城市軌道交通指揮中心整體組網(wǎng)架構(gòu)規(guī)劃

石琦玉 張 寧 呂艷麗

(1.東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心 南京 210018；

2.南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司 南京 210018)

城市軌道交通指揮中心整體組網(wǎng)架構(gòu)規(guī)劃

石琦玉1張 寧1呂艷麗2

城市軌道交通指揮中心是城市軌道交通進(jìn)入線網(wǎng)運(yùn)營階段時(shí)協(xié)調(diào)多線、多運(yùn)營主體的中樞機(jī)構(gòu)，具有信息資源共享、應(yīng)急指揮、綜合監(jiān)控以及輔助決策等功能。對其整體組網(wǎng)架構(gòu)的規(guī)劃總共提出了3種實(shí)施方案：一是按區(qū)域中心接入的集中式組網(wǎng)架構(gòu)，集成度高，接口標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格；二是按線路接入的集中式組網(wǎng)架構(gòu)，集成度較高，需要提供較多的上層傳輸網(wǎng)接口；三是區(qū)域分布式組網(wǎng)架構(gòu)，集成度較低，有利于不同時(shí)期的線路接入，但是成本過高，協(xié)調(diào)能力不足。最后，運(yùn)用層次分析法建立合理的評價(jià)指標(biāo)體系，對3種方案進(jìn)行評價(jià)，得出方案一為最優(yōu)的實(shí)施方案。

城市軌道交通；指揮中心；組網(wǎng)；規(guī)劃；評價(jià)

隨著我國城市軌道交通的高速發(fā)展，單線時(shí)期負(fù)責(zé)運(yùn)營管理以及行車調(diào)度的運(yùn)營控制中心(operation control center，OCC)已經(jīng)無法滿足線網(wǎng)成熟時(shí)期的運(yùn)營管理需求。針對多線運(yùn)營存在的具體問題，城市軌道交通需要規(guī)劃建設(shè)交通指揮中心(traffic control center，TCC)來協(xié)調(diào)不同線路及不同運(yùn)營主體之間的日常運(yùn)營工作，從而達(dá)到軌道交通資源共享、快速應(yīng)急救援的目的，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營管理的目標(biāo)。關(guān)于TCC的研究，目前國內(nèi)的學(xué)者主要從其系統(tǒng)功能方面進(jìn)行研究，蔡佳妮從功能需求入手，系統(tǒng)地研究了不同模式下城市軌道交通指揮 中 心 的功 能，根據(jù)運(yùn) 營需求提出“三層管理三層指揮”的指揮體系架構(gòu)[1]；徐瑞華等從各個(gè)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)作的層面上，對可預(yù)見與不可預(yù)見事件的應(yīng)急指揮分別給出其輔助決策技術(shù)內(nèi)容[2]；侯久望從資源共享的定義出發(fā)，系統(tǒng)地闡述了軌道交通系統(tǒng)各個(gè)線路中的子系統(tǒng)設(shè)備之間的共享[3]；閆彬建立了TCC的功能結(jié)構(gòu)模型，把TCC系統(tǒng)分成4個(gè)層次，使TCC的各個(gè)子系統(tǒng)分工明確，減少了不同功能在實(shí)現(xiàn)過程中的沖突[4]。但是，國內(nèi)外鮮有關(guān)于TCC的整體組網(wǎng)架構(gòu)的研究。

從各地軌道交通的建設(shè)情況來看，目前的首要任務(wù)應(yīng)該是對城市軌道交通指揮中心整體組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，而對TCC的整體組網(wǎng)規(guī)劃首先需要明確TCC與OCC的關(guān)系。

1 TCC與OCC的關(guān)系

TCC在整個(gè)軌道交通線網(wǎng)的運(yùn)營管理之中與OCC緊密相連，TCC與OCC的關(guān)系有兩層含義，一層是兩者之間的區(qū)別，另一層是兩者之間的聯(lián)系。

TCC與OCC的區(qū)別在于兩者之間的職能劃分，TCC是軌道交通線網(wǎng)成熟期統(tǒng)一管理模式下的中樞機(jī)構(gòu)，通常對各線路設(shè)備(視頻監(jiān)控設(shè)備除外)只監(jiān)不控，并且配合軌道交通相關(guān)上級管理部門對各條線路進(jìn)行運(yùn)營管理，是上級主管部門與軌道交通各運(yùn)營主體的連接紐帶。當(dāng)在非正常運(yùn)營模式下，TCC充當(dāng)應(yīng)急救援指揮中心，提高了整個(gè)線網(wǎng)的應(yīng)急搶險(xiǎn)能力[5]。而OCC是對本線路或者本區(qū)域的相關(guān)設(shè)備等其他方面進(jìn)行直接監(jiān)控的管理機(jī)構(gòu)，具體職能是完成本線路或本區(qū)域的運(yùn)營調(diào)度、行車指揮等事務(wù)。

TCC與OCC的聯(lián)系主要表現(xiàn)在兩者之間的協(xié)同管理上，OCC屬于TCC的下級機(jī)構(gòu)，TCC不與線路直接相連，而是通過OCC下發(fā)各線 路間的 協(xié) 調(diào) 指 揮 指 令，OCC負(fù)責(zé)具體實(shí)施，同時(shí)TCC接受OCC上傳的報(bào)告并對其分析且做出響應(yīng)。OCC是TCC的基礎(chǔ)，而TCC是OCC的提高，同時(shí)TCC能補(bǔ)充OCC功能的空白點(diǎn)并提供增值服務(wù)，兩者在現(xiàn)代城市軌道交通運(yùn)營中密不可分[6]。它們的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

圖1 TCC與OCC的結(jié)構(gòu)關(guān)系

圖2 TCC按區(qū)域中心接入的集中式組網(wǎng)架構(gòu)(方案1)

圖3 TCC按線路接入的集中式組網(wǎng)架構(gòu)(方案2)

在明確兩者之間的關(guān)系之后可以對監(jiān)督管理OCC群組的TCC進(jìn)行分析規(guī)劃。選擇合適的組網(wǎng)架構(gòu)能夠使TCC與OCC之間的數(shù)據(jù)傳輸盡可能容易，讓各條線路的運(yùn)營控制相對集中。

2 TCC的組網(wǎng)架構(gòu)規(guī)劃

結(jié)合我國大中城市軌道線網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢，對TCC的組網(wǎng)架構(gòu)提出3種規(guī)劃方案，分別是按區(qū)域中心接入的TCC集中式架構(gòu)(方案1)、按線路接入的TCC集中式架構(gòu)(方案2)、區(qū)域分布式架構(gòu)(方案3)。

2.1 TCC集中式架構(gòu)——按區(qū)域中心接入(方案1)

TCC按區(qū)域中心接入的集中式組網(wǎng)架構(gòu)方案(見圖2)，是在交通指揮中心設(shè)置中央綜合指揮系統(tǒng)，在各區(qū)域OCC設(shè)置匯接設(shè)備，負(fù)責(zé)將各線路現(xiàn)場(包括既有線和新建線)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的匯聚接入，再通過上層傳輸網(wǎng)絡(luò)接入TCC綜合指揮系統(tǒng)。由TCC綜合指揮系統(tǒng)對各線路系統(tǒng)的信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，這樣有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)線網(wǎng)的信息資源共享。

該方案的系統(tǒng)集成程度比較高，在TCC建設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的平臺，負(fù)責(zé)各類業(yè)務(wù)的集中處理；各區(qū)域中心僅負(fù)責(zé)對管轄線路需上傳TCC的業(yè)務(wù)相關(guān)信息進(jìn)行匯聚接入，不參與數(shù)據(jù)信息的分析和處理。根據(jù)該架構(gòu)的特點(diǎn)可知，該方案設(shè)備投資比較低，可實(shí)施性較強(qiáng)，同時(shí)TCC可以方便快速地對整個(gè)軌道交通線網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度指揮。由于各線路實(shí)施的工期不同，系統(tǒng)集成商也可能不同，因此該方案需要制定指揮中心與OCC以及OCC與各線路中心的接口標(biāo)準(zhǔn)，對接口的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)制性規(guī)定，各線路相應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)無條件遵守執(zhí)行。

2.2 TCC集中式架構(gòu)——按線路接入(方案2)

TCC按線路接入的集中組網(wǎng)架構(gòu)方案(見圖3)，同樣是在交通指揮中心設(shè)置一套中央綜合指揮系統(tǒng)，各線路(包括既有線和新建線)直接將TCC所需的信息和數(shù)據(jù)通過上層傳輸網(wǎng)送至TCC指揮系統(tǒng)，由TCC指揮系統(tǒng)對各線路系統(tǒng)的信息進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)與處理，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)線網(wǎng)的信息資源共享。該方案的系統(tǒng)集成程度也比較高，與方案1的區(qū)別在于各區(qū)域中心不設(shè)置匯聚接入設(shè)備，即各區(qū)域OCC不參與除控制指令外的數(shù)據(jù)傳輸，TCC完成監(jiān)督管理所需要的相關(guān)信息由各線路直接通過上層傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至TCC。

由于軌道交通未來線路眾多，與TCC直接通信，因此該方案需要上層傳輸網(wǎng)提供更多的接口，隨著線路中心按建設(shè)時(shí)序不斷地接入TCC，上層傳輸網(wǎng)所需提供的接口數(shù)量及類型均需不斷擴(kuò)容。因各線路實(shí)施的工期不同，系統(tǒng)集成商也可能不同，本方案也需要制定指揮中心與各線路中心的接口標(biāo)準(zhǔn)，對接口的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)制性的規(guī)定。

2.3 區(qū)域分布式架構(gòu)——系統(tǒng)互聯(lián)(方案3)

區(qū)域分布式組網(wǎng)架構(gòu)(見圖4)，該方案在TCC設(shè)置指揮系統(tǒng)，各區(qū)域OCC設(shè)置指揮子系統(tǒng)，各指揮子系統(tǒng)有獨(dú)立的調(diào)度指揮設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，彼此相對獨(dú)立，與TCC指揮系統(tǒng)通過上層傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交流和資源共享，完成系統(tǒng)互聯(lián)。

圖4 TCC區(qū)域分布式組網(wǎng)架構(gòu)(方案3)

此方案的優(yōu)點(diǎn)是各區(qū)域指揮系統(tǒng)分期實(shí)施性比較強(qiáng)，不必考慮TCC系統(tǒng)容量和接口的預(yù)留，能夠兼顧既有線路和新建線路，對線路控制中心的工期沒有嚴(yán)格的要求。

由于各子系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)立子網(wǎng)，所以設(shè)備的投資比較大，另外，系統(tǒng)集成度也比較低，沒有實(shí)現(xiàn)完全意義上的集成，不便于指揮中心的統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。

2.4 方案對比

以上3種方案各有特點(diǎn)，其優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。

表1 TCC系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)方案綜合比較

我國的大型城市如上海、廣州等都采用方案1的組網(wǎng)架構(gòu)模式，其他大中型城市也有將要采用方案1的模式實(shí)施建設(shè)的，原因是很多建設(shè)較晚的城市軌道交通具有綜合監(jiān)控系統(tǒng)，比較適合采用方案1來建設(shè)城市軌道交通指揮中心。

3 TCC組網(wǎng)架構(gòu)規(guī)劃方案的評價(jià)與選擇

3.1 評價(jià)指標(biāo)體系的建立

針對3種不同方案，可以通過分析影響方案實(shí)施的因素建立評價(jià)指標(biāo)體系，然后對TCC組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的評價(jià)。影響評價(jià)結(jié)論的評價(jià)指標(biāo)數(shù)量往往較多，不同的評價(jià)指標(biāo)可能會(huì)存在一定的耦合性，這種耦合性會(huì)大大地降低評價(jià)的準(zhǔn)確性[7]。評價(jià)指標(biāo)的選取原則是：宜少不宜多，宜簡不宜繁；指標(biāo)應(yīng)具有獨(dú)立性；指標(biāo)應(yīng)具有代表性和差異性；指標(biāo)可行。

指標(biāo)的選取方法主要有：經(jīng)驗(yàn)方法(專家調(diào)研法)；數(shù)學(xué)方法(多元相關(guān)分析等統(tǒng)計(jì)方法)；文獻(xiàn)資料分析選優(yōu)法。本文采用經(jīng)驗(yàn)方法，根據(jù)專家意見認(rèn)為在影響TCC方案實(shí)施的眾多因素中，系統(tǒng)的可靠性、投資成本、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)能力和系統(tǒng)的可持續(xù)性影響較大，且它們之間相互獨(dú)立，對于不同方案來說具有差異性，適合做評判指標(biāo)。系統(tǒng)可靠性具體到TCC系統(tǒng)主要包括結(jié)構(gòu)合理性、安全性和集成深度3個(gè)主要影響指標(biāo)，這3個(gè)指標(biāo)的耦合關(guān)系不明顯，且與評價(jià)目標(biāo)一致，符合評價(jià)指標(biāo)的選取原則；可持續(xù)性具體到TCC中主要包括擴(kuò)展性、兼容性和接口要求；功能實(shí)現(xiàn)性不是指TCC系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)規(guī)劃功能的能力，而是指系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)規(guī)劃功能的效率的高低。功能實(shí)現(xiàn)性的評價(jià)指標(biāo)內(nèi)容包括協(xié)調(diào)指揮性、應(yīng)急性和資源共享性，這3種指標(biāo)都是指對應(yīng)的3種功能的響應(yīng)效率。投資成本主要分為建設(shè)成本和運(yùn)行成本兩部分。

綜合上述分析，建立評價(jià)指標(biāo)體系如圖5所示。

圖5 TCC組網(wǎng)架構(gòu)方案評價(jià)指標(biāo)體系

3.2 評價(jià)基本原理

系統(tǒng)評價(jià)過程可以理解為影響系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的分配過程，而層次分析法[8]能把復(fù)雜問題中的各因素劃分成相關(guān)聯(lián)的有序?qū)哟?，使之條理化后變成多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的評價(jià)過程，并且能把定量計(jì)算與定性分析相結(jié)合，所以采用該方法進(jìn)行評價(jià)。具體過程如下：

3.3 實(shí)例分析

以南京城市軌道交通為例，截至2014年8月，南京市已開通5條線路，未來南京市將會(huì)建設(shè)共22條軌道交通線路。這些線路的建設(shè)時(shí)期不同，相關(guān)系統(tǒng)采用的技術(shù)以及硬件產(chǎn)品就不同，結(jié)合南京城市軌道交通的具體情況確定各影響因素的相對重要性，采用1～9標(biāo)度法對同一層上的兩兩指標(biāo)的重要性比較進(jìn)行賦值，重要性參數(shù)的賦值由相關(guān)專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和判斷進(jìn)行打分。評價(jià)指標(biāo)體系各個(gè)層次的具體相對重要性數(shù)值見表2～4。

表2 以目標(biāo)層為目標(biāo)的準(zhǔn)則層各因素相對重要性比較打分?jǐn)?shù)值

表3 以準(zhǔn)則層為目標(biāo)的指標(biāo)層各因素相對重要性比較打分?jǐn)?shù)值

表4 以指標(biāo)層為目標(biāo)的方案層各方案相對優(yōu)越性比較打分?jǐn)?shù)值

注： 表2、表3和表4中的字母變量含義參見圖5，表中空缺的數(shù)據(jù)可以通過1～9標(biāo)度法的定義來確定，此處不再列舉。

結(jié)合以上數(shù)據(jù)根據(jù)層次分析法的評價(jià)原理，經(jīng)計(jì)算各個(gè)方案對目標(biāo)層的權(quán)重分配系數(shù)向量后，由此可知3種方案的最優(yōu)排序是a1>a2>a3，因此就南京市來說關(guān)于TCC的組網(wǎng)架構(gòu)規(guī)劃采用方案1較優(yōu)。

4 結(jié)語

城市軌道交通指揮中心作為協(xié)調(diào)多線路、多運(yùn)營主體的中樞機(jī)構(gòu)，上承軌道交通主管部門，下接各OCC，是溝通各條線路以及OCC與上級主管部門的紐帶。TCC對實(shí)現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營、資源信息共享和迅速應(yīng)急指揮的意義非同尋常，本文對TCC的整體組網(wǎng)架構(gòu)做了初步規(guī)劃，提出3種規(guī)劃方案并且進(jìn)行了科學(xué)的評價(jià)，研究結(jié)果可用于指導(dǎo)TCC的規(guī)劃建設(shè)。

[4] 閆彬.北京市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營指揮系統(tǒng)建設(shè)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2007.

[6] 戴成巖.北京市軌道交通指揮中心(TCC)調(diào)度指揮系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)[C]//2008第四屆中國智能交通年會(huì).青島,2008.

(編輯：郝京紅)

The Networking Framework Planning of Urban Rail Transit Control Center

Shi Qiyu1Zhang Ning1Lv Yanli2

(1.ITS Institute of Southeast University, Nanjing 210018; 2.Nanjing Metro Operation Co.,Ltd., Nanjing 210018)

Urban rail transit control center (TCC) is a central organization that coordinates different lines and different operators when urban rail transit steps into the period of network operation. Its function consists of sharing information, commanding in emergency offering comprehensive monitoring and assisting in making decisions. Three schemes about TCC networking framework are proposed. The first one is a centralized networking framework to switch-in from a regional center, which is highly integrated with strict interface standards. The second one is a centralized networking framework to switch-in from lines. More upper layer transmission network interfaces are needed in the second one with lower integration. The third one is a regional distributed networking framework which is lowly integrated but favorable to line access in different periods. However, the cost of the third one is too expensive and the coordination ability is too low. Finally, analytic hierarchy process is used to establish a reasonable index system to evaluate the three schemes to obtain the optimal one.

urban rail transit; TCC; networking; plan; evaluation

石琦玉，男，碩士，研究方向?yàn)檐壍澜煌ㄐ畔⒐こ蹋瑂qysduscut.seu@gmail.com

江蘇省科技廳產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金項(xiàng)目(BY2012197)；南京地鐵專項(xiàng)科技項(xiàng)目(8550140042)

(1.東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心 南京 210018；

2.南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司 南京 210018)

U231

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