地铁线网指挥中心大屏幕及可视化设计与研究

马申瑞，娄永梅

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

随着国内城市轨道交通建设的快速扩张和发展，为应对地铁网络化运营转型的迫切需求，北京、广州、深圳、南京等城市均已快速展开线网指挥中心的建设工作。旨在组建高效、专业的指挥调度机构，依托先进、可靠、智能的轨道交通网络监控系统，完成地铁网络化运营的高效管理和线网资源的共享，落实城市总体规划要求，提供城市交通系统的运行效率，促进客运交通一体化的发展。

为满足网络化运营管理的深层次要求，辅助运营人员及时掌握所管辖线路全部的行车、客流等数据和单线进出站客流、高峰期断面客流等关键运营指标，在线网指挥中心布置一套完善的大屏幕及可视化系统是必不可少的。大屏幕及可视化系统可以根据运营管理和控制的需求，通过可视化软件的模型将信息资源（如行车信息、客流信息、视频信息、设备信息及涉及到气象、电力、公交、铁路、机场、公安、消防、医疗和政府相关部门等外部信息）合理、简明的展示在屏幕墙上，对现有分散的区域控制中心实施全面的集中监视和管理。当遇到突发安全事件时，大屏幕及可视化系统将进入应急模式，将相关信息第一时间展示在屏幕墙上，辅助运营调度人员协调各条线路或其他相关部门，使突发安全事件得到有效的处理，为地铁安全可靠高效运营提供有效的支持。

2 大屏幕系统的设计与研究

2.1 建设思路

以往设计一个复杂的显示系统，传统的办法只能是基于矩阵的信号分配，这需要大量使用多端口矩阵（比如DVI 矩阵、RGB 矩阵、模拟视频矩阵、数字视频矩阵等），但这样的构成方案通常会面临以下问题：

1）矩阵价格昂贵、扩展性差，布线工作复杂；

2）信号源需经过多级矩阵分配、切换、传输，很难保证信号显示质量；

3）系统控制困难，只能采用设置多个分控中心及主控制中心的方法；

4）整个系统无法实现或非常难实现跨职能部门、跨控制室的综合显示系统。

为弥补传统矩阵系统上述的种种不足，将大屏幕显示系统从过去单纯显示信息为主的独立显示墙变成了网络化信息显示、决策支撑的平台，通常采用基于IP 数字流媒体技术的网络架构。这种方案相对于矩阵方案不仅节约硬件设备投资，还具有无法比拟的灵活性、易用性和操作性，如表1 所示，例如：仅需IP 网络布线，无需线缆和光缆布线，取消模拟切换矩阵避免故障节点，通过万兆IP 网络作为信号切换平台，通过IP 地址作为信号及显示节点的标识，在网络连通的环境下可以随意拓展和调整显示控制模式等。而且，不同的显示设备通过硬件解码器或软件解码程序显示在不同类型的显示设备上，如DLP 显示墙、LCD 显示器、LED 大屏幕、会议室投影机、电脑屏幕等。

表1 网络化解决方案与矩阵连接方案对比表Tab.1 Comparison table of networking solutions and matrix connection solutions

IP 数字模式作为技术未来的发展趋势，可以确保系统在未来具备最先进的应用架构和最灵活的拓展模式，同时实现一点输入、多点显示，灵活操控、信息共享的设计目标。

2.2 部署架构

大屏幕系统网络化显示方案由3 个主要部份组成：信号输入设备、信号传输设备、信号显示设备。

以南京地铁线网指挥中心为例，如图1 所示，这些信号输入、信号显示设备也称为节点，由若干个节点组成一个基于网络的控制系统。系统的工作原理就是把DVI 信号编码成H.264 网络视频流，再汇合网络摄像头输出的H.264 网络视频流，就构成了一个开放的、共享的、便于管理的网络视频流集。然后把这些网络视频流集中在一个专用的局域网中，对需要显示的视频流进行解码，输出到大屏幕上。

2.3 数据架构

图1 南京NCC部署方案Fig.1 Nanjing NCC deployment plan

如图2 所示，地铁线网指挥中心的数据主要从线路的4 个专业进行输入，分别是信号专业、综合监控专业、自动售检票专业和视频专业。数据通过接口服务器进行清筛后上传至实时/历史服务器和大数据平台进行集成与处理，再利用业务软件模块完成多维度指标分析后在大屏幕系统进行信息的可视化展示。

线路信号专业提供正线和车辆段的站场信息、列车运行信息、列车计划/实际时刻表信息及运营相关统计信息至线网指挥中心，在大屏幕系统上显示线路信号系统的状态，并进行统计分析，展示单线ATS、线网大图和行车监察所需的相关数据。

综合监控专业提供电力系统、火灾自动报警系统、环境设备监控系统、站台门系统、通信系统的状态和故障报警信息至线网指挥中心，在大屏幕系统上显示设备告警统计及设备类指标等设备监察信息。

线路自动售检票专业主要通过线网级清分中心(ACC)向线网指挥中心提供客流统计数据及OD 数据，在大屏幕系统上显示客流指标与预测及客流历史统计等客流监察信息。

线路视频专业提供数字视频信号供线网指挥中心调度员调用，在大屏幕系统上可进行实时播放和云镜控制。

2.4 系统功能

大屏幕分布式控制系统支持按照不同的显示区域将整个大屏幕显示墙划分为一个（或多个）逻辑区域进行显示，不同业务区域的线网指挥中心调度人员可以独立地在其对应的业务模块显示区域进行各种管理及控制操作，并实现各屏幕单元灵活调用、图像拖动显示、任意位置开窗显示等功能。

大屏幕显示信息区功能可以划分为线网设备行车信息显示、线网客流信息显示、全线网行车信息显示图显示、视频监视显示、线网电力信息显示、线网综合信息显示共6 个基本区域。具体显示的内容如下。

图2 南京NCC数据流图Fig.2 Nanjing NCC data flow diagram

1）线网整体布局图：以城市地图画面为背景显示线网各线路走向、站点布局、换乘站分布、站点附近关键建筑（医院、公安局、消防局等）和关键地点（大型枢纽车站、停车场、火车站、出租车上客点等）的位置、地铁应急处置资源（救援设备、应急物资、应急救援队伍、应急设备等）的位置等信息。支持调度员在线网整体布局图上对相应信息进行搜索及定位。

2）在线网整体布局图基础上显示跨线路的同专业汇总信息画面：如各线行车信息画面；线网电力主所分布图、线网供电范围分布图（含变压器负荷、出线电压、电流等信息）。

3）线网各站客流信息及线网拥堵情况分布图。支持在线网整体布局图上的对专业和线路的组合选择显示。

4）在线网整体布局图基础上显示跨线设施系统监控画面，如线网换乘站分布图（含进/出站客流信息）；线网能耗及环境参数对比图。

5）车站设施布局画面，如显示扶梯、闸机、CCTV 监控点、屏蔽门、环境参数的典型车站布局图；显示出入口、换乘通道、步梯、扶梯、电梯、闸机、CCTV 监控点、屏蔽门、环境参数的车站布局图。车站布局图支持平面显示、三维显示、视角控制、动画显示等功能。

6）全线CCTV 视频监视画面。

3 可视化系统的设计与研究

3.1 建设思路

可视化系统通过综合业务数据系统提供的实时数据、历史数据和数据分析成果，进行数据可视化加工，形成便于调度人员观看、直观、美观、信息关联性高的综合信息展示画面，形成设施设备信息、日常监管、应急处置、动态分析、信息发布等功能为一体的可视化综合展示平台。

1）集成性

可视化综合展示平台的人机界面整合大屏幕系统的人机界面，具备在一个控制终端对两个系统进行控制的能力。

可视化综合展示平台与大屏幕系统之间有控制接口，可以控制大屏幕系统核心设备，能控制大屏幕系统的数据源选择、具体屏幕布局和控制模式切换的功能，可以将任意数据源以任意形式在大屏幕墙上进行显示。

2）可维护性

可视化综合展示平台系统权限设计层次清晰，用户、角色设置与权限控制可逐级授权分级管理。当系统局部功能模块发生故障时，应不影响其他模块的正常运行。

3）可扩展性

可视化综合展示平台应具备业务模块、功能模块的扩展能力，需满足新增业务需求引起的系统扩展要求。

可视化综合展示平台具备性能的可扩展性，当系统数据量和访问量增大，系统配置不能满足性能要求时，可以通过增加服务器或提高服务器配置等方法增加系统的业务处理能力。

3.2 场景设计

可视化综合展示平台在地铁运营指挥中心大屏上监控根据不同应用场景设置不同展示模式，可按照不同需求设计不同的大屏幕显示模式，进行画面切换。例如：日常运营模式、应急处置模式、参观演示模式等，不同模式可根据监控展示内容进行整体布局的美化并展示，如图3 所示。

图3 可视化场景模式Fig.3 Visual scene mode

日常监控模式：用于运行调度人员日常调度值班监盘，数据主要以T+0 实时数据为主，辅之以一定的预测数据（例如：客流预测）、统计数据（客调、行调、电调、环调等相关指标的极值、均值、典型值）用于为监控指标提供对比参考。

应急指挥模式：用于突发事件情况下的应急指挥监控，数据与日常监控相似，以T+0 为主，同时考虑与地铁集团、各OCC 的协同指挥。同时会将应急指挥系统以信号形式在大屏上投放，集中显示突然事件车站的相关信息，并切换对应CCTV 画面辅助指挥人员实时了解现场情况。

参观展示模式：用于领导参观时，能在大屏上充分展示地铁的企业形象、社会责任等宏观信息。数据以静态数据（以excel 和其他文件格式提供）和T+1 统分数据为主，如图4 所示。

3.3 地铁三维地图

地铁三维地图是通过搭建三维城市模型（白模），在基础地形地貌上建立城市地标，并叠加所有已开通线路和车站，将线网关键节点信息进行整合，如主变电站、换乘站、联络线，以关键节点为主要元素显示线网整貌画面，可按地理布局图方式展示具体的单线元素（如车站、区间、场段等）的分布的画面及与线路相关的信息，实现地铁规划、地铁建设、地铁运营3 方面功能，如图5 所示。

图4 地铁可视化大屏图Fig.4 Metro visual large screen

图5 南京地铁城市三维远景图Fig.5 Three-dimensional perspective view of Nanjing Metro

1）地铁规划

如图6 所示，通过城市人员热力图可以清晰地看出地铁既有线路和规划线路对城市人员密集区域的覆盖比例，直观看出地铁规划线路以及换乘站设置是否合理。

图6 南京地铁城市热力图Fig.6 Urban thermal map of Nanjing Metro

2）地铁建设

通过施工监控数据，从人员、进度、设备、盾构和风险5 个维度对地铁建设进行直观展示。

人员：掌握当前有多少管理人员、监理人员、施工工人在投入建设，并实时掌握各线路、各工点、各工种的人员比例。

进度：掌握施工进度情况，包括投资进度、施工进度、形象进度等。

设备：掌握当前各线路、各工点有多少大型设备投入施工，结合之前的进度情况，对大型设备进行调度。

盾构：掌握当前每条线路每个标段的盾构进度以及贯通情况。

风险：通过巡游方式实现“视频巡检”，并结合施工风险进行重点监控。

3）地铁运营

通过在三维场景中叠加实时进出站客流数据，并根据数据阈值提示车站客流预警以及采取限流措施情况。

通过在三维场景中叠加实时线路拥挤度数据，对当前各条线路的客流与运力匹配情况进行模拟仿真，对实时调度措施（加减车、飞站）的效果进行仿真。

4 结束语

建立线网指挥中心，通过大屏幕及可视化系统对轨道交通线网实现全面的管理和监控，是数字化轨道交通的具体体现。因此，建设一个智能化的大屏幕及可视化系统，能辅助调度人员对现有分散的区域控制中心实施全面的集中监控和管理，提高运营效益，实现资源共享。当遇到突发事件时，能够第一时间展示相关信息，使突发事件得到有效的及时处理，为地铁高效、安全的运行提供有效的支持。