廣州現代有軌電車綜合運營調度系統建設方案研究

劉曉慶

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣州 510010）

隨著城市交通面臨的壓力日益增大，優先發展公共交通成為城市交通發展的必由之路[1]。由于城市交通的多元化和層次化，現代有軌電車在城市交通的建設過程中起到了加強交通網絡的作用[2]。但是，目前國內現代有軌電車的運行控制和運營調度沒有形成統一標準，大多沿用地鐵的運營和管理模式；但現代有軌電車與地鐵無論是在運行速度、路權形式、運營控制模式，還是在供電系統、車站管理、售檢票模式等方面都存在較大的差別，簡單照搬地鐵運營管理模式，將造成系統結構復雜、建設成本偏高等問題，同時也無法滿足現代有軌電車安全、正點、高效等方面的要求。此外，國內現代有軌電車建設初期，通常都是以線路為單位進行建設與管理，沒有過多考慮線路成網之后的情況，隨著有軌電車網絡的逐步形成，傳統調度管理系統將無法滿足網絡化運營指揮的需求[3-5]。因此，在規劃建設現代有軌電車運營管理系統時，應基于現代有軌電車的自身特點，研究其系統特性和運營管理模式，對現代有軌電車弱電各專業系統進行集成整合，規劃建設一體化、集中式的現代有軌電車網絡綜合運營管理體系[6]。因此，研發一套高度集成、智慧化[7]的滿足廣州現代有軌電車運輸管理實際使用需求的綜合運營調度系統變得極為迫切。

1 需求分析

現代有軌電車工程弱電系統的業務區域涉及正線區間、車站、車輛段、停車場、變電所及控制中心。它的總體功能是：通過對車輛、車站和道路信息的采集、傳輸和處理，對運營車輛進行實時監控和優化調度，及時發現、處理各種事故，為乘客提供全面、準確、及時的信息服務，從而有效提高有軌電車的服務水平，促進現代有軌電車的智能化運營、調度和管理。

以廣州現代有軌電車海珠環線試驗段工程為例對弱電系統建設情況進行總結，得出如下特點：

1）子系統數量多。子系統包括：信號、PSCADA、傳輸、無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC等系統；各個子系統相對獨立；

2）子系統配置簡單。各子系統架構簡單；設備配置數量少；子系統管理人員工作量較小；

3）完全中央控制。沒有車站級控制；子系統自動化程度要求較高；系統間聯動要求較高；

4）維護管理分散。各子系統單獨建設維護管理系統。

通過總結有軌電車自身特點，認為其主要具有以下功能需求：1）運營組織模式相對簡單，列車采用人工駕駛，由司機完成車輛駕駛并保證運行安全；2）采用開放式站臺，車站簡易，規模小，對設備系統功能需求少及數量簡化；3）列車在鋼軌上運行，列車運行線路相對獨立，路線分歧時，需經過道岔；4）在平交路口可通過信號優先控制，提高有軌電車可用性；5）具有基本獨立的路權，可以通過信號優先控制提高運行效率，通過車輛定位系統可實現中心對電車的調度管理；6）對車站及主要路口進行視頻監控，為運營指揮提供現場實時信息；7）充分體現以人為本的理念，為乘客提供全方位的乘車信息服務；8）綜合車站規模、投資等因素，可采取不同的售檢票方式；9）設置車輛段聯鎖及安全防護系統；10）立足整體需求，應建立集成的、綜合利用的信息傳輸網絡。

如上所述，有軌電車系統構成及運營環境相對傳統軌道交通系統發生了較大變化。在傳統的城市軌道交通工程建設過程中，由于技術標準、建設周期等多因素限制，導致控制中心內行車、供電、環境及視頻監控等各系統通常互相分割，獨立進行建設，被監控對象間關系也相對獨立。

有軌電車弱電各專業子系統功能均進行了簡化。為提高系統的整體管理水平及運輸效率，方便操作人員對運營過程實施全方位集中監控，提高中心級的事件處理能力，傳統的運行管理與控制模式已不再適用。

因此，根據有軌電車的系統構成、運營模式等特點，應在控制中心建立集運營監控、運營管理、調度指揮為一體的綜合運營調度系統，實現對設備資源、人力成本的統一管理，并基于集成管理平臺，簡化各調度員操作界面，方便及時處置各類突發事件。

有軌電車綜合運營調度系統應該是一個完整的、先進的綜合調度一體化平臺，將有軌電車的運輸組織與調度、運行控制與監視、供電系統、車輛管理、乘客服務、應急指揮等進行科學的融合，以有軌電車運營的核心——計劃、調度指揮和運行控制為主，制定相應的數據標準、規范和協議，實現對運營全過程的管理與控制，協調處理城市有軌電車網絡運行，降低系統的總運營成本[8-9]。

2 集成原則

由于集成涉及眾多子系統，在弱電系統集成建設過程中應執行如下原則：

1）各專業子系統保持核心功能的相對獨立性，即在集成過程中，只將其作為前端“模塊”接入系統平臺進行管理；

2）最大程度復用網絡、硬件和軟件資源；

3）配置服務、數據存儲、系統監測維護均采用統一平臺介質，優化資源組合；

4）應充分采用網絡、通信、控制、計算機、信息處理及其他智能交通系統等技術，通過集成設計，實現綜合管理功能的升級，建立運營、調度、行車、監控、維護、安全的實時、準確、高效管理控制體系，實現人—車—路—站—段一體化、智能化的監控、調度、管理及服務；

5）為各子系統提供統一的接口、操作及維護方式，建立統一多業務平臺。

3 集成方案

3.1 集成思路

有軌電車綜合運營調度系統是保證有軌電車安全實時運行的重要系統，在各子系統集成過程中，根據系統特點不同程度地集成其他系統，可分為維護集成、界面集成、軟件集成和全集成等4個方向。綜合運營調度系統集成思路如圖1所示。

圖1 綜合運營調度系統集成思路Fig. 1 Scheduling system for the integrated operation scheduling system

1）第一級集成：維護集成，即建立綜合維護監測平臺，實現如下功能：

設備狀態監測：信號、PSCADA、傳輸、無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC等系統設備的狀態，通過圖形界面及時、明確地顯示出設備狀態，并進行故障提示。同時提供系統擴展接口，滿足對其他設備和系統的狀態監測。

故障管理：收到故障提示后，維護人員通過該平臺對故障進行分配，安排相關人員進行故障處理。故障處理人員處理故障后，操作該平臺提交故障處理情況，平臺核實后關閉該故障。

故障預判：通過大數據分析以及預設的系統閾值，動態監測各個系統的運行狀態，并提供故障預判報告和提示，便于提前處理故障，減少故障發生。

故障大數據統計分析：平臺提供大數據存儲和故障自動收集功能，可以及時對故障進行分析和統計，提供各類數據報表，便于對整個系統運行狀態進行分析和評估。

2）第二級集成：界面集成，可以將弱電各子系統界面進行統一設計及集成，便于調度人員的集中控制。

3）第三級集成：軟件集成，主要對各子系統在控制中心服務器上的軟件進行集成。

4）第四級集成：全集成，是在軟件集成的基礎上，將硬件等進行全方位的集成。

3.2 總體架構

綜合運營調度系統平臺采用先進的信息技術、計算機技術、通信技術和現代傳感技術將各子系統進行統一集成設計（見圖2），最大優化資源配置、資源共享、互聯互通。其中，行車指揮類含電力監控系統（集成變電所PSCADA監控信息）和信號系統（含正線道岔控制系統、路口接近檢測系統、車載行車監督系統、車輛段聯鎖系統）；綜合通信類含傳輸、無線通信、有線電話、廣播、時鐘、安防等系統；乘客服務類含乘客信息系統（車站顯示屏、車地無線網絡系統）和售檢票系統（車站自動售票機、檢票機、手持補票/檢票機）；業務管理類含辦公自動化系統（安全生產管理、列車維護維修、設備設施維護維修、備品備件管理、人力資源及培訓、財務資產管理）。

圖2 綜合運營調度系統總體架構Fig. 2 General structure of the integrated operation scheduling system

3.3 整合方案

鑒于有軌電車均采用車站無人值守方式，控制中心處于運營控制系統的最頂層，是現代有軌電車運營“集中管理”的中樞。要高效實現系統功能，保證其日常運作的可靠性，需要在控制中心整合設置各業務功能子系統對全線的列車運行、客運管理、電力供給、設備監控、防災報警、票務等實現集中監控及管理、調度指揮。

通過分析有軌電車原先獨立弱電各子系統在控制中心級各系統業務的特點與相似性，可將操作方式、界面顯示、處理流程等進行有機整合，建立統一的軟件平臺、硬件平臺以及網絡平臺。通過統一集成界面，實現集中管理，滿足系統間信息互通和設備聯動的要求，提高整個系統的自動化運營和維護水平，增強應急、突發事件的處理能力，提高運營效率。

有軌電車綜合運營調度系統整合的子系統，總體來說可劃分為3大類別：面向列車運營的信號系統；面向設備的 PSCADA、BAS、FAS等系統；面向乘客及管理人員的無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、AFC、ACS等系統。這些系統由于專業間的差異具有不同的特點，在系統的設置上也有所不同，一般采用各自獨立、分別配置的方式進行實施，造成各個子系統硬件重復配置、軟件風格與操作方式多樣化，聯動控制很差。根據有軌電車自身運營特點，應在控制中心將弱電各子系統（含信號、PSCADA、傳輸、無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC 等系統）集成或者互聯，對硬件設備（服務器、交換機、數據庫等）、軟件（操作方式、各類報表格式等）進行資源整合，采用以行車指揮為核心的各系統集成方案，使各系統的信息形成一個緊密結合的整體，在統一的軟件平臺、網絡結構、運營指揮、維護調度的基礎上實現對車、電、機的一體化監控[10]。具體方案如圖3、圖4所示：1）由綜合運營調度系統組建統一的有線傳輸系統，將弱電各子系統業務統一部署到綜合運營調度系統傳輸設備組成的骨干網絡上；2）綜合運營調度系統采用統一的實時服務器、歷史服務器、培訓服務器和設備維護服務器，用于統一的數據存儲和處理。前臺采用統一的調度/值班員工作站用于對信號和機電設備的監控；3）綜合運營調度系統建立在統一集成軟件平臺的基礎上，搭建弱電各子系統不同的業務應用功能；4）綜合運營調度系統將弱電各子系統業務建立在同一個軟件平臺和網絡平臺上，為運營提供統一的運營調度管理平臺；5）綜合運營調度系統以行車指揮為核心，為運營提供強大的聯動功能，增強應急、突發事件的處理能力，提高運營效率。

圖3 綜合運營調度系統架構Fig. 3 The integrated operation scheduling system

3.4 系統功能

基于綜合運營調度系統平臺，可在控制中心設置3種調度崗位，包括：行車調度工作臺、設備監控工作臺、維修管理工作臺等，實現對有軌電車的運營管理。

3.4.1 行車調度工作臺

行車調度工作臺的主要工作是通過BD/GPS接收所有車輛的位置信息，經處理后將車輛所在位置動態顯示在行調工作站上，調度員根據當日運行時刻表對在線車輛進行調度指揮。中心調度員可對沿線所有司機和相關工作人員進行選呼或組呼，以實現對車站和車輛的集中調度和控制。沿線司機和相關工作人員可對控制中心的調度員發起呼叫，以實現例行呼叫并可在緊急或非正常情況下與控制中心保持溝通。

圖4 綜合運營調度系統管理架構Fig. 4 The integrated operation scheduling system management

行車調度工作臺的功能主要包括正線列車運行監視、列車運行描述、列車運行查詢、車輛運營調度、正線廣播、正線乘客信息發布、正線視頻監控、故障報警、操作/系統日志、運營記錄與統計報表等。行車調度工作臺主要承擔面向乘客服務和正線行車控制職責，默認其集成信號系統由3個顯示屏幕構成，1個主屏，2個輔屏，同時該工作站還配備廣播設備，如圖5所示。

3.4.2 設備監控工作臺

如圖6所示，設備監控工作臺采用4屏，全面監視全線系統設備狀態，使調度人員能第一時間掌握現場關鍵設備狀態。調度人員依據設備故障情況，可與變電所相關值班員和移動維修作業人員直接通話，以便開展日常及應急情況下的指揮管理工作。

圖5 行車調度工作臺Fig. 5 Train dispatching platform

圖6 設備監控工作臺Fig. 6 Equipment Monitoring Platform

3.4.3 維修管理工作臺

如圖7所示，維修管理工作站集成運營調度、車載信號、道岔控制、路口優先、PA、PIS、CCTV、電話、時鐘、電源、門禁、FAS、車輛段聯鎖等系統網管維修為一體，承擔了各個子系統設備監控和集中告警的功能職責。維修管理工作臺采用 3屏監控。

3.5 平臺特點

1）深度集成信號、PSCADA、傳輸、無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、FAS、BAS、ACS、AFC等系統，實現對有軌電車中環境、供電、設備、乘客、列車的全面統一監控和管理，全面提升系統自動化程度。

圖7 維修管理工作臺Fig. 7 Maintenance and management platform

2）為現代有軌電車運營管理提供信息互通和資源共享平臺，為上層應用提供全面整體的信息支撐，提高決策的科學性、合理性。

3）提升現代有軌電車整體運行管理性能，提供一些新的功能和手段，實現子系統內部快速聯動和反應，提高運營的安全性。

4）在確保安全運行的基礎上，實現現代有軌電車的經濟運行，集成優化運營和管理，節能降耗。

5）建立真正意義上的跨系統綜合維修體系，實現設備狀態在線監測及設備管理，減少運行維護成本。

6）深度集成一體化平臺，減少軟硬件投入，節約運維人員投入，滿足有軌電車降低造價的需求。

4 結論

通過建設綜合運營調度系統，可以進一步提高各子系統之間數據共享及處理能力，使各子系統更穩定、可靠。并通過系統整合實現了在綜合運營調度系統統一平臺上一機多屏顯示各專業工作界面，便于用戶在統一友好的界面下操作，從而精簡用戶人員配置，進一步降低建設成本。建設綜合運營調度系統符合廣州現代有軌電車運營使用特點，將是廣州現代有軌電車未來發展的必然選擇。