广州现代有轨电车综合运营调度系统建设方案研究

刘晓庆

（广州地铁设计研究院有限公司，广州 510010）

随着城市交通面临的压力日益增大，优先发展公共交通成为城市交通发展的必由之路[1]。由于城市交通的多元化和层次化，现代有轨电车在城市交通的建设过程中起到了加强交通网络的作用[2]。但是，目前国内现代有轨电车的运行控制和运营调度没有形成统一标准，大多沿用地铁的运营和管理模式；但现代有轨电车与地铁无论是在运行速度、路权形式、运营控制模式，还是在供电系统、车站管理、售检票模式等方面都存在较大的差别，简单照搬地铁运营管理模式，将造成系统结构复杂、建设成本偏高等问题，同时也无法满足现代有轨电车安全、正点、高效等方面的要求。此外，国内现代有轨电车建设初期，通常都是以线路为单位进行建设与管理，没有过多考虑线路成网之后的情况，随着有轨电车网络的逐步形成，传统调度管理系统将无法满足网络化运营指挥的需求[3-5]。因此，在规划建设现代有轨电车运营管理系统时，应基于现代有轨电车的自身特点，研究其系统特性和运营管理模式，对现代有轨电车弱电各专业系统进行集成整合，规划建设一体化、集中式的现代有轨电车网络综合运营管理体系[6]。因此，研发一套高度集成、智慧化[7]的满足广州现代有轨电车运输管理实际使用需求的综合运营调度系统变得极为迫切。

1 需求分析

现代有轨电车工程弱电系统的业务区域涉及正线区间、车站、车辆段、停车场、变电所及控制中心。它的总体功能是：通过对车辆、车站和道路信息的采集、传输和处理，对运营车辆进行实时监控和优化调度，及时发现、处理各种事故，为乘客提供全面、准确、及时的信息服务，从而有效提高有轨电车的服务水平，促进现代有轨电车的智能化运营、调度和管理。

以广州现代有轨电车海珠环线试验段工程为例对弱电系统建设情况进行总结，得出如下特点：

1）子系统数量多。子系统包括：信号、PSCADA、传输、无线、电话、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC等系统；各个子系统相对独立；

2）子系统配置简单。各子系统架构简单；设备配置数量少；子系统管理人员工作量较小；

3）完全中央控制。没有车站级控制；子系统自动化程度要求较高；系统间联动要求较高；

4）维护管理分散。各子系统单独建设维护管理系统。

通过总结有轨电车自身特点，认为其主要具有以下功能需求：1）运营组织模式相对简单，列车采用人工驾驶，由司机完成车辆驾驶并保证运行安全；2）采用开放式站台，车站简易，规模小，对设备系统功能需求少及数量简化；3）列车在钢轨上运行，列车运行线路相对独立，路线分歧时，需经过道岔；4）在平交路口可通过信号优先控制，提高有轨电车可用性；5）具有基本独立的路权，可以通过信号优先控制提高运行效率，通过车辆定位系统可实现中心对电车的调度管理；6）对车站及主要路口进行视频监控，为运营指挥提供现场实时信息；7）充分体现以人为本的理念，为乘客提供全方位的乘车信息服务；8）综合车站规模、投资等因素，可采取不同的售检票方式；9）设置车辆段联锁及安全防护系统；10）立足整体需求，应建立集成的、综合利用的信息传输网络。

如上所述，有轨电车系统构成及运营环境相对传统轨道交通系统发生了较大变化。在传统的城市轨道交通工程建设过程中，由于技术标准、建设周期等多因素限制，导致控制中心内行车、供电、环境及视频监控等各系统通常互相分割，独立进行建设，被监控对象间关系也相对独立。

有轨电车弱电各专业子系统功能均进行了简化。为提高系统的整体管理水平及运输效率，方便操作人员对运营过程实施全方位集中监控，提高中心级的事件处理能力，传统的运行管理与控制模式已不再适用。

因此，根据有轨电车的系统构成、运营模式等特点，应在控制中心建立集运营监控、运营管理、调度指挥为一体的综合运营调度系统，实现对设备资源、人力成本的统一管理，并基于集成管理平台，简化各调度员操作界面，方便及时处置各类突发事件。

有轨电车综合运营调度系统应该是一个完整的、先进的综合调度一体化平台，将有轨电车的运输组织与调度、运行控制与监视、供电系统、车辆管理、乘客服务、应急指挥等进行科学的融合，以有轨电车运营的核心——计划、调度指挥和运行控制为主，制定相应的数据标准、规范和协议，实现对运营全过程的管理与控制，协调处理城市有轨电车网络运行，降低系统的总运营成本[8-9]。

2 集成原则

由于集成涉及众多子系统，在弱电系统集成建设过程中应执行如下原则：

1）各专业子系统保持核心功能的相对独立性，即在集成过程中，只将其作为前端“模块”接入系统平台进行管理；

2）最大程度复用网络、硬件和软件资源；

3）配置服务、数据存储、系统监测维护均采用统一平台介质，优化资源组合；

4）应充分采用网络、通信、控制、计算机、信息处理及其他智能交通系统等技术，通过集成设计，实现综合管理功能的升级，建立运营、调度、行车、监控、维护、安全的实时、准确、高效管理控制体系，实现人—车—路—站—段一体化、智能化的监控、调度、管理及服务；

5）为各子系统提供统一的接口、操作及维护方式，建立统一多业务平台。

3 集成方案

3.1 集成思路

有轨电车综合运营调度系统是保证有轨电车安全实时运行的重要系统，在各子系统集成过程中，根据系统特点不同程度地集成其他系统，可分为维护集成、界面集成、软件集成和全集成等4个方向。综合运营调度系统集成思路如图1所示。

图1 综合运营调度系统集成思路Fig. 1 Scheduling system for the integrated operation scheduling system

1）第一级集成：维护集成，即建立综合维护监测平台，实现如下功能：

设备状态监测：信号、PSCADA、传输、无线、电话、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC等系统设备的状态，通过图形界面及时、明确地显示出设备状态，并进行故障提示。同时提供系统扩展接口，满足对其他设备和系统的状态监测。

故障管理：收到故障提示后，维护人员通过该平台对故障进行分配，安排相关人员进行故障处理。故障处理人员处理故障后，操作该平台提交故障处理情况，平台核实后关闭该故障。

故障预判：通过大数据分析以及预设的系统阈值，动态监测各个系统的运行状态，并提供故障预判报告和提示，便于提前处理故障，减少故障发生。

故障大数据统计分析：平台提供大数据存储和故障自动收集功能，可以及时对故障进行分析和统计，提供各类数据报表，便于对整个系统运行状态进行分析和评估。

2）第二级集成：界面集成，可以将弱电各子系统界面进行统一设计及集成，便于调度人员的集中控制。

3）第三级集成：软件集成，主要对各子系统在控制中心服务器上的软件进行集成。

4）第四级集成：全集成，是在软件集成的基础上，将硬件等进行全方位的集成。

3.2 总体架构

综合运营调度系统平台采用先进的信息技术、计算机技术、通信技术和现代传感技术将各子系统进行统一集成设计（见图2），最大优化资源配置、资源共享、互联互通。其中，行车指挥类含电力监控系统（集成变电所PSCADA监控信息）和信号系统（含正线道岔控制系统、路口接近检测系统、车载行车监督系统、车辆段联锁系统）；综合通信类含传输、无线通信、有线电话、广播、时钟、安防等系统；乘客服务类含乘客信息系统（车站显示屏、车地无线网络系统）和售检票系统（车站自动售票机、检票机、手持补票/检票机）；业务管理类含办公自动化系统（安全生产管理、列车维护维修、设备设施维护维修、备品备件管理、人力资源及培训、财务资产管理）。

图2 综合运营调度系统总体架构Fig. 2 General structure of the integrated operation scheduling system

3.3 整合方案

鉴于有轨电车均采用车站无人值守方式，控制中心处于运营控制系统的最顶层，是现代有轨电车运营“集中管理”的中枢。要高效实现系统功能，保证其日常运作的可靠性，需要在控制中心整合设置各业务功能子系统对全线的列车运行、客运管理、电力供给、设备监控、防灾报警、票务等实现集中监控及管理、调度指挥。

通过分析有轨电车原先独立弱电各子系统在控制中心级各系统业务的特点与相似性，可将操作方式、界面显示、处理流程等进行有机整合，建立统一的软件平台、硬件平台以及网络平台。通过统一集成界面，实现集中管理，满足系统间信息互通和设备联动的要求，提高整个系统的自动化运营和维护水平，增强应急、突发事件的处理能力，提高运营效率。

有轨电车综合运营调度系统整合的子系统，总体来说可划分为3大类别：面向列车运营的信号系统；面向设备的 PSCADA、BAS、FAS等系统；面向乘客及管理人员的无线、电话、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、AFC、ACS等系统。这些系统由于专业间的差异具有不同的特点，在系统的设置上也有所不同，一般采用各自独立、分别配置的方式进行实施，造成各个子系统硬件重复配置、软件风格与操作方式多样化，联动控制很差。根据有轨电车自身运营特点，应在控制中心将弱电各子系统（含信号、PSCADA、传输、无线、电话、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC 等系统）集成或者互联，对硬件设备（服务器、交换机、数据库等）、软件（操作方式、各类报表格式等）进行资源整合，采用以行车指挥为核心的各系统集成方案，使各系统的信息形成一个紧密结合的整体，在统一的软件平台、网络结构、运营指挥、维护调度的基础上实现对车、电、机的一体化监控[10]。具体方案如图3、图4所示：1）由综合运营调度系统组建统一的有线传输系统，将弱电各子系统业务统一部署到综合运营调度系统传输设备组成的骨干网络上；2）综合运营调度系统采用统一的实时服务器、历史服务器、培训服务器和设备维护服务器，用于统一的数据存储和处理。前台采用统一的调度/值班员工作站用于对信号和机电设备的监控；3）综合运营调度系统建立在统一集成软件平台的基础上，搭建弱电各子系统不同的业务应用功能；4）综合运营调度系统将弱电各子系统业务建立在同一个软件平台和网络平台上，为运营提供统一的运营调度管理平台；5）综合运营调度系统以行车指挥为核心，为运营提供强大的联动功能，增强应急、突发事件的处理能力，提高运营效率。

图3 综合运营调度系统架构Fig. 3 The integrated operation scheduling system

3.4 系统功能

基于综合运营调度系统平台，可在控制中心设置3种调度岗位，包括：行车调度工作台、设备监控工作台、维修管理工作台等，实现对有轨电车的运营管理。

3.4.1 行车调度工作台

行车调度工作台的主要工作是通过BD/GPS接收所有车辆的位置信息，经处理后将车辆所在位置动态显示在行调工作站上，调度员根据当日运行时刻表对在线车辆进行调度指挥。中心调度员可对沿线所有司机和相关工作人员进行选呼或组呼，以实现对车站和车辆的集中调度和控制。沿线司机和相关工作人员可对控制中心的调度员发起呼叫，以实现例行呼叫并可在紧急或非正常情况下与控制中心保持沟通。

图4 综合运营调度系统管理架构Fig. 4 The integrated operation scheduling system management

行车调度工作台的功能主要包括正线列车运行监视、列车运行描述、列车运行查询、车辆运营调度、正线广播、正线乘客信息发布、正线视频监控、故障报警、操作/系统日志、运营记录与统计报表等。行车调度工作台主要承担面向乘客服务和正线行车控制职责，默认其集成信号系统由3个显示屏幕构成，1个主屏，2个辅屏，同时该工作站还配备广播设备，如图5所示。

3.4.2 设备监控工作台

如图6所示，设备监控工作台采用4屏，全面监视全线系统设备状态，使调度人员能第一时间掌握现场关键设备状态。调度人员依据设备故障情况，可与变电所相关值班员和移动维修作业人员直接通话，以便开展日常及应急情况下的指挥管理工作。

图5 行车调度工作台Fig. 5 Train dispatching platform

图6 设备监控工作台Fig. 6 Equipment Monitoring Platform

3.4.3 维修管理工作台

如图7所示，维修管理工作站集成运营调度、车载信号、道岔控制、路口优先、PA、PIS、CCTV、电话、时钟、电源、门禁、FAS、车辆段联锁等系统网管维修为一体，承担了各个子系统设备监控和集中告警的功能职责。维修管理工作台采用 3屏监控。

3.5 平台特点

1）深度集成信号、PSCADA、传输、无线、电话、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、FAS、BAS、ACS、AFC等系统，实现对有轨电车中环境、供电、设备、乘客、列车的全面统一监控和管理，全面提升系统自动化程度。

图7 维修管理工作台Fig. 7 Maintenance and management platform

2）为现代有轨电车运营管理提供信息互通和资源共享平台，为上层应用提供全面整体的信息支撑，提高决策的科学性、合理性。

3）提升现代有轨电车整体运行管理性能，提供一些新的功能和手段，实现子系统内部快速联动和反应，提高运营的安全性。

4）在确保安全运行的基础上，实现现代有轨电车的经济运行，集成优化运营和管理，节能降耗。

5）建立真正意义上的跨系统综合维修体系，实现设备状态在线监测及设备管理，减少运行维护成本。

6）深度集成一体化平台，减少软硬件投入，节约运维人员投入，满足有轨电车降低造价的需求。

4 结论

通过建设综合运营调度系统，可以进一步提高各子系统之间数据共享及处理能力，使各子系统更稳定、可靠。并通过系统整合实现了在综合运营调度系统统一平台上一机多屏显示各专业工作界面，便于用户在统一友好的界面下操作，从而精简用户人员配置，进一步降低建设成本。建设综合运营调度系统符合广州现代有轨电车运营使用特点，将是广州现代有轨电车未来发展的必然选择。