城市轨道交通网络运营调度指挥系统建设研究

肖宝弟 刘志明 白 雪

城市轨道交通网络运营调度指挥系统建设研究

肖宝弟 刘志明 白 雪

摘 要：城市轨道交通进入网络化阶段后，面临着综合交通智能一体化的挑战。分析了城市轨道交通调度指挥系统的研究背景和发展趋势，提出了先进的、切实可行的网络运营调度指挥系统的技术方案。强调应发挥信号控制和行车指挥在该系统中的作用，确保系统达到预期目标。

关键词：城市轨道交通；运营调度指挥；面向服务的框架

肖宝弟：中国铁道科学研究院通信信号研究所，副所长，研究员，北京 100081

1　研究背景

安全、高效和及时有效的调度是城轨持续安全运行的保障。其主要功能包括：①编制合理高效的运行计划，满足旅客出行的需要；②组织列车运行，保证城轨正点运营；③对供电、环控及防灾设备进行监控，确保城轨运行安全可靠；④对设备维修和施工进行管理，保持设备状态良好；⑤实现应急指挥，处置突发事件。

但是，由于建设投资的模式和周期等因素，国内目前尚没有真正意义上的网络化城轨线网调度指挥控制中心。虽然在北京、上海、广州、深圳等城市均建有规模不等的轨道交通控制中心，但这些控制中心通常是按照线路进行设置的，城市轨道交通已经建成和正在规划的控制中心均存在以下缺点和不足。

(1）缺乏前期规划。城轨建设均采用按线路为单位运行的模式。各地城轨建设之初，均以保开通为目标，缺乏对城轨成网后的运输组织和行车指挥的考虑，由此造成了无统一的标准和规范，各条线路各自为政，使得线网形成后，无法进行有效的集成。

(2）标准和规范的滞后。由于相应的标准和规范滞后，给城市轨道交通网络运营调度指挥系统的建设带来更多的问题。如：NOCC（线网运营控制中心）、TCC(轨道交通路网指挥调度中心)、OCC（线路运营控制中心）等均无相应的技术标准和规范，造成多厂家产品混杂，不仅给集成工作带来困难，更重要的是给城轨运行安全带来极大的隐患，一旦某条线路在换乘站发生故障或突发事件，其他线路无法及时采取有效措施，持续向换乘站发送旅客，将会使故障和事故的影响逐渐放大。

(3）系统定位不明确。调度中心是行车指挥控制中心，不是监视中心，其主要功能应定位在计划编制和运行指挥，电力监控系统（SCADA）、火灾报警系统（F A S）、环境与设备监控系统（BAS）、视频监控系统（CCTV）等只是设备运行监控，应列入维护管理系统。

(4）技术落后，成本较高。尚未采用先进集成技术，系统资源无法共享。计算机、网络、机房、供电重复建设[1]，资源浪费严重。

本论文的研究目标就是制定能够实现对整个城市轨道交通网络进行统一、集成、协调和智能化管理的调度指挥体系及解决方案。

2　发展趋势

2.1需求发展

目前，南京、武汉、深圳、广州、成都、天津、青岛、哈尔滨等城市均在开展城轨调度指挥中心的建设，因为随着中国各城市轨道交通网络的逐步形成，网络化运营已经成为大家的共识。

以广州地铁为例，目前共有5个控制中心，具体设置及控制的线路如下：公园前行车控制中心，控制1、2、8号线；大石行车控制中心，控制3号线；石碁行车控制中心，控制4号线；鱼珠行车控制中心，控制5号线；夏南行车控制中心，控制广佛线。由于广州地铁已经有多条线路，形成了线网，现有的地铁指挥系统已无法适应指挥需要。未来，广州将有更多地铁线路投入运营，建设一个地铁指挥中枢势在必行。为此，广州市地下铁道总公司计划投资10亿元人民币，在海珠区琶洲地块万胜围建设一个总建筑面积达31万m2的广州地铁线网运营管理指挥中心，该中心建成后，将用于整个地铁线路的指挥调度。考虑到未来地铁线路非常多，该中心也预留了扩展空间，各条线路的控制中心仍将保留。

此外，天津市也启动了轨道交通调度指挥中心建设项目。根据规划，将分别在天津市和滨海新区建设2个互联互通的城轨调度指挥中心，分别控制市区22条和滨海新区8条轨道交通线路，涵盖天津市全部轨道交通项目。

2.2政策发展

发展公共交通是国家重要的产业基础政策，轨道交通具有的大容量、快速、环保等特点，一直是大城市解决交通拥堵问题的首选，已经颁布的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》、《工业转型升级规划（2011-2015年）》和《高端装备制造业“十二五”发展规划》，对轨道交通发展明确提出要求。

加强技术创新：加强创新，突破关键核心技术，研制具有知识产权的高端轨道交通装备，实现产业健康可持续发展。加快推进轨道交通装备的轻量化、模块化、标准化、信息化、网络化和智能化发展，不断提升轨道交通装备的安全性、可靠性、舒适性和环境友好性，满足市场个性化需求。

信号及综合监控与运营管理系统：其中包括开发先进的轨道交通控制系统。完善大型数据采集与监控系统平台关键技术，突破基于一个信息共享平台的行车监控应用技术，实现行车、供电、机电、通信、防灾、工务、车辆等综合监控信息集成，形成综合调度指挥系统。

2.3技术发展

目前，国外主要城市的地铁调度指挥（控制中心）系统由以下厂商提供：东京帝都高速交通营团综合监控中心—日本日立公司；加拿大多伦多地铁综合控制中心—法国阿尔斯通公司；美国纽约地铁综合控制中心—德国西门子公司；新加坡东北线综合自动化中心—法国泰雷兹公司；美国费城市交通管理指挥中心—美国通用电气公司。此外，西门子公司、泰雷兹公司还为国内一些地铁线路提供了控制中心系统。这些系统的主要特点如下。

(1）高度集成。采用统一的技术平台，实现对行车、供电、环控、视频等系统的集成。

(2）高可靠性。采用冗余技术实现系统的不间断运行。

(3）网络技术。采用高速网络，实现系统内互联互通。

(4）业务驱动。根据城市轨道交通运营和管理的需求，根据调度人员的业务流程进行系统开发。

(5）中间件技术。采用中间件技术，快速完成系统的开发与部署。

综上所述，城市轨道交通综合运营调度指挥系统的技术发展趋势是：高度集中的统一平台、标准规范的网络协议、高可靠技术、高效率软件开发技术、基于用户需求进行灵活配置的软件变更技术、高安全防护技术、企业服务总线技术、面向对象的开发技术、大数据相关技术等[2～3]。

2.4市场发展

目前，国内正在建设和计划建设城轨调度指挥中心的城市有10多个，在建设过程中将会面临以下问题。

国外厂商拒绝提供相关的技术标准和规范，甚至拒绝提供开放的接口，并且造价昂贵，城市轨道交通调度中心的系统集成工作将会遇到很大的阻力。

国内现有已建成的调度中心基本上处于设备集中设置、系统无法集成的状态，一些所谓的控制中心仅仅能够实现状态监视和复示,无法实现真正意义的系统集成。

因此，开发具有自主知识产权的城市轨道交通网络化运营调度指挥系统不仅具有十分重要的战略意义，也同样具有非常广阔的市场前景。

3　技术方案

城市轨道交通网络运营调度指挥系统采用SOA（面向服务的架构）架构形式来搭建，在统一的数据模型、安全管理和技术平台上，构建在界面、功能、数据和流程等各个层次上高度统一、有机集成的完整系统。系统由业务应用、公共服务框架、统一SOA支撑框架、统一数据模型管理、接口适配器框架、统一系统访问门户、统一系统安全管理构成，如图1所示。

3.1业务应用

指系统上部署的业务模块，包括建设管理、运行管理、服务发布、统计分析、维修管理等。

3.2公共服务框架

指将各业务应用中相对稳定的、共性的业务和技术能力抽象出来，通过服务的封装和重用，形成公共的业务和技术服务框架。作为构建各专业应用的基础，最大限度地降低系统建设和维护的成本，提高系统的灵活性和对变化的响应度。

3.3统一SOA支撑框架

指基于开放、标准和整合的SOA平台，为应用开发和部署提供统一的数据访问，共享的业务服务访问，以及与内外部系统面向服务的集成能力。

3.4统一数据模型管理

指对整个系统涉及的资源和规则进行统一的管理和配置，提供各专业业务应用统一的访问入口，有效地避免重复建设，保证信息的充分共享，灵活适应业务变化。

3.5接口适配器框架

对外提供统一的接口接入，在接口接入层，平台开发多种协议适配器，支持多种协议如TCP/IP、MQ、Web Service等的接入。

3.6统一的系统访问门户

指系统提供一个统一的系统访问界面，用户通过此界面访问系统对外开放的功能模块，如历史数据查询、统计指标报表等。

3.7统一系统安全管理

指系统对用户身份和访问控制策略的集中管理，将用户鉴权、授权、审计等安全性逻辑从每个单独的应用和服务中解放出来，提供统一的集中控制，简化安全管理流程，提升业务组合能力，降低维护管理的成本。

图1　城市轨道交通网络运营调度指挥系统技术方案

4　系统功能

构建一个完整的、先进的城市轨道交通网络运营调度指挥系统，将城市轨道交通的建设、运营、维护和服务阶段进行科学的融合，以城市轨道交通运营的核心——计划、调度指挥和列车运行控制为主，采用先进的系统集成技术和支撑平台，制定相应的数据标准、规范和协议，实现对资产管理、电力监控、环控、视频监控、火灾报警、车辆运用、乘客信息系统、设备维护管理等系统的高度集成。

城市轨道交通网络运营调度指挥系统主要涵盖建设管理、运营管理、维修管理、统计分析和服务管理等功能，实现对城市轨道交通全生命周期的智慧化、科学化管理。

(1）建设管理。对城市轨道交通的规划、设计、招标、采购、施工、监理、设备、资产等进行有效管理，充分融合运营的需要，并将管理的结果及所有相关数据无缝过渡到运营维护阶段，同时根据运营情况、设备状态等制定新规划和设备采购计划，形成对城市轨道交通建设与运营全过程的闭环控制，实现城市轨道交通资产的精细化管理。

(2）运营管理。建设统一的调度指挥中心，在统一平台的支撑下，根据需要设置相应的管理岗位和调度岗位，实现对新区轨道交通的全局性调度指挥，使得城市轨道交通运营过程中各线路、各系统、各设备之间实现相互配合、信息共享、协调工作，提高城市轨道交通运营的效率，提升运营的安全水平，提高对突发事件的处置能力。

(3）维修管理。采用统一的设备编码体系、先进的建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）技术、设备监测技术，实现对城市轨道交通设施和设备的高精度、高可靠和可视化管理，实现重要故障及状态监视、寿命预测与维修优化决策支持等功能，对城市轨道交通所有资源进行实时跟踪，支持维修维护的实时状态化、精细化和智能化。通过对设备状态的监控及故障分析诊断，对可能发生故障的设备进行预警，及时处置各类设备故障，为城市轨道交通正常运营提供保障，为制定科学的设备采购计划和维修计划提供可信的数据。

(4）统计分析。通过系统集成和互联，获取城市轨道交通相关运行数据，采用大数据技术对运输相关数据进行统计分析，根据客流情况制定新线建设规划，优化运输计划和车辆运用计划；根据设备运用情况制定维修计划，同时为建设管理制定采购计划提供决策支持。

(5）服务管理。通过对计划、运营、客流、突发事件、设备故障等信息的综合分析与处理，及时向政府相关部门和旅客发布各类服务信息，为城市规划、突发事件处置、旅客出行提供更加准确、翔实的服务信息。

5　实施建议

目前，广州、天津、武汉和福州等城市都在开展城轨控制中心的建设，我们必须对建设过程中所面临的问题进行深入和细致的研究，以便系统的建设能够沿着正确的方向进行，主要应注意以下几点。

(1）要对城轨调度指挥中心的功能和定位有充分的认识、科学的决策和详细的方案，城轨调度指挥中心应以调度指挥和行车控制为核心，不能简单理解为综合的监控中心，避免形成投资巨大、设备堆砌、华而不实的面子工程。

(2）根据国外城轨建设经验，城轨调度指挥中心均以调度指挥和行车控制为主，并由具有城轨信号系统资质及业绩的公司承担。因此，在项目实施过程中要慎重选择系统集成商。

(3）城轨运行关系到人民生命财产的安全，要尽可能提高系统的安全防护等级，严格按照相关规定选择相应的计算机、网络和软件产品。

(4）项目的实施应采用方案先行的原则，各地铁公司应首先选择科学、先进、可行和合理的方案，再针对方案选择具有相应资质的实施单位。

6　结语

本文提出了先进的、切实可行的城市轨道交通网络运营调度指挥系统的技术方案，并明确了系统的功能和定位。同时强调在参考国外地铁公司建设经验和符合法律法规要求的前提下，选择具有信号控制和行车指挥系统开发能力和集成经验的单位开展系统实施工作，以确保系统的顺利实施。

参考文献

[1] 徐伟，房鑫炎，黄天印，等. 城市轨道交通综合调度策略研究[J].城市轨道交通研究，2013(3)：73-77.

[2] 翁建文. 城市轨道交通智能化综合调度系统分析[J]. 城市建设理论研究，2014(14)：55-58.

[3] 蔡佳妮. 基于网络化运营的城市轨道交通控制中心设置研究[J].城市轨道交通研究，2014(2)：14-18.

责任编辑 冒一平

Study on Construction of Transit Network Operation Control System

Xiao Baodi, Liu Zhiming, Bai Xue

Abstract:After transit comes into the network stage, it faces the challenges in comprehensive traffic intelligent integration. The paper makes an analysis on the study background and development trend of operation control system, and puts forward the technical scheme of advanced and feasible network operation control system. The paper also emphases on the role of signaling control and traffi c command to ensure that the system reaches the expected target.

Keywords:transit, operation and traffic command, service-oriented architecture

收稿日期2014-12-03

中图分类号：U231.7