基于城轨云平台的都市圈智能调度系统设计

沈冬冬 景顺利

摘要：随着大数据和云计算技术的发展，轨道交通网络化运行、“四网融合”成为都市圈轨道交通一体化发展的必然趋势，因此作为调度指挥系统需要采用先进的科学技术，更大程度上实施智能化的行车调度，更好地满足网络化运行管理，更充分地发挥系统自动化功能，进一步提高调度效率和可靠度。文章提出了一种满足都市圈城轨智能调度系统功能需求的设计方案，并从系统定位、系统方案、方案设计、系统交互等方面进行详细介绍。

关键词：轨道交通；都市圈；“四网融合”；智能调度

中图分类号：U231.7  文献标志码：A

0 引言

“十四五”时期，建设现代化都市圈成为我国新型城镇化发展的必然要求［1-2］。推进城市群都市圈交通一体化，加快城际铁路、市域（郊）铁路建设，以城际铁路和市域（郊）铁路等轨道交通为骨干，推动市内市外交通有效衔接和轨道交通“四网融合”，提高都市圈基础设施的连接性、贯通性，以便更好地适应都市圈发展要求、满足人民出行需求，意义重大［3］。

我国都市圈尚在培育过程中，长三角、京津冀、大湾区等城市群和都市圈轨道交通规划建设纷纷提上重要日程［4］。国外，巴黎、伦敦、法兰克福等城市群都较早建立起轨道交通网络，伦敦都市圈采用票务网与运输组织分离的管理模式，法兰克福S-BAHN线实现了与机场客流数据相匹配的运行图调整等功能［5］。国内都市圈智慧城轨建设没有可供参考的成熟案例［6］。随着智慧城轨新技术和发展理念趋于成熟，都市圈智慧城轨建设将成为未来轨道交通行业的一个重点领域。

目前，都市圈智慧轨道交通面临的问题及挑战［7］：（1）主要承担通勤、休闲等短途运输，客流的潮汐性和向心性明显；（2）客流主要为早晚高峰时期的通勤客流，波动性大；（3）客流主要集中于线路端点，大部分乘客平均运距较长，需要采用长短交路、快慢车、直达等灵活多样的运营组织模式；（4）与乘客乘车体验密切相关的发车间隔、正点率、列车拥挤度、换乘衔接等需进一步提升乘客出行体验舒适性。

文章提出了一种基于城轨云平台的都市圈智能调度系统设计方案，解决都市圈城轨智慧建设中面临的问题及挑战。本设计方案的特点为：（1）多源客流精准预测，满足运能运量精准匹配，实现线网运输组织自动规划；（2）多专业大数据共享，实现调度指挥更高效、更精准；（3）大数据智能分析，为应急处理提供辅助决策支持，给出合理化建议；（4）大交通数据共享，智能乘客信息推送，实现网内换乘高效，助力乘客智慧出行。

1 功能定位及需求

建立都市圈城市轨道交通智能调度系统是轨道交通进入网络化运营阶段的需要，是协调多运营主体线路之间相互配合、快速应对各种突发事件、为乘客提供优质服务的必然要求，是提高轨道交通整体网络运输效率、确保行车安全、实现轨道交通指挥现代化和管理智能化的重要手段。

1.1 实现跨区域管理协同

都市圈轨道交通线路实现跨市域互通，突破原有行政区域内轨交线路的管理模式，部分线路可以由都市圈内的其他线网中心统筹管理或两个线网中心协同管理，实现跨区域间的线路运营协同，及各层次网络有序衔接。

1.2 实现调度保障协同

智能线网调度系统优化现有的线网中心“只监不可控”的运行模式，将线网不同线路有序接续，保证客流能够在网络间便捷通达的同时，合理调配运能，节省运营成本，提升运营管理水平。同时，城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通信息在智能调度线网中心融合，实现统一的运行显示、统一的调度指挥和统一的应急指挥，快速应对各种突发事件、确保行车安全。

1.3 实现运输组织融合

智能线网调度系统结合市域线路、城际线路特点，综合采用多交路、不对称交路、跳站运营、快慢车组合运营等多种调度策略，实现统一的运行组织，有效协调市域线路、城际交通与城市交通的顺畅衔接和能力匹配，提高轨道交通整体网络运输效率，实现轨道交通指挥现代化和管理智能化。

面向都市圈的智能调度系统，以“综合交通一体化枢纽”为中心，逐步实现与铁路、公路、路面交通、共享单车等多种交通方式信息互联共享和融合发展，体现高效性和便捷性，从“走得了”升级到“走得快”“走得好”，最大限度满足乘客的获得感和体验感。同时，基于一体化枢纽及主要换乘站的多源客流数据，构建客流分析模型并融合智能化分析算法，逐步优化网络化的列车运行计划编制系统，最大限度提高运营的列车投入合理化度及乘客满意度。

2 系统方案

2.1 系统架构

随着大数据和云计算技术的发展，通过构建信息化网络架构实现信息共享和轨道交通智能化。从满足都市圈运营组织需求出发，从智能运输组织、列车节能运行、智能乘客服务3个方面进行研究，实现线网运营管理的工作，将全线路集中管理，直接负责多线路的指挥和运营协调，同时具有综合监控、应急指挥、信息共享、辅助决策等功能，达到都市圈网络化运营的智能调度指挥、节能控制以及提高乘客出行效率等，助推都市圈可持续发展。系统总体架构如图1所示。

本文设计的基于城轨云平台的都市圈城轨智能调度系统，包括线网智能调度系统、线路智能调度系统，如图2所示。线网智能调度系统、线路中央智能调度系统依托于城轨云平台进行部署，线路本地智能调度系统采用传统物理设备部署，其中：

（1）線网智能调度系统行车监视工作站、运行图工作站、应用服务器及接口、大屏工作站采用城轨云平台虚拟机方式部署，线网智能调度系统数据库服务器采用城轨云平台裸金属方式部署。

（2）线路中央智能调度系统调度工作站、运行图编制工作站、应用服务器及相关接口工作站采用城轨云平台虚拟机方式部署，数据库服务器采用城轨云平台裸金属方式部署。

（3）线网本地智能调度系统本地调度员工作站、本地应用服务器、本地时刻表管理器等设备采用传统物理设备部署。

2.2 系统组成

基于城轨云平台的都市圈城轨智能调度系统是

一个分布式系统，系统组成及功能描述如下：

（1）线路侧接口服务器。负责存储并转发各线路车的消息数据，保证各线路侧数据传输的准确、高效、实时展示。

（2）智能调度监视工作站。根据汇聚设备上报的轨旁元素状态、列车状态、计划/历史时刻表信息、故障信息、告警信息以及线网NCC系统获取的故障信息等进行状态实时显示、数据融合处理，为调度的智能决策提供依据，并实时推送，便于调度员及时、准确地进行故障应急处理。

（3）线网智能调度应用服务器。接收线路上报的列车运行状态、轨旁元素状态、计划/历史时刻表等信息，进行智能数据分析、实时/非实时指标统计等智能辅助调度信息处理，并将相关推送信息、联动信息、统计信息等在智能调度监视工作站进行展示。

（4）线网运输编制服务器。从线网的角度综合考虑全线网内客流、上线运营列车情况，基于获取的实时、预测客流数据进行运力运量的动态匹配，实现线网运输计划的评估、编制及衔接，并将生产的线网运输计划下发到都市圈相关线路侧，线路侧基于线网的运输计划实现对线路的实时控制及调整。

（5）数据存储服务器。用于将接收到的线路实时、非实时信息以及线网接收到的实时客流、预测客流、历史客流以及故障等信息进行存储，便于线网智能调度应用服务器进行智能分析、统计等。

2.3 系统交互

智能调度系统包括线网级智能调度系统和线路级智能调度系统。线路级智能调度系统与线网级智能调度系统进行直接交换，包括线路级行车、信号灯元素状态上报以及接收线网运输计划、控制指令、调度命令等，实现线网、线路两级联动控制。

线网级智能调度系统主要包括调度指挥、运输组织、辅助决策、态势感知以及智能乘客服务等方面业务。线网级智能调度系统与线路级信号系统、NCC系统、综合运维管控平台进行信息交互，系统交互如图2所示。

（1）与NCC系统交互信息：客流信息、视频分析信息、设备状态信息、应急指挥信息、大交通数据以及实现与大交通系统联动。

（2）与综合运维管控平台交互信息：信号系统运维信息、车辆运维信息、每节车厢重量、每节车厢的满载率等。

（3）与线路信号系统交互信息：一方面，接收线路信号系统的行车、信号状态信息、调度反馈信息、运行计划信息；另一方面，向线路信号系统发送运输计划、控制命令、调度命令等信息。

（4）与清分系统交互信息：线网智能调度系统接收清分系统提供的换乘客流数据（换入、换出客流）、客运量数据、断面客流量、车站、线路、线网OD客流、分时进出站客流（车站、线路、线网）、分时断面客流等。

（5）与AFC接口：线网智能调度系统接收AFC系统提供的闸机开关状态、进站客流数据、出站客流数据等。

3 方案设计

3.1 智能辅助决策

基于运营数据统一存储的大数据平台，实现线网数据集中存储，统一智能决策分析，统一指挥；结合线路设备资源情况，实现线路控制。以应急处置预案、调度日志等经验规则和历史数据为基础，构建系统状态与调度决策的反馈机制，辅助调度决策系统能够根据专家知识决策故障或应急条件的影响范围、影响时长、影响趋势，并能根据历史调度案例库对专家知识的自学习，模拟调度员的思维决策，为调度提供决策支持，具体如图3所示。

3.2 基于客流和运力资源的运行图编制和评估

城市轨道交通具有行车间隔短、客流随机性和流动性大的特征，特别是在综合交通枢纽站，如南京南站，汇聚了轨道交通、高速铁路、民航、市内公共交通、城际公共交通等交通出行方式，客流的随机性、流动性更加明显。通过轨道交通网络多源客流数据融合的精准化计算、智能化分析、网络化运营的列车运行计划编制，实现网络客流的监测预警、网络运力资源的优化配置、运能运量的精准匹配和全自动列车运行的行车组织。实现基于历史预测客流、实时预测客流等因素，对轨道交通运力进行评估，动态调整当天运行计划，满足实际客流运输组织的需要。同时，考虑轨道交通网络之间的衔接，进一步满足乘客智慧出行的需要。

基于客流和运力资源的运行图编制和评估实现基于历史预测客流、实时预测客流等因素，对轨道交通运力进行评估，动态调整当天运行计划和实时调整运行时间，满足实际客流运输组织的需要，达到以下功能：（1）通过网络客流的监测预警，实现对当前能力分析；（2）通过网络运力资源的优化配置，实现车辆匹配调整；（3）通过运能运量的精准匹配，实现列车发车间隔调整。基于客流和运力资源的運行图评估系统架构如图4所示。

3.3 区域协同的线网运输衔接

依托于城市轨道交通都市圈建设，实现“四网融合”后，线网中客流量大、流向复杂，时空分布不均衡，不同线路、时段的列车开行交路、间隔也不相同。因此，对乘客在车站的集聚情况、区间运力运量匹配情况、换乘站各方向列车的衔接情况进行实时监测。从满足乘客出行需求出发，在线网运输计划编制过程中应充分考虑都市圈内各线路有换乘站连接的其他线路的首末车时间，应用衔接评估计算线路各换乘站主要衔接方向首、末班车换乘等待时间和末班车换乘时间和换乘可达性。根据计算结果手动或者自动调整线路首末班车时间，得到优化的线路首末车时间方案，优化调整线网运力配置，如运能运量匹配、末班车换乘衔接、行车间隔衔接、换乘站衔接等。

由于线网中客流量大、流向复杂，时空分布不均衡，不同线路、时段的列车开行交路、间隔也不相同。因此，需借助该功能对乘客在车站的集聚情况、区间运力运量匹配情况、换乘站各方向列车的衔接情况进行展示，线网运输衔接功能如图5所示。

3.4 多样化运输组织模式

将结合市域线路、城市轨道交通等线路特点，综合采用多交路、不对称交路、快慢车组合运营、直通车运营、互联互通运营、换乘运行模式、灵活编组等多种调度策略，实现统一的运营组织，综合考虑客流特征和运输能力，统筹安排多种列车运营组织模式和开行方案，有效协调干线铁路、市域线路、城际交通与城市交通的顺畅衔接和能力匹配，提高轨道交通整体网络运输效率，实现轨道交通指挥现代化和管理智能化，实现南京都市圈的“四网融合”运营调度指挥，如图6所示。

3.5 多源數据融合及多层次信息推送

充分发挥都市圈轨道交通重要交通枢纽站作用，构建以“四网融合”为核心的覆盖民航、有轨电车、公交等区域协同指挥调度体系，实现轨道交通与城际铁路、市域（郊）铁路、干线铁路、有轨电车、民航、公交等信息共享及推送，提高运输效率，满足乘客智慧出行需求。

在共享数据平台基础上与各专业系统数据共享，进一步完善实时监测、信息采集，实现多源数据的融合处理、各专业系统的数据共享以及数据挖掘分析，构建基于多专业协同联动控制的线路智能调度指挥。

（1）实现以调度为核心，进行信息筛选、推送及提示。例如，运营前检查、运营偏差等级、列车阻塞、停站超时、调度指令互相确认、交接班管理、站场显示动态控显等，辅助调度人员运输调度。

（2）实现以乘客为核心，进行高铁、民航、有轨电车、公交等信息推送，如运行班次、时刻、早晚点信息及换乘方案、换乘时间，有轨电车及公共交通的运营时间、起始站、运营间隔等。

（3）实现以应急指挥为核心，进行乘客的应急疏散，在轨道交通换乘站等枢纽站发送大客流、应急故障时，及时向有轨电车、公共交通发布相关信息，引导乘客通过公共交通尽快疏散。

4 结语

随着大数据和云计算技术的发展，轨道交通网络化运行、“四网融合”成为必然趋势，本文结合都市圈面临的问题及挑战，实现了一种基于城轨云平台的都市圈智能调度系统，从智能运输组织、列车节能运行、智能乘客服务三方面出发，实现线网运营管理、全线路集中管理，直接负责多线路的指挥和运营协调，同时具有综合监控、应急指挥、信息共享、辅助决策等功能，达到都市圈网络化运营的智能调度指挥、节能控制以及提高乘客出行效率等。另外，本系统与线网指挥中心NCC平台进行交互，能够获取更多都市圈之外的客流信息、设备状态、大交通等数据，实现对大数据的进一步挖掘和分析，提升智能化、智慧化程度，助推都市圈可持续发展。

参考文献

［1］潘昭宇.都市圈轨道交通规划建设关键问题研究［J］.都市快轨交通，2020（6）：7-14.

［2］禹丹丹，徐会杰，姚娟娟，等.国外都市圈轨道交通互联互通运营对我国的启示［J］.综合运输，2019（5）：115-120.

［3］潘昭宇.多层次轨道交通规划研究［M］.北京：中国铁道出版社，2021.

［4］潘昭宇，唐怀海，王亚洁，等.加快构建都市圈多层次轨道交通体系［J］.宏观经济管理，2020（11）：33-38.

［5］汤莲花，徐行方.国外典型都市圈市域铁路发展及启示［J］.中国铁路，2018（9）：107-113.

［6］彭其渊，罗洁，文雯.区域多制式轨道交通运输组织协同模式研究［J］.交通运输工程与信息学报，2020（4）：1-10.

［7］刘鹏.城市群区域城际轨道交通网络运营系统递阶协调优化研究［J］.交通运输工程与信息学报，2017（3）：109-115.

（编辑 姚 鑫）

Design of intelligent dispatching system for metropolitan area based on urban rail cloud platform

Shen Dongdong， Jing Shunli

（Nanjing NRIET Industrial Co.， Ltd.， Nanjing 211106， China）

Abstract： With the development of big data and cloud computing technology， the networked operation of rail transit and the “integration of four networks” have become the inevitable trend of the integrated development of rail transit in metropolitan areas. Therefore， as a dispatching and command system， advanced scientific and technological technologies should be adopted to implement intelligent train dispatching to a greater extent， better meet the networked operation management， give full play to the system automation function， and further improve the dispatching efficiency and reliability. This paper proposes a design scheme to meet the functional requirements of the urban rail intelligent dispatching system in the metropolitan area， and introduces in detail the system positioning， system scheme， scheme design， system interaction and other aspects.

Key words： rail transit; Urban rail; “integration of four networks”; intelligent dispatching