基于GIS技術的地鐵線網運營管理系統設計

李 睿

（貴陽市公共交通投資運營集團有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引言

隨著現代化城市軌道交通的飛速發展，運營問題不斷產生，地鐵線網智能化應用備受關注。隨著客運需求量不斷提升，城市地鐵線網運營工作隨之增加，相關安全問題同步產生[1]。同一鐵路線網運營形式多樣，每條線路之間也需要進行有效和及時的運營效果交流。將不同線路控制中心的資源整合，實現一體化的運營管理，能夠組織在緊急狀態下的協調指揮。通過線網運營指揮系統使得協調更加完善，控制更加便捷。線網運營系統具有整體監控、調度協調、應急指導、資源共享等功能，增加了鐵路線網運營過程中的實時性和安全性。地鐵線網調度中心通過對各線的控制集中點與線路運營進行協調與調度，幫助線路管理中心集中協同調度，做到控制管轄線路的正常順暢通行。與此同時，支持各線路系統專業數據資源的一體化整合和大容量長期存儲，獲取科學決策的基礎信息。由于運用傳統方法的線網運營管理系統資源共享速度慢，線路故障問題發現匯報不及時，使得應急中心處理事務中存在多種問題，導致無法實現預期目標[2]。為提升指揮中心和運營企業的網絡化運營管理水平，本文基于GIS 技術的應用對地鐵線網運營系統進行設計，并采取科學的方法對系統的穩定性與實用性進行測試和分析。

1 地鐵線網運營管理系統硬件設計

系統運用的硬件基礎設施為超融合云平臺架構，其中包括TCC 數據接口系統、數據中心、應用系統、PCC、CCTV、開發測試等[3]。同時系統提供充足數量的IaaS 層虛擬機，云平臺支持節點拓展的熱插拔和熱遷移，具體的TCC系統構成如圖1所示。

圖1 TCC系統構成圖

其中CCTV 監控系統中增設前置攝像機，交換機等設備及線纜，對線網中心內外區域實行監控，網絡攝像機通過網絡連接監控終端，實現視頻信息自動化管理。網絡數字視頻存儲設備提供相應的儲存內存與IO配置。攝像機內的全部視頻存儲期限為90d，圖像分辨率為高清640×1080P，碼流要求在3M 以上。同時，支持消除電源冗余，按照RAID0-6的盤陣集合，允許存在一塊磁盤摩擦現象，保證圖頻的存儲有效性，在盤陣中將圖像與視頻進行存儲[4]。實時動態視頻傳輸每秒不少于25 幀，圖像分辨率為Full HD，640×1080P，攝像機鏡座選用CS 標準，鏡頭選擇相應的適配型號，選擇具有自動白平衡，光感平衡，光圈較大的攝像機。

2 地鐵線網運營管理系統軟件設計

2.1 GIS技術監控定位模塊

TCC對地鐵軌線網資源高度管理，并基于GIS系統進行查詢，定點救援和實時定位[5]。其監控系統的構成示意圖如圖2所示。

圖2 GIS監控系統構成示意圖

通過GIS 系統定點對線網中的建設項目，應急救援等資源進行定位。劃分有可能或者已發生安全問題的地區，使得救援人員在救援中可以得到動態圖頻信息。運用GIS 系統定位相關地點，運用圖像顯示劃分對應范圍內的救援點位置，通過建立周邊資源信息文件夾，按照現場環境制定GIS 救援預案，并進行處置決策判定。設定其中交點的坐標為p(a,b,c)，事故點的坐標為bp(a,b,c)，其中(a,b) =(a,b)。設置線網監控事故點中所涉及到的范圍定點公式為：

式中：k——監測范圍；

r——路線；

X——所需要的信息數據。

在遺傳算法中的目標函數值為監測路線中的坐標值與事故點相應坐標之和的絕對值之差，公式為：

式中：k——設定的目標函數值；

C1——設定的事故點；

c1——事故點。

同時，結合GIS 地圖對現場處置展開自主工作，采集不同線路的實時運營信息，并上傳至數據庫。監測并記錄線網中不同線路的列車運行狀態，及時監測設備運行狀態，通過統計得到發生事故時的報警信號，報警級別設定為三級。同時在PC 模塊中監測客流程度，并將客流態勢進行繪制。運用三維GIS 智能技術將線網運營完成三維可視化，可視項目為客流狀態，列車運行公里數等[6]。用戶可以通過多種交互方式在系統的三維場景中探索，在探索的過程中點擊三維模型可以獲取列車等信息的實時運行數據，用戶探索到危險設備區域時，系統會自動地對用戶展開危險預警。運用相應措施緩解SQL 中客流數據過多情況，在客流過大時，協調各運營部門分解客流信息。接入線網車載CCTV 信息，對所有列車監控與切換，設置4 種鏡頭畫面顯示，對大客流線列車數據定時監測，通過畫面及時監控問題。在線網中發生安全問題時，全線統計PIIS數據，并將PIIS信息數據傳送給TCC 端。經過處理后，將TCC信息調度與各線指揮中心反應做好備份。

2.2 線網無線調度模塊

線網無線調度模塊將有線與無線集群互聯，滿足線網調度臺用戶與車載臺集群用戶之間的交流與溝通，獲取對應的服務數據[7]。主要有TCC信息調度使用，網頁收藏夾中設置固定監控的網站，建立專用保密的用戶名，突發事件時，使用專用用戶名在網站發布正面引導信息。建立線網運營廣域網，在SQL中添加運營生產報表，獲取鐵路各類會議數據信息。在需要信息發布時，通過該系統，向公司各部門、中心及領導發布相關運營信息。信息發布過程中按照發布對象進行組別分類，主要按照事件需要通知的對象分類。設定專業的調度命令，監控各線的調度命令，應急需要時發布TCC調度命令。TCC調度命令有最高權限，調度命令只針對各區域指揮室，各指揮室按照TCC命令執行，需要時將命令轉發至區域指揮室的相關車站或部門。線網軌行區施工從約束模型中優化，雙層優化模型公式為：

式中：x——線路優化決策變量值；

S(x,y)——優化目標函數，通過可行域決策得到線路優化的約束條件；

y——運營優化決策變量，通過D(x,y)優化函數得到決策可行域的約束條件。

將數據進行迭代，收斂條件得到最優解。管理者可以通過該系統監控與檢測不同線之間的施工作業，檢測全線網施工計劃兌現率數據，得到施工分類的數據，包括氣象預警監控信息。ATS 信息在線網各區域中，通過所轄各區域指揮中心正線ATS工作進行調控，主要包括各線的ATS 信息，即軌道和信號圖形錯誤顯示，數量ID 屬性等信息。設定鐵路信號ID 為A，線路站ID 為B、車站公里數ID 為C 建立相關數據表。并能夠在ATS 工作站上建立顯示GIS 定位圖像，同時記錄有關信息。建立全線網線路站點展示圖，根據各站客流變化，分析各站圖標顏色變化，得到斷面客流量程度。以上個年度日均客流為標準值，在標準值或標準值以下的為藍色，超過標準值15%為橙色，超過標準值65%為紅色，剩下的部分為紫色。將不同站閘機來往的客流情況數據添加到SQL 中，導入到軟件中分析，生成相應數據，并展示在AFC客流終端中。與此同時，結合AFC 客流觀測設備，檢測并傳輸每天不同時段內的全線網客流數據，并統計不同月份和不同年份之間的線網客流數據總值。

3 測試與分析

3.1 測試環境

為測試地鐵線網運營管理系統并發使用過程中的性能變化，模擬100個用戶同時并發登陸訪問系統，對系統進行并發寫入監管信息，并讀取數據庫中的運營相關數據，測試系統是否達到預期目標。設定查詢事務最大響應時間為3s，業務成功率為100%，CPU和內存的使用率小于85%視為成功。設置用戶訪問數為100，在Controller中設置開啟同步位置，運行事務，在用戶達到同步位置后進行釋放。系統測試環境系統架構見表1。

表1 系統測試環境系統結構

模擬并發用戶進行測壓，當所用用戶加載完畢后連續運行一定的時間。同時采用集合點方式，當用戶數量并發用戶全部加載完畢后進行釋放，最后完成退出。性能測試工具選用LOADRUNNER 12.3。

3.2 系統穩定性測試

為了使得測試結果具有普遍性，試驗設置10 個測試小組。模擬多個用戶同時并發登錄使用系統，對系統進行寫入操作，觀察服務器端點的相應時間和系統性能，得到在測試下系統查詢事務響應時間，事務成功率和CPU使用率的結果，具體如表2所示。

表2 系統查詢事務響應測試

由測試結果可知，在并發下，事務成功率均為100%，說明用戶使用系統查詢事務的并發訪問方面不存在問題。同時，10組測試結果顯示，CPU使用率均在85%以下。10 組測試事務響應時間均在3s 以內，不存在系統延遲現象，計算平均響應時間結果比預期的理想響應時間結果小，說明在地鐵線網運營系統查詢事務響應中有極好的反應速度。通過Spring 框架的注解事物控制來控制事務的并發訪問，及時解決系統并發問題。通過上述測試和分析，說明系統具有較強的穩定性與實用性。

4 結束語

本次研究從地鐵線網運營入手，探究基于GIS 技術的地鐵線網運營管理系統的設計，構建高質量的管理體系和符合協同發展的系統設計。對數據收集中的重點數據進行整理與存檔，使得數據更加完善，有利于對線網運營管理系統的構建和優化。但是本文方法中還存在著不足，比如存在對主要樣本分析與選取不完善，對采樣數據和監控數據的提取還不夠全面，樣本數量不足等問題。今后應更加完善計算，通過對計算樣本數量方法的不斷完善，協調運營指揮的優化，提高服務水平，提升網絡化運營中突發事件的應急處理效率，實現基于GIS技術的地鐵線網運營系統的優化管理。