网络化运营条件下轨道交通线网综合运营调度系统的研究

易志刚

Yi Zhi-gang

（中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京100081）

(Signal & Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081，China)

网络化运营条件下轨道交通线网综合运营调度系统的研究

易志刚

Yi Zhi-gang

（中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京100081）

(Signal & Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081，China)

为实现轨道交通线网综合运营调度，以轨道交通网络化运营需求定位为前提，对网络化运营条件下轨道交通线网综合运营调度系统进行研究。从线网运营调度功能定位、需求分析出发，以线网运营调度业务为主线，给出系统设计思路、业务架构、功能架构、实现架构，构建完整的轨道交通线网综合运营调度系统。在此基础上，对实现线网综合运营调度系统的关键技术进行分析，为线网运营调度体系及系统的建设做出探索和尝试。

网络化运营；综合运营调度；轨道交通

随着轨道交通建设的加速，轨道交通运营从传统的单线独立运营逐步过渡到网络化运营阶段。在网络化运营条件下，轨道交通运营组织面临着线网结构复杂、多运营主体、客流分布确认复杂、开行方案优化困难、单个站点单线突发情况会扩散到整个线网等问题。对于轨道交通网络化运营出现的新问题，国内一些专家学者从网络化运营条件下运营管理所面临的挑战进行分析，提出网络化运营管理思路[1-2]，对网络化管理体制、运营体系、控制中心设置、客流、行车组织、客运服务、组织架构方案等问题进行分析[3-6]，有学者结合北京轨道交通指挥中心的建设，对网络化运营指挥系统建设进行研究[7-8]。为适应网络化运营条件下轨道交通运营调度的需要，结合国内轨道交通现状，从轨道交通线网运营指挥中心定位出发，以业务流程为主线，分析、构建完整的轨道交通线网综合运营调度系统。

1 需求分析

1.1 功能定位

轨道交通网络化运营条件下，线网运营指挥中心 (OCC) 主要定位于线网中央协调角色，不涉及各线路日常运营控制，只负责在线网层面进行各线路的运营组织方案编制、各线路运营调度协调、对全线网各类运营数据信息的收集、分析、共享、发布及突发情况下的应急处置等，并且作为轨道交通与城市应急指挥系统的窗口，实现与城市交通运输委员会(交委)、公交、公安等部门的联系和协调。线网运营指挥中心功能定位如图 1 所示。

图 1 线网运营指挥中心功能定位

1.2 业务需求分析

（1）运营组织。轨道交通网络化运营条件下，各线路在客流分布、枢纽换乘、共线运营、系统互联互通、乘客衔接、应急指挥协调等方面的关联度越来越高，一条线路的运营情况会影响到整个线网。因此，需要从线网层面出发，通过收集、分析线网各类运营信息，从客流分布、换乘分析、列车衔接、仿真评估等角度，建立相应的线网运营组织优化工具，对各线路运营组织方案进行协调处置，适应网络化运营条件下的运营需求变化和调整。

（2）调度协调。随着轨道交通网络化的逐步发展，线网结构的复杂度及客流数量迅猛增加，使得线网的客流组织、换乘站的协调配合难度增大，同时各线列车运行方式和调度指挥模式多样化，进行运力配置协调、线间列车运行协调更加困难，给线网运营带来较大的风险和压力，突出表现为运力运量匹配矛盾突出、车站客运能力不足、票卡使用效率低等问题。因此，为保证轨道交通线网的安全、集约、高效运营，更好地为乘客提供优质服务，需要对轨道交通网络运营进行统一调度指挥，实现对轨道交通全线网各线路运行车辆、客流、车站区间设备等进行实时监控，实现对各线路的有序协调、指挥、调度和管理。

（3）应急指挥。随着轨道交通线网规模的不断扩大，导致影响线网安全、有序、高效运营的突发事件发生次数增多。各线路是组成轨道交通网络的骨架，任何一点出现突发事件，都可能迅速扩散到整个轨道交通网络。为此，需要从线网整体角度上，统筹应急管理预案，响应和处置应急事件，发布指令，协调指挥各线路启动相应预案，减小损失和影响范围，使线网尽快恢复正常运营。

（4）信息集成。轨道交通网络运营数据资源是网络化运营的基础，将分散在各条线路的运营数据资源进行一体化整合、挖掘、存储、共享、发布，在整合列车运行数据、客流状态信息、设备运行状态的基础上，建立强大的数据统计分析工具，结合轨道交通线网内部各个相关环节的动态变化信息与历史数据分析、挖掘，进一步提高线网运营管理、应急处理、客流诱导等方面的智能化管理水平。

（5）运维统筹。单线运营阶段轨道交通运维管理大多采用分专业、分线路的运维模式，随着线网规模的不断扩大，区域站点密度增加使得网络化阶段运维模式需求增大。因此，需要对单线运营阶段运维模式进行整合调整，以满足网络化发展运维管理的需求。为实现设备设施运维的网络化统筹管理，需要建立先进的信息系统，以设备维修现场管理为关注焦点，采用有效的技术手段或设备快速反馈现场维修信息，加强现场维修的质量管理，实现维修工作的过程控制，形成一套能够满足轨道交通设备维修关键业务处理需求的应用系统，实现完整、规范、高效、集成化的事务处理，能够满足当前及未来不断变化的应用需求。通过闭环管理流程，实现备品备件的线网统筹规划，指导新线设备选型和新设备采购，实现标准运维规程的更新及知识经验的积累。

2 系统设计

2.1 设计思路

（1）以计划为核心的线网统筹管理。轨道交通线网综合运营调度系统面向线网层面，统筹整体考虑线网运营效率、服务水平，围绕客流分布、列车换乘衔接、乘客换乘效率等因素，统筹规划线网各线路运营组织方案，对列车运行计划、车辆交路计划等涉及全线网运输组织的重要计划实行集中统一编制和管理。

（2）以运营调度监督为中心的一体化整合。建立以人(客流)、车、设备为核心的业务主线，以行车监察为主体，以运营调度监督为中心，从硬件资源、网络资源、软件资源、数据资源等方面进行一体化整合，实现轨道交通网络中运营监察、运营协调、应急指挥、运营数据应用的一体化集成。

（3）统一数据采集和管理机制。建立多维原始数据的采集机制，避免同类数据的多次重复采集，在数据间建立耦合校验机制，保证采集数据的准确性与权威性。对原始生产数据采用一元化管理下的综合采集机制，统一公共基础信息模型，统筹规划部署，实现信息共享与复用。

（4）统一接口标准和技术规范。建立统一的接口标准和技术规范，有利于系统间的连接和信息共享，有利于系统灵活的变更、扩展与升级，并逐步建立线路设备、系统的统一标准，为互联互通奠定基础。

2.2 架构设计

2.2.1 业务架构

轨道交通线网综合运营调度系统基于系统功能定位，分析系统业务需求，结合系统设计思路，通过从各线路 OCC 业务系统采集行车、设备、客流等运营信息数据，将日常运营调度业务按业务场景、关系等划分为事前计划组织、事中监督协调、事后运维管理及数据集成应用 4 个阶段，4 个业务阶段相互支撑，形成完整的线网综合运营调度系统业务架构。线网综合运营调度系统业务架构如图 2 所示。

图 2 线网综合运营调度系统业务架构

2.2.2 功能架构

线网综合运营调度系统依托轨道交通现有的自动售检票清算系统 (ACC)、自动售检票多线路中心系统 (CLC) 及各线路的专业子系统，结合网络化运营调度业务和决策分析需要，本着面向不同用户的运营数据信息集成共享、资源高效利用，提升线网整体运营服务水平，提高网络化运营的整体性、可靠性和协调性的发展需要，将线网综合运营调度系统功能划分为线网运营组织方案编制、线网运营调度协调、线网运维统筹管理、线网信息集成4 个业务区域。线网综合运营调度系统功能架构如图 3 所示。

图 3 线网综合运营调度系统功能架构

（1）线网运营组织方案编制。线网运营组织方案是轨道交通网络化运营条件下各线路协调、高效运营的核心技术文件之一，包括线网各线路列车开行方案和列车运行图。就列车开行方案而言，单线运营阶段，每条线路可运行交路有限，在网络化运营条件下，特别是在轨道交通互联互通跨线运营的发展趋势下，列车运行交路可选择方案成倍增长。编制线网列车开行方案时，除了要充分考虑到各区间通过能力、折返能力等的限制，还要通过客流数据分析和预测，评估乘客出行路径选择结果，推算出行、换乘成本，确定客流分布，结合各种限制条件，以确定形成最终的各线路列车开行方案。就列车运行图而言，列车运行图以列车开行方案为基础进行铺画，但在网络化运营条件下，轨道交通因开行密度大、客流分时段波动性大、车站不配备侧线或仅折返站配备少量侧线等特点，而且在互联互通共线运营时，存在着共线区段通过能力不足、交路互相干扰、折返进路互相冲突等问题，使得线网列车运行图的铺画存在较大困难，因而需要基于海量客流数据分析，优化各线列车在换乘站的衔接，减少乘客换乘成本，结合路网结构优化各线首末班列车衔接，提高线网运营服务水平。对自动铺画的线网列车运行图进行冲突检测，采用线路仿真、线网仿真等多种运营仿真工具进行仿真评估，依据仿真结果对运行图进行人工调整，协调、高效、低成本地实现网络化运营条件下的线网运输组织。

（2）线网运营调度协调。线网运营调度协调能够实现对线网各线路运营调度信息的监察与管理，协调各线路、各控制中心日常运营过程中遇到的各种跨线路问题，具有多线路综合监视、运营协调、应急指挥、信息共享等功能。线网运营调度协调包括线网运营监察、正常情况下调度协调管理、非正常情况下应急事件处置协调、运营信息综合展现。线网运营监察基于各线路相关专业子系统，实现对线网各线路人、车、设备的实时监察。运营信息综合展现能够分析运营调度业务，在路网层面上把站，线，网各层级采集到的内容资源，根据线网正常情况、非正常情况、大屏展现等不同业务场景，按照预定的规则，进行重新的分类、组合、过滤、筛选，将运营监察中的人、车、设备信息进行综合展现，便于线网调度人员全面、直观了解线网运营情况。正常情况下调度协调管理针对日常运营过程中出现的影响多线路正常运营事件，进行协调处理，控制影响扩散范围，尽快恢复正常，确保各线列车正常运行。当发生特别重大/重大/大事故或发生影响不同线路、运营主体的突发事件时，通过非正常情况下应急事件处置协调启动相应应急程序，进行统一指挥。

（3）线网运维统筹管理。线网运维统筹管理侧重于对轨道交通车辆、设备维护的标准化管理。由于车辆/设备维护质量直接影响到轨道交通的运营安全，随着网络化运营的发展，需要引进现代管理理念，采用先进的计算机信息管理系统，适应线网运维统筹管理，实现企业的物资流、作业流、信息流的数字化、网络化管理，加强科学、规范的维修过程管理，以一流的维修保证一流的运营，为运营安全奠定良好的基础。

（4）线网信息集成。线网信息集成包括运营数据接入、线网运营评估、线网运营统计分析、线网信息发布。运营数据接入通过建立运营数据接入标准体系，实现对各线路专业系统的运营数据信息的采集、整合、存储、挖掘、共享，实现与交委及外部系统的信息交换。线网运营评估包括客流预测、列车衔接评估、车站仿真、线路仿真、线网仿真，对路网客流分布规律、人车设备影响关系、运力资源优化配置、能力评估、安全评估等运营关键技术问题进行分析并提供决策支持，为实现全网安全、高效、均衡的运输目标提供依据。线网运营统计分析在运营数据接入基础上，采用业界主流的数据统计、分析工具，结合轨道交通线网运营调度各个环节的动态信息与历史数据，实现轨道交通跨业务数据的整合共享，灵活的数据查询功能、强大的数据分析和挖掘功能及可定制的报表报告功能，为线网运营调度协调、运营组织方案编制、运营评估、线网信息发布等提供支持，为日常业务开展及运营决策分析提供更好的工具和手段，能快速、准确响应各层级需求，为指挥中心各业务需求及政府决策、运营企业提高运营效率等提供有力支撑。线网信息发布包括内部信息发布、门户网站、移动客户端、移动决策终端等功能，为乘客、政府、领导、运营调度人员、管理人员等不同用户提供多种信息查询发布手段。

2.2.3 实现架构

轨道交通线网综合运营调度系统功能繁多、业务流程复杂，在系统总体架构设计思路上应充分体现灵活性也应把握系统的整体性，既要满足线网指挥中心既有业务需求也要能够支撑将来互联互通趋势下复杂多变的业务需求。系统实现架构遵循统一的开放技术架构体系，采用模块化、组件化、标准化、一体化的总体设计思路，将所有业务功能抽象成不同模块组件，基于统一的应用功能模块开发集成标准，建立起良好的应用集成机制，降低业务功能模块间的耦合性，保证各种应用系统的功能模块可以灵活组合满足灵活多变的业务需求。线网综合运营调度系统实现架构如图 4 所示。

3 关键技术分析

3.1 运营信息集成

轨道交通线网各线路运营数据的集成是线网综合运营调度系统的基础，而信息标准的建立又是信息集成的关键。由于系统建设时间和供应商原因，轨道交通不同线路的系统存在较大差异。因此，需要基于线网综合运营调度业务分析，梳理出线网对线路各专业系统的运营数据需求，充分考虑不同线路系统间的差异，制定出满足线网运营调度业务需要的统一接口标准，建立统一的对象描述模型与字典，规范化公用基础信息的管理和维护，实现信息共享与复用。

图 4 线网综合运营调度系统实现架构

轨道交通线网各线路系统缺乏统一显示标准，不同线路系统中相同颜色和状态可能表示不同状态或含义，单线运营阶段显示标准的统一与否对于调度人员影响不大，但在线网运营阶段，线网调度人员需要管理多条线路，没有统一显示标准会影响调度人员的工作效率，存在较大风险隐患。合理地归纳、总结、制定轨道交通各专业系统的统一显示标准，使调度人员能方便进行切换显示不同线路的人、车、设备运行状态。线网综合运营调度系统采用统一显示标准不可避免地存在与现有线路显示标准不一致的情况，对线网与线路调度人员的沟通造成一定的障碍，但线网调度和线路调度在日常运营调度中的定位不同，对调度协调影响不大，后续可以通过将统一显示标准推广到新建线路中，并对既有线路进行改造，逐步实现轨道交通线网显示标准的统一。

3.2 线网运行图编制

单线运营阶段，线路车站数量有限、运行交路较少，运行图编制依据线路情况进行铺画。在网络化运营条件下，特别是在互联互通的趋势下，线网运行交路方案选择及优化成为难题，线路间换乘客流对客流分布的影响也越来越复杂。线网运营组织方案编制中的开行方案编制模块根据客流预测结果和线路的折返站情况设置交路形式并选择交路的起始站，依据可运用车数、线路通过能力和最小开行间隔的要求生成站停方案和站停时间，并自动生成各交路的分时开行对数，优化首末班车开行时间。

从线网线路间列车运行图首末车衔接、平峰时段换乘站衔接、服务水平等方面构建线路运行图协调性评估指标体系，通过对新编运行图各项指标进行分析，评估线路列车运行图的指标是否满足下达的线网运力配置计划及线路之间的协调性的要求。结合列车技术作业标准，利用线路仿真平台实现实际列车运行图与计划列车运行图的比较，验算实际运行参数如运行时分、站停时间、追踪间隔时分、折返时间、出入库时间等的执行情况，判断列车运行图是否具备在线路上实施的条件。列车运行图实施后，根据线路列车满载率、车站滞留等客流数据，确定线路运力运量的匹配情况，评估列车运行图实施后是否可以满足线路客流需求，使得线网运行图编制形成一个完整的闭环体系，不断完善、优化、提高线网运营效率。

3.3 运营信息综合展现

线网调度人员需要实现对多条线路的运营监察调度协调，简单地按照线路专业系统进行展现，使得调度人员无法获取到所需要的信息。线网综合运营调度系统基于对正常情况下、非正常情况下的运营调度业务流程分析，从线网角度出发，将车站、线路、线网各层级采集到的人、车、设备的实时状态信息，根据业务需要进行重新分类、组合、过滤、筛选，为不同用户提供其所关注的综合运营信息。

3.4 线网资源集约化管理

网络化运营条件下，线网运维管理应打破单线运营阶段的线路式运维模式，实现扁平化管理，采用线网运维管理中心、各专业维修室、各线路维修中心的“三级管理”模式，建立以运维管理流程为基础、以运维管理业务为中心的组织架构，提高效率，降低成本。线网综合运营调度系统通过对车辆、设备运维的信息化、标准化管理，对备品备件、检测设备材料、计量设备、物资采购等的综合管理，实现运维资源的集约化管理，降低线网运维成本。

4 结束语

轨道交通网络化运营是轨道交通发展的必然趋势，在建设前期应以网络化运营体系的规划为基础，建立符合轨道交通企业现状的线网综合运营调度模式。线网综合运营调度模式相对于线路式运营模式，能提高线网运营组织效率，降低运营维护成本，高效快速应对突发事件，为方便乘客出行提供便捷的服务。网络化运营条件下轨道交通线网综合运营调度系统的研究，为线网运营调度体系及系统的建设和发展提供了参考。

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责任编辑：王 静

Study on the Integrated Operation and Dispatching System of Rail Transit under Network Operation

To realize the integrated operation and dispatching of rail transit, the paper takes the demand of rail transit network operation as the premise and studies the integrated operation and dispatching system of rail transit under network operation. It analyzes the function and demand of the operation and dispatching, and puts forward ideas on system design, business architecture, function architecture and implementation architecture, so as to build a complete integrated operation and dispatching system. On this basis, the paper studies the key technologies of the system, which provide references for system building.

Network Operation; Integrated Operation and Dispatching; Rail Transit

1003-1421(2016)12-0091-07

U293.6

A

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.12.18

2016-08-12

中国铁道科学研究院通信信号研究所青年基金课题(2015HT11)