面向乘客的城市軌道交通運營調度指揮系統方案研究*

張兵建 裴加富 林 立

(卡斯柯信號有限公司，200071，上海∥第一作者，工程師)

1 城市軌道交通運營調度指揮系統的建設背景

以行車指揮為核心的運營調度指揮系統實現了傳統綜合監控和ATS(列車自動監控)設備與操控一體化集成，大幅提高了運營調度指揮系統的集成化、自動化水平，以及調度間協同指揮效率，降低了建設和運維成本。但目前的運營調度指揮系統還是以服務行車調度和設備調度為主，調度崗位設置上亦主要以總調、行調、電調、環調等為主，且全國各地調度設置上稍有不同，但大都未設置獨立的乘客調。目前建設的運營調度指揮系統集成的數據信息和功能設計還不足以支撐以乘客服務為中心的運營調度指揮功能。

從技術角度而言，以行車指揮為核心的運營調度指揮系統底層的軟、硬件及通信技術已經構建一個高集成化、高自動化的監控調度平臺。由于該平臺連接了所有的弱電設備，且構建起了多專業的調度指揮能力，故運營調度指揮系統的功能定位可不必局限于設備監控或行車指揮的傳統維度上。考慮到城市軌道交通最終還是為乘客服務，城市軌道交通運營單位的運營目標也逐步從追求列車準點率、滿載率等列車運行指標向提升乘客安全、便捷和舒適度為主要指標的乘客滿意度轉變，以實現服務乘客、平衡客流及運能的運營調度指揮。

本文的研究目標是在既有運營調度指揮系統的基礎上，完善乘客服務相關數據和功能設計，為調度人員提供面向乘客的城市軌道交通運營調度指揮系統。該系統重點負責全方位動態、實時監控線路客流密度和動向，為線路運營調整、運能與客流匹配調整、乘客舒適度提升、應急指揮和智能化決策提供支持;實時監控與乘客密切相關的重大事件和故障，在突發情況下組織各專業子系統高效協同聯動，及時安撫和疏導乘客，引導乘客有序疏散，保證乘客的人身安全，為城市軌道交通的安全運營提供保障和技術支撐。

2 面向乘客的運營調度指揮系統的數據支撐及結構設計

2.1 數據支撐

為了實現面向乘客的運營調度指揮系統的完整功能，該系統將城市軌道交通中與乘客出行密切相關的業務動態數據進行一體化集成融合顯示和協同聯動控制。該系統中主要涉及集成和互聯的關鍵業務系統有TCMS(列車控制與管理系統)、AFC(自動售檢票)系統、ATS(列車自動監控)系統、正線及車載PA(公共廣播)系統、正線及車載PIS(乘客信息系統)、正線及車載CCTV(閉路電視)系統、EMCS(機電設備監控系統)、PSCADA(電力監控與數據采集)系統、PSD(站臺屏蔽門)系統、無線對講系統等。

除上述信息支撐外，為真實反映車站站廳層和站臺層的乘客密度和流向，以及各運營車輛內的乘客情況，本系統還需監測與采集線路所有車站內及運營車輛內的實時客流數據。車站和車輛內的實時客流數據與AFC系統提供的進出站客流數據以及TCMS提供的車重數據相結合，共同為面向乘客的運營調度指揮及動態運營調整決策，如可為增減臨時車等提供真實有效的數據支撐。

為了保證集成系統數據的實時性和完整性，本系統分別在控制中心和各車站設置主備冗余的FEP(前端處理器)與各業務系統接口，收集各業務系統數據，并進行聯動控制命令的轉發;該系統同時也起到網絡隔離的作用，避免系統間的相互干擾。

2.2 結構設計

面向乘客的運營調度指揮系統從結構上分為運行控制中心(OCC)、車站和車輛3層架構。其中，OCC層主要由中央應用服務器、歷史服務器、中心FEP設備，以及調度工作站等組成;車站層主要由視頻識別分析服務器、車站實時服務器、車站FEP以及車站工作站等設備組成;車輛層主要由車輛視頻識別分析服務器和車地無線網絡設備組成。中心層和車站層主要通過通信骨干網互聯通信，中心層和車輛層主要通過LTE(長期演進)車地無線網絡互聯通信，以形成基于控制中心、車站和車輛的分布式運營調度指揮系統。系統總體架構如圖1所示。

圖1 面向乘客的城市軌道交通運營調度指揮系統架構圖Fig.1 Architecture diagram of passenger-oriented urban rail transit operation dispatching command system

該系統架構設計上與傳統運營調度指揮系統最主要的差異在于:該系統在車站和車輛上分別設置了視頻智能化分析設備，用于實現實時客流的全面感知和采集，以更好地進行客流的實時監控、預測分析，以及輔助運營智能化調整決策。

3 乘客調度指揮功能設計

基于從各業務系統獲取的全息數據，本方案采用基于信號和綜合監控一體化的智能監控平臺，設計實現面向乘客的城市軌道交通運營調度指揮系統。該系統將傳統綜合監控系統和信號ATS進行深度集成，構建運營、調度、指揮一體化融合顯示和操控平臺。系統典型界面如圖2所示。

圖2 面向乘客的城市軌道交通運營調度指揮系統典型界面Fig.2 Typical interface of passenger-oriented urban rail transit operation dispatching command system

在信號和綜合監控一體化融合顯示和操控的基礎上，該系統面向乘客服務，新增設計了全息客流感知引導及預測分析、乘客體驗智能化調整，以及應急調度指揮等核心功能模塊。

3.1 全息客流感知引導及預測分析

3.1.1 全息客流感知引導

面向乘客的運營調度指揮系統基于AFC客流數據、車站和車輛視頻識別分析數據，實現全線客流的全息感知和引導。主要感知信息如下:

1)感知各車站出入口、進出閘機客流，以及各站廳/站臺的客流分布及其擁擠度，并以客流熱力圖的方式進行實時展現;車站客流分布信息可共享給PIS，以進行站內乘客引導。

2)感知運營車輛各車廂內的乘客密度及其擁擠情況，引導車廂內乘客向相對空閑的車廂移動。同時可將車廂內識別分析的擁擠度信息通過車地無線發送到車站，并在車站站臺PIS顯示屏上顯示預到站列車各車廂的擁擠度，引導候車乘客自主選擇候車站位。

3)基于視頻識別分析技術，對車站和列車車廂內乘客的異常行為進行識別，重點關注乘客沖突、乘客突發疾病等異常情況。當識別到乘客有異常行為時，及時上報至中心運營調度指揮人員，以進行遠程指揮處置。

4)對車站因關鍵系統設備故障、線路臨時運營調整、突發外部客流輸入等大客流情況實施監控并及時預警或報警。在客流持續異常的情況下，計算投放備車的時機，并給出建議供運營調度決策，協同聯動車站各業務系統執行車站限流預案，使備車投放效率最大化。

3.1.2 客流預測分析

面向乘客的城市軌道交通運營調度指揮系統基于視頻智能識別的車站和列車實時客流、AFC 5 min實時客流，以及歷史OD(起訖點)客流、斷面客流等數據，實現車站客流的常態預測分析。主要預測內容包括:進站客流、出站客流及斷面客流的常態預測，以及進、出站客流的實時預測等。該系統采用的客流預測模型以及預測輸出如圖3所示。

圖3 面向乘客的城市軌道交通運營調度指揮系統客流預測模型Fig.3 Passenger flow forecast model of passenger-oriented urban rail transit operation dispatching command system

通過對歷史客流和實時客流進行統計分析，以及對基于時間段、車站的客流分布規律進行統計分析和趨勢分析，可以對面向客流的智能化調度調整和調度指揮提供科學的決策依據和建議，從而更好地進行乘客運送和引導，以實現運能與客流的匹配，提高乘客出行舒適度和體驗。

3.2 乘客體驗智能化調整

為了給乘客提供舒適、便捷的出行體驗，該運營調度指揮系統根據線路運營動態，可對運營設施設備自動進行智能化調整，主要如下:

1)基于車輛照明及空調系統的遠程監控功能，在特定場景下(如乘客投訴)對在線運行車輛客室內照明及空調溫度模式等進行調節，或對設備開關進行控制，給乘客創造舒適的乘車環境。

2)基于車載視頻智能化識別，對車輛車廂的擁擠程度進行實時監控，并與車載和地面PIS聯動，引導乘客分散候車或下車，提高乘客車站上、下車效率。

3)基于站臺視頻智能化識別，對各站臺候車區域進行排隊情況監控，聯動PA和PIS告知乘客調整候車區域;對車站換乘通道客流及其擁擠情況進行實時監控，聯動PA和PIS通知乘客避開擁擠通道。

4)基于對車站環境的感知，如季節、溫濕度、客流等，自動調節車站溫濕度及通風系統等，為乘客提供舒適環境。

通過與車輛TCMS接口共享數據的方式，實現對全線與車載乘客服務相關設備狀態的實時監視功能，包括車載CCTV、車載PA、車載應急對講電話、車載PIS、車載照明、車載空調、逃生門等;實現車站電梯、自動扶梯、PA、PIS、CCTV等乘客服務設施狀態的實時監視功能，從而有效避免設施設備故障對乘客安全出行和舒適度的影響。

3.3 應急調度指揮

基于智能協同聯動引擎建立車輛和車站應急場景處置預案。在突發事件產生時，面向乘客的城市軌道交通運營調度指揮系統協同集成或互聯的各專業子系統進行應急聯動操作和處置，可以大幅提高應急調度指揮效率。預案執行完成后，自動生成預案處置報告;也可將應急場景和處置過程保存，用于后續的應急指揮演練，提升運營調度指揮應急處置能力。以車輛嚴重故障時乘客區間緊急疏散為例，介紹該系統的應急調度指揮流程(見圖4)。具體過程如下:

圖4 面向乘客的運營調度指揮系統應急疏散處置流程圖Fig.4 Eemergency evacuation disposal flow chart of passenger-oriented urban rail transit operation dispatching command system

1)監測到車輛嚴重故障后，該系統自動聯動車載PA和PIS并發布乘客安撫信息，同時自動調取疏散車輛的視頻監控;

2)將聯動信息推送到電調工作站，通過電調確認并對第三軌進行斷電操作，確保疏散方向第三軌斷電;

3)將聯動信息推送到行調工作站，對后續列車進行扣車，不允許其再進入區間;如果后續列車已進入區間，則遠程控制后續列車觸發緊急制動;

4)將聯動信息推送到環調工作站，開啟疏散方向的區間照明設備;開啟疏散方向的區間風機，為乘客提供新風;

5)通過車載廣播方式，指導乘客通過解鎖開關解鎖車門或打開逃生門;指導乘客沿正確的方向疏散;

6)聯動調閱乘客疏散方向的區間視頻監控設備，實時監控乘客疏散路線，同時通過區間廣播設備指導乘客有序疏散，避免相互踩踏;

7)通過區間視頻設備或移動通信提供的乘客接入數量，監控疏散區間是否有遺留乘客，確保所有乘客都已安全疏散撤離。

4 智能化協同聯動引擎設計

面向乘客的運營調度指揮系統集成了車輛TCMS、AFC、CCTV、PA、PIS、PSD、ECMS、ATS等與調度指揮密切相關的業務子系統。為了更高效地進行多專業協同調度指揮和應急處置，本系統研究實現了基于工作流的智能化協同聯動引擎。圖5為智能化協同聯動引擎架構。圖5中，智能化協同聯動引擎由聯動服務器、聯動管理客戶端和聯動數據庫3部分組成，為面向乘客的運營調度指揮系統的場景聯動提供流程性管理服務。智能化協同聯動引擎依賴于參與運營聯動場景的各專業子系統暴露的數據接口，進行聯動預案觸發和聯動指令下發，從而將各個專業系統串聯起來，實現協同聯動。

圖5 智能化協同聯動引擎架構Fig.5 Intelligent coordinated linkage engine architecture

智能化協同聯動引擎采用自動化業務邏輯的可視化編排模式，賦予面向乘客的運營調度指揮系統一種靈活多樣的跨專業聯動能力。確定聯動場景后，可通過事件或時間維度的條件觸發，以數據驅動聯動業務模型自動執行，從而大幅提升面向乘客的運營調度指揮效率。

5 結語

面向乘客的運營調度指揮系統基于信號和綜合監控一體化智能監控平臺，圍繞以乘客服務為核心，面向城市軌道交通運營調度指揮，實現了對車輛、AFC、CCTV、PA、PIS、PSD、ATS等與乘客調度指揮密切相關的核心業務系統融合集成和協同。依托智能化協同聯動引擎系統自動化和可視化的業務邏輯設計功能，可以靈活、方便、高效地進行應急聯動場景的自定義設計，從而實現高度集成化、自動化和智能化的運營調度指揮。隨著新技術的快速發展和安全技術的日益成熟，全自動無人駕駛系統建設熱潮逐步開啟。該系統高度集成化、自動化和智能化的特性將更好地輔助運營控制中心的調度指揮人員進行乘客服務，尤其是無人駕駛車輛的乘客服務和應急指揮。