GIS在青島地鐵線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理與指揮中心系統(tǒng)中的應(yīng)用

左旭濤 程中國(guó) 孫文慧

摘 要：為提高地鐵線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)及應(yīng)急指揮的智能化水平，青島地鐵集團(tuán)有限公司在地鐵線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理與指揮中心（MMCC）項(xiàng)目中引入地理信息系統(tǒng)（GIS），并結(jié)合相關(guān)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行 GIS 總體設(shè)計(jì)，在日常和應(yīng)急 2 種應(yīng)用場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)定位、展示、路徑規(guī)劃等功能。實(shí)踐證明，GIS 與 MMCC 的深度融合應(yīng)用可滿足青島地鐵運(yùn)營(yíng)管理的需要，對(duì)其他城市地鐵的 GIS 應(yīng)用具有借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：地鐵;GIS;定位;應(yīng)急指揮 ;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U239.5

GIS是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，結(jié)合地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的相關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)，可以直觀地展示現(xiàn)實(shí)中的地貌、城市結(jié)構(gòu)等信息，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。目前，GIS在地鐵領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于運(yùn)營(yíng)、管理、調(diào)度和維修等方面，如進(jìn)行地鐵線網(wǎng)規(guī)劃管理，在土木工程施工管理中進(jìn)行空間分析，為乘客提供交通及本地信息查詢服務(wù)等。青島地鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“青島地鐵”）在MMCC項(xiàng)目中，根據(jù)青島地鐵統(tǒng)一指揮、快速反應(yīng)、各司其職、協(xié)同配合的運(yùn)營(yíng)需求，開創(chuàng)性地引入了GIS技術(shù)，并與MMCC的運(yùn)營(yíng)、應(yīng)急、調(diào)度指揮等功能進(jìn)行深度融合，提高了線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)及應(yīng)急指揮的智能化水平。

1 MMCC 中的 GIS 設(shè)計(jì)原則

將GIS引入MMCC應(yīng)重視具體需求與相關(guān)技術(shù)的有效結(jié)合，并以此為基本原則，即技術(shù)的運(yùn)用和功能的設(shè)計(jì)均應(yīng)以實(shí)際需求為基礎(chǔ)，且嚴(yán)格遵循項(xiàng)目的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計(jì)原則如下。

（1）統(tǒng)一規(guī)劃，分項(xiàng)細(xì)化。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)先總后分，逐級(jí)深入，采用成熟的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)方法，保證設(shè)計(jì)方案條理清晰、易于理解，從而有效地指導(dǎo)地鐵線網(wǎng)日常管理和應(yīng)急情況下的事件處置。

（2）技術(shù)跟蹤，有效利用。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)線網(wǎng)日常管理和應(yīng)急事件處置的需要，及時(shí)跟蹤相關(guān)技術(shù)的發(fā)展方向和成熟程度，對(duì)于可行性較高的技術(shù)要在設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)，以保障系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)性和與新技術(shù)的可銜接性，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合技術(shù)發(fā)展的潮流，具有一定的前瞻性。

（3）先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)合理。系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)應(yīng)具有高可靠性及良好的容錯(cuò)性能，可以在一定的硬軟件設(shè)備支持下，實(shí)現(xiàn)災(zāi)難發(fā)生時(shí)的不間斷運(yùn)行。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分利用MMCC已有的數(shù)據(jù)資源，盡量減少外購軟件、硬件、數(shù)據(jù)的開支，降低成本。

2 MMCC 中的 GIS 總體設(shè)計(jì)

在MMCC項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)人員利用GIS，以MMCC的局域網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將青島地鐵全線網(wǎng)各專業(yè)的專題數(shù)據(jù)庫與基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)性融合和綜合性開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)青島地鐵專題數(shù)據(jù)的高效管理和便捷利用。GIS在MMCC中的應(yīng)用分為4個(gè)層次，即數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層，其總體架構(gòu)如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)層是指與GIS運(yùn)行相關(guān)的各種數(shù)據(jù)資源，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、地鐵專題數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫、地鐵運(yùn)行數(shù)據(jù)庫4個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)庫。其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫包含青島市地圖切片數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)道路數(shù)據(jù)，以及河流、湖泊、綠地等基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，用作GIS的底圖;地鐵專題數(shù)據(jù)庫包含地鐵線路、地鐵站點(diǎn)、車站出入口、車站平面圖等專題數(shù)據(jù)，用于存儲(chǔ)和管理地鐵相關(guān)的專題空間數(shù)據(jù);應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫包含救援隊(duì)伍、列車、車輛、設(shè)備、物資、消防站、公安局、交通場(chǎng)站、停車場(chǎng)等各種在應(yīng)急救援活動(dòng)中會(huì)用到的資源數(shù)據(jù)，用于存儲(chǔ)和管理地鐵應(yīng)急相關(guān)的空間數(shù)據(jù);地鐵運(yùn)行數(shù)據(jù)庫包含軌道車次窗、車次窗空間坐標(biāo)、站點(diǎn)客流量、地鐵運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等，用于存儲(chǔ)和管理地鐵運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)。

（2）服務(wù)層包括WEB服務(wù)和地理信息服務(wù)。WEB服務(wù)用于在服務(wù)器端與客戶端之間建立通信，處理傳出協(xié)議等。地理信息服務(wù)用于實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)發(fā)布、空間查詢、空間展示、空間計(jì)算技術(shù)支持等功能。

（3）應(yīng)用層用于展示GIS的各種應(yīng)用功能，包括地圖瀏覽、定位信息展示、站點(diǎn)查詢、線路查詢、路徑規(guī)劃、調(diào)度指揮等。

（4）用戶層為系統(tǒng)的使用者，包括MMCC和運(yùn)營(yíng)控制中心（OCC）。

3 MMCC 中的 GIS 應(yīng)用

青島地鐵在總結(jié)各地GIS使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其在MMCC中的應(yīng)用進(jìn)行不斷地完善和補(bǔ)充。GIS在MMCC中有日常和應(yīng)急2種應(yīng)用場(chǎng)景，通過與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、地鐵專題數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫和地鐵運(yùn)行數(shù)據(jù)庫信息的疊加與整合，可以實(shí)現(xiàn)定位、展示、路徑規(guī)劃等功能。

3.1 定位

3.1.1 工作人員定位

GIS可通過站外衛(wèi)星、站內(nèi)基站或近場(chǎng)通信（如單兵系統(tǒng)）等定位手段，獲取地鐵工作人員的位置信息并展示在地圖上。在日常運(yùn)營(yíng)模式下，GIS可展示地鐵工作人員分布情況;在應(yīng)急模式下，應(yīng)急指揮人員可根據(jù)應(yīng)急處置預(yù)案要求，利用GIS快速、靈活、高效地組織各崗位人員協(xié)同完成各種救援任務(wù)。

3.1.2 列車定位

目前，該功能可實(shí)時(shí)展示當(dāng)前線網(wǎng)中列車的地理位置及上下行、進(jìn)出站、早晚點(diǎn)狀態(tài)等信息;后期通過功能拓展，可以展示軌道的實(shí)時(shí)帶電狀態(tài)等信息。在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，應(yīng)急指揮人員可根據(jù)以上信息準(zhǔn)確判斷該突發(fā)事件對(duì)線網(wǎng)行車造成的影響，并制定合理的行車調(diào)度方案。

3.1.3 救援隊(duì)伍定位

當(dāng)GIS接到行車、客流、設(shè)備相關(guān)的突發(fā)事件報(bào)警信息時(shí)，會(huì)在地圖中的事發(fā)站點(diǎn)處顯示相應(yīng)的報(bào)警信息。應(yīng)急指揮人員收到報(bào)警信息后，可在菜單中選擇對(duì)應(yīng)的救援隊(duì)伍類型，隨后地圖中會(huì)展示所有該類型救援隊(duì)伍所在駐點(diǎn)的信息。通過查看救援隊(duì)伍的名稱、位置、聯(lián)系方式等詳細(xì)信息，應(yīng)急指揮人員可確定最合適的救援隊(duì)伍，并使其迅速投入到救援搶險(xiǎn)工作中，從而提高突發(fā)事件的處置效率。

3.1.4 應(yīng)急物資定位

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)急物資定位功能所展示的內(nèi)容應(yīng)從應(yīng)急物資的數(shù)量、位置等靜態(tài)統(tǒng)計(jì)信息，逐步升級(jí)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。這可以分階段實(shí)現(xiàn)。

（1）第1階段：錄入既有應(yīng)急物資信息并展示在GIS地圖中。本階段無法實(shí)時(shí)顯示應(yīng)急物資的變化過程。若信息更新不及時(shí)，在遇到突發(fā)事件時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)應(yīng)急物資實(shí)際信息與記錄信息不符的情況，對(duì)應(yīng)急方案的執(zhí)行造成一定影響。

（2）第2階段：利用IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資的網(wǎng)絡(luò)化管理。本階段可以實(shí)時(shí)反映應(yīng)急物資的當(dāng)前位置及數(shù)量信息，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)急物資的健康狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資的及時(shí)更替。

（3）第3階段：實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資的智能調(diào)配。根據(jù)發(fā)生事故的嚴(yán)重程度，系統(tǒng)可自動(dòng)生成最優(yōu)調(diào)配方案及調(diào)配路徑，并自動(dòng)展示在GIS地圖中，從而節(jié)省救援時(shí)間，提升應(yīng)急指揮效率。

3.1.5 外部支援定位

外部支援定位可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)2種形式。靜態(tài)支援定位可提供醫(yī)療、消防、搶修支援等機(jī)構(gòu)，以及搶險(xiǎn)資源、公交場(chǎng)站、施工工地、應(yīng)急公交?？奎c(diǎn)、避難場(chǎng)所等設(shè)施的地圖定位信息。該功能應(yīng)在系統(tǒng)建立初期實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)支援定位可提供應(yīng)急救援過程中醫(yī)療隊(duì)、搶修搶險(xiǎn)隊(duì)等外部支援隊(duì)伍的實(shí)時(shí)定位信息。MMCC可結(jié)合GIS的這個(gè)功能及其提供的地面交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)規(guī)劃救援路徑，并制定外部支援方案，為應(yīng)急指揮人員提供決策輔助。

3.1.6 重大設(shè)備報(bào)警定位

地鐵站內(nèi)出現(xiàn)設(shè)備報(bào)警的情況時(shí)，GIS會(huì)第一時(shí)間收到來自MMCC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的報(bào)警信息，并在GIS地圖中實(shí)時(shí)顯示報(bào)警位置。應(yīng)急指揮人員可調(diào)用相應(yīng)的救援設(shè)備和救援隊(duì)伍進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)。

3.2 展示

3.2.1 客流展示

客流展示功能可在GIS地圖中展示地鐵線網(wǎng)中的實(shí)時(shí)客流信息，實(shí)現(xiàn)客流數(shù)據(jù)在地圖上的動(dòng)態(tài)刷新。展示內(nèi)容包括線網(wǎng)中客流量居前10位的車站名稱及其客流量情況，以及各車站客流量和擁擠度等信息。當(dāng)線網(wǎng)中發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，應(yīng)急指揮人員可根據(jù)這些客流信息，判斷事發(fā)線路及相鄰線路的擁擠度，依據(jù)實(shí)際情況靈活地制定客運(yùn)組織方案。

3.2.2 地面交通狀況展示

地面交通數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)2類?；A(chǔ)數(shù)據(jù)是指系統(tǒng)中相對(duì)固化的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，比如道路、橋梁、廣場(chǎng)和建筑群等地理位置信息;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是指即時(shí)的車輛流量、擁堵狀況、事故、故障、道路限行、交通管制等信息。GIS通過接口獲取這2種數(shù)據(jù)，并在地圖上顯示相應(yīng)的地面交通信息和車輛擁堵情況。

3.2.3 地鐵車站 3D 結(jié)構(gòu)展示

GIS可與車站3D實(shí)景結(jié)構(gòu)展示技術(shù)相結(jié)合，使運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員可通過拖動(dòng)地圖的方式查看車站的空間、設(shè)備、狀態(tài)等信息。當(dāng)車站內(nèi)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，應(yīng)急指揮人員可利用此功能為乘客提供便捷的疏散路徑，并為救援人員提供應(yīng)急物資的地理位置信息。

3.3 路徑規(guī)劃

3.3.1 救援路徑規(guī)劃

在應(yīng)急救援時(shí)，利用GIS可實(shí)現(xiàn)對(duì)救援路徑的規(guī)劃。救援路徑規(guī)劃可分為站內(nèi)和站外2類。在站內(nèi)救援方面，地鐵車站結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜，應(yīng)急指揮人員可利用車站3D實(shí)景結(jié)構(gòu)展示以及近場(chǎng)通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)應(yīng)急救援人員的精確定位，并指導(dǎo)其靈活地應(yīng)對(duì)救援過程中可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況，從而提高其救援處置效率。在站外救援方面，MMCC可結(jié)合GIS提供的外部支援實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)和地面交通數(shù)據(jù)，自動(dòng)制定外部救援方案，為應(yīng)急指揮人員提供決策輔助。

3.3.2 客流引導(dǎo)規(guī)劃

在日常運(yùn)營(yíng)時(shí)，調(diào)度人員可利用GIS提供的地面交通數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)地鐵進(jìn)出站客流的變化趨勢(shì)，提醒擁堵路段附近的站點(diǎn)提前做好大客流疏散的準(zhǔn)備。在地鐵站內(nèi)發(fā)生緊急事件時(shí)，應(yīng)急指揮人員可利用車站3D實(shí)景結(jié)構(gòu)展示功能，為滯留在車站的乘客制定最合理的疏散路線，同時(shí)通過乘客信息系統(tǒng)（PIS）、廣播系統(tǒng)（PA）、手機(jī)客戶端等引導(dǎo)乘客快速疏散，提高乘客疏散效率。

4 結(jié)語

青島地鐵在總結(jié)各地GIS使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身功能需求，形成了具有青島地鐵特色的GIS應(yīng)用方案，不僅可在日常運(yùn)營(yíng)時(shí)方便居民出行，并引導(dǎo)大客流及時(shí)疏散，而且可在應(yīng)急情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)救援人員的定位和指引，對(duì)提高地鐵的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)效率、應(yīng)急救援能力和運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平具有舉足輕重的作用。

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收稿日期 2019-12-05

責(zé)任編輯 蘇靖棋