市域(郊)鐵路信息管控體系建設(shè)的思考及建議

汪 侃

(上海寶信軟件股份有限公司，201203，上海 ∥ 高級(jí)工程師)

市域(郊)鐵路是城市中心城區(qū)連接周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)及城鎮(zhèn)組團(tuán)之間的通勤化、快速度、大運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)，提供城市公共交通服務(wù)，是城市綜合交通體系的重要組成部分[1]。近些年，我國(guó)在城市軌道交通(以下簡(jiǎn)稱“城軌”)領(lǐng)域取得了巨大成就，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比交通結(jié)構(gòu)還不盡合理，導(dǎo)致部分大型城市出現(xiàn)交通擁堵、人居環(huán)境下降、城鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)不合理等“大城市病”。因此，發(fā)展市域(郊)鐵路是擴(kuò)大交通供給、緩解交通擁堵、促進(jìn)新型城市化建設(shè)的有效途徑。同時(shí)，要依托“互聯(lián)網(wǎng)+市域(郊)鐵路”，提升新建和既有線路的信息化、智能化服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)在線共享[1]。

市域(郊)鐵路的建設(shè)，從信號(hào)、車輛、供電制式、運(yùn)營(yíng)組織等方面既有別于國(guó)鐵、地鐵和輕軌，彼此之間又有著很多的相互聯(lián)系和可供借鑒之處。筆者參與過國(guó)內(nèi)多個(gè)城軌項(xiàng)目，以及溫州S1線、上海軌道交通16號(hào)線等市域(郊)鐵路的信息系統(tǒng)建設(shè)，結(jié)合以上項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)以及市域(郊)鐵路本身的一些差異性需求，提出筆者的思考。

1 市域(郊)鐵路信息管控體系建設(shè)的基本需求

從我國(guó)市域(郊)鐵路當(dāng)前的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)模式看，可大致分為國(guó)鐵制式和城軌制式。上海軌道交通16號(hào)線、溫州S1線等線路采用直流供電和城軌CBTC(基于通信的列車控制)信號(hào)系統(tǒng)，并采用城軌車輛按照城軌的管理模式運(yùn)營(yíng)，可稱之為城軌制式；上海金山鐵路(上海軌道交通22號(hào)線)等通過對(duì)既有鐵路進(jìn)行適應(yīng)性改造，采用交流供電和國(guó)鐵信號(hào)系統(tǒng)制式，并以國(guó)鐵動(dòng)車組參照國(guó)鐵運(yùn)營(yíng)管理模式運(yùn)營(yíng)，可稱之為國(guó)鐵制式。當(dāng)然，也有類似上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線采用城軌和國(guó)鐵制式共存的技術(shù)與運(yùn)營(yíng)組織的模式。無論采用何種模式，均需要考慮如下一些基本的運(yùn)營(yíng)和服務(wù)需求：

1) 應(yīng)采用公交化運(yùn)營(yíng)組織模式，落實(shí)城市公交化服務(wù)的各項(xiàng)要求，切實(shí)提供全程安全、便捷、貼心的運(yùn)輸服務(wù)[1]。

2) 重要節(jié)點(diǎn)宜與國(guó)鐵線路互聯(lián)互通，具備貫通運(yùn)營(yíng)條件；與城軌等公共交通系統(tǒng)應(yīng)銜接順暢、換乘便捷。按照零距離換乘和一體化運(yùn)營(yíng)要求，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)服務(wù)方面的資源共享、互聯(lián)互通[1]。

3) 市域(郊)鐵路應(yīng)自成體系、獨(dú)立運(yùn)營(yíng)[2]。

針對(duì)這些基本需求，在市域(郊)鐵路信息系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，既要考慮國(guó)鐵已經(jīng)形成的全路網(wǎng)基本一致的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、管理體系，又要考慮城軌發(fā)展所形成的的“面向調(diào)度、面向設(shè)備、面向服務(wù)”的差異化管控和精細(xì)化服務(wù)內(nèi)容。

2 市域(郊)鐵路信息系統(tǒng)的建設(shè)要素

2.1 與國(guó)鐵和城軌調(diào)度維修體系的差異

對(duì)城軌而言，基本采用標(biāo)準(zhǔn)的 “三級(jí)管理-四級(jí)控制”調(diào)度體系，如圖1所示：線網(wǎng)級(jí)注重網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)、應(yīng)急指揮；日常調(diào)度指揮主體在線路指揮中心，車站則按照調(diào)度指令組織生產(chǎn)并為乘客提供服務(wù)。維護(hù)維修方式根據(jù)“搶修、定修”等形態(tài)不同，由線路維調(diào)及各專業(yè)生產(chǎn)調(diào)度來實(shí)現(xiàn)。

圖1 城軌“三級(jí)管理-四級(jí)控制”調(diào)度體系

比照國(guó)鐵的建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式，兩者有著較顯著的差異。最典型的差異就是國(guó)鐵采用路網(wǎng)管控，弱化了線路運(yùn)營(yíng)的概念(京滬線等線路是物理位置概念，運(yùn)營(yíng)中的“線路”是根據(jù)線網(wǎng)運(yùn)行圖的計(jì)劃安排而動(dòng)態(tài)形成的)，實(shí)行“兩級(jí)管理-三級(jí)控制”，即：由路網(wǎng)中心(或分中心)統(tǒng)籌負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)計(jì)劃、管控方式，并對(duì)CTC(調(diào)度集中系統(tǒng))、供電、票務(wù)等實(shí)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)化管理；車站一方面落實(shí)路網(wǎng)中心下達(dá)的指令，另一方面負(fù)責(zé)本站機(jī)電、站務(wù)管理和乘客服務(wù)；同時(shí)，國(guó)鐵通過“車、機(jī)、工、電、輛”等管理單元實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的專業(yè)維護(hù)維修，并通過車站和旅客服務(wù)系統(tǒng)提供站務(wù)、安檢、票務(wù)等服務(wù)[3]。

市域(郊)鐵路若按照城軌制式來建設(shè)運(yùn)營(yíng)，與城軌信息體系的差異性并不大，體系相對(duì)也比較成熟，所需要考慮的更多其他因素：一方面就是由于客流波動(dòng)較大(如連接主城區(qū)與衛(wèi)星城的潮汐客流、機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線的大站客流等)，所對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸組織模式的變化(如區(qū)間車、大站車模式)，以及由此引起的信息系統(tǒng)的個(gè)性需求的考慮；另一方面就是線路沿線的大型TOD(交通引導(dǎo)發(fā)展)站點(diǎn)或樞紐站客流因素引起的乘客服務(wù)和車站管理系統(tǒng)的需求變化。

市域(郊)鐵路若按照國(guó)鐵制式來建設(shè)運(yùn)營(yíng)，由于管理體系的變化，且為了實(shí)現(xiàn)公交化運(yùn)營(yíng)和精細(xì)化服務(wù)，則促使市域(郊)鐵路線網(wǎng)中心、車站有著較高的建設(shè)需求：

1) 線網(wǎng)中心建設(shè)需求：除了與國(guó)鐵一樣需要統(tǒng)一全網(wǎng)絡(luò)的行車組織模式，直接管理全線網(wǎng)信號(hào)、電力等系統(tǒng)之外，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)也需要管控到站、到區(qū)間。并能夠針對(duì)不同情況做出網(wǎng)絡(luò)化的布控和調(diào)整。因此，需要全網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，其基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)的高度共享與融合。

2) 車站建設(shè)需求：在落實(shí)線網(wǎng)管控的前提下，其自身管理也需要更強(qiáng)的自律性、更加智能的場(chǎng)景管控和乘客服務(wù)，以更好地提升管理和服務(wù)質(zhì)量。

2.2 不同模式下的一些關(guān)鍵建設(shè)要素

市域(郊)鐵路若按照城軌制式來建設(shè)運(yùn)營(yíng)，可基本參照智慧城軌的方式構(gòu)建信息體系[4](見圖2)：

圖2 城軌“線網(wǎng)-線路-車站”層次建設(shè)

1) 在車站這個(gè)基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，為適應(yīng)日益繁重的客流、站務(wù)管理等需求，以及站務(wù)、維修、客流等管理分立所存在的問題，可以以城軌正在發(fā)展的“智慧車站”建設(shè)為目標(biāo)，綜合考慮站務(wù)、客流等影響，以場(chǎng)景化操作方式實(shí)現(xiàn)對(duì)“站務(wù)-客流-設(shè)備-維修-能耗”的一體化管控。

2) 線路的調(diào)度指揮系統(tǒng)是核心。可以借鑒城軌無人駕駛系統(tǒng)的發(fā)展成果，發(fā)展基于“人-車-設(shè)備-安全”的一體化TIAS(行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng))系統(tǒng)建設(shè)，借助于系統(tǒng)的集成深度和廣度，提升線路的管理效率，同時(shí)支撐機(jī)電系統(tǒng)智能運(yùn)維。

3) 在線網(wǎng)層，力圖形成高效的網(wǎng)絡(luò)化調(diào)度指揮與決策體系以及全面完整的線網(wǎng)駕駛艙。為達(dá)到這一目標(biāo)，針對(duì)各條線路，需要在接入層形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，基于全網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)分析，在線網(wǎng)層進(jìn)行統(tǒng)一的管理評(píng)價(jià)和效率提升。

而當(dāng)按照國(guó)鐵制式來建設(shè)市域(郊)鐵路，并采用類似城軌的公交化運(yùn)營(yíng)組織時(shí)，如前所述，對(duì)線網(wǎng)中心、車站有著不同的建設(shè)需求，同時(shí)需更加關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1) 關(guān)注全網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通設(shè)計(jì)，以及分期建設(shè)的可擴(kuò)展性要求。當(dāng)然，國(guó)鐵已經(jīng)形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的CTC、電力、車輛等系統(tǒng)，這是最關(guān)鍵的；但同時(shí)也要包含傳輸、集群、電話、門禁等弱電系統(tǒng)的互聯(lián)互通設(shè)計(jì)和可擴(kuò)展性要求。

2) 關(guān)注全網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的基礎(chǔ)，即：數(shù)據(jù)接入體系、處理體系的標(biāo)準(zhǔn)化。

在此，需要一個(gè)強(qiáng)有力的線網(wǎng)控制中心，其能夠以大平臺(tái)的構(gòu)建方式，來實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)指揮、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、運(yùn)營(yíng)服務(wù)、信息管理、運(yùn)營(yíng)評(píng)估等功能。在統(tǒng)一的大平臺(tái)下，這些功能可以以微服務(wù)的形式，將所需要管理的信息分級(jí)、分類提供給各級(jí)調(diào)度和管理者。在此過程中，存在著海量/異構(gòu)的、實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)、結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)分析處理，一方面需要在設(shè)計(jì)上力爭(zhēng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和接入標(biāo)準(zhǔn)，另一方面離不開后臺(tái)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)的處理能力。此種類似的結(jié)構(gòu)下，馬德里地鐵線網(wǎng)控制中心、成都地鐵線網(wǎng)指揮中心等均是較好的參考案例。

此時(shí)，更加應(yīng)該大力推行與智慧車站相關(guān)的信息系統(tǒng)建設(shè)，并以此來加強(qiáng)車站管理的自律性，推動(dòng)車站的一體化管理和服務(wù)。

2.3 運(yùn)維體系

無論何種建設(shè)模式，系統(tǒng)運(yùn)維也是必須要面對(duì)的重要問題。一是運(yùn)維組織方式問題，二是運(yùn)維管理效率問題。

國(guó)鐵通過各鐵路局(鐵路集團(tuán)公司)，再加上所屬的車務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛等五大基礎(chǔ)部門以及車站，構(gòu)成了管控和運(yùn)維體系。對(duì)于線路網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、樞紐站作用突出的國(guó)鐵而言，效率很高。嚴(yán)格意義上說，此種模式屬于區(qū)域化維修管理。其相互職責(zé)分工也比較清晰合理，所謂鐵路警察各管一段。而城軌通常按照標(biāo)準(zhǔn)線路的設(shè)置來組織運(yùn)維，由各線路的運(yùn)營(yíng)公司通過設(shè)置不同的維修中心、車間、工班來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同系統(tǒng)的運(yùn)維。

從運(yùn)維組織的角度，筆者的總體感覺是：對(duì)于采用城軌制式建設(shè)的市域鐵路，由于系統(tǒng)建設(shè)采用了與城軌相同或類似的機(jī)電系統(tǒng)和線路管控方式，可由城軌運(yùn)營(yíng)公司統(tǒng)一管理，或借鑒城軌的方式按照線路來組織運(yùn)維。而對(duì)于采用國(guó)鐵制式建設(shè)的互聯(lián)互通的市域鐵路網(wǎng)絡(luò)，采用區(qū)域化維修組織方式效率會(huì)更高。只是沒有必要完全仿照國(guó)鐵采用的“車、機(jī)、工、電、輛”等單元組建運(yùn)維體系，更多的建議是采用線網(wǎng)集中管控，并在中心站(或樞紐站)建立區(qū)域綜合維修管理團(tuán)隊(duì)來組織日常運(yùn)維。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維管理效率，很多地方都在進(jìn)行有效的實(shí)踐，包括運(yùn)維組織方式的摸索以及智能運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)用。如香港青衣線網(wǎng)中心對(duì)線網(wǎng)整體維護(hù)維修管理，即由線網(wǎng)中心來綜合統(tǒng)籌全線網(wǎng)的維護(hù)維修計(jì)劃并組織實(shí)施，效率和可控性都比較高。白天運(yùn)營(yíng)時(shí)，線網(wǎng)中心行使運(yùn)營(yíng)指揮中心的職能；夜間停運(yùn)后，線網(wǎng)中心行使維修指揮中心的職能。同時(shí)，近些年城軌各運(yùn)營(yíng)主體普遍感受到運(yùn)維成本、效率和運(yùn)營(yíng)安全壓力，不斷致力于推動(dòng)智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)。一方面，通過人工智能、在線監(jiān)測(cè)等手段提升運(yùn)營(yíng)安全性、降低風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)時(shí)間；另一方面，通過建立運(yùn)維大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)來優(yōu)化修制修程，并逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)修[5]。從管理方法上，對(duì)市域(郊)鐵路的運(yùn)維而言也是較好的參考。除了能夠有效提升效率、降低成本之外，還能夠充分利用技術(shù)的發(fā)展建立更加標(biāo)準(zhǔn)、智能的運(yùn)維體系，以減少地域因素、人為因素帶來的維修管理孤島和不平衡。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)市域(郊)鐵路信息管控體系建設(shè)的啟示

上文闡述了在不同建設(shè)模式下對(duì)市域(郊)鐵路信息系統(tǒng)建設(shè)，尤其是對(duì)線網(wǎng)中心、車站建設(shè)以及系統(tǒng)運(yùn)維的一些思考。那么應(yīng)該如何建設(shè)來保障它們的功能和效率呢？從信息系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上看，目前大力發(fā)展的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系給了很多啟示。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系推行扁平化結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)使能，以“云-邊-端”的結(jié)構(gòu)建立信息系統(tǒng)模型。如圖3所示的信息系統(tǒng)模型：對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)，通過現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)負(fù)責(zé)車站系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入，提供給云中心的同時(shí)，也處理本站的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)(邊緣計(jì)算)；在云中心，通過數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、分析和建模，并提供給運(yùn)營(yíng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各類基于調(diào)度管理和業(yè)務(wù)流程的指揮；在此之上，形成企業(yè)級(jí)的業(yè)務(wù)分析，并提供領(lǐng)導(dǎo)綜合決策數(shù)據(jù)。

圖3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系下的市域(郊)鐵路信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

這樣的體系對(duì)于采用國(guó)鐵制式建設(shè)運(yùn)營(yíng)并基于線網(wǎng)化管控的市域(郊)鐵路信息系統(tǒng)而言，有著較高的適應(yīng)性。線網(wǎng)中心在全路網(wǎng)數(shù)據(jù)接入和分析基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)、電力、旅服、綜合維修等系統(tǒng)的調(diào)度管理。車站作為邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)本站的管理和提供服務(wù)的同時(shí)，也是云中心的一個(gè)基礎(chǔ)管控節(jié)點(diǎn)。

在這個(gè)體系中，以云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)來支撐線網(wǎng)中心應(yīng)用。由于數(shù)據(jù)體系設(shè)計(jì)的一致性，以及系統(tǒng)的高可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)，后續(xù)可根據(jù)建設(shè)和管理節(jié)奏不斷擴(kuò)充和提升應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模和功能。對(duì)于作為邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的車站建設(shè)，可以大幅借鑒城軌智慧車站的建設(shè)形式，通過站級(jí)對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行深度的集成互聯(lián)，以一體化管控形式支撐車站機(jī)電系統(tǒng)的自律運(yùn)轉(zhuǎn)，以及車站管理、乘客服務(wù)的智能化、智慧化。

4 結(jié)語

市域(郊)鐵路將是緩解交通擁堵、促進(jìn)新型城市化建設(shè)的有效途徑。對(duì)于市域(郊)鐵路，無論是采用國(guó)鐵制式還是城軌制式來建設(shè)，其信息系統(tǒng)的合理、高效是所需要面對(duì)和解決的問題。一方面，需要針對(duì)市域(郊)鐵路的建設(shè)和管理需求，結(jié)合國(guó)鐵和城軌的特點(diǎn)取長(zhǎng)補(bǔ)短，更好地規(guī)劃和設(shè)計(jì)市域(郊)鐵路信息系統(tǒng)體系；另一方面，充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧地鐵的研究和發(fā)展成果，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，打造出“互聯(lián)網(wǎng)+市域(郊)鐵路”，提升信息化、智能化服務(wù)水平。