中低運量新型軌道交通綜合運營調度系統研究

王梓丞，易立富

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610037）

1 前言

截至2020年12月31日，我國（不含港澳臺）共有45個城市開通運營城市軌道交通，運營總里程7978.19km，其中地鐵線路6302.79km，占比79%。反觀軌道交通較為發達的歐洲及日本，地鐵占比僅為37%，其他制式軌道交通占63%。近年來，為適應現代社會發展的不同需求，中低速磁浮、現代有軌電車、懸掛式單軌、山地齒軌等新型軌道交通建設進入了快速發展階段。與目前成熟的大運量軌道交通相比，這些中低運量新型軌道交通具有造價低、施工周期短、線路適應性強等優點，適用于中小城市骨干線、中心城市與衛星城之間的連接線、機場與交通樞紐之間的接駁線、大型園區或景區交通線、山地旅游交通線等，可為社會提供多層次、多元化的交通方式。

目前成熟的軌道交通制式（國鐵、地鐵）中弱電各系統中心及車站級監控設備相對獨立，分別采用獨立的軟硬件平臺實現各自的監控功能，僅通過在控制中心互聯的方式交互一定的數據。主要存在以下不足：（1）資源重復配置，建設、運維費用較高；（2）監控功能各自獨立，信息共享不足，不能通過統一的人機界面對線路運營情況及設備設施狀態進行監控；（3）協同聯動功能較弱，影響應對突發事件的處理能力和反應速度。

中低速磁浮、懸掛式單軌、現代有軌電車以及山地齒軌等新型軌道交通在線路形式、運量等級、行車組織、車輛結構等方面均有所不同，總體來說，這些新型軌道交通的線網規模較國鐵、地鐵等大運量軌道交通要簡單，宜采用集約化、簡潔化和扁平化的運營及管理模式。因此，新型軌道交通的弱電系統不能簡單照搬傳統的國鐵或地鐵模式，應根據其運營需求進行簡潔化、集中化設計。采用先進的計算機技術、云計算技術、數據處理技術及通信網絡技術，建立一個安全、高效、便捷的智能化綜合運營調度系統，全方位提供運營調度和生產管理的綜合性解決方案，對新型軌道交通健康、有序、快速地發展具有積極而深遠的意義。

2 系統架構方案研究

2.1 系統功能架構方案

中低運量新型軌道交通綜合運營調度系統主要功能模塊包括列車運行自動監控(Automatic Train Supervision，ATS)、環境與設備監控(Building Automation System，BAS)、火災自動報警(Fire Alarm System，FAS)、視頻監控(Closed-Circuit Television，CCTV)、屏蔽門監控(Platform Screen Doors，PSD)、自動售檢票(Auto Fare Collection,AFC)、廣播(Public-Address，PA)、乘客信息(Passenger Information System，PIS)、電力監控(Power Supervision Control and Data Acquisition,PSCADA)、門禁監控(Access Control，AC)，如圖1所示。

圖1 系統功能架構

2.2 管理及控制架構方案

根據中低運量軌道交通系統運營管理模式，綜合運營調度系統應采用兩級管理、三級控制的運營與管理方式，采用分層分布式系統結構，系統三級控制包括：控制中心監控層、車站監控層和各業務系統控制層。線路控制中心監控層與車站監控層采用骨干傳輸網絡連接，系統管理及控制架構如圖2所示。

圖2 系統管理及控制架構（常規線路）

對于線路短且車站規模小的線路，可取消車站監控層，采用控制中心集中管理、控制中心和現場兩級控制的運營與管理方式，正常情況下，由控制中心直接監控現場設備，在控制中心監控功能失效（含控制中心至現場的通信故障）情況下，由現場各業務系統控制設備監控，該模式的系統管理及控制架構如圖3所示。

圖3 系統管理及控制架構（線路短且車站規模小）

2.3 業務平臺架構方案

綜合考慮中低運量新型軌道交通總體運營調度管理思路、維護管理模式、數據應用需求等相關因素，綜合運營調度系統可按三個層次構建，包括接入層數據采集處理子平臺、核心層數據處理子平臺、應用層數據展示子平臺，系統業務平臺架構如圖4所示。

圖4 系統業務平臺架構

（1）接入層數據采集處理子平臺。在正線車站、車輛基地或控制中心設置接入層數據采集平臺，采用集群技術、硬件池技術、數據集中處理技術等將各業務系統數據接入至數據采集平臺來統一處理、統一轉發，并統一進行信息安全防護。

（2）核心層數據處理子平臺。在控制中心設置核心層數據處理平臺，采用數據融合、微服務等技術實現各通用業務和專用業務功能，并實現各業務功能模塊之間簡潔與快速的信息交互和聯動處置。

（3）應用層數據展示子平臺。在控制中心、車站、車輛基地、運維管理中心等處設置應用層數據展示平臺，為運營調度、維護人員、培訓人員等運營管理者提供系統應用及管理條件。

3 系統設備組成和配置方案研究

3.1 中心級系統構成和設備配置方案

中心級系統主要由硬件資源池（服務器集群、磁盤陣列）、綜合調度工作站、綜合維護工作站、綜合編輯（時刻表、乘客信息等）工作站、大屏幕、交換機、網關、通信前置機、防火墻等設備構成。

（1）中心級系統的常規集成方案。對于綜合運營調度系統中心級系統采用常規集成的方式，將相關業務系統的計算設備和存儲設備進行整合，構建服務器集群和集中存儲。中心級系統構成方案（常規集成）如圖5所示。

圖5 中心級系統構成方案（常規集成）

（2）中心級系統的云平臺方案。對于綜合運營調度系統中心級系統采用云平臺技術的方案，中心級系統架構方案（云平臺）如圖6所示。

圖6 中心級系統構成方案（云平臺）

3.2 車站級系統構成和設備配置方案

車站級系統主要由綜合調度工作站、服務器、交換機、前置通信機、防火墻及相關配套設備構成。綜合運營調度車站級系統構成如圖7所示。

圖7 車站級系統構成方案

（1）車站級系統的常規集成方案。對于綜合運營調度系統車站級系統采用常規集成的方式，將相關業務系統的計算設備和存儲設備進行整合，構建服務器集群和集中存儲。

（2）車站級系統的云平臺方案。根據建設運營管理需求，可采用中心云平臺和站段云節點，或采用中心集中云平臺和站段傳統物理機等不同的系統架構。

4 結語

針對中低速磁浮交通、現代有軌電車、懸掛式單軌、山地齒軌等新型軌道交通，本文以監控系統高度自動化、硬軟件深度集成、數據高度融合為核心理念，提出了綜合運營調度系統架構方案和設備配置方案，該方案將所有弱電系統和機電設備視為一個管控整體，最大程度上消除各專業間的技術界限，具有以下技術優勢。

（1）統一硬件平臺。最大程度實現控制中心和車站弱電和機電監控系統硬件設備（服務器、存儲、網絡等）的集成整合，建立統一的綜合運營調度系統硬件平臺。

（2）統一軟件平臺。最大程度實現控制中心和車站弱電和機電監控系統軟件的深度集成，建立統一的綜合運營調度系統軟件平臺。

（3）整合網絡資源。將控制中心和車站弱電和機電監控系統設備整合在綜合調度系統一張網絡中。

（4）精簡接口技術。通過統一的硬軟件平臺實現各功能業務所需數據的內部流轉，通過統一平臺的通信接口設備與弱電和機電系統站級設備或現場設備進行接口，實現監控信息的實時交互，減少系統間的接口設備及接口協調工作。