有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)方案研究

唐世軍，張雪松，白 雪

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081；3.中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所，北京 100081）

有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)方案研究

唐世軍1，張雪松2，白 雪3

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081；3.中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所，北京 100081）

分析現(xiàn)代有軌電車調(diào)度系統(tǒng)的研究意義；闡述現(xiàn)代有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)的體系架構(gòu)和功能；在此基礎(chǔ)上，提出構(gòu)建本系統(tǒng)的方法。系統(tǒng)的研究可為我國現(xiàn)代城市軌道交通體系的建設(shè)提供有益的參考。

有軌電車；運營調(diào)度；城市軌道交通

隨著中國空氣污染和交通擁堵情況的日益惡化，越來越多的城市希望把有軌電車作為高昂造價地鐵的替代選項。截至2014年，全國各地共規(guī)劃鋪設(shè)4 000 km多的有軌電車軌道，是目前已建設(shè)水平的40倍，預(yù)計到2020年將有2 000 km完工。

但是在追求快速建設(shè)和擴(kuò)大規(guī)模的同時，也應(yīng)關(guān)注到有軌電車管理的壓力在不斷變大，不同線路之間的業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)、運行關(guān)系變得非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的以線路為單元進(jìn)行運行管理和調(diào)度指揮的模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代城市對有軌電車高安全、高可靠、高密度和大流量的需要。

國內(nèi)有軌電車建設(shè)初期，通常都是以線路為單位進(jìn)行建設(shè)與管理的，建成的有軌電車調(diào)度指揮中心基本上僅僅局限于設(shè)備和人員的集中，很多線路也僅具備一些復(fù)示功能，沒有實現(xiàn)真正意義上的系統(tǒng)建成，給未來有軌電車的協(xié)調(diào)管理、高效調(diào)度指揮帶來了很多困難。因此本文將結(jié)合國內(nèi)有軌電車建設(shè)的實際情況，充分利用既有的有軌電車運營條件，并綜合考慮未來發(fā)展的需要，采用現(xiàn)代城市有軌電車管理理念、先進(jìn)的通信信息技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)，構(gòu)建高度集成、智慧化的現(xiàn)代有軌電車調(diào)度指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)對有軌電車的科學(xué)化、精細(xì)化和高效化管理，確保有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)納入到科學(xué)化、規(guī)范化發(fā)展的軌道。

1 技術(shù)架構(gòu)

有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)是一個完整的、先進(jìn)的綜合調(diào)度一體化平臺。將有軌電車的運輸組織與調(diào)度、運行控制與監(jiān)視、供電系統(tǒng)、車輛管理、旅客服務(wù)、應(yīng)急指揮等進(jìn)行科學(xué)的融合，以有軌電車運營的核心—計劃、調(diào)度指揮和運行控制為主，采用先進(jìn)的系統(tǒng)集成技術(shù)和支撐平臺，制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和協(xié)議，實現(xiàn)對運輸全過程的管理與控制，協(xié)調(diào)處理城市有軌電車網(wǎng)絡(luò)運行，減低系統(tǒng)的總運營成本[1～2]。有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

1.1 數(shù)據(jù)源

有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)主要有如下的數(shù)據(jù)源：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計劃數(shù)據(jù)、ATS數(shù)據(jù)、車輛管理數(shù)據(jù)、PSCADA數(shù)據(jù)、FAS數(shù)據(jù)、BAS數(shù)據(jù)、PIS數(shù)據(jù)、CCTV數(shù)據(jù)、信號數(shù)據(jù)等。

接入的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)類型可劃分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；按業(yè)務(wù)類型可劃分為設(shè)備運營數(shù)據(jù)、列車運行數(shù)據(jù)、客流監(jiān)控數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)的接入體系，包括：統(tǒng)一編碼規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)接口和標(biāo)準(zhǔn)傳輸，提供切實可行的接口方案，確保數(shù)據(jù)源的信息及時、可靠、準(zhǔn)確地上報。

1.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層將數(shù)據(jù)從各系統(tǒng)數(shù)據(jù)源整合到數(shù)據(jù)存儲層，包括數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載等流程，實現(xiàn)從系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)載到高性能數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中。

1.3 數(shù)據(jù)存儲層

高性能數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)存儲層的核心，負(fù)責(zé)將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效集成，滿足海量數(shù)據(jù)管理的需求，同時通過數(shù)據(jù)接口提供給數(shù)據(jù)分析、挖掘、應(yīng)用系統(tǒng)，為各級用戶和各級系統(tǒng)使用。數(shù)據(jù)存儲層包括數(shù)據(jù)倉庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫和GIS數(shù)據(jù)庫。

1.4 應(yīng)用支撐層

應(yīng)用支撐層用來為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供技術(shù)支撐。如：提供特定的BI工具（如OLAP、企業(yè)報表、即席查詢、儀表盤、數(shù)據(jù)挖掘、管理駕駛艙、預(yù)測優(yōu)化）等對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理；提供工作流和規(guī)則引擎等規(guī)范業(yè)務(wù)操作流程，根據(jù)角色、分工和條件的不同決定信息傳遞路由、內(nèi)容等級等核心解決方案。

同時，應(yīng)用支撐層搭建公共基礎(chǔ)支撐平臺，如：GIS基礎(chǔ)服務(wù)平臺、EAM基礎(chǔ)服務(wù)平臺等，為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供基礎(chǔ)服務(wù)支撐。

1.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層部署本系統(tǒng)涉及的所有應(yīng)用，即按照業(yè)務(wù)信息應(yīng)用類別部署各自的業(yè)務(wù)模塊。本系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)功能包括：運輸組織與調(diào)度、運行控制與監(jiān)控、供電監(jiān)控、設(shè)備管理、車輛調(diào)度、旅客服務(wù)、應(yīng)急管理等，具體功能見第2節(jié)。

1.6 企業(yè)服務(wù)總線ESB

有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)遵循面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA，Service-Oriented Architecture），采用具有松散耦合和可互操作特征的企業(yè)服務(wù)總線（ESB，Enterprise Service Bus）方式構(gòu)建，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和訪問接口，為有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)級和應(yīng)用級的信息交換和共享服務(wù)，有效的避免數(shù)據(jù)資源的重復(fù)建設(shè)，靈活適應(yīng)業(yè)務(wù)變化，為有軌電車的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.7 對外訪問層

對外訪問層提供各專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用統(tǒng)一的客戶端操作環(huán)境，根據(jù)業(yè)務(wù)組合和配置，各級用戶可以在一個統(tǒng)一的環(huán)境中，很容易地進(jìn)行信息共享和有機(jī)協(xié)作，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度指揮、統(tǒng)一綜合信息發(fā)布。另外，對外訪問層通過統(tǒng)一的安全管理界面進(jìn)行安全管理配置，實現(xiàn)統(tǒng)一的賬號管理、認(rèn)證、授權(quán)等功能。

2 系統(tǒng)功能

2.1 運輸組織與調(diào)度

根據(jù)城市管理、客流、安全及運輸效率的需要，編制有軌電車網(wǎng)絡(luò)的運輸計劃，包括列車時刻表、進(jìn)路計劃、車輛運用計劃、乘務(wù)人員計劃和維修計劃等；根據(jù)運行實際情況和突發(fā)情況（天氣、客流等）及時調(diào)整運輸計劃，如停運、加開等；根據(jù)時刻表和進(jìn)路計劃，自動控制道岔、信號機(jī)和平交道口信號。同時，還包括運營計劃及調(diào)度命令的發(fā)布與下達(dá)，運輸管理信息可以向列車、信號控制系統(tǒng)、車站、車輛段、司乘人員、門戶網(wǎng)站等發(fā)布。

2.2 運行控制及監(jiān)視

運行監(jiān)視是指對車輛的編號、運行位置和速度、信號機(jī)的狀態(tài)、道岔位置、平交道口狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測；同時可以根據(jù)管理的需要對乘務(wù)人員值乘情況、客流情況、車站/車內(nèi)及沿線狀況、事故（故障）現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)視。

運行控制是指根據(jù)運行計劃和列車位置，對有軌電車的運行進(jìn)路、道岔位置及平交道口信號進(jìn)行自動控制（車載司機(jī)控制具有優(yōu)先權(quán)），通過與車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)的互聯(lián)，實現(xiàn)對車輛段車輛進(jìn)路的自動控制。

2.3 供電管理

掌握供電設(shè)備狀態(tài)，按照供電計劃完成停送電任務(wù)；遇有供電設(shè)備故障時積極組織搶修，為有軌電車運行提供保證；負(fù)責(zé)供電計劃的調(diào)整，根據(jù)運行與維修的需要，控制受控站的開閉。

2.4 設(shè)備監(jiān)控

監(jiān)視關(guān)鍵行車設(shè)備的安全狀態(tài)以及安全監(jiān)測設(shè)備自身的運行狀態(tài)，對發(fā)生故障的設(shè)備進(jìn)行重點監(jiān)視并報警，使有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)能夠按規(guī)程規(guī)定對運行列車實施預(yù)警，維修、供電、車輛等部門能夠盡快排除故障、消減故障影響，開展基礎(chǔ)設(shè)施的巡檢、搶險及維修養(yǎng)護(hù)工作，確保有軌電車安全運行。

2.5 車輛管理

管理管內(nèi)車輛的配屬、運用、檢修、備用、分布情況、運用計劃等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；根據(jù)車輛分配計劃和車輛檢修計劃，實現(xiàn)管內(nèi)車輛調(diào)配運用；根據(jù)時刻表、運行狀態(tài)、車輛狀態(tài)和線路狀態(tài)，及時調(diào)整車輛使用計劃，制定并實施故障情況下的應(yīng)急方案。

2.6 旅客服務(wù)

根據(jù)運行計劃及列車實際運行信息，通過車站旅客信息發(fā)布牌實時發(fā)布列車運行信息，如：下次列車計劃到達(dá)時間、目的地等。同時，系統(tǒng)能夠根據(jù)運輸管理的需要，發(fā)布加開、停運、變更等旅客服務(wù)信息。此外，系統(tǒng)預(yù)留外部信息互聯(lián)接口，可對外發(fā)布各類相關(guān)的服務(wù)信息。

2.7 應(yīng)急指揮

實現(xiàn)特殊情況下的應(yīng)急指揮，如根據(jù)城市管理的需要對運輸方案進(jìn)行實時調(diào)整；特殊災(zāi)害性天氣的運輸管制，系統(tǒng)通過與城市應(yīng)急系統(tǒng)的互聯(lián)，實現(xiàn)與公安、消防、醫(yī)療救護(hù)及其他公共交通系統(tǒng)的一體化應(yīng)急體系。

2.8 統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析可以實現(xiàn)對所有運輸信息的統(tǒng)計分析，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對運輸組織的優(yōu)化，在滿足旅客出行需要的前提下，逐步提高運行正點率、車輛運用效率，進(jìn)而實現(xiàn)未來有軌電車網(wǎng)絡(luò)的安全高效率運行。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、通信服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、接口服務(wù)器、前端服務(wù)器、磁盤陣列、工作站、顯示屏等組成。服務(wù)器均需要采用雙臺冗余服務(wù)器配置，以集群方式工作，保證業(yè)務(wù)連續(xù)性。有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

3.1 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的存取和訪問控制，提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)和數(shù)據(jù)集成分析服務(wù)。保存全線線路、車站、停車場及信號設(shè)備布置、道岔渡線、盡頭線、存車線、規(guī)章制度等靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基本運行圖/時刻表、計劃運行圖/時刻表、實績運行圖/時刻表、列車運行信息（速度、位置、運行狀態(tài)等）、車輛信息、設(shè)備狀態(tài)信息、事件報警、調(diào)度員交接班管理信息等；保存GIS地理信息系統(tǒng)所需要的位置監(jiān)控數(shù)據(jù)；保存統(tǒng)計分析所需要的信息。

圖2 有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)成

3.2 應(yīng)用服務(wù)器

應(yīng)用服務(wù)器主要實現(xiàn)計劃編制業(yè)務(wù)（包括基本運行圖/時刻表編制、計劃運行圖/時刻表編制、實績運行圖/時刻表編制）、運輸過程控制與管理業(yè)務(wù)（包括行車實時信息顯示、列車實時狀態(tài)信息監(jiān)視、列車運行調(diào)整、列車運行查詢、故障報警等）、運輸數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析（包括始發(fā)站、終到站到發(fā)統(tǒng)計、晚點列車統(tǒng)計、停運加開列車統(tǒng)計等）、外部系統(tǒng)信息交換等應(yīng)用服務(wù)。

3.3 通信服務(wù)器

通信服務(wù)器主要實現(xiàn)有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)與道岔控制系統(tǒng)、道口信號控制系統(tǒng)、停車場控制系統(tǒng)、車地接入系統(tǒng)以及各工作站之間即時消息的傳送。

通信服務(wù)器能夠應(yīng)付大量用戶并行訪問，大交易吞吐量；同時保持較短的反應(yīng)時間，較高數(shù)據(jù)完整性和安全性，并且確保較高的系統(tǒng)可用性。

3.4 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理、計算功能，托管GIS資源并將它們作為服務(wù)呈現(xiàn)給客戶端應(yīng)用程序，實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的發(fā)布。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器處理地圖資源數(shù)據(jù)量大，同時要保持較短的加載時間。

3.5 接口服務(wù)器

接口服務(wù)器實現(xiàn)與外部相關(guān)的信號、傳輸、ATP、廣播、時鐘等系統(tǒng)間的信息交換、共享以及接口功能，完成格式轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)間的隔離，并預(yù)留與其他外部系統(tǒng)的接口功能。

3.6 前端服務(wù)器

前端服務(wù)器實現(xiàn)顯示屏的管理，根據(jù)需要對顯示屏顯示內(nèi)容進(jìn)行分配、切換、處理，對圖像顯示參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，可進(jìn)行分割、拼接和全屏等多形式顯示。

3.7 磁盤陣列

正常工作模式下，有軌電車綜合調(diào)度系統(tǒng)對計劃編制數(shù)據(jù)、調(diào)度應(yīng)用數(shù)據(jù)、靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、配置信息等內(nèi)容進(jìn)行存儲，存儲設(shè)備根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用類別進(jìn)行分區(qū)，使各個應(yīng)用可獨立控制其使用的緩存、接口、磁盤等存儲資源。

3.8 工作站

工作站為管理人員、調(diào)度人員和維修人員提供各類人機(jī)界面，在硬件和軟件上具有相同的結(jié)構(gòu)，控制功能互為備用。可以根據(jù)需要對工作臺權(quán)限、控制功能進(jìn)行配置靈活劃分或屏蔽。每個工作站配置兩臺高分辨率24 inch液晶顯示器，能根據(jù)需要及工作臺權(quán)限顯示相關(guān)信息。

3.9 顯示屏

顯示屏可以根據(jù)需要采用線路示意圖或GIS方式顯示全線的線路、車站、停車場布局的全景，車站、區(qū)間及停車場的信號設(shè)備狀態(tài)和列車運行狀態(tài)的細(xì)景。

顯示屏可以提高調(diào)度指揮效率及處理突發(fā)事件的工作效率，更準(zhǔn)確及時地進(jìn)行各種資源的調(diào)配，增強(qiáng)綜合協(xié)調(diào)的指揮能力。

4 結(jié)束語

有軌電車具有快捷、方便、運量大、節(jié)能環(huán)保等特點，通過綜合調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)，形成一系列的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)章、制度，打造國內(nèi)高可靠、高安全、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)系統(tǒng)，從而有效的提升城市軌道交通建設(shè)及管理的創(chuàng)新能力，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1] 衛(wèi) 超,顧保南.歐洲現(xiàn)代有軌電車的發(fā)展及其啟示[J].城市軌道交通研究，2008（1）.

[2] 滕 濤,劉志明.現(xiàn)代有軌電車調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013（5）.

責(zé)任編輯 王 浩

圖4 信號設(shè)備預(yù)測性維護(hù)關(guān)聯(lián)模型

使用Predictive Apriori算法須結(jié)合信號系統(tǒng)生命周期進(jìn)行分析，包括安裝調(diào)試、試運行、質(zhì)保期、運營期。根據(jù)以往項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)，試運行階段是信號系統(tǒng)供貨方和運營方的磨合期，誤操作和假故障比較多，維護(hù)信息系統(tǒng)逐步上線后，應(yīng)注意甄別這些故障記錄，不計入關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的數(shù)據(jù)源。質(zhì)保期和運營期是用戶正式使用系統(tǒng)的階段，這時應(yīng)重點關(guān)注系統(tǒng)運行環(huán)境和新進(jìn)人員工作能力等因素。

4 結(jié)束語

信號系統(tǒng)預(yù)測性維護(hù)研究主要是針對計算機(jī)聯(lián)鎖、區(qū)域控制器、車載控制器、ATS、DCS等子系統(tǒng)維護(hù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，結(jié)合信號系統(tǒng)可靠性分析結(jié)果，制定預(yù)測性維護(hù)的策略，并提供基于WEKA的預(yù)測性維護(hù)方法，使用軟件集成的開發(fā)方式，建立數(shù)據(jù)挖掘的分類、聚類、關(guān)聯(lián)模型，從而得到預(yù)測性維護(hù)信息系統(tǒng)，這樣的做法既能利用目前最新的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，又能節(jié)約軟件開發(fā)的人力和時間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐金祥.城市軌道交通列車運行自動控制技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[2] 程蔭杭．鐵路信號可靠性與安全性[M]．北京：中國鐵道出版社，2010．

[3] 韓家煒，Micheline Kamber，裴 健.數(shù)據(jù)挖掘：概念與技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)版社，2012.

[4] 賀 玲，吳玲達(dá)，蔡益朝．?dāng)?shù)據(jù)挖掘中的聚類算法綜述[J]．計算機(jī)應(yīng)用研究，2007（1）：10-13．

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責(zé)任編輯 陳 蓉

Construction solution for Tram Integrated Dispatching System

TANG Shijun1,ZHANG Xuesong2,BAI Xue3
( 1.Postgraduate Department,China Academy of Railways Sciences,Beijing 100081,China;2.Institute of Computing Technologies,China Academy of Railways Sciences,Beijing 100081,China;3.Signal and Communication Research Institute,China Academy of Railways Sciences,Beijing 100081,China)

This article analyzed the research background and development trends of the modern Tram Integrated Dispatching System,proposed the structure,functions and construction method for this System.This System could provide a useful reference for the construction of modern Urban Transit System.

tram;operation dispatching;Urban Transit

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2016）01-0055-05

2015-04-14

唐世軍，在讀碩士研究生；張雪松，研究員。