市域(郊)鐵路信息管控體系建設的思考及建議

汪 侃

(上海寶信軟件股份有限公司，201203，上海 ∥ 高級工程師)

市域(郊)鐵路是城市中心城區連接周邊城鎮組團及城鎮組團之間的通勤化、快速度、大運量的軌道交通系統，提供城市公共交通服務，是城市綜合交通體系的重要組成部分[1]。近些年，我國在城市軌道交通(以下簡稱“城軌”)領域取得了巨大成就，但與發達國家相比交通結構還不盡合理，導致部分大型城市出現交通擁堵、人居環境下降、城鎮空間結構不合理等“大城市病”。因此，發展市域(郊)鐵路是擴大交通供給、緩解交通擁堵、促進新型城市化建設的有效途徑。同時，要依托“互聯網+市域(郊)鐵路”，提升新建和既有線路的信息化、智能化服務水平，實現信息實時在線共享[1]。

市域(郊)鐵路的建設，從信號、車輛、供電制式、運營組織等方面既有別于國鐵、地鐵和輕軌，彼此之間又有著很多的相互聯系和可供借鑒之處。筆者參與過國內多個城軌項目，以及溫州S1線、上海軌道交通16號線等市域(郊)鐵路的信息系統建設，結合以上項目經驗以及市域(郊)鐵路本身的一些差異性需求，提出筆者的思考。

1 市域(郊)鐵路信息管控體系建設的基本需求

從我國市域(郊)鐵路當前的建設、運營模式看，可大致分為國鐵制式和城軌制式。上海軌道交通16號線、溫州S1線等線路采用直流供電和城軌CBTC(基于通信的列車控制)信號系統，并采用城軌車輛按照城軌的管理模式運營，可稱之為城軌制式；上海金山鐵路(上海軌道交通22號線)等通過對既有鐵路進行適應性改造，采用交流供電和國鐵信號系統制式，并以國鐵動車組參照國鐵運營管理模式運營，可稱之為國鐵制式。當然，也有類似上海機場聯絡線采用城軌和國鐵制式共存的技術與運營組織的模式。無論采用何種模式，均需要考慮如下一些基本的運營和服務需求：

1) 應采用公交化運營組織模式，落實城市公交化服務的各項要求，切實提供全程安全、便捷、貼心的運輸服務[1]。

2) 重要節點宜與國鐵線路互聯互通，具備貫通運營條件；與城軌等公共交通系統應銜接順暢、換乘便捷。按照零距離換乘和一體化運營要求，實現基礎設施和運營服務方面的資源共享、互聯互通[1]。

3) 市域(郊)鐵路應自成體系、獨立運營[2]。

針對這些基本需求，在市域(郊)鐵路信息系統的構建過程中，既要考慮國鐵已經形成的全路網基本一致的標準化技術、管理體系，又要考慮城軌發展所形成的的“面向調度、面向設備、面向服務”的差異化管控和精細化服務內容。

2 市域(郊)鐵路信息系統的建設要素

2.1 與國鐵和城軌調度維修體系的差異

對城軌而言，基本采用標準的 “三級管理-四級控制”調度體系，如圖1所示：線網級注重網絡協調、應急指揮；日常調度指揮主體在線路指揮中心，車站則按照調度指令組織生產并為乘客提供服務。維護維修方式根據“搶修、定修”等形態不同，由線路維調及各專業生產調度來實現。

圖1 城軌“三級管理-四級控制”調度體系

比照國鐵的建設運營模式，兩者有著較顯著的差異。最典型的差異就是國鐵采用路網管控，弱化了線路運營的概念(京滬線等線路是物理位置概念，運營中的“線路”是根據線網運行圖的計劃安排而動態形成的)，實行“兩級管理-三級控制”，即：由路網中心(或分中心)統籌負責運營計劃、管控方式，并對CTC(調度集中系統)、供電、票務等實行統一的網絡化管理；車站一方面落實路網中心下達的指令，另一方面負責本站機電、站務管理和乘客服務；同時，國鐵通過“車、機、工、電、輛”等管理單元實現各系統的專業維護維修，并通過車站和旅客服務系統提供站務、安檢、票務等服務[3]。

市域(郊)鐵路若按照城軌制式來建設運營，與城軌信息體系的差異性并不大，體系相對也比較成熟，所需要考慮的更多其他因素：一方面就是由于客流波動較大(如連接主城區與衛星城的潮汐客流、機場聯絡線的大站客流等)，所對應的運輸組織模式的變化(如區間車、大站車模式)，以及由此引起的信息系統的個性需求的考慮；另一方面就是線路沿線的大型TOD(交通引導發展)站點或樞紐站客流因素引起的乘客服務和車站管理系統的需求變化。

市域(郊)鐵路若按照國鐵制式來建設運營，由于管理體系的變化，且為了實現公交化運營和精細化服務，則促使市域(郊)鐵路線網中心、車站有著較高的建設需求：

1) 線網中心建設需求：除了與國鐵一樣需要統一全網絡的行車組織模式，直接管理全線網信號、電力等系統之外，對關鍵設備系統也需要管控到站、到區間。并能夠針對不同情況做出網絡化的布控和調整。因此，需要全網絡的互聯互通，其基礎是數據的高度共享與融合。

2) 車站建設需求：在落實線網管控的前提下，其自身管理也需要更強的自律性、更加智能的場景管控和乘客服務，以更好地提升管理和服務質量。

2.2 不同模式下的一些關鍵建設要素

市域(郊)鐵路若按照城軌制式來建設運營，可基本參照智慧城軌的方式構建信息體系[4](見圖2)：

圖2 城軌“線網-線路-車站”層次建設

1) 在車站這個基礎節點，為適應日益繁重的客流、站務管理等需求，以及站務、維修、客流等管理分立所存在的問題，可以以城軌正在發展的“智慧車站”建設為目標，綜合考慮站務、客流等影響，以場景化操作方式實現對“站務-客流-設備-維修-能耗”的一體化管控。

2) 線路的調度指揮系統是核心。可以借鑒城軌無人駕駛系統的發展成果，發展基于“人-車-設備-安全”的一體化TIAS(行車綜合自動化系統)系統建設，借助于系統的集成深度和廣度，提升線路的管理效率，同時支撐機電系統智能運維。

3) 在線網層，力圖形成高效的網絡化調度指揮與決策體系以及全面完整的線網駕駛艙。為達到這一目標，針對各條線路，需要在接入層形成統一的數據規則和標準；同時，基于全網絡大數據分析，在線網層進行統一的管理評價和效率提升。

而當按照國鐵制式來建設市域(郊)鐵路，并采用類似城軌的公交化運營組織時，如前所述，對線網中心、車站有著不同的建設需求，同時需更加關注以下幾點：

1) 關注全網絡的互聯互通設計，以及分期建設的可擴展性要求。當然，國鐵已經形成統一標準的CTC、電力、車輛等系統，這是最關鍵的；但同時也要包含傳輸、集群、電話、門禁等弱電系統的互聯互通設計和可擴展性要求。

2) 關注全網絡互聯互通的基礎，即：數據接入體系、處理體系的標準化。

在此，需要一個強有力的線網控制中心，其能夠以大平臺的構建方式，來實現運營指揮、應急聯動、運營服務、信息管理、運營評估等功能。在統一的大平臺下，這些功能可以以微服務的形式，將所需要管理的信息分級、分類提供給各級調度和管理者。在此過程中，存在著海量/異構的、實時/非實時、結構化/非結構化的數據分析處理，一方面需要在設計上力爭統一數據結構和接入標準，另一方面離不開后臺的大數據平臺的處理能力。此種類似的結構下，馬德里地鐵線網控制中心、成都地鐵線網指揮中心等均是較好的參考案例。

此時，更加應該大力推行與智慧車站相關的信息系統建設，并以此來加強車站管理的自律性，推動車站的一體化管理和服務。

2.3 運維體系

無論何種建設模式，系統運維也是必須要面對的重要問題。一是運維組織方式問題，二是運維管理效率問題。

國鐵通過各鐵路局(鐵路集團公司)，再加上所屬的車務、機務、工務、電務、車輛等五大基礎部門以及車站，構成了管控和運維體系。對于線路網絡規模大、樞紐站作用突出的國鐵而言，效率很高。嚴格意義上說，此種模式屬于區域化維修管理。其相互職責分工也比較清晰合理，所謂鐵路警察各管一段。而城軌通常按照標準線路的設置來組織運維，由各線路的運營公司通過設置不同的維修中心、車間、工班來實現對不同系統的運維。

從運維組織的角度，筆者的總體感覺是：對于采用城軌制式建設的市域鐵路，由于系統建設采用了與城軌相同或類似的機電系統和線路管控方式，可由城軌運營公司統一管理，或借鑒城軌的方式按照線路來組織運維。而對于采用國鐵制式建設的互聯互通的市域鐵路網絡，采用區域化維修組織方式效率會更高。只是沒有必要完全仿照國鐵采用的“車、機、工、電、輛”等單元組建運維體系，更多的建議是采用線網集中管控，并在中心站(或樞紐站)建立區域綜合維修管理團隊來組織日常運維。

對于網絡化運維管理效率，很多地方都在進行有效的實踐，包括運維組織方式的摸索以及智能運維系統的運用。如香港青衣線網中心對線網整體維護維修管理，即由線網中心來綜合統籌全線網的維護維修計劃并組織實施，效率和可控性都比較高。白天運營時，線網中心行使運營指揮中心的職能；夜間停運后，線網中心行使維修指揮中心的職能。同時，近些年城軌各運營主體普遍感受到運維成本、效率和運營安全壓力，不斷致力于推動智能運維系統建設。一方面，通過人工智能、在線監測等手段提升運營安全性、降低風險響應時間；另一方面，通過建立運維大數據分析系統來優化修制修程，并逐步實現系統狀態修[5]。從管理方法上，對市域(郊)鐵路的運維而言也是較好的參考。除了能夠有效提升效率、降低成本之外，還能夠充分利用技術的發展建立更加標準、智能的運維體系，以減少地域因素、人為因素帶來的維修管理孤島和不平衡。

3 工業互聯網對市域(郊)鐵路信息管控體系建設的啟示

上文闡述了在不同建設模式下對市域(郊)鐵路信息系統建設，尤其是對線網中心、車站建設以及系統運維的一些思考。那么應該如何建設來保障它們的功能和效率呢？從信息系統的整體結構設計上看，目前大力發展的工業互聯網體系給了很多啟示。

工業互聯網體系推行扁平化結構，強調數據使能，以“云-邊-端”的結構建立信息系統模型。如圖3所示的信息系統模型：對于現場，通過現場網負責車站系統數據接入，提供給云中心的同時，也處理本站的基礎業務(邊緣計算)；在云中心，通過數據平臺實現全系統的數據處理、分析和建模，并提供給運營平臺實現各類基于調度管理和業務流程的指揮；在此之上，形成企業級的業務分析，并提供領導綜合決策數據。

圖3 工業互聯網體系下的市域(郊)鐵路信息系統結構

這樣的體系對于采用國鐵制式建設運營并基于線網化管控的市域(郊)鐵路信息系統而言，有著較高的適應性。線網中心在全路網數據接入和分析基礎上，實現信號、電力、旅服、綜合維修等系統的調度管理。車站作為邊緣計算節點，在實現對本站的管理和提供服務的同時，也是云中心的一個基礎管控節點。

在這個體系中，以云計算和大數據技術來支撐線網中心應用。由于數據體系設計的一致性，以及系統的高可擴展性等優勢，后續可根據建設和管理節奏不斷擴充和提升應用系統的規模和功能。對于作為邊緣計算節點的車站建設，可以大幅借鑒城軌智慧車站的建設形式，通過站級對各系統進行深度的集成互聯，以一體化管控形式支撐車站機電系統的自律運轉，以及車站管理、乘客服務的智能化、智慧化。

4 結語

市域(郊)鐵路將是緩解交通擁堵、促進新型城市化建設的有效途徑。對于市域(郊)鐵路，無論是采用國鐵制式還是城軌制式來建設，其信息系統的合理、高效是所需要面對和解決的問題。一方面，需要針對市域(郊)鐵路的建設和管理需求，結合國鐵和城軌的特點取長補短，更好地規劃和設計市域(郊)鐵路信息系統體系；另一方面，充分利用工業互聯網、智慧地鐵的研究和發展成果，利用云計算、大數據等先進技術，打造出“互聯網+市域(郊)鐵路”，提升信息化、智能化服務水平。