒng)一的運行組織，有效協(xié)調(diào)市域線路、城際交通與城市交通的順暢銜接和能力匹配，提高軌道交通整體網(wǎng)絡運輸效率，實現(xiàn)軌道交通指揮現(xiàn)代化和管理智能化。

面向都市圈的智能調(diào)度系統(tǒng)，以“綜合交通一體化樞紐”為中心，逐步實現(xiàn)與鐵路、公路、路面交通、共享單車等多種交通方式信息互聯(lián)共享和融合發(fā)展，體現(xiàn)高效性和便捷性，從“走得了”升級到“走得快”“走得好”，最大限度滿足乘客的獲得感和體驗感。同時，基于一體化樞紐及主要換乘站的多源客流數(shù)據(jù)，構(gòu)建客流分析模型并融合智能化分析算法，逐步優(yōu)化網(wǎng)絡化的列車運行計劃編制系統(tǒng)，最大限度提高運營的列車投入合理化度及乘客滿意度。

2 系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

隨著大數(shù)據(jù)和云計算技術的發(fā)展，通過構(gòu)建信息化網(wǎng)絡架構(gòu)實現(xiàn)信息共享和軌道交通智能化。從滿足都市圈運營組織需求出發(fā)，從智能運輸組織、列車節(jié)能運行、智能乘客服務3個方面進行研究，實現(xiàn)線網(wǎng)運營管理的工作，將全線路集中管理，直接負責多線路的指揮和運營協(xié)調(diào)，同時具有綜合監(jiān)控、應急指揮、信息共享、輔助決策等功能，達到都市圈網(wǎng)絡化運營的智能調(diào)度指揮、節(jié)能控制以及提高乘客出行效率等，助推都市圈可持續(xù)發(fā)展。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

本文設計的基于城軌云平臺的都市圈城軌智能調(diào)度系統(tǒng)，包括線網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)、線路智能調(diào)度系統(tǒng)，如圖2所示。線網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)、線路中央智能調(diào)度系統(tǒng)依托于城軌云平臺進行部署，線路本地智能調(diào)度系統(tǒng)采用傳統(tǒng)物理設備部署，其中：

（1）線網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)行車監(jiān)視工作站、運行圖工作站、應用服務器及接口、大屏工作站采用城軌云平臺虛擬機方式部署，線網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務器采用城軌云平臺裸金屬方式部署。

（2）線路中央智能調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度工作站、運行圖編制工作站、應用服務器及相關接口工作站采用城軌云平臺虛擬機方式部署，數(shù)據(jù)庫服務器采用城軌云平臺裸金屬方式部署。

（3）線網(wǎng)本地智能調(diào)度系統(tǒng)本地調(diào)度員工作站、本地應用服務器、本地時刻表管理器等設備采用傳統(tǒng)物理設備部署。

2.2 系統(tǒng)組成

基于城軌云平臺的都市圈城軌智能調(diào)度系統(tǒng)是

一個分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)組成及功能描述如下：

（1）線路側(cè)接口服務器。負責存儲并轉(zhuǎn)發(fā)各線路車的消息數(shù)據(jù)，保證各線路側(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_、高效、實時展示。

（2）智能調(diào)度監(jiān)視工作站。根據(jù)匯聚設備上報的軌旁元素狀態(tài)、列車狀態(tài)、計劃/歷史時刻表信息、故障信息、告警信息以及線網(wǎng)NCC系統(tǒng)獲取的故障信息等進行狀態(tài)實時顯示、數(shù)據(jù)融合處理，為調(diào)度的智能決策提供依據(jù)，并實時推送，便于調(diào)度員及時、準確地進行故障應急處理。

（3）線網(wǎng)智能調(diào)度應用服務器。接收線路上報的列車運行狀態(tài)、軌旁元素狀態(tài)、計劃/歷史時刻表等信息，進行智能數(shù)據(jù)分析、實時/非實時指標統(tǒng)計等智能輔助調(diào)度信息處理，并將相關推送信息、聯(lián)動信息、統(tǒng)計信息等在智能調(diào)度監(jiān)視工作站進行展示。

（4）線網(wǎng)運輸編制服務器。從線網(wǎng)的角度綜合考慮全線網(wǎng)內(nèi)客流、上線運營列車情況，基于獲取的實時、預測客流數(shù)據(jù)進行運力運量的動態(tài)匹配，實現(xiàn)線網(wǎng)運輸計劃的評估、編制及銜接，并將生產(chǎn)的線網(wǎng)運輸計劃下發(fā)到都市圈相關線路側(cè)，線路側(cè)基于線網(wǎng)的運輸計劃實現(xiàn)對線路的實時控制及調(diào)整。

（5）數(shù)據(jù)存儲服務器。用于將接收到的線路實時、非實時信息以及線網(wǎng)接收到的實時客流、預測客流、歷史客流以及故障等信息進行存儲，便于線網(wǎng)智能調(diào)度應用服務器進行智能分析、統(tǒng)計等。

2.3 系統(tǒng)交互

智能調(diào)度系統(tǒng)包括線網(wǎng)級智能調(diào)度系統(tǒng)和線路級智能調(diào)度系統(tǒng)。線路級智能調(diào)度系統(tǒng)與線網(wǎng)級智能調(diào)度系統(tǒng)進行直接交換，包括線路級行車、信號燈元素狀態(tài)上報以及接收線網(wǎng)運輸計劃、控制指令、調(diào)度命令等，實現(xiàn)線網(wǎng)、線路兩級聯(lián)動控制。

線網(wǎng)級智能調(diào)度系統(tǒng)主要包括調(diào)度指揮、運輸組織、輔助決策、態(tài)勢感知以及智能乘客服務等方面業(yè)務。線網(wǎng)級智能調(diào)度系統(tǒng)與線路級信號系統(tǒng)、NCC系統(tǒng)、綜合運維管控平臺進行信息交互，系統(tǒng)交互如圖2所示。

（1）與NCC系統(tǒng)交互信息：客流信息、視頻分析信息、設備狀態(tài)信息、應急指揮信息、大交通數(shù)據(jù)以及實現(xiàn)與大交通系統(tǒng)聯(lián)動。

（2）與綜合運維管控平臺交互信息：信號系統(tǒng)運維信息、車輛運維信息、每節(jié)車廂重量、每節(jié)車廂的滿載率等。

（3）與線路信號系統(tǒng)交互信息：一方面，接收線路信號系統(tǒng)的行車、信號狀態(tài)信息、調(diào)度反饋信息、運行計劃信息；另一方面，向線路信號系統(tǒng)發(fā)送運輸計劃、控制命令、調(diào)度命令等信息。

（4）與清分系統(tǒng)交互信息：線網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)接收清分系統(tǒng)提供的換乘客流數(shù)據(jù)（換入、換出客流）、客運量數(shù)據(jù)、斷面客流量、車站、線路、線網(wǎng)OD客流、分時進出站客流（車站、線路、線網(wǎng)）、分時斷面客流等。

（5）與AFC接口：線網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)接收AFC系統(tǒng)提供的閘機開關狀態(tài)、進站客流數(shù)據(jù)、出站客流數(shù)據(jù)等。

3 方案設計

3.1 智能輔助決策

基于運營數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲的大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)線網(wǎng)數(shù)據(jù)集中存儲，統(tǒng)一智能決策分析，統(tǒng)一指揮；結(jié)合線路設備資源情況，實現(xiàn)線路控制。以應急處置預案、調(diào)度日志等經(jīng)驗規(guī)則和歷史數(shù)據(jù)為基礎，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)與調(diào)度決策的反饋機制，輔助調(diào)度決策系統(tǒng)能夠根據(jù)專家知識決策故障或應急條件的影響范圍、影響時長、影響趨勢，并能根據(jù)歷史調(diào)度案例庫對專家知識的自學習，模擬調(diào)度員的思維決策，為調(diào)度提供決策支持，具體如圖3所示。

3.2 基于客流和運力資源的運行圖編制和評估

城市軌道交通具有行車間隔短、客流隨機性和流動性大的特征，特別是在綜合交通樞紐站，如南京南站，匯聚了軌道交通、高速鐵路、民航、市內(nèi)公共交通、城際公共交通等交通出行方式，客流的隨機性、流動性更加明顯。通過軌道交通網(wǎng)絡多源客流數(shù)據(jù)融合的精準化計算、智能化分析、網(wǎng)絡化運營的列車運行計劃編制，實現(xiàn)網(wǎng)絡客流的監(jiān)測預警、網(wǎng)絡運力資源的優(yōu)化配置、運能運量的精準匹配和全自動列車運行的行車組織。實現(xiàn)基于歷史預測客流、實時預測客流等因素，對軌道交通運力進行評估，動態(tài)調(diào)整當天運行計劃，滿足實際客流運輸組織的需要。同時，考慮軌道交通網(wǎng)絡之間的銜接，進一步滿足乘客智慧出行的需要。

基于客流和運力資源的運行圖編制和評估實現(xiàn)基于歷史預測客流、實時預測客流等因素，對軌道交通運力進行評估，動態(tài)調(diào)整當天運行計劃和實時調(diào)整運行時間，滿足實際客流運輸組織的需要，達到以下功能：（1）通過網(wǎng)絡客流的監(jiān)測預警，實現(xiàn)對當前能力分析；（2）通過網(wǎng)絡運力資源的優(yōu)化配置，實現(xiàn)車輛匹配調(diào)整；（3）通過運能運量的精準匹配，實現(xiàn)列車發(fā)車間隔調(diào)整?；诳土骱瓦\力資源的運行圖評估系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

3.3 區(qū)域協(xié)同的線網(wǎng)運輸銜接

依托于城市軌道交通都市圈建設，實現(xiàn)“四網(wǎng)融合”后，線網(wǎng)中客流量大、流向復雜，時空分布不均衡，不同線路、時段的列車開行交路、間隔也不相同。因此，對乘客在車站的集聚情況、區(qū)間運力運量匹配情況、換乘站各方向列車的銜接情況進行實時監(jiān)測。從滿足乘客出行需求出發(fā)，在線網(wǎng)運輸計劃編制過程中應充分考慮都市圈內(nèi)各線路有換乘站連接的其他線路的首末車時間，應用銜接評估計算線路各換乘站主要銜接方向首、末班車換乘等待時間和末班車換乘時間和換乘可達性。根據(jù)計算結(jié)果手動或者自動調(diào)整線路首末班車時間，得到優(yōu)化的線路首末車時間方案，優(yōu)化調(diào)整線網(wǎng)運力配置，如運能運量匹配、末班車換乘銜接、行車間隔銜接、換乘站銜接等。

由于線網(wǎng)中客流量大、流向復雜，時空分布不均衡，不同線路、時段的列車開行交路、間隔也不相同。因此，需借助該功能對乘客在車站的集聚情況、區(qū)間運力運量匹配情況、換乘站各方向列車的銜接情況進行展示，線網(wǎng)運輸銜接功能如圖5所示。

3.4 多樣化運輸組織模式

將結(jié)合市域線路、城市軌道交通等線路特點，綜合采用多交路、不對稱交路、快慢車組合運營、直通車運營、互聯(lián)互通運營、換乘運行模式、靈活編組等多種調(diào)度策略，實現(xiàn)統(tǒng)一的運營組織，綜合考慮客流特征和運輸能力，統(tǒng)籌安排多種列車運營組織模式和開行方案，有效協(xié)調(diào)干線鐵路、市域線路、城際交通與城市交通的順暢銜接和能力匹配，提高軌道交通整體網(wǎng)絡運輸效率，實現(xiàn)軌道交通指揮現(xiàn)代化和管理智能化，實現(xiàn)南京都市圈的“四網(wǎng)融合”運營調(diào)度指揮，如圖6所示。

3.5 多源數(shù)據(jù)融合及多層次信息推送

充分發(fā)揮都市圈軌道交通重要交通樞紐站作用，構(gòu)建以“四網(wǎng)融合”為核心的覆蓋民航、有軌電車、公交等區(qū)域協(xié)同指揮調(diào)度體系，實現(xiàn)軌道交通與城際鐵路、市域（郊）鐵路、干線鐵路、有軌電車、民航、公交等信息共享及推送，提高運輸效率，滿足乘客智慧出行需求。

在共享數(shù)據(jù)平臺基礎上與各專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，進一步完善實時監(jiān)測、信息采集，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合處理、各專業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享以及數(shù)據(jù)挖掘分析，構(gòu)建基于多專業(yè)協(xié)同聯(lián)動控制的線路智能調(diào)度指揮。

（1）實現(xiàn)以調(diào)度為核心，進行信息篩選、推送及提示。例如，運營前檢查、運營偏差等級、列車阻塞、停站超時、調(diào)度指令互相確認、交接班管理、站場顯示動態(tài)控顯等，輔助調(diào)度人員運輸調(diào)度。

（2）實現(xiàn)以乘客為核心，進行高鐵、民航、有軌電車、公交等信息推送，如運行班次、時刻、早晚點信息及換乘方案、換乘時間，有軌電車及公共交通的運營時間、起始站、運營間隔等。

（3）實現(xiàn)以應急指揮為核心，進行乘客的應急疏散，在軌道交通換乘站等樞紐站發(fā)送大客流、應急故障時，及時向有軌電車、公共交通發(fā)布相關信息，引導乘客通過公共交通盡快疏散。

4 結(jié)語

隨著大數(shù)據(jù)和云計算技術的發(fā)展，軌道交通網(wǎng)絡化運行、“四網(wǎng)融合”成為必然趨勢，本文結(jié)合都市圈面臨的問題及挑戰(zhàn)，實現(xiàn)了一種基于城軌云平臺的都市圈智能調(diào)度系統(tǒng)，從智能運輸組織、列車節(jié)能運行、智能乘客服務三方面出發(fā)，實現(xiàn)線網(wǎng)運營管理、全線路集中管理，直接負責多線路的指揮和運營協(xié)調(diào)，同時具有綜合監(jiān)控、應急指揮、信息共享、輔助決策等功能，達到都市圈網(wǎng)絡化運營的智能調(diào)度指揮、節(jié)能控制以及提高乘客出行效率等。另外，本系統(tǒng)與線網(wǎng)指揮中心NCC平臺進行交互，能夠獲取更多都市圈之外的客流信息、設備狀態(tài)、大交通等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)的進一步挖掘和分析，提升智能化、智慧化程度，助推都市圈可持續(xù)發(fā)展。

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（編輯 姚 鑫）

Design of intelligent dispatching system for metropolitan area based on urban rail cloud platform

Shen Dongdong， Jing Shunli

（Nanjing NRIET Industrial Co.， Ltd.， Nanjing 211106， China）

Abstract： With the development of big data and cloud computing technology， the networked operation of rail transit and the “integration of four networks” have become the inevitable trend of the integrated development of rail transit in metropolitan areas. Therefore， as a dispatching and command system， advanced scientific and technological technologies should be adopted to implement intelligent train dispatching to a greater extent， better meet the networked operation management， give full play to the system automation function， and further improve the dispatching efficiency and reliability. This paper proposes a design scheme to meet the functional requirements of the urban rail intelligent dispatching system in the metropolitan area， and introduces in detail the system positioning， system scheme， scheme design， system interaction and other aspects.

Key words： rail transit; Urban rail; “integration of four networks”; intelligent dispatching