GIS在青岛地铁线网运营管理与指挥中心系统中的应用

左旭涛 程中国 孙文慧

摘 要：为提高地铁线网运营及应急指挥的智能化水平，青岛地铁集团有限公司在地铁线网运营管理与指挥中心（MMCC）项目中引入地理信息系统（GIS），并结合相关的设计原则进行 GIS 总体设计，在日常和应急 2 种应用场景下实现定位、展示、路径规划等功能。实践证明，GIS 与 MMCC 的深度融合应用可满足青岛地铁运营管理的需要，对其他城市地铁的 GIS 应用具有借鉴价值。

关键词：地铁;GIS;定位;应急指挥 ;应用

中图分类号：U239.5

GIS是在计算机硬、软件系统支持下，结合地理学、地图学、遥感和计算机科学，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的相关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，可以直观地展示现实中的地貌、城市结构等信息，已经广泛应用在不同的领域。目前，GIS在地铁领域的应用主要集中于运营、管理、调度和维修等方面，如进行地铁线网规划管理，在土木工程施工管理中进行空间分析，为乘客提供交通及本地信息查询服务等。青岛地铁集团有限公司（以下简称“青岛地铁”）在MMCC项目中，根据青岛地铁统一指挥、快速反应、各司其职、协同配合的运营需求，开创性地引入了GIS技术，并与MMCC的运营、应急、调度指挥等功能进行深度融合，提高了线网运营及应急指挥的智能化水平。

1 MMCC 中的 GIS 设计原则

将GIS引入MMCC应重视具体需求与相关技术的有效结合，并以此为基本原则，即技术的运用和功能的设计均应以实际需求为基础，且严格遵循项目的各项技术标准。具体设计原则如下。

（1）统一规划，分项细化。系统设计应先总后分，逐级深入，采用成熟的系统设计及数据管理设计方法，保证设计方案条理清晰、易于理解，从而有效地指导地铁线网日常管理和应急情况下的事件处置。

（2）技术跟踪，有效利用。在设计过程中，应根据线网日常管理和应急事件处置的需要，及时跟踪相关技术的发展方向和成熟程度，对于可行性较高的技术要在设计中充分体现，以保障系统架构设计的先进性和与新技术的可衔接性，使系统设计符合技术发展的潮流，具有一定的前瞻性。

（3）先进可靠，经济合理。系统在运行时应具有高可靠性及良好的容错性能，可以在一定的硬軟件设备支持下，实现灾难发生时的不间断运行。同时，应当充分利用MMCC已有的数据资源，尽量减少外购软件、硬件、数据的开支，降低成本。

2 MMCC 中的 GIS 总体设计

在MMCC项目中，设计人员利用GIS，以MMCC的局域网络为基础，将青岛地铁全线网各专业的专题数据库与基础地理信息数据库进行系统性融合和综合性开发，实现了对青岛地铁专题数据的高效管理和便捷利用。GIS在MMCC中的应用分为4个层次，即数据层、服务层、应用层和用户层，其总体架构如图1所示。

（1）数据层是指与GIS运行相关的各种数据资源，包括基础地理数据库、地铁专题数据库、应急资源数据库、地铁运行数据库4个不同类型的数据库。其中，基础地理数据库包含青岛市地图切片数据，基础道路数据，以及河流、湖泊、绿地等基础空间数据，用作GIS的底图;地铁专题数据库包含地铁线路、地铁站点、车站出入口、车站平面图等专题数据，用于存储和管理地铁相关的专题空间数据;应急资源数据库包含救援队伍、列车、车辆、设备、物资、消防站、公安局、交通场站、停车场等各种在应急救援活动中会用到的资源数据，用于存储和管理地铁应急相关的空间数据;地铁运行数据库包含轨道车次窗、车次窗空间坐标、站点客流量、地铁运行实时数据等，用于存储和管理地铁运行相关的数据。

（2）服务层包括WEB服务和地理信息服务。WEB服务用于在服务器端与客户端之间建立通信，处理传出协议等。地理信息服务用于实现空间数据发布、空间查询、空间展示、空间计算技术支持等功能。

（3）应用层用于展示GIS的各种应用功能，包括地图浏览、定位信息展示、站点查询、线路查询、路径规划、调度指挥等。

（4）用户层为系统的使用者，包括MMCC和运营控制中心（OCC）。

3 MMCC 中的 GIS 应用

青岛地铁在总结各地GIS使用经验的基础上，对其在MMCC中的应用进行不断地完善和补充。GIS在MMCC中有日常和应急2种应用场景，通过与基础地理数据库、地铁专题数据库、应急资源数据库和地铁运行数据库信息的叠加与整合，可以实现定位、展示、路径规划等功能。

3.1 定位

3.1.1 工作人员定位

GIS可通过站外卫星、站内基站或近场通信（如单兵系统）等定位手段，获取地铁工作人员的位置信息并展示在地图上。在日常运营模式下，GIS可展示地铁工作人员分布情况;在应急模式下，应急指挥人员可根据应急处置预案要求，利用GIS快速、灵活、高效地组织各岗位人员协同完成各种救援任务。

3.1.2 列车定位

目前，该功能可实时展示当前线网中列车的地理位置及上下行、进出站、早晚点状态等信息;后期通过功能拓展，可以展示轨道的实时带电状态等信息。在发生突发事件时，应急指挥人员可根据以上信息准确判断该突发事件对线网行车造成的影响，并制定合理的行车调度方案。

3.1.3 救援队伍定位

当GIS接到行车、客流、设备相关的突发事件报警信息时，会在地图中的事发站点处显示相应的报警信息。应急指挥人员收到报警信息后，可在菜单中选择对应的救援队伍类型，随后地图中会展示所有该类型救援队伍所在驻点的信息。通过查看救援队伍的名称、位置、联系方式等详细信息，应急指挥人员可确定最合适的救援队伍，并使其迅速投入到救援抢险工作中，从而提高突发事件的处置效率。

3.1.4 应急物资定位

随着物联网（IoT）技术的发展，应急物资定位功能所展示的内容应从应急物资的数量、位置等静态统计信息，逐步升级为实时动态信息。这可以分阶段实现。

（1）第1阶段：录入既有应急物资信息并展示在GIS地图中。本阶段无法实时显示应急物资的变化过程。若信息更新不及时，在遇到突发事件时，可能会出现应急物资实际信息与记录信息不符的情况，对应急方案的执行造成一定影响。

（2）第2阶段：利用IoT技术实现应急物资的网络化管理。本阶段可以实时反映应急物资的当前位置及数量信息，并实时监测应急物资的健康状态，从而实现应急物资的及时更替。

（3）第3阶段：实现应急物资的智能调配。根据发生事故的严重程度，系统可自动生成最优调配方案及调配路径，并自动展示在GIS地图中，从而节省救援时间，提升应急指挥效率。

3.1.5 外部支援定位

外部支援定位可分为静态和动态2种形式。静态支援定位可提供医疗、消防、抢修支援等机构，以及抢险资源、公交场站、施工工地、应急公交停靠点、避难场所等设施的地图定位信息。该功能应在系统建立初期实现。动态支援定位可提供应急救援过程中医疗队、抢修抢险队等外部支援队伍的实时定位信息。MMCC可结合GIS的这个功能及其提供的地面交通实时数据，自动规划救援路径，并制定外部支援方案，为应急指挥人员提供决策辅助。

3.1.6 重大设备报警定位

地铁站内出现设备报警的情况时，GIS会第一时间收到来自MMCC数据采集系统的报警信息，并在GIS地图中实时显示报警位置。应急指挥人员可调用相应的救援设备和救援队伍进行现场抢险。

3.2 展示

3.2.1 客流展示

客流展示功能可在GIS地图中展示地铁线网中的实时客流信息，实现客流数据在地图上的动态刷新。展示内容包括线网中客流量居前10位的车站名称及其客流量情况，以及各车站客流量和拥挤度等信息。当线网中发生突发事件时，应急指挥人员可根据这些客流信息，判断事发线路及相邻线路的拥挤度，依据实际情况灵活地制定客运组织方案。

3.2.2 地面交通状况展示

地面交通数据分为基础数据和实时数据2类。基础数据是指系统中相对固化的基础地理数据，比如道路、桥梁、广场和建筑群等地理位置信息;实时数据是指即时的车辆流量、拥堵状况、事故、故障、道路限行、交通管制等信息。GIS通过接口获取这2种数据，并在地图上显示相应的地面交通信息和车辆拥堵情况。

3.2.3 地铁车站 3D 结构展示

GIS可与车站3D实景结构展示技术相结合，使运营调度人员可通过拖动地图的方式查看车站的空间、设备、状态等信息。当车站内发生突發事件时，应急指挥人员可利用此功能为乘客提供便捷的疏散路径，并为救援人员提供应急物资的地理位置信息。

3.3 路径规划

3.3.1 救援路径规划

在应急救援时，利用GIS可实现对救援路径的规划。救援路径规划可分为站内和站外2类。在站内救援方面，地铁车站结构通常较为复杂，应急指挥人员可利用车站3D实景结构展示以及近场通信等技术，实现对站内应急救援人员的精确定位，并指导其灵活地应对救援过程中可能出现的各种突发状况，从而提高其救援处置效率。在站外救援方面，MMCC可结合GIS提供的外部支援实时定位数据和地面交通数据，自动制定外部救援方案，为应急指挥人员提供决策辅助。

3.3.2 客流引导规划

在日常运营时，调度人员可利用GIS提供的地面交通数据，预测地铁进出站客流的变化趋势，提醒拥堵路段附近的站点提前做好大客流疏散的准备。在地铁站内发生紧急事件时，应急指挥人员可利用车站3D实景结构展示功能，为滞留在车站的乘客制定最合理的疏散路线，同时通过乘客信息系统（PIS）、广播系统（PA）、手机客户端等引导乘客快速疏散，提高乘客疏散效率。

4 结语

青岛地铁在总结各地GIS使用经验的基础上，结合自身功能需求，形成了具有青岛地铁特色的GIS应用方案，不仅可在日常运营时方便居民出行，并引导大客流及时疏散，而且可在应急情况下实现对救援人员的定位和指引，对提高地铁的网络化运营效率、应急救援能力和运营服务水平具有举足轻重的作用。

参考文献

[1]唐丹凤，朱志国. GIS在城市轨道交通中的功能分析[J]. 交通运输工程与信息学报，2015（1）：58-62.

[2]罗情平，左旭涛，舒军. 青岛地铁线网管理与指挥中心系统的需求分析[J]. 城市轨道交通研究，2017（12）：5-9.

[3]张嘉敏，张嘉锐. 轨道交通基于大数据智能运营策略与框架综述[J]. 综合运输，2019（11）：50-56.

[4]陈光，薛梅，胡章杰，等. 轨道交通GIS+BIM三维数字基础空间框架[J]. 测绘通报，2019（S2）：262-266.

[5]刘瑜. GIS在城市轨道交通调度指挥中的应用[J]. 铁路计算机应用，2008（5）：45-48.

[6]褚靖豫，熊自明，姜逢宇，等. 基于BIM与GIS数据融合的智慧地铁运维系统研究[J]. 信息技术与网络安全，2020（5）：75-79，85.

[7]成俊，曹勇，王腾，等. 基于GIS的城市轨道交通控制保护区数字化巡查管理[J].现代城市轨道交通，2019（11）：92-97.

[8]李虎，李罡，张志强，等. 基于BIM+GIS的城市轨道交通建设管理智慧平台[J]. 中国勘察设计，2019（10）：86-89.

[9]闵世平，赵亮亮. 三维GIS技术在铁路全生命周期中的应用探讨[J]. 铁道工程学报，2014（10）：15-20.

[10] 吴巍霖. BIM技术在城市轨道交通项目工程量统计中的应用研究[J]. 建筑经济，2018（6）：83-87.

[11] 陈锦梁. 城市轨道交通线网指挥中心功能建设分析[J]. 通讯世界，2019（4）：230-231.

[12] 刘光武. 广州地铁安全预警与应急平台的研究与应用[J]. 现代城市轨道交通，2011（1）：18-22，91.

[13] 马海宁. 城市轨道交通应急管理信息化平台建设探讨[J]. 智能建筑与智慧城市，2018（8）：75-76.

[14] 黄勇超. 地理信息系统在城市轨道交通中的应用前景[J]. 都市快轨交通，2008（6）：31-37.

[15] 孟柯，伍嘉，杜创，等. 基于BIM的综合管廊智能运维管理平台研究[J]. 隧道与轨道交通，2018（3）：10-14，55.

收稿日期 2019-12-05

责任编辑 苏靖棋