城市軌道交通智能車站綜合管理平臺(tái)研究

曹 宏 何鳳娟

（易程科技股份有限公司，北京 100083）

1 概述

城市軌道交通建設(shè)是一項(xiàng)投資巨大，工程復(fù)雜的項(xiàng)目，城市軌道交通線路網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)、服務(wù)和管理更是一個(gè)紛繁浩大的系統(tǒng)工程。面對(duì)如此龐大的建設(shè)規(guī)模和運(yùn)營(yíng)線路，如何保障城市軌道交通的建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)能夠高效、有序的運(yùn)轉(zhuǎn)，如何滿足乘客對(duì)城市軌道交通快速、安全、舒適、便捷、經(jīng)濟(jì)等特性不斷提高的服務(wù)需求，已經(jīng)成為城市軌道交通發(fā)展中面臨的主要課題。

其中，加快城市軌道交通信息化的發(fā)展應(yīng)用，迅速改變信息化管理技術(shù)的相對(duì)落后現(xiàn)狀，已經(jīng)成為國(guó)家相關(guān)政府部門、企業(yè)、科研教學(xué)機(jī)構(gòu)的重要職責(zé)，也是社會(huì)公眾的迫切需求。目前，城市軌道交通信息化發(fā)展建設(shè)的重點(diǎn)，應(yīng)是從旅客服務(wù)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各方面考慮，建立并推廣應(yīng)用的一整套安全可靠、高度智能化、集成化的綜合管理信息系統(tǒng)。

2 城市軌道交通智能化系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國(guó)城市現(xiàn)代軌道交通的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段。一是20世紀(jì)60年代，北京建成具有交通和人防雙重功能的我國(guó)第一條地鐵線路的起步階段；二是20世紀(jì)80年代末至90年代中后期，北京、天津、上海、廣州等特大城市開始建設(shè)地鐵的穩(wěn)定發(fā)展階段；三是從20世紀(jì)末至今，除以上特大城市繼續(xù)大力建設(shè)外，沈陽(yáng)、哈爾濱、南京、蘇州、杭州、寧波、重慶、武漢、西安、深圳、成都、青島等一大批城市也相繼開始建設(shè)軌道交通設(shè)施項(xiàng)目的蓬勃發(fā)展階段。目前，我國(guó)的軌道交通建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了黃金發(fā)展期。

在城市軌道交通智能化系統(tǒng)的建設(shè)方面，也隨著軌道交通建設(shè)的大力發(fā)展而得到一定程度的發(fā)展。城市軌道交通智能化系統(tǒng)主要包括綜合監(jiān)控系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)等6個(gè)分系統(tǒng)。其中綜合監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)是未來(lái)發(fā)展的核心。各分系統(tǒng)還包含電話、廣播、時(shí)鐘、列車自動(dòng)監(jiān)控、列車自動(dòng)防護(hù)、監(jiān)控、門禁、電子防護(hù)等近20多個(gè)子系統(tǒng)。目前，各地鐵車站盡管相繼建立了一些有效的信息系統(tǒng)，如綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）、綜合安防系統(tǒng)（SAS）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）等，這些系統(tǒng)有效地提升了車站管理、信息發(fā)布、旅客服務(wù)等的管理水平。雖然這些系統(tǒng)內(nèi)部也有一些集成與互聯(lián)，但是卻缺少這些系統(tǒng)橫向連接的綜合信息平臺(tái)，現(xiàn)有車站各業(yè)務(wù)系統(tǒng)只能分散獨(dú)立的工作、存在著對(duì)車站設(shè)施不能進(jìn)行智能管理的缺陷。此外，在信息內(nèi)容的廣度方面也還沒有集成其他交通方式相關(guān)的信息等，需要統(tǒng)籌解決。

3 建設(shè)智能車站綜合管理信息平臺(tái)

3.1 建設(shè)目的

實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的互聯(lián)互通以及資源共享，建設(shè)一個(gè)基于可視化操作界面，面向車站安全生產(chǎn)的業(yè)務(wù)集中管理、安全集中管理、輔助決策管理的綜合管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車站各專業(yè)、各系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車站信息的業(yè)務(wù)集成和整合，對(duì)推動(dòng)車站日常生產(chǎn)的高效安全、有序運(yùn)營(yíng)、對(duì)事故的預(yù)防和緊急處置工作，都具有重要的意義。同時(shí)具有整套的系統(tǒng)解決方案將減少各系統(tǒng)融合和維護(hù)的成本，集成各系統(tǒng)形成完整的管理平臺(tái)，將會(huì)有更多的市場(chǎng)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，及時(shí)跟上國(guó)際城市軌道交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 建設(shè)目標(biāo)

以保障城市軌道交通絕對(duì)的安全運(yùn)營(yíng)和優(yōu)質(zhì)的良好服務(wù)為核心，通過計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)為支撐，建設(shè)系統(tǒng)集成、功能最優(yōu)、經(jīng)濟(jì)高效的城市軌道交通智能車站綜合管理信息平臺(tái)，打破現(xiàn)有各專業(yè)、體系的縱向管理系統(tǒng)，滿足地鐵和輕軌車站快速響應(yīng)、應(yīng)急管理的需要，實(shí)現(xiàn)軌道交通體系高度集成、信息流暢、指揮有力、應(yīng)對(duì)有序的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)新局面，加強(qiáng)車站和上級(jí)控制中心的聯(lián)動(dòng)管理，實(shí)現(xiàn)車站和公交、重大事件、天氣情況、甚至和鐵路、民航等其他運(yùn)輸方式的信息交流和資源共享，建成數(shù)字化智能車站，充分提高現(xiàn)代化城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的科技管理水平。

3.3 系統(tǒng)架構(gòu)

為了達(dá)到系統(tǒng)集成功能最優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)高效，智能車站綜合管理信息平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，系統(tǒng)架構(gòu)有5個(gè)層面。

第一層是車站空間，通過數(shù)字建模技術(shù)，對(duì)車站布局、車站位置、設(shè)施位置等空間信息進(jìn)行詳盡的建模，為車站上層管理建立電子沙盤，提供可視化操作界面基礎(chǔ)。

第二層是車站各類終端管理機(jī)電設(shè)施，如與旅客出行緊密相關(guān)的自動(dòng)售檢票設(shè)備、信息發(fā)布顯示設(shè)備等，其他如信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備、電力設(shè)備等，均受綜合管理平臺(tái)管控，檢測(cè)或采集設(shè)備狀態(tài)，接受控制命令。這一層面的實(shí)現(xiàn)對(duì)車站設(shè)施管理和設(shè)備狀態(tài)采集，對(duì)車站的運(yùn)營(yíng)分析、旅客疏導(dǎo)、信息處理與發(fā)布、站務(wù)管理至關(guān)重要。

第三層是各車站的信息采集與集成處理，綜合管理平臺(tái)需要處理不僅包括各車站本身各類信息，還需要從其他外部系統(tǒng)獲得的如線路運(yùn)營(yíng)計(jì)劃信息、上級(jí)控制中心（OCC）下達(dá)的信息，綜合監(jiān)控信息等。需有非常復(fù)雜的接口體系，是各類信息系統(tǒng)的緊密集成，通過智能綜合管理平臺(tái)打破現(xiàn)有縱向系統(tǒng)、不同網(wǎng)絡(luò)的信息隔離，實(shí)現(xiàn)橫向信息共享和交流，為上層的指揮及決策奠定基礎(chǔ)。

第四層是業(yè)務(wù)融合層，業(yè)務(wù)融合層是對(duì)管理業(yè)務(wù)的整合，將運(yùn)營(yíng)計(jì)劃、客流預(yù)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行、應(yīng)急處理等各項(xiàng)業(yè)務(wù)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)面向軌道交通業(yè)務(wù)的集中管理，通過對(duì)車站管理各功能業(yè)務(wù)的全新整合應(yīng)用，改變信息不全、消息封閉、決策不明的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

第五層是智能化運(yùn)營(yíng)與管理，智能化運(yùn)營(yíng)管理是通過統(tǒng)一可視化人機(jī)界面展現(xiàn)對(duì)信息和業(yè)務(wù)的融合，加快信息流動(dòng)，進(jìn)行高效決策指揮，實(shí)現(xiàn)“信息共享、業(yè)務(wù)自動(dòng)、管理智能、服務(wù)優(yōu)質(zhì)”的最終目標(biāo)。

因此，城市軌道交通智能車站綜合管理信息平臺(tái)，是一種通過信息系統(tǒng)集成優(yōu)化技術(shù)，將車站各相關(guān)的設(shè)備設(shè)施、車站現(xiàn)有各系統(tǒng)和車站各管理業(yè)務(wù)，緊密集成為一體的全新智能化管理業(yè)務(wù)平臺(tái)。

3.4 系統(tǒng)組成

智能車站綜合管理信息平臺(tái)的硬件設(shè)備組成包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、接口服務(wù)器及磁盤陣列、各操作員工作站、打印機(jī)、大屏幕顯示、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和終端控制設(shè)備等，分別部署在控制中心和各車站、車輛段。系統(tǒng)設(shè)備連接如圖2所示。

智能車站綜合管理信息平臺(tái)軟件，主要由平臺(tái)軟件、應(yīng)用軟件、接口軟件等構(gòu)成。平臺(tái)軟件主要完成數(shù)據(jù)的采集、處理與管理等功能；應(yīng)用軟件主要完成系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理與協(xié)調(diào)、信息報(bào)送、信息查詢、應(yīng)急指揮，以及系統(tǒng)管理和維護(hù)等功能；接口軟件主要實(shí)現(xiàn)綜合管理信息平臺(tái)與各子系統(tǒng)、上下級(jí)設(shè)備間的通信處理功能。

軌道交通智能車站綜合管理平臺(tái)，通過對(duì)上述空間、設(shè)備、業(yè)務(wù)的有機(jī)融合，通過信息和資源共享，對(duì)車站的日常運(yùn)營(yíng)進(jìn)行綜合監(jiān)視、對(duì)突發(fā)事件應(yīng)急聯(lián)動(dòng)和統(tǒng)一指揮，為旅客提供信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與其他單位的聯(lián)系和協(xié)調(diào)，包括向上級(jí)進(jìn)行信息報(bào)送和接收上級(jí)的指令，與公安、消防部門的聯(lián)系與協(xié)調(diào)等。在綜合管理平臺(tái)上，業(yè)務(wù)管理具有可視化、智能化和立體化的特點(diǎn)，為車站的安全運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航，實(shí)現(xiàn)車站、出行者、社會(huì)的和諧管理和發(fā)展。

3.5 智能車站綜合管理平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)

智能車站綜合管理平臺(tái)是一個(gè)創(chuàng)新、模塊化的智能系統(tǒng)，具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

1）引入了SOA軟件框架，為系統(tǒng)提供優(yōu)良的延伸性和使用性，可以自由和任意地潛入新的子系統(tǒng)，也可方便地改造現(xiàn)有系統(tǒng)，與現(xiàn)有系統(tǒng)和新系統(tǒng)都有良好的兼容性。

2）統(tǒng)一風(fēng)格的人機(jī)界面，所有子系統(tǒng)信息匯聚于統(tǒng)一人機(jī)界面，操作員可以對(duì)所有設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警以及資源分配一目了然。

3）良好的決策輔助和聯(lián)動(dòng)功能，可以大大提高運(yùn)營(yíng)效率，運(yùn)營(yíng)流程的自動(dòng)化可以大大縮短危機(jī)處理時(shí)間。

4）可進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合處理，綜合管理信息平臺(tái)通過對(duì)不同子系統(tǒng)的異構(gòu)信息進(jìn)行綜合分析與處理，為日常運(yùn)營(yíng)、應(yīng)急處理、信息報(bào)送等各項(xiàng)業(yè)務(wù)提供決策信息。

5）系統(tǒng)可靠性有保障，綜合管理平臺(tái)自身一旦發(fā)生故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響較大，因此其服務(wù)器、交換機(jī)等均應(yīng)采用冗余方式，并在車輛段設(shè)置后備中心。當(dāng)控制中心網(wǎng)絡(luò)中斷或發(fā)生故障時(shí)，車輛段的綜合管理平臺(tái)工作站以中央級(jí)用戶登錄使用，可監(jiān)控全線車站常規(guī)設(shè)備，提供與中心級(jí)系統(tǒng)同樣的功能，直至原控制中心恢復(fù)，轉(zhuǎn)交控制權(quán)。

3.6 平臺(tái)系統(tǒng)中需要重點(diǎn)解決的技術(shù)課題

3.6.1 數(shù)據(jù)處理與協(xié)議轉(zhuǎn)換要適應(yīng)互連和大集成的要求

在智能車站綜合管理平臺(tái)中，所有集成與互連的系統(tǒng)數(shù)據(jù)都統(tǒng)一接入綜合管理平臺(tái)的接口處理器，由于有些系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開發(fā)，或建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，還要考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一規(guī)劃。接口處理器負(fù)責(zé)綜合管理平臺(tái)與各相連系統(tǒng)的接口管理，完成規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)初始處理、周期訪問和協(xié)議轉(zhuǎn)換，并將不同格式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為綜合管理平臺(tái)統(tǒng)一的內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)象格式，提交到系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器。接口服務(wù)器具有支持多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、支持多種通信接口的模塊;具有足夠的網(wǎng)絡(luò)口、串口，以接入相應(yīng)系統(tǒng)。每個(gè)接口服務(wù)器通過千兆以太網(wǎng)接口與綜合管理平臺(tái)交換機(jī)相聯(lián)。冗余配置，單點(diǎn)故障不應(yīng)影響系統(tǒng)功能，以保證數(shù)據(jù)流的處理與傳輸。

3.6.2 人機(jī)界面需統(tǒng)一整合

智能車站綜合管理信息平臺(tái)涉及的子系統(tǒng)眾多，集成范圍大，實(shí)現(xiàn)軟件人機(jī)界面圖形層次多，整合的方式也有所不同。有的系統(tǒng)通過管理平臺(tái)可直接取代被集成子系統(tǒng)的軟件，并實(shí)現(xiàn)被集成子系統(tǒng)的全部功能，例如廣播、信息等系統(tǒng)，極大地提高了集成系統(tǒng)的性能，這類系統(tǒng)人機(jī)界面可利用成熟的軟件稍加改造。有的子系統(tǒng)，由于系統(tǒng)所特有的功能，無(wú)法利用成熟的軟件，需要在新平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)。而對(duì)于像信號(hào)系統(tǒng)（ATC）的集成，由于信號(hào)系統(tǒng)是涉及行車安全的設(shè)備，并有專用的軟件和通信協(xié)議，如果通信協(xié)議的開放條件許可，則可在綜合管理平臺(tái)的人機(jī)界面中嵌入其系統(tǒng)的圖形人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)復(fù)視管理功能，方便運(yùn)營(yíng)人員在統(tǒng)一的平臺(tái)上操作人機(jī)界面。

3.6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性的需求

智能車站綜合管理平臺(tái)的服務(wù)器、交換機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)預(yù)留20%～40%的容量，軟件采用無(wú)限點(diǎn)可擴(kuò)展軟件，為今后系統(tǒng)擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。綜合管理平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)適合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，可在線修改、擴(kuò)充子系統(tǒng)而不干擾已經(jīng)運(yùn)作的其他子系統(tǒng)。新加入的子系統(tǒng)調(diào)試通過后，可以和原有的系統(tǒng)無(wú)縫集成，共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)交通系統(tǒng)的各項(xiàng)任務(wù)。

4 結(jié)論

城市軌道交通作為城市交通的動(dòng)脈，縮短了時(shí)間與空間的距離，成為許多大城市緩解交通擁堵的重要交通工具。但隨著建設(shè)線路越來(lái)越多，無(wú)論是設(shè)備還是客流，各種管理和安全問題日益凸現(xiàn)，而智能車站綜合管理平臺(tái)通過采用分散自律集中控制和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作業(yè)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物理上設(shè)備集成、業(yè)務(wù)上統(tǒng)一監(jiān)視、管理上按線集中的現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)模式，能夠更好地滿足城市軌道交通建設(shè)和安全高效、優(yōu)質(zhì)服務(wù)的新需求，代表了城市軌道交通信息化發(fā)展的方向和趨勢(shì)。

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