基于GIS技术的地铁线网运营管理系统设计

李 睿

（贵阳市公共交通投资运营集团有限公司，贵州 贵阳 550081）

0 引言

随着现代化城市轨道交通的飞速发展，运营问题不断产生，地铁线网智能化应用备受关注。随着客运需求量不断提升，城市地铁线网运营工作随之增加，相关安全问题同步产生[1]。同一铁路线网运营形式多样，每条线路之间也需要进行有效和及时的运营效果交流。将不同线路控制中心的资源整合，实现一体化的运营管理，能够组织在紧急状态下的协调指挥。通过线网运营指挥系统使得协调更加完善，控制更加便捷。线网运营系统具有整体监控、调度协调、应急指导、资源共享等功能，增加了铁路线网运营过程中的实时性和安全性。地铁线网调度中心通过对各线的控制集中点与线路运营进行协调与调度，帮助线路管理中心集中协同调度，做到控制管辖线路的正常顺畅通行。与此同时，支持各线路系统专业数据资源的一体化整合和大容量长期存储，获取科学决策的基础信息。由于运用传统方法的线网运营管理系统资源共享速度慢，线路故障问题发现汇报不及时，使得应急中心处理事务中存在多种问题，导致无法实现预期目标[2]。为提升指挥中心和运营企业的网络化运营管理水平，本文基于GIS 技术的应用对地铁线网运营系统进行设计，并采取科学的方法对系统的稳定性与实用性进行测试和分析。

1 地铁线网运营管理系统硬件设计

系统运用的硬件基础设施为超融合云平台架构，其中包括TCC 数据接口系统、数据中心、应用系统、PCC、CCTV、开发测试等[3]。同时系统提供充足数量的IaaS 层虚拟机，云平台支持节点拓展的热插拔和热迁移，具体的TCC系统构成如图1所示。

图1 TCC系统构成图

其中CCTV 监控系统中增设前置摄像机，交换机等设备及线缆，对线网中心内外区域实行监控，网络摄像机通过网络连接监控终端，实现视频信息自动化管理。网络数字视频存储设备提供相应的储存内存与IO配置。摄像机内的全部视频存储期限为90d，图像分辨率为高清640×1080P，码流要求在3M 以上。同时，支持消除电源冗余，按照RAID0-6的盘阵集合，允许存在一块磁盘摩擦现象，保证图频的存储有效性，在盘阵中将图像与视频进行存储[4]。实时动态视频传输每秒不少于25 帧，图像分辨率为Full HD，640×1080P，摄像机镜座选用CS 标准，镜头选择相应的适配型号，选择具有自动白平衡，光感平衡，光圈较大的摄像机。

2 地铁线网运营管理系统软件设计

2.1 GIS技术监控定位模块

TCC对地铁轨线网资源高度管理，并基于GIS系统进行查询，定点救援和实时定位[5]。其监控系统的构成示意图如图2所示。

图2 GIS监控系统构成示意图

通过GIS 系统定点对线网中的建设项目，应急救援等资源进行定位。划分有可能或者已发生安全问题的地区，使得救援人员在救援中可以得到动态图频信息。运用GIS 系统定位相关地点，运用图像显示划分对应范围内的救援点位置，通过建立周边资源信息文件夹，按照现场环境制定GIS 救援预案，并进行处置决策判定。设定其中交点的坐标为p(a,b,c)，事故点的坐标为bp(a,b,c)，其中(a,b) =(a,b)。设置线网监控事故点中所涉及到的范围定点公式为：

式中：k——监测范围；

r——路线；

X——所需要的信息数据。

在遗传算法中的目标函数值为监测路线中的坐标值与事故点相应坐标之和的绝对值之差，公式为：

式中：k——设定的目标函数值；

C1——设定的事故点；

c1——事故点。

同时，结合GIS 地图对现场处置展开自主工作，采集不同线路的实时运营信息，并上传至数据库。监测并记录线网中不同线路的列车运行状态，及时监测设备运行状态，通过统计得到发生事故时的报警信号，报警级别设定为三级。同时在PC 模块中监测客流程度，并将客流态势进行绘制。运用三维GIS 智能技术将线网运营完成三维可视化，可视项目为客流状态，列车运行公里数等[6]。用户可以通过多种交互方式在系统的三维场景中探索，在探索的过程中点击三维模型可以获取列车等信息的实时运行数据，用户探索到危险设备区域时，系统会自动地对用户展开危险预警。运用相应措施缓解SQL 中客流数据过多情况，在客流过大时，协调各运营部门分解客流信息。接入线网车载CCTV 信息，对所有列车监控与切换，设置4 种镜头画面显示，对大客流线列车数据定时监测，通过画面及时监控问题。在线网中发生安全问题时，全线统计PIIS数据，并将PIIS信息数据传送给TCC 端。经过处理后，将TCC信息调度与各线指挥中心反应做好备份。

2.2 线网无线调度模块

线网无线调度模块将有线与无线集群互联，满足线网调度台用户与车载台集群用户之间的交流与沟通，获取对应的服务数据[7]。主要有TCC信息调度使用，网页收藏夹中设置固定监控的网站，建立专用保密的用户名，突发事件时，使用专用用户名在网站发布正面引导信息。建立线网运营广域网，在SQL中添加运营生产报表，获取铁路各类会议数据信息。在需要信息发布时，通过该系统，向公司各部门、中心及领导发布相关运营信息。信息发布过程中按照发布对象进行组别分类，主要按照事件需要通知的对象分类。设定专业的调度命令，监控各线的调度命令，应急需要时发布TCC调度命令。TCC调度命令有最高权限，调度命令只针对各区域指挥室，各指挥室按照TCC命令执行，需要时将命令转发至区域指挥室的相关车站或部门。线网轨行区施工从约束模型中优化，双层优化模型公式为：

式中：x——线路优化决策变量值；

S(x,y)——优化目标函数，通过可行域决策得到线路优化的约束条件；

y——运营优化决策变量，通过D(x,y)优化函数得到决策可行域的约束条件。

将数据进行迭代，收敛条件得到最优解。管理者可以通过该系统监控与检测不同线之间的施工作业，检测全线网施工计划兑现率数据，得到施工分类的数据，包括气象预警监控信息。ATS 信息在线网各区域中，通过所辖各区域指挥中心正线ATS工作进行调控，主要包括各线的ATS 信息，即轨道和信号图形错误显示，数量ID 属性等信息。设定铁路信号ID 为A，线路站ID 为B、车站公里数ID 为C 建立相关数据表。并能够在ATS 工作站上建立显示GIS 定位图像，同时记录有关信息。建立全线网线路站点展示图，根据各站客流变化，分析各站图标颜色变化，得到断面客流量程度。以上个年度日均客流为标准值，在标准值或标准值以下的为蓝色，超过标准值15%为橙色，超过标准值65%为红色，剩下的部分为紫色。将不同站闸机来往的客流情况数据添加到SQL 中，导入到软件中分析，生成相应数据，并展示在AFC客流终端中。与此同时，结合AFC 客流观测设备，检测并传输每天不同时段内的全线网客流数据，并统计不同月份和不同年份之间的线网客流数据总值。

3 测试与分析

3.1 测试环境

为测试地铁线网运营管理系统并发使用过程中的性能变化，模拟100个用户同时并发登陆访问系统，对系统进行并发写入监管信息，并读取数据库中的运营相关数据，测试系统是否达到预期目标。设定查询事务最大响应时间为3s，业务成功率为100%，CPU和内存的使用率小于85%视为成功。设置用户访问数为100，在Controller中设置开启同步位置，运行事务，在用户达到同步位置后进行释放。系统测试环境系统架构见表1。

表1 系统测试环境系统结构

模拟并发用户进行测压，当所用用户加载完毕后连续运行一定的时间。同时采用集合点方式，当用户数量并发用户全部加载完毕后进行释放，最后完成退出。性能测试工具选用LOADRUNNER 12.3。

3.2 系统稳定性测试

为了使得测试结果具有普遍性，试验设置10 个测试小组。模拟多个用户同时并发登录使用系统，对系统进行写入操作，观察服务器端点的相应时间和系统性能，得到在测试下系统查询事务响应时间，事务成功率和CPU使用率的结果，具体如表2所示。

表2 系统查询事务响应测试

由测试结果可知，在并发下，事务成功率均为100%，说明用户使用系统查询事务的并发访问方面不存在问题。同时，10组测试结果显示，CPU使用率均在85%以下。10 组测试事务响应时间均在3s 以内，不存在系统延迟现象，计算平均响应时间结果比预期的理想响应时间结果小，说明在地铁线网运营系统查询事务响应中有极好的反应速度。通过Spring 框架的注解事物控制来控制事务的并发访问，及时解决系统并发问题。通过上述测试和分析，说明系统具有较强的稳定性与实用性。

4 结束语

本次研究从地铁线网运营入手，探究基于GIS 技术的地铁线网运营管理系统的设计，构建高质量的管理体系和符合协同发展的系统设计。对数据收集中的重点数据进行整理与存档，使得数据更加完善，有利于对线网运营管理系统的构建和优化。但是本文方法中还存在着不足，比如存在对主要样本分析与选取不完善，对采样数据和监控数据的提取还不够全面，样本数量不足等问题。今后应更加完善计算，通过对计算样本数量方法的不断完善，协调运营指挥的优化，提高服务水平，提升网络化运营中突发事件的应急处理效率，实现基于GIS技术的地铁线网运营系统的优化管理。