中低運量新型軌道交通綜合運營調度系統(tǒng)研究

王梓丞，易立富

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610037）

1 前言

截至2020年12月31日，我國（不含港澳臺）共有45個城市開通運營城市軌道交通，運營總里程7978.19km，其中地鐵線路6302.79km，占比79%。反觀軌道交通較為發(fā)達的歐洲及日本，地鐵占比僅為37%，其他制式軌道交通占63%。近年來，為適應現(xiàn)代社會發(fā)展的不同需求，中低速磁浮、現(xiàn)代有軌電車、懸掛式單軌、山地齒軌等新型軌道交通建設進入了快速發(fā)展階段。與目前成熟的大運量軌道交通相比，這些中低運量新型軌道交通具有造價低、施工周期短、線路適應性強等優(yōu)點，適用于中小城市骨干線、中心城市與衛(wèi)星城之間的連接線、機場與交通樞紐之間的接駁線、大型園區(qū)或景區(qū)交通線、山地旅游交通線等，可為社會提供多層次、多元化的交通方式。

目前成熟的軌道交通制式（國鐵、地鐵）中弱電各系統(tǒng)中心及車站級監(jiān)控設備相對獨立，分別采用獨立的軟硬件平臺實現(xiàn)各自的監(jiān)控功能，僅通過在控制中心互聯(lián)的方式交互一定的數(shù)據(jù)。主要存在以下不足：（1）資源重復配置，建設、運維費用較高；（2）監(jiān)控功能各自獨立，信息共享不足，不能通過統(tǒng)一的人機界面對線路運營情況及設備設施狀態(tài)進行監(jiān)控；（3）協(xié)同聯(lián)動功能較弱，影響應對突發(fā)事件的處理能力和反應速度。

中低速磁浮、懸掛式單軌、現(xiàn)代有軌電車以及山地齒軌等新型軌道交通在線路形式、運量等級、行車組織、車輛結構等方面均有所不同，總體來說，這些新型軌道交通的線網(wǎng)規(guī)模較國鐵、地鐵等大運量軌道交通要簡單，宜采用集約化、簡潔化和扁平化的運營及管理模式。因此，新型軌道交通的弱電系統(tǒng)不能簡單照搬傳統(tǒng)的國鐵或地鐵模式，應根據(jù)其運營需求進行簡潔化、集中化設計。采用先進的計算機技術、云計算技術、數(shù)據(jù)處理技術及通信網(wǎng)絡技術，建立一個安全、高效、便捷的智能化綜合運營調度系統(tǒng)，全方位提供運營調度和生產(chǎn)管理的綜合性解決方案，對新型軌道交通健康、有序、快速地發(fā)展具有積極而深遠的意義。

2 系統(tǒng)架構方案研究

2.1 系統(tǒng)功能架構方案

中低運量新型軌道交通綜合運營調度系統(tǒng)主要功能模塊包括列車運行自動監(jiān)控(Automatic Train Supervision，ATS)、環(huán)境與設備監(jiān)控(Building Automation System，BAS)、火災自動報警(Fire Alarm System，F(xiàn)AS)、視頻監(jiān)控(Closed-Circuit Television，CCTV)、屏蔽門監(jiān)控(Platform Screen Doors，PSD)、自動售檢票(Auto Fare Collection,AFC)、廣播(Public-Address，PA)、乘客信息(Passenger Information System，PIS)、電力監(jiān)控(Power Supervision Control and Data Acquisition,PSCADA)、門禁監(jiān)控(Access Control，AC)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構

2.2 管理及控制架構方案

根據(jù)中低運量軌道交通系統(tǒng)運營管理模式，綜合運營調度系統(tǒng)應采用兩級管理、三級控制的運營與管理方式，采用分層分布式系統(tǒng)結構，系統(tǒng)三級控制包括：控制中心監(jiān)控層、車站監(jiān)控層和各業(yè)務系統(tǒng)控制層。線路控制中心監(jiān)控層與車站監(jiān)控層采用骨干傳輸網(wǎng)絡連接，系統(tǒng)管理及控制架構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)管理及控制架構（常規(guī)線路）

對于線路短且車站規(guī)模小的線路，可取消車站監(jiān)控層，采用控制中心集中管理、控制中心和現(xiàn)場兩級控制的運營與管理方式，正常情況下，由控制中心直接監(jiān)控現(xiàn)場設備，在控制中心監(jiān)控功能失效（含控制中心至現(xiàn)場的通信故障）情況下，由現(xiàn)場各業(yè)務系統(tǒng)控制設備監(jiān)控，該模式的系統(tǒng)管理及控制架構如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)管理及控制架構（線路短且車站規(guī)模?。?/p>

2.3 業(yè)務平臺架構方案

綜合考慮中低運量新型軌道交通總體運營調度管理思路、維護管理模式、數(shù)據(jù)應用需求等相關因素，綜合運營調度系統(tǒng)可按三個層次構建，包括接入層數(shù)據(jù)采集處理子平臺、核心層數(shù)據(jù)處理子平臺、應用層數(shù)據(jù)展示子平臺，系統(tǒng)業(yè)務平臺架構如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)業(yè)務平臺架構

（1）接入層數(shù)據(jù)采集處理子平臺。在正線車站、車輛基地或控制中心設置接入層數(shù)據(jù)采集平臺，采用集群技術、硬件池技術、數(shù)據(jù)集中處理技術等將各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入至數(shù)據(jù)采集平臺來統(tǒng)一處理、統(tǒng)一轉發(fā)，并統(tǒng)一進行信息安全防護。

（2）核心層數(shù)據(jù)處理子平臺。在控制中心設置核心層數(shù)據(jù)處理平臺，采用數(shù)據(jù)融合、微服務等技術實現(xiàn)各通用業(yè)務和專用業(yè)務功能，并實現(xiàn)各業(yè)務功能模塊之間簡潔與快速的信息交互和聯(lián)動處置。

（3）應用層數(shù)據(jù)展示子平臺。在控制中心、車站、車輛基地、運維管理中心等處設置應用層數(shù)據(jù)展示平臺，為運營調度、維護人員、培訓人員等運營管理者提供系統(tǒng)應用及管理條件。

3 系統(tǒng)設備組成和配置方案研究

3.1 中心級系統(tǒng)構成和設備配置方案

中心級系統(tǒng)主要由硬件資源池（服務器集群、磁盤陣列）、綜合調度工作站、綜合維護工作站、綜合編輯（時刻表、乘客信息等）工作站、大屏幕、交換機、網(wǎng)關、通信前置機、防火墻等設備構成。

（1）中心級系統(tǒng)的常規(guī)集成方案。對于綜合運營調度系統(tǒng)中心級系統(tǒng)采用常規(guī)集成的方式，將相關業(yè)務系統(tǒng)的計算設備和存儲設備進行整合，構建服務器集群和集中存儲。中心級系統(tǒng)構成方案（常規(guī)集成）如圖5所示。

圖5 中心級系統(tǒng)構成方案（常規(guī)集成）

（2）中心級系統(tǒng)的云平臺方案。對于綜合運營調度系統(tǒng)中心級系統(tǒng)采用云平臺技術的方案，中心級系統(tǒng)架構方案（云平臺）如圖6所示。

圖6 中心級系統(tǒng)構成方案（云平臺）

3.2 車站級系統(tǒng)構成和設備配置方案

車站級系統(tǒng)主要由綜合調度工作站、服務器、交換機、前置通信機、防火墻及相關配套設備構成。綜合運營調度車站級系統(tǒng)構成如圖7所示。

圖7 車站級系統(tǒng)構成方案

（1）車站級系統(tǒng)的常規(guī)集成方案。對于綜合運營調度系統(tǒng)車站級系統(tǒng)采用常規(guī)集成的方式，將相關業(yè)務系統(tǒng)的計算設備和存儲設備進行整合，構建服務器集群和集中存儲。

（2）車站級系統(tǒng)的云平臺方案。根據(jù)建設運營管理需求，可采用中心云平臺和站段云節(jié)點，或采用中心集中云平臺和站段傳統(tǒng)物理機等不同的系統(tǒng)架構。

4 結語

針對中低速磁浮交通、現(xiàn)代有軌電車、懸掛式單軌、山地齒軌等新型軌道交通，本文以監(jiān)控系統(tǒng)高度自動化、硬軟件深度集成、數(shù)據(jù)高度融合為核心理念，提出了綜合運營調度系統(tǒng)架構方案和設備配置方案，該方案將所有弱電系統(tǒng)和機電設備視為一個管控整體，最大程度上消除各專業(yè)間的技術界限，具有以下技術優(yōu)勢。

（1）統(tǒng)一硬件平臺。最大程度實現(xiàn)控制中心和車站弱電和機電監(jiān)控系統(tǒng)硬件設備（服務器、存儲、網(wǎng)絡等）的集成整合，建立統(tǒng)一的綜合運營調度系統(tǒng)硬件平臺。

（2）統(tǒng)一軟件平臺。最大程度實現(xiàn)控制中心和車站弱電和機電監(jiān)控系統(tǒng)軟件的深度集成，建立統(tǒng)一的綜合運營調度系統(tǒng)軟件平臺。

（3）整合網(wǎng)絡資源。將控制中心和車站弱電和機電監(jiān)控系統(tǒng)設備整合在綜合調度系統(tǒng)一張網(wǎng)絡中。

（4）精簡接口技術。通過統(tǒng)一的硬軟件平臺實現(xiàn)各功能業(yè)務所需數(shù)據(jù)的內部流轉，通過統(tǒng)一平臺的通信接口設備與弱電和機電系統(tǒng)站級設備或現(xiàn)場設備進行接口，實現(xiàn)監(jiān)控信息的實時交互，減少系統(tǒng)間的接口設備及接口協(xié)調工作。