城市軌道交通網絡運營調度指揮系統建設研究

肖寶弟 劉志明 白 雪

城市軌道交通網絡運營調度指揮系統建設研究

肖寶弟 劉志明 白 雪

摘 要：城市軌道交通進入網絡化階段后，面臨著綜合交通智能一體化的挑戰。分析了城市軌道交通調度指揮系統的研究背景和發展趨勢，提出了先進的、切實可行的網絡運營調度指揮系統的技術方案。強調應發揮信號控制和行車指揮在該系統中的作用，確保系統達到預期目標。

關鍵詞：城市軌道交通；運營調度指揮；面向服務的框架

肖寶弟：中國鐵道科學研究院通信信號研究所，副所長，研究員，北京 100081

1　研究背景

安全、高效和及時有效的調度是城軌持續安全運行的保障。其主要功能包括：①編制合理高效的運行計劃，滿足旅客出行的需要；②組織列車運行，保證城軌正點運營；③對供電、環控及防災設備進行監控，確保城軌運行安全可靠；④對設備維修和施工進行管理，保持設備狀態良好；⑤實現應急指揮，處置突發事件。

但是，由于建設投資的模式和周期等因素，國內目前尚沒有真正意義上的網絡化城軌線網調度指揮控制中心。雖然在北京、上海、廣州、深圳等城市均建有規模不等的軌道交通控制中心，但這些控制中心通常是按照線路進行設置的，城市軌道交通已經建成和正在規劃的控制中心均存在以下缺點和不足。

(1）缺乏前期規劃。城軌建設均采用按線路為單位運行的模式。各地城軌建設之初，均以保開通為目標，缺乏對城軌成網后的運輸組織和行車指揮的考慮，由此造成了無統一的標準和規范，各條線路各自為政，使得線網形成后，無法進行有效的集成。

(2）標準和規范的滯后。由于相應的標準和規范滯后，給城市軌道交通網絡運營調度指揮系統的建設帶來更多的問題。如：NOCC（線網運營控制中心）、TCC(軌道交通路網指揮調度中心)、OCC（線路運營控制中心）等均無相應的技術標準和規范，造成多廠家產品混雜，不僅給集成工作帶來困難，更重要的是給城軌運行安全帶來極大的隱患，一旦某條線路在換乘站發生故障或突發事件，其他線路無法及時采取有效措施，持續向換乘站發送旅客，將會使故障和事故的影響逐漸放大。

(3）系統定位不明確。調度中心是行車指揮控制中心，不是監視中心，其主要功能應定位在計劃編制和運行指揮，電力監控系統（SCADA）、火災報警系統（F A S）、環境與設備監控系統（BAS）、視頻監控系統（CCTV）等只是設備運行監控，應列入維護管理系統。

(4）技術落后，成本較高。尚未采用先進集成技術，系統資源無法共享。計算機、網絡、機房、供電重復建設[1]，資源浪費嚴重。

本論文的研究目標就是制定能夠實現對整個城市軌道交通網絡進行統一、集成、協調和智能化管理的調度指揮體系及解決方案。

2　發展趨勢

2.1需求發展

目前，南京、武漢、深圳、廣州、成都、天津、青島、哈爾濱等城市均在開展城軌調度指揮中心的建設，因為隨著中國各城市軌道交通網絡的逐步形成，網絡化運營已經成為大家的共識。

以廣州地鐵為例，目前共有5個控制中心，具體設置及控制的線路如下：公園前行車控制中心，控制1、2、8號線；大石行車控制中心，控制3號線；石碁行車控制中心，控制4號線；魚珠行車控制中心，控制5號線；夏南行車控制中心，控制廣佛線。由于廣州地鐵已經有多條線路，形成了線網，現有的地鐵指揮系統已無法適應指揮需要。未來，廣州將有更多地鐵線路投入運營，建設一個地鐵指揮中樞勢在必行。為此，廣州市地下鐵道總公司計劃投資10億元人民幣，在海珠區琶洲地塊萬勝圍建設一個總建筑面積達31萬m2的廣州地鐵線網運營管理指揮中心，該中心建成后，將用于整個地鐵線路的指揮調度。考慮到未來地鐵線路非常多，該中心也預留了擴展空間，各條線路的控制中心仍將保留。

此外，天津市也啟動了軌道交通調度指揮中心建設項目。根據規劃，將分別在天津市和濱海新區建設2個互聯互通的城軌調度指揮中心，分別控制市區22條和濱海新區8條軌道交通線路，涵蓋天津市全部軌道交通項目。

2.2政策發展

發展公共交通是國家重要的產業基礎政策，軌道交通具有的大容量、快速、環保等特點，一直是大城市解決交通擁堵問題的首選，已經頒布的《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》、《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》、《工業轉型升級規劃（2011-2015年）》和《高端裝備制造業“十二五”發展規劃》，對軌道交通發展明確提出要求。

加強技術創新：加強創新，突破關鍵核心技術，研制具有知識產權的高端軌道交通裝備，實現產業健康可持續發展。加快推進軌道交通裝備的輕量化、模塊化、標準化、信息化、網絡化和智能化發展，不斷提升軌道交通裝備的安全性、可靠性、舒適性和環境友好性，滿足市場個性化需求。

信號及綜合監控與運營管理系統：其中包括開發先進的軌道交通控制系統。完善大型數據采集與監控系統平臺關鍵技術，突破基于一個信息共享平臺的行車監控應用技術，實現行車、供電、機電、通信、防災、工務、車輛等綜合監控信息集成，形成綜合調度指揮系統。

2.3技術發展

目前，國外主要城市的地鐵調度指揮（控制中心）系統由以下廠商提供：東京帝都高速交通營團綜合監控中心—日本日立公司；加拿大多倫多地鐵綜合控制中心—法國阿爾斯通公司；美國紐約地鐵綜合控制中心—德國西門子公司；新加坡東北線綜合自動化中心—法國泰雷茲公司；美國費城市交通管理指揮中心—美國通用電氣公司。此外，西門子公司、泰雷茲公司還為國內一些地鐵線路提供了控制中心系統。這些系統的主要特點如下。

(1）高度集成。采用統一的技術平臺，實現對行車、供電、環控、視頻等系統的集成。

(2）高可靠性。采用冗余技術實現系統的不間斷運行。

(3）網絡技術。采用高速網絡，實現系統內互聯互通。

(4）業務驅動。根據城市軌道交通運營和管理的需求，根據調度人員的業務流程進行系統開發。

(5）中間件技術。采用中間件技術，快速完成系統的開發與部署。

綜上所述，城市軌道交通綜合運營調度指揮系統的技術發展趨勢是：高度集中的統一平臺、標準規范的網絡協議、高可靠技術、高效率軟件開發技術、基于用戶需求進行靈活配置的軟件變更技術、高安全防護技術、企業服務總線技術、面向對象的開發技術、大數據相關技術等[2～3]。

2.4市場發展

目前，國內正在建設和計劃建設城軌調度指揮中心的城市有10多個，在建設過程中將會面臨以下問題。

國外廠商拒絕提供相關的技術標準和規范，甚至拒絕提供開放的接口，并且造價昂貴，城市軌道交通調度中心的系統集成工作將會遇到很大的阻力。

國內現有已建成的調度中心基本上處于設備集中設置、系統無法集成的狀態，一些所謂的控制中心僅僅能夠實現狀態監視和復示,無法實現真正意義的系統集成。

因此，開發具有自主知識產權的城市軌道交通網絡化運營調度指揮系統不僅具有十分重要的戰略意義，也同樣具有非常廣闊的市場前景。

3　技術方案

城市軌道交通網絡運營調度指揮系統采用SOA（面向服務的架構）架構形式來搭建，在統一的數據模型、安全管理和技術平臺上，構建在界面、功能、數據和流程等各個層次上高度統一、有機集成的完整系統。系統由業務應用、公共服務框架、統一SOA支撐框架、統一數據模型管理、接口適配器框架、統一系統訪問門戶、統一系統安全管理構成，如圖1所示。

3.1業務應用

指系統上部署的業務模塊，包括建設管理、運行管理、服務發布、統計分析、維修管理等。

3.2公共服務框架

指將各業務應用中相對穩定的、共性的業務和技術能力抽象出來，通過服務的封裝和重用，形成公共的業務和技術服務框架。作為構建各專業應用的基礎，最大限度地降低系統建設和維護的成本，提高系統的靈活性和對變化的響應度。

3.3統一SOA支撐框架

指基于開放、標準和整合的SOA平臺，為應用開發和部署提供統一的數據訪問，共享的業務服務訪問，以及與內外部系統面向服務的集成能力。

3.4統一數據模型管理

指對整個系統涉及的資源和規則進行統一的管理和配置，提供各專業業務應用統一的訪問入口，有效地避免重復建設，保證信息的充分共享，靈活適應業務變化。

3.5接口適配器框架

對外提供統一的接口接入，在接口接入層，平臺開發多種協議適配器，支持多種協議如TCP/IP、MQ、Web Service等的接入。

3.6統一的系統訪問門戶

指系統提供一個統一的系統訪問界面，用戶通過此界面訪問系統對外開放的功能模塊，如歷史數據查詢、統計指標報表等。

3.7統一系統安全管理

指系統對用戶身份和訪問控制策略的集中管理，將用戶鑒權、授權、審計等安全性邏輯從每個單獨的應用和服務中解放出來，提供統一的集中控制，簡化安全管理流程，提升業務組合能力，降低維護管理的成本。

圖1　城市軌道交通網絡運營調度指揮系統技術方案

4　系統功能

構建一個完整的、先進的城市軌道交通網絡運營調度指揮系統，將城市軌道交通的建設、運營、維護和服務階段進行科學的融合，以城市軌道交通運營的核心——計劃、調度指揮和列車運行控制為主，采用先進的系統集成技術和支撐平臺，制定相應的數據標準、規范和協議，實現對資產管理、電力監控、環控、視頻監控、火災報警、車輛運用、乘客信息系統、設備維護管理等系統的高度集成。

城市軌道交通網絡運營調度指揮系統主要涵蓋建設管理、運營管理、維修管理、統計分析和服務管理等功能，實現對城市軌道交通全生命周期的智慧化、科學化管理。

(1）建設管理。對城市軌道交通的規劃、設計、招標、采購、施工、監理、設備、資產等進行有效管理，充分融合運營的需要，并將管理的結果及所有相關數據無縫過渡到運營維護階段，同時根據運營情況、設備狀態等制定新規劃和設備采購計劃，形成對城市軌道交通建設與運營全過程的閉環控制，實現城市軌道交通資產的精細化管理。

(2）運營管理。建設統一的調度指揮中心，在統一平臺的支撐下，根據需要設置相應的管理崗位和調度崗位，實現對新區軌道交通的全局性調度指揮，使得城市軌道交通運營過程中各線路、各系統、各設備之間實現相互配合、信息共享、協調工作，提高城市軌道交通運營的效率，提升運營的安全水平，提高對突發事件的處置能力。

(3）維修管理。采用統一的設備編碼體系、先進的建筑信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）技術、設備監測技術，實現對城市軌道交通設施和設備的高精度、高可靠和可視化管理，實現重要故障及狀態監視、壽命預測與維修優化決策支持等功能，對城市軌道交通所有資源進行實時跟蹤，支持維修維護的實時狀態化、精細化和智能化。通過對設備狀態的監控及故障分析診斷，對可能發生故障的設備進行預警，及時處置各類設備故障，為城市軌道交通正常運營提供保障，為制定科學的設備采購計劃和維修計劃提供可信的數據。

(4）統計分析。通過系統集成和互聯，獲取城市軌道交通相關運行數據，采用大數據技術對運輸相關數據進行統計分析，根據客流情況制定新線建設規劃，優化運輸計劃和車輛運用計劃；根據設備運用情況制定維修計劃，同時為建設管理制定采購計劃提供決策支持。

(5）服務管理。通過對計劃、運營、客流、突發事件、設備故障等信息的綜合分析與處理，及時向政府相關部門和旅客發布各類服務信息，為城市規劃、突發事件處置、旅客出行提供更加準確、翔實的服務信息。

5　實施建議

目前，廣州、天津、武漢和福州等城市都在開展城軌控制中心的建設，我們必須對建設過程中所面臨的問題進行深入和細致的研究，以便系統的建設能夠沿著正確的方向進行，主要應注意以下幾點。

(1）要對城軌調度指揮中心的功能和定位有充分的認識、科學的決策和詳細的方案，城軌調度指揮中心應以調度指揮和行車控制為核心，不能簡單理解為綜合的監控中心，避免形成投資巨大、設備堆砌、華而不實的面子工程。

(2）根據國外城軌建設經驗，城軌調度指揮中心均以調度指揮和行車控制為主，并由具有城軌信號系統資質及業績的公司承擔。因此，在項目實施過程中要慎重選擇系統集成商。

(3）城軌運行關系到人民生命財產的安全，要盡可能提高系統的安全防護等級，嚴格按照相關規定選擇相應的計算機、網絡和軟件產品。

(4）項目的實施應采用方案先行的原則，各地鐵公司應首先選擇科學、先進、可行和合理的方案，再針對方案選擇具有相應資質的實施單位。

6　結語

本文提出了先進的、切實可行的城市軌道交通網絡運營調度指揮系統的技術方案，并明確了系統的功能和定位。同時強調在參考國外地鐵公司建設經驗和符合法律法規要求的前提下，選擇具有信號控制和行車指揮系統開發能力和集成經驗的單位開展系統實施工作，以確保系統的順利實施。

參考文獻

[1] 徐偉，房鑫炎，黃天印，等. 城市軌道交通綜合調度策略研究[J].城市軌道交通研究，2013(3)：73-77.

[2] 翁建文. 城市軌道交通智能化綜合調度系統分析[J]. 城市建設理論研究，2014(14)：55-58.

[3] 蔡佳妮. 基于網絡化運營的城市軌道交通控制中心設置研究[J].城市軌道交通研究，2014(2)：14-18.

責任編輯 冒一平

Study on Construction of Transit Network Operation Control System

Xiao Baodi, Liu Zhiming, Bai Xue

Abstract:After transit comes into the network stage, it faces the challenges in comprehensive traffic intelligent integration. The paper makes an analysis on the study background and development trend of operation control system, and puts forward the technical scheme of advanced and feasible network operation control system. The paper also emphases on the role of signaling control and traffi c command to ensure that the system reaches the expected target.

Keywords:transit, operation and traffic command, service-oriented architecture

收稿日期2014-12-03

中圖分類號：U231.7