GIS在青島地鐵線網(wǎng)運營管理與指揮中心系統(tǒng)中的應(yīng)用

左旭濤 程中國 孫文慧

摘 要：為提高地鐵線網(wǎng)運營及應(yīng)急指揮的智能化水平，青島地鐵集團有限公司在地鐵線網(wǎng)運營管理與指揮中心（MMCC）項目中引入地理信息系統(tǒng)（GIS），并結(jié)合相關(guān)的設(shè)計原則進行 GIS 總體設(shè)計，在日常和應(yīng)急 2 種應(yīng)用場景下實現(xiàn)定位、展示、路徑規(guī)劃等功能。實踐證明，GIS 與 MMCC 的深度融合應(yīng)用可滿足青島地鐵運營管理的需要，對其他城市地鐵的 GIS 應(yīng)用具有借鑒價值。

關(guān)鍵詞：地鐵;GIS;定位;應(yīng)急指揮 ;應(yīng)用

中圖分類號：U239.5

GIS是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，結(jié)合地理學、地圖學、遙感和計算機科學，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的相關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)，可以直觀地展示現(xiàn)實中的地貌、城市結(jié)構(gòu)等信息，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。目前，GIS在地鐵領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于運營、管理、調(diào)度和維修等方面，如進行地鐵線網(wǎng)規(guī)劃管理，在土木工程施工管理中進行空間分析，為乘客提供交通及本地信息查詢服務(wù)等。青島地鐵集團有限公司（以下簡稱“青島地鐵”）在MMCC項目中，根據(jù)青島地鐵統(tǒng)一指揮、快速反應(yīng)、各司其職、協(xié)同配合的運營需求，開創(chuàng)性地引入了GIS技術(shù)，并與MMCC的運營、應(yīng)急、調(diào)度指揮等功能進行深度融合，提高了線網(wǎng)運營及應(yīng)急指揮的智能化水平。

1 MMCC 中的 GIS 設(shè)計原則

將GIS引入MMCC應(yīng)重視具體需求與相關(guān)技術(shù)的有效結(jié)合，并以此為基本原則，即技術(shù)的運用和功能的設(shè)計均應(yīng)以實際需求為基礎(chǔ)，且嚴格遵循項目的各項技術(shù)標準。具體設(shè)計原則如下。

（1）統(tǒng)一規(guī)劃，分項細化。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)先總后分，逐級深入，采用成熟的系統(tǒng)設(shè)計及數(shù)據(jù)管理設(shè)計方法，保證設(shè)計方案條理清晰、易于理解，從而有效地指導地鐵線網(wǎng)日常管理和應(yīng)急情況下的事件處置。

（2）技術(shù)跟蹤，有效利用。在設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)線網(wǎng)日常管理和應(yīng)急事件處置的需要，及時跟蹤相關(guān)技術(shù)的發(fā)展方向和成熟程度，對于可行性較高的技術(shù)要在設(shè)計中充分體現(xiàn)，以保障系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的先進性和與新技術(shù)的可銜接性，使系統(tǒng)設(shè)計符合技術(shù)發(fā)展的潮流，具有一定的前瞻性。

（3）先進可靠，經(jīng)濟合理。系統(tǒng)在運行時應(yīng)具有高可靠性及良好的容錯性能，可以在一定的硬軟件設(shè)備支持下，實現(xiàn)災難發(fā)生時的不間斷運行。同時，應(yīng)當充分利用MMCC已有的數(shù)據(jù)資源，盡量減少外購軟件、硬件、數(shù)據(jù)的開支，降低成本。

2 MMCC 中的 GIS 總體設(shè)計

在MMCC項目中，設(shè)計人員利用GIS，以MMCC的局域網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將青島地鐵全線網(wǎng)各專業(yè)的專題數(shù)據(jù)庫與基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫進行系統(tǒng)性融合和綜合性開發(fā)，實現(xiàn)了對青島地鐵專題數(shù)據(jù)的高效管理和便捷利用。GIS在MMCC中的應(yīng)用分為4個層次，即數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層，其總體架構(gòu)如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)層是指與GIS運行相關(guān)的各種數(shù)據(jù)資源，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、地鐵專題數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫、地鐵運行數(shù)據(jù)庫4個不同類型的數(shù)據(jù)庫。其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫包含青島市地圖切片數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)道路數(shù)據(jù)，以及河流、湖泊、綠地等基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，用作GIS的底圖;地鐵專題數(shù)據(jù)庫包含地鐵線路、地鐵站點、車站出入口、車站平面圖等專題數(shù)據(jù)，用于存儲和管理地鐵相關(guān)的專題空間數(shù)據(jù);應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫包含救援隊伍、列車、車輛、設(shè)備、物資、消防站、公安局、交通場站、停車場等各種在應(yīng)急救援活動中會用到的資源數(shù)據(jù)，用于存儲和管理地鐵應(yīng)急相關(guān)的空間數(shù)據(jù);地鐵運行數(shù)據(jù)庫包含軌道車次窗、車次窗空間坐標、站點客流量、地鐵運行實時數(shù)據(jù)等，用于存儲和管理地鐵運行相關(guān)的數(shù)據(jù)。

（2）服務(wù)層包括WEB服務(wù)和地理信息服務(wù)。WEB服務(wù)用于在服務(wù)器端與客戶端之間建立通信，處理傳出協(xié)議等。地理信息服務(wù)用于實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)發(fā)布、空間查詢、空間展示、空間計算技術(shù)支持等功能。

（3）應(yīng)用層用于展示GIS的各種應(yīng)用功能，包括地圖瀏覽、定位信息展示、站點查詢、線路查詢、路徑規(guī)劃、調(diào)度指揮等。

（4）用戶層為系統(tǒng)的使用者，包括MMCC和運營控制中心（OCC）。

3 MMCC 中的 GIS 應(yīng)用

青島地鐵在總結(jié)各地GIS使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對其在MMCC中的應(yīng)用進行不斷地完善和補充。GIS在MMCC中有日常和應(yīng)急2種應(yīng)用場景，通過與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、地鐵專題數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫和地鐵運行數(shù)據(jù)庫信息的疊加與整合，可以實現(xiàn)定位、展示、路徑規(guī)劃等功能。

3.1 定位

3.1.1 工作人員定位

GIS可通過站外衛(wèi)星、站內(nèi)基站或近場通信（如單兵系統(tǒng)）等定位手段，獲取地鐵工作人員的位置信息并展示在地圖上。在日常運營模式下，GIS可展示地鐵工作人員分布情況;在應(yīng)急模式下，應(yīng)急指揮人員可根據(jù)應(yīng)急處置預案要求，利用GIS快速、靈活、高效地組織各崗位人員協(xié)同完成各種救援任務(wù)。

3.1.2 列車定位

目前，該功能可實時展示當前線網(wǎng)中列車的地理位置及上下行、進出站、早晚點狀態(tài)等信息;后期通過功能拓展，可以展示軌道的實時帶電狀態(tài)等信息。在發(fā)生突發(fā)事件時，應(yīng)急指揮人員可根據(jù)以上信息準確判斷該突發(fā)事件對線網(wǎng)行車造成的影響，并制定合理的行車調(diào)度方案。

3.1.3 救援隊伍定位

當GIS接到行車、客流、設(shè)備相關(guān)的突發(fā)事件報警信息時，會在地圖中的事發(fā)站點處顯示相應(yīng)的報警信息。應(yīng)急指揮人員收到報警信息后，可在菜單中選擇對應(yīng)的救援隊伍類型，隨后地圖中會展示所有該類型救援隊伍所在駐點的信息。通過查看救援隊伍的名稱、位置、聯(lián)系方式等詳細信息，應(yīng)急指揮人員可確定最合適的救援隊伍，并使其迅速投入到救援搶險工作中，從而提高突發(fā)事件的處置效率。

3.1.4 應(yīng)急物資定位

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)急物資定位功能所展示的內(nèi)容應(yīng)從應(yīng)急物資的數(shù)量、位置等靜態(tài)統(tǒng)計信息，逐步升級為實時動態(tài)信息。這可以分階段實現(xiàn)。

（1）第1階段：錄入既有應(yīng)急物資信息并展示在GIS地圖中。本階段無法實時顯示應(yīng)急物資的變化過程。若信息更新不及時，在遇到突發(fā)事件時，可能會出現(xiàn)應(yīng)急物資實際信息與記錄信息不符的情況，對應(yīng)急方案的執(zhí)行造成一定影響。

（2）第2階段：利用IoT技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)急物資的網(wǎng)絡(luò)化管理。本階段可以實時反映應(yīng)急物資的當前位置及數(shù)量信息，并實時監(jiān)測應(yīng)急物資的健康狀態(tài)，從而實現(xiàn)應(yīng)急物資的及時更替。

（3）第3階段：實現(xiàn)應(yīng)急物資的智能調(diào)配。根據(jù)發(fā)生事故的嚴重程度，系統(tǒng)可自動生成最優(yōu)調(diào)配方案及調(diào)配路徑，并自動展示在GIS地圖中，從而節(jié)省救援時間，提升應(yīng)急指揮效率。

3.1.5 外部支援定位

外部支援定位可分為靜態(tài)和動態(tài)2種形式。靜態(tài)支援定位可提供醫(yī)療、消防、搶修支援等機構(gòu)，以及搶險資源、公交場站、施工工地、應(yīng)急公交停靠點、避難場所等設(shè)施的地圖定位信息。該功能應(yīng)在系統(tǒng)建立初期實現(xiàn)。動態(tài)支援定位可提供應(yīng)急救援過程中醫(yī)療隊、搶修搶險隊等外部支援隊伍的實時定位信息。MMCC可結(jié)合GIS的這個功能及其提供的地面交通實時數(shù)據(jù)，自動規(guī)劃救援路徑，并制定外部支援方案，為應(yīng)急指揮人員提供決策輔助。

3.1.6 重大設(shè)備報警定位

地鐵站內(nèi)出現(xiàn)設(shè)備報警的情況時，GIS會第一時間收到來自MMCC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的報警信息，并在GIS地圖中實時顯示報警位置。應(yīng)急指揮人員可調(diào)用相應(yīng)的救援設(shè)備和救援隊伍進行現(xiàn)場搶險。

3.2 展示

3.2.1 客流展示

客流展示功能可在GIS地圖中展示地鐵線網(wǎng)中的實時客流信息，實現(xiàn)客流數(shù)據(jù)在地圖上的動態(tài)刷新。展示內(nèi)容包括線網(wǎng)中客流量居前10位的車站名稱及其客流量情況，以及各車站客流量和擁擠度等信息。當線網(wǎng)中發(fā)生突發(fā)事件時，應(yīng)急指揮人員可根據(jù)這些客流信息，判斷事發(fā)線路及相鄰線路的擁擠度，依據(jù)實際情況靈活地制定客運組織方案。

3.2.2 地面交通狀況展示

地面交通數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)2類。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是指系統(tǒng)中相對固化的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，比如道路、橋梁、廣場和建筑群等地理位置信息;實時數(shù)據(jù)是指即時的車輛流量、擁堵狀況、事故、故障、道路限行、交通管制等信息。GIS通過接口獲取這2種數(shù)據(jù)，并在地圖上顯示相應(yīng)的地面交通信息和車輛擁堵情況。

3.2.3 地鐵車站 3D 結(jié)構(gòu)展示

GIS可與車站3D實景結(jié)構(gòu)展示技術(shù)相結(jié)合，使運營調(diào)度人員可通過拖動地圖的方式查看車站的空間、設(shè)備、狀態(tài)等信息。當車站內(nèi)發(fā)生突發(fā)事件時，應(yīng)急指揮人員可利用此功能為乘客提供便捷的疏散路徑，并為救援人員提供應(yīng)急物資的地理位置信息。

3.3 路徑規(guī)劃

3.3.1 救援路徑規(guī)劃

在應(yīng)急救援時，利用GIS可實現(xiàn)對救援路徑的規(guī)劃。救援路徑規(guī)劃可分為站內(nèi)和站外2類。在站內(nèi)救援方面，地鐵車站結(jié)構(gòu)通常較為復雜，應(yīng)急指揮人員可利用車站3D實景結(jié)構(gòu)展示以及近場通信等技術(shù)，實現(xiàn)對站內(nèi)應(yīng)急救援人員的精確定位，并指導其靈活地應(yīng)對救援過程中可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況，從而提高其救援處置效率。在站外救援方面，MMCC可結(jié)合GIS提供的外部支援實時定位數(shù)據(jù)和地面交通數(shù)據(jù)，自動制定外部救援方案，為應(yīng)急指揮人員提供決策輔助。

3.3.2 客流引導規(guī)劃

在日常運營時，調(diào)度人員可利用GIS提供的地面交通數(shù)據(jù)，預測地鐵進出站客流的變化趨勢，提醒擁堵路段附近的站點提前做好大客流疏散的準備。在地鐵站內(nèi)發(fā)生緊急事件時，應(yīng)急指揮人員可利用車站3D實景結(jié)構(gòu)展示功能，為滯留在車站的乘客制定最合理的疏散路線，同時通過乘客信息系統(tǒng)（PIS）、廣播系統(tǒng)（PA）、手機客戶端等引導乘客快速疏散，提高乘客疏散效率。

4 結(jié)語

青島地鐵在總結(jié)各地GIS使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身功能需求，形成了具有青島地鐵特色的GIS應(yīng)用方案，不僅可在日常運營時方便居民出行，并引導大客流及時疏散，而且可在應(yīng)急情況下實現(xiàn)對救援人員的定位和指引，對提高地鐵的網(wǎng)絡(luò)化運營效率、應(yīng)急救援能力和運營服務(wù)水平具有舉足輕重的作用。

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收稿日期 2019-12-05

責任編輯 蘇靖棋