城市軌道交通指揮中心整體組網架構規劃

石琦玉 張 寧 呂艷麗

(1.東南大學智能運輸系統研究中心 南京 210018；

2.南京地鐵運營有限責任公司 南京 210018)

城市軌道交通指揮中心整體組網架構規劃

石琦玉1張 寧1呂艷麗2

城市軌道交通指揮中心是城市軌道交通進入線網運營階段時協調多線、多運營主體的中樞機構，具有信息資源共享、應急指揮、綜合監控以及輔助決策等功能。對其整體組網架構的規劃總共提出了3種實施方案：一是按區域中心接入的集中式組網架構，集成度高，接口標準要求嚴格；二是按線路接入的集中式組網架構，集成度較高，需要提供較多的上層傳輸網接口；三是區域分布式組網架構，集成度較低，有利于不同時期的線路接入，但是成本過高，協調能力不足。最后，運用層次分析法建立合理的評價指標體系，對3種方案進行評價，得出方案一為最優的實施方案。

城市軌道交通；指揮中心；組網；規劃；評價

隨著我國城市軌道交通的高速發展，單線時期負責運營管理以及行車調度的運營控制中心(operation control center，OCC)已經無法滿足線網成熟時期的運營管理需求。針對多線運營存在的具體問題，城市軌道交通需要規劃建設交通指揮中心(traffic control center，TCC)來協調不同線路及不同運營主體之間的日常運營工作，從而達到軌道交通資源共享、快速應急救援的目的，實現城市軌道交通網絡化運營管理的目標。關于TCC的研究，目前國內的學者主要從其系統功能方面進行研究，蔡佳妮從功能需求入手，系統地研究了不同模式下城市軌道交通指揮 中 心 的功 能，根據運 營需求提出“三層管理三層指揮”的指揮體系架構[1]；徐瑞華等從各個子系統協調運作的層面上，對可預見與不可預見事件的應急指揮分別給出其輔助決策技術內容[2]；侯久望從資源共享的定義出發，系統地闡述了軌道交通系統各個線路中的子系統設備之間的共享[3]；閆彬建立了TCC的功能結構模型，把TCC系統分成4個層次，使TCC的各個子系統分工明確，減少了不同功能在實現過程中的沖突[4]。但是，國內外鮮有關于TCC的整體組網架構的研究。

從各地軌道交通的建設情況來看，目前的首要任務應該是對城市軌道交通指揮中心整體組網架構進行規劃，而對TCC的整體組網規劃首先需要明確TCC與OCC的關系。

1 TCC與OCC的關系

TCC在整個軌道交通線網的運營管理之中與OCC緊密相連，TCC與OCC的關系有兩層含義，一層是兩者之間的區別，另一層是兩者之間的聯系。

TCC與OCC的區別在于兩者之間的職能劃分，TCC是軌道交通線網成熟期統一管理模式下的中樞機構，通常對各線路設備(視頻監控設備除外)只監不控，并且配合軌道交通相關上級管理部門對各條線路進行運營管理，是上級主管部門與軌道交通各運營主體的連接紐帶。當在非正常運營模式下，TCC充當應急救援指揮中心，提高了整個線網的應急搶險能力[5]。而OCC是對本線路或者本區域的相關設備等其他方面進行直接監控的管理機構，具體職能是完成本線路或本區域的運營調度、行車指揮等事務。

TCC與OCC的聯系主要表現在兩者之間的協同管理上，OCC屬于TCC的下級機構，TCC不與線路直接相連，而是通過OCC下發各線 路間的 協 調 指 揮 指 令，OCC負責具體實施，同時TCC接受OCC上傳的報告并對其分析且做出響應。OCC是TCC的基礎，而TCC是OCC的提高，同時TCC能補充OCC功能的空白點并提供增值服務，兩者在現代城市軌道交通運營中密不可分[6]。它們的結構關系如圖1所示。

圖1 TCC與OCC的結構關系

圖2 TCC按區域中心接入的集中式組網架構(方案1)

圖3 TCC按線路接入的集中式組網架構(方案2)

在明確兩者之間的關系之后可以對監督管理OCC群組的TCC進行分析規劃。選擇合適的組網架構能夠使TCC與OCC之間的數據傳輸盡可能容易，讓各條線路的運營控制相對集中。

2 TCC的組網架構規劃

結合我國大中城市軌道線網的未來發展趨勢，對TCC的組網架構提出3種規劃方案，分別是按區域中心接入的TCC集中式架構(方案1)、按線路接入的TCC集中式架構(方案2)、區域分布式架構(方案3)。

2.1 TCC集中式架構——按區域中心接入(方案1)

TCC按區域中心接入的集中式組網架構方案(見圖2)，是在交通指揮中心設置中央綜合指揮系統，在各區域OCC設置匯接設備，負責將各線路現場(包括既有線和新建線)數據進行統一的匯聚接入，再通過上層傳輸網絡接入TCC綜合指揮系統。由TCC綜合指揮系統對各線路系統的信息進行統一處理，這樣有利于實現整個線網的信息資源共享。

該方案的系統集成程度比較高，在TCC建設一個統一的平臺，負責各類業務的集中處理；各區域中心僅負責對管轄線路需上傳TCC的業務相關信息進行匯聚接入，不參與數據信息的分析和處理。根據該架構的特點可知，該方案設備投資比較低，可實施性較強，同時TCC可以方便快速地對整個軌道交通線網進行調度指揮。由于各線路實施的工期不同，系統集成商也可能不同，因此該方案需要制定指揮中心與OCC以及OCC與各線路中心的接口標準，對接口的技術參數進行強制性規定，各線路相應的系統應無條件遵守執行。

2.2 TCC集中式架構——按線路接入(方案2)

TCC按線路接入的集中組網架構方案(見圖3)，同樣是在交通指揮中心設置一套中央綜合指揮系統，各線路(包括既有線和新建線)直接將TCC所需的信息和數據通過上層傳輸網送至TCC指揮系統，由TCC指揮系統對各線路系統的信息進行統一存儲與處理，從而實現整個線網的信息資源共享。該方案的系統集成程度也比較高，與方案1的區別在于各區域中心不設置匯聚接入設備，即各區域OCC不參與除控制指令外的數據傳輸，TCC完成監督管理所需要的相關信息由各線路直接通過上層傳輸網絡傳送至TCC。

由于軌道交通未來線路眾多，與TCC直接通信，因此該方案需要上層傳輸網提供更多的接口，隨著線路中心按建設時序不斷地接入TCC，上層傳輸網所需提供的接口數量及類型均需不斷擴容。因各線路實施的工期不同，系統集成商也可能不同，本方案也需要制定指揮中心與各線路中心的接口標準，對接口的技術參數進行強制性的規定。

2.3 區域分布式架構——系統互聯(方案3)

區域分布式組網架構(見圖4)，該方案在TCC設置指揮系統，各區域OCC設置指揮子系統，各指揮子系統有獨立的調度指揮設備、數據處理設備及網絡設備等，彼此相對獨立，與TCC指揮系統通過上層傳輸網絡進行信息交流和資源共享，完成系統互聯。

圖4 TCC區域分布式組網架構(方案3)

此方案的優點是各區域指揮系統分期實施性比較強，不必考慮TCC系統容量和接口的預留，能夠兼顧既有線路和新建線路，對線路控制中心的工期沒有嚴格的要求。

由于各子系統單獨設立子網，所以設備的投資比較大，另外，系統集成度也比較低，沒有實現完全意義上的集成，不便于指揮中心的統一協調指揮。

2.4 方案對比

以上3種方案各有特點，其優缺點對比見表1。

表1 TCC系統組網架構方案綜合比較

我國的大型城市如上海、廣州等都采用方案1的組網架構模式，其他大中型城市也有將要采用方案1的模式實施建設的，原因是很多建設較晚的城市軌道交通具有綜合監控系統，比較適合采用方案1來建設城市軌道交通指揮中心。

3 TCC組網架構規劃方案的評價與選擇

3.1 評價指標體系的建立

針對3種不同方案，可以通過分析影響方案實施的因素建立評價指標體系，然后對TCC組網架構進行科學合理的評價。影響評價結論的評價指標數量往往較多，不同的評價指標可能會存在一定的耦合性，這種耦合性會大大地降低評價的準確性[7]。評價指標的選取原則是：宜少不宜多，宜簡不宜繁；指標應具有獨立性；指標應具有代表性和差異性；指標可行。

指標的選取方法主要有：經驗方法(專家調研法)；數學方法(多元相關分析等統計方法)；文獻資料分析選優法。本文采用經驗方法，根據專家意見認為在影響TCC方案實施的眾多因素中，系統的可靠性、投資成本、系統功能實現能力和系統的可持續性影響較大，且它們之間相互獨立，對于不同方案來說具有差異性，適合做評判指標。系統可靠性具體到TCC系統主要包括結構合理性、安全性和集成深度3個主要影響指標，這3個指標的耦合關系不明顯，且與評價目標一致，符合評價指標的選取原則；可持續性具體到TCC中主要包括擴展性、兼容性和接口要求；功能實現性不是指TCC系統能否實現規劃功能的能力，而是指系統實現各個規劃功能的效率的高低。功能實現性的評價指標內容包括協調指揮性、應急性和資源共享性，這3種指標都是指對應的3種功能的響應效率。投資成本主要分為建設成本和運行成本兩部分。

綜合上述分析，建立評價指標體系如圖5所示。

圖5 TCC組網架構方案評價指標體系

3.2 評價基本原理

系統評價過程可以理解為影響系統評價指標權重的分配過程，而層次分析法[8]能把復雜問題中的各因素劃分成相關聯的有序層次，使之條理化后變成多目標、多準則的評價過程，并且能把定量計算與定性分析相結合，所以采用該方法進行評價。具體過程如下：

3.3 實例分析

以南京城市軌道交通為例，截至2014年8月，南京市已開通5條線路，未來南京市將會建設共22條軌道交通線路。這些線路的建設時期不同，相關系統采用的技術以及硬件產品就不同，結合南京城市軌道交通的具體情況確定各影響因素的相對重要性，采用1～9標度法對同一層上的兩兩指標的重要性比較進行賦值，重要性參數的賦值由相關專家根據經驗和判斷進行打分。評價指標體系各個層次的具體相對重要性數值見表2～4。

表2 以目標層為目標的準則層各因素相對重要性比較打分數值

表3 以準則層為目標的指標層各因素相對重要性比較打分數值

表4 以指標層為目標的方案層各方案相對優越性比較打分數值

注： 表2、表3和表4中的字母變量含義參見圖5，表中空缺的數據可以通過1～9標度法的定義來確定，此處不再列舉。

結合以上數據根據層次分析法的評價原理，經計算各個方案對目標層的權重分配系數向量后，由此可知3種方案的最優排序是a1>a2>a3，因此就南京市來說關于TCC的組網架構規劃采用方案1較優。

4 結語

城市軌道交通指揮中心作為協調多線路、多運營主體的中樞機構，上承軌道交通主管部門，下接各OCC，是溝通各條線路以及OCC與上級主管部門的紐帶。TCC對實現軌道交通網絡化運營、資源信息共享和迅速應急指揮的意義非同尋常，本文對TCC的整體組網架構做了初步規劃，提出3種規劃方案并且進行了科學的評價，研究結果可用于指導TCC的規劃建設。

[4] 閆彬.北京市軌道交通網絡化運營指揮系統建設研究[D].北京：北京交通大學，2007.

[6] 戴成巖.北京市軌道交通指揮中心(TCC)調度指揮系統框架設計[C]//2008第四屆中國智能交通年會.青島,2008.

(編輯：郝京紅)

The Networking Framework Planning of Urban Rail Transit Control Center

Shi Qiyu1Zhang Ning1Lv Yanli2

(1.ITS Institute of Southeast University, Nanjing 210018; 2.Nanjing Metro Operation Co.,Ltd., Nanjing 210018)

Urban rail transit control center (TCC) is a central organization that coordinates different lines and different operators when urban rail transit steps into the period of network operation. Its function consists of sharing information, commanding in emergency offering comprehensive monitoring and assisting in making decisions. Three schemes about TCC networking framework are proposed. The first one is a centralized networking framework to switch-in from a regional center, which is highly integrated with strict interface standards. The second one is a centralized networking framework to switch-in from lines. More upper layer transmission network interfaces are needed in the second one with lower integration. The third one is a regional distributed networking framework which is lowly integrated but favorable to line access in different periods. However, the cost of the third one is too expensive and the coordination ability is too low. Finally, analytic hierarchy process is used to establish a reasonable index system to evaluate the three schemes to obtain the optimal one.

urban rail transit; TCC; networking; plan; evaluation

石琦玉，男，碩士，研究方向為軌道交通信息工程，sqysduscut.seu@gmail.com

江蘇省科技廳產學研聯合創新資金項目(BY2012197)；南京地鐵專項科技項目(8550140042)

(1.東南大學智能運輸系統研究中心 南京 210018；

2.南京地鐵運營有限責任公司 南京 210018)

U231

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