城市轨道交通指挥中心整体组网架构规划

石琦玉 张 宁 吕艳丽

(1.东南大学智能运输系统研究中心 南京 210018；

2.南京地铁运营有限责任公司 南京 210018)

城市轨道交通指挥中心整体组网架构规划

石琦玉1张 宁1吕艳丽2

城市轨道交通指挥中心是城市轨道交通进入线网运营阶段时协调多线、多运营主体的中枢机构，具有信息资源共享、应急指挥、综合监控以及辅助决策等功能。对其整体组网架构的规划总共提出了3种实施方案：一是按区域中心接入的集中式组网架构，集成度高，接口标准要求严格；二是按线路接入的集中式组网架构，集成度较高，需要提供较多的上层传输网接口；三是区域分布式组网架构，集成度较低，有利于不同时期的线路接入，但是成本过高，协调能力不足。最后，运用层次分析法建立合理的评价指标体系，对3种方案进行评价，得出方案一为最优的实施方案。

城市轨道交通；指挥中心；组网；规划；评价

随着我国城市轨道交通的高速发展，单线时期负责运营管理以及行车调度的运营控制中心(operation control center，OCC)已经无法满足线网成熟时期的运营管理需求。针对多线运营存在的具体问题，城市轨道交通需要规划建设交通指挥中心(traffic control center，TCC)来协调不同线路及不同运营主体之间的日常运营工作，从而达到轨道交通资源共享、快速应急救援的目的，实现城市轨道交通网络化运营管理的目标。关于TCC的研究，目前国内的学者主要从其系统功能方面进行研究，蔡佳妮从功能需求入手，系统地研究了不同模式下城市轨道交通指挥 中 心 的功 能，根据运 营需求提出“三层管理三层指挥”的指挥体系架构[1]；徐瑞华等从各个子系统协调运作的层面上，对可预见与不可预见事件的应急指挥分别给出其辅助决策技术内容[2]；侯久望从资源共享的定义出发，系统地阐述了轨道交通系统各个线路中的子系统设备之间的共享[3]；闫彬建立了TCC的功能结构模型，把TCC系统分成4个层次，使TCC的各个子系统分工明确，减少了不同功能在实现过程中的冲突[4]。但是，国内外鲜有关于TCC的整体组网架构的研究。

从各地轨道交通的建设情况来看，目前的首要任务应该是对城市轨道交通指挥中心整体组网架构进行规划，而对TCC的整体组网规划首先需要明确TCC与OCC的关系。

1 TCC与OCC的关系

TCC在整个轨道交通线网的运营管理之中与OCC紧密相连，TCC与OCC的关系有两层含义，一层是两者之间的区别，另一层是两者之间的联系。

TCC与OCC的区别在于两者之间的职能划分，TCC是轨道交通线网成熟期统一管理模式下的中枢机构，通常对各线路设备(视频监控设备除外)只监不控，并且配合轨道交通相关上级管理部门对各条线路进行运营管理，是上级主管部门与轨道交通各运营主体的连接纽带。当在非正常运营模式下，TCC充当应急救援指挥中心，提高了整个线网的应急抢险能力[5]。而OCC是对本线路或者本区域的相关设备等其他方面进行直接监控的管理机构，具体职能是完成本线路或本区域的运营调度、行车指挥等事务。

TCC与OCC的联系主要表现在两者之间的协同管理上，OCC属于TCC的下级机构，TCC不与线路直接相连，而是通过OCC下发各线 路间的 协 调 指 挥 指 令，OCC负责具体实施，同时TCC接受OCC上传的报告并对其分析且做出响应。OCC是TCC的基础，而TCC是OCC的提高，同时TCC能补充OCC功能的空白点并提供增值服务，两者在现代城市轨道交通运营中密不可分[6]。它们的结构关系如图1所示。

图1 TCC与OCC的结构关系

图2 TCC按区域中心接入的集中式组网架构(方案1)

图3 TCC按线路接入的集中式组网架构(方案2)

在明确两者之间的关系之后可以对监督管理OCC群组的TCC进行分析规划。选择合适的组网架构能够使TCC与OCC之间的数据传输尽可能容易，让各条线路的运营控制相对集中。

2 TCC的组网架构规划

结合我国大中城市轨道线网的未来发展趋势，对TCC的组网架构提出3种规划方案，分别是按区域中心接入的TCC集中式架构(方案1)、按线路接入的TCC集中式架构(方案2)、区域分布式架构(方案3)。

2.1 TCC集中式架构——按区域中心接入(方案1)

TCC按区域中心接入的集中式组网架构方案(见图2)，是在交通指挥中心设置中央综合指挥系统，在各区域OCC设置汇接设备，负责将各线路现场(包括既有线和新建线)数据进行统一的汇聚接入，再通过上层传输网络接入TCC综合指挥系统。由TCC综合指挥系统对各线路系统的信息进行统一处理，这样有利于实现整个线网的信息资源共享。

该方案的系统集成程度比较高，在TCC建设一个统一的平台，负责各类业务的集中处理；各区域中心仅负责对管辖线路需上传TCC的业务相关信息进行汇聚接入，不参与数据信息的分析和处理。根据该架构的特点可知，该方案设备投资比较低，可实施性较强，同时TCC可以方便快速地对整个轨道交通线网进行调度指挥。由于各线路实施的工期不同，系统集成商也可能不同，因此该方案需要制定指挥中心与OCC以及OCC与各线路中心的接口标准，对接口的技术参数进行强制性规定，各线路相应的系统应无条件遵守执行。

2.2 TCC集中式架构——按线路接入(方案2)

TCC按线路接入的集中组网架构方案(见图3)，同样是在交通指挥中心设置一套中央综合指挥系统，各线路(包括既有线和新建线)直接将TCC所需的信息和数据通过上层传输网送至TCC指挥系统，由TCC指挥系统对各线路系统的信息进行统一存储与处理，从而实现整个线网的信息资源共享。该方案的系统集成程度也比较高，与方案1的区别在于各区域中心不设置汇聚接入设备，即各区域OCC不参与除控制指令外的数据传输，TCC完成监督管理所需要的相关信息由各线路直接通过上层传输网络传送至TCC。

由于轨道交通未来线路众多，与TCC直接通信，因此该方案需要上层传输网提供更多的接口，随着线路中心按建设时序不断地接入TCC，上层传输网所需提供的接口数量及类型均需不断扩容。因各线路实施的工期不同，系统集成商也可能不同，本方案也需要制定指挥中心与各线路中心的接口标准，对接口的技术参数进行强制性的规定。

2.3 区域分布式架构——系统互联(方案3)

区域分布式组网架构(见图4)，该方案在TCC设置指挥系统，各区域OCC设置指挥子系统，各指挥子系统有独立的调度指挥设备、数据处理设备及网络设备等，彼此相对独立，与TCC指挥系统通过上层传输网络进行信息交流和资源共享，完成系统互联。

图4 TCC区域分布式组网架构(方案3)

此方案的优点是各区域指挥系统分期实施性比较强，不必考虑TCC系统容量和接口的预留，能够兼顾既有线路和新建线路，对线路控制中心的工期没有严格的要求。

由于各子系统单独设立子网，所以设备的投资比较大，另外，系统集成度也比较低，没有实现完全意义上的集成，不便于指挥中心的统一协调指挥。

2.4 方案对比

以上3种方案各有特点，其优缺点对比见表1。

表1 TCC系统组网架构方案综合比较

我国的大型城市如上海、广州等都采用方案1的组网架构模式，其他大中型城市也有将要采用方案1的模式实施建设的，原因是很多建设较晚的城市轨道交通具有综合监控系统，比较适合采用方案1来建设城市轨道交通指挥中心。

3 TCC组网架构规划方案的评价与选择

3.1 评价指标体系的建立

针对3种不同方案，可以通过分析影响方案实施的因素建立评价指标体系，然后对TCC组网架构进行科学合理的评价。影响评价结论的评价指标数量往往较多，不同的评价指标可能会存在一定的耦合性，这种耦合性会大大地降低评价的准确性[7]。评价指标的选取原则是：宜少不宜多，宜简不宜繁；指标应具有独立性；指标应具有代表性和差异性；指标可行。

指标的选取方法主要有：经验方法(专家调研法)；数学方法(多元相关分析等统计方法)；文献资料分析选优法。本文采用经验方法，根据专家意见认为在影响TCC方案实施的众多因素中，系统的可靠性、投资成本、系统功能实现能力和系统的可持续性影响较大，且它们之间相互独立，对于不同方案来说具有差异性，适合做评判指标。系统可靠性具体到TCC系统主要包括结构合理性、安全性和集成深度3个主要影响指标，这3个指标的耦合关系不明显，且与评价目标一致，符合评价指标的选取原则；可持续性具体到TCC中主要包括扩展性、兼容性和接口要求；功能实现性不是指TCC系统能否实现规划功能的能力，而是指系统实现各个规划功能的效率的高低。功能实现性的评价指标内容包括协调指挥性、应急性和资源共享性，这3种指标都是指对应的3种功能的响应效率。投资成本主要分为建设成本和运行成本两部分。

综合上述分析，建立评价指标体系如图5所示。

图5 TCC组网架构方案评价指标体系

3.2 评价基本原理

系统评价过程可以理解为影响系统评价指标权重的分配过程，而层次分析法[8]能把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化后变成多目标、多准则的评价过程，并且能把定量计算与定性分析相结合，所以采用该方法进行评价。具体过程如下：

3.3 实例分析

以南京城市轨道交通为例，截至2014年8月，南京市已开通5条线路，未来南京市将会建设共22条轨道交通线路。这些线路的建设时期不同，相关系统采用的技术以及硬件产品就不同，结合南京城市轨道交通的具体情况确定各影响因素的相对重要性，采用1～9标度法对同一层上的两两指标的重要性比较进行赋值，重要性参数的赋值由相关专家根据经验和判断进行打分。评价指标体系各个层次的具体相对重要性数值见表2～4。

表2 以目标层为目标的准则层各因素相对重要性比较打分数值

表3 以准则层为目标的指标层各因素相对重要性比较打分数值

表4 以指标层为目标的方案层各方案相对优越性比较打分数值

注： 表2、表3和表4中的字母变量含义参见图5，表中空缺的数据可以通过1～9标度法的定义来确定，此处不再列举。

结合以上数据根据层次分析法的评价原理，经计算各个方案对目标层的权重分配系数向量后，由此可知3种方案的最优排序是a1>a2>a3，因此就南京市来说关于TCC的组网架构规划采用方案1较优。

4 结语

城市轨道交通指挥中心作为协调多线路、多运营主体的中枢机构，上承轨道交通主管部门，下接各OCC，是沟通各条线路以及OCC与上级主管部门的纽带。TCC对实现轨道交通网络化运营、资源信息共享和迅速应急指挥的意义非同寻常，本文对TCC的整体组网架构做了初步规划，提出3种规划方案并且进行了科学的评价，研究结果可用于指导TCC的规划建设。

[4] 闫彬.北京市轨道交通网络化运营指挥系统建设研究[D].北京：北京交通大学，2007.

[6] 戴成岩.北京市轨道交通指挥中心(TCC)调度指挥系统框架设计[C]//2008第四届中国智能交通年会.青岛,2008.

(编辑：郝京红)

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，硕士，研究方向为轨道交通信息工程，sqysduscut.seu@gmail.com

江苏省科技厅产学研联合创新资金项目(BY2012197)；南京地铁专项科技项目(8550140042)

(1.东南大学智能运输系统研究中心 南京 210018；

2.南京地铁运营有限责任公司 南京 210018)

U231

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