城市轨道交通数字化管理研究

项柳青、张洪强

（浙江省轨道交通运营管理集团有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

随着国内中大型城市的轨道交通的飞速发展，以计算机相关技术、机电一体化产品和通信技术的发展与应用为主，轨道交通运营的数字信息化程度越来越高，正朝着集约化、数字化管理目标进发，更好地改善轨道交通线路部分实践的拥堵情况。通过调度、管理等手段降低运维成本，已成为现在国内轨道交通运营部门的核心问题和近期亟待提升的目标之一。提高轨道交通的数字化建设和管理水平，必不可少地需要利用到网络信息化技术。数字轨道就是其中一个有效的方法。

数字轨道交通系统是指在城市轨道交通系统从前期的设计规划，到实现完成工程交付，并投入商业运行的这一完整阶段中，必须引入现代通讯传输技术。利用大数据和对信息的储存、管理、计算和大数据分析等辅助技术手段，实现轨道交通的运行与管理的信息化管理系统。对轨道交通系统的所有服务与管理信息数据，均按照已制定好的技术规范与技术标准，以做到全程管理信息化。而数字轨道交通的建设则涵盖了对轨道交通各服务系统的数据共享、统计分析和各类服务[1]。

1 数字轨道软件体系的架构模型

数字轨道数字化网络综合运用平台的软件系统结构，是由构架模型、参考模型和参考构架共同组成的。在这一系统结构模式中，自身的应用模型应该做到功能强大，并且能支持多种相关业务，除此之外，还需要建设一个仿造的虚拟试验模型，通过这个虚拟仿真的数字系统，可以用作模拟各个系统直接的信息传输，数据共享，包括存储、备份、交互等等，主要用于调研和模拟社会现实，以便进一步分析和改善情况，以检验和确定现有轨道交通工程的数字化方案，是否能够建成并交付社会使用，以后如何满足市场需求，以及在数字轨道交通系统建造完成后提供生产经营管理和维修保养等部门应用时，确保其功能的完整性、实用性、安全性能和可扩展性等能够适应工程设计和实际的使用需求。数字轨道交通的基础设施包括通讯数据传输、信息、调度、自动控制、数据采集存储以及各种有关的基础理论与关键技术。根据地铁各种服务系统的实际使用场合以及各系统的需求，经工程技术队伍设计、开发完成的一个综合性信息管理和应用系统，应具有及时处理在线分布式数据和及时处理实时数据的应用特征[2]。

适应于数字计算互联网与应用平台的新架构方式，可考虑基于计算资源虚拟化的云计算技术，对分布式储存的数据和资源集中管理。任何架构都具有一定限度的隐藏软件的使用效果，主要区别就是系统开发的成本和运维成本。以下是适用于此系统的架构分析：

1.1 云计算架构

在节能环保、资源共享方面有明显优势，但需要的第三方软件较多、任务调控和管理方面相对困难。无法保证反馈信息的实时性，不稳定因素较多，同时对通信数据传输的宽带要求高，不适合实时生产系统。

1.2 分布式存储、处理

可以通过面向服务的体系架构SOA 的技术框架设计实现。SOA 的技术框架适合总体规划，分段增量。或者是并行的开发模式，容易实现，能保证反馈的实时性。缺点是不同的业务系统需要独立部署和运行。

1.3 集中存储、分布式处理

数据的存储相对的集中，容易实现数据的管理，恢复和共享。而且由于各业务系统是分布式的处理，所以也要要求宽带和数据传输能力，以保证数据处理的实时性。

1.4 集中存储、处理的多业务模式

这种模式可以看作是上面1 和3 两种模式的中间选项，平衡两者的实际缺点而产出的一种适中的处理方式。最大的优点是能满足各业务系统对运行产生的数据集中存储和各部门进行共享。同时满足多业务系统并发处理，保证实时性的要求，并且可以减少第三方软件的插入。难点是设计之前必须调查好各个业务板块针对系统的需求量，计算所需要的资源消耗。同时，对通常一条轨道交通线路，一个内部通信网络的做法，需要部分改变其拓扑结构。

2 城市轨道交通数字化管理的意义

其一，实现轨道交通控制、信号、架空、通信、管理的协调和应用，支持列车运行指挥调度服务和管理等多方应用；

其二，实现集成化数字管理，提升轨道交通的多业务系统数据信息的共享和管理；

其三，实现轨道交通内部业务系统与内外城市交管部门之间的信息传输和各种数据对接端口，达到数据共享；

其四，提升轨道交通的市场竞争力和管理水平，降低运维成本，改善现阶段大部分轨道交通的亏损情况。

3 城市轨道交通数字化管理的技术方式

3.1 多线一中心

轨道交通的第一条轨道线，虽然并没有编成轨道交通网，但是各个城市政府在开展地铁规划工作的时候，通常都是以网状结构进行规划成多条线，如此就可以方便都市里的公交出行需求。在进行轨道交通建设时，大多数从搭设骨架线开始，然后再以建设填充线的模式进行轨道交通网的整体建设。由于线路建设的工期较长，甚至需要4～5年的时间才能投入运营使用，因此，要先规划好整体的交通网，再进行内部细化的建设。

我国轨道交通发展的初期，城市建设完成并且投入运维的线路较少，线网的控制多采用一条线路，设置一个运营中心，这个运营中心通常包括列车自控、通信、信号、电力、检售票、其他控制系统等等。但是随着城市投入运行的线路越来越多，这种模式已经很难适应现在的网格化格局。

数字轨道的一个核心基础内容就是在单线路的基础上，组建一个控制室控制多条线路。一个富有代表性的交通网中心是综合多条轨道线的多个基础的自动化管控系统，统一建立两个指挥监控中心和一个模拟训练中心，即线网运营监控中心、应急指挥救援中心和一个模拟演练中心。此外，为了方便各线路乘客的换乘，在线路建设时，需要信息传播中心、清算中心和能够对整个线网轨道运营进行指挥的数据信息中心，方便各线路之前的信息共享。

3.2 多网合一

轨道交通网络日益复杂、有效和安全的信息网络，能够协助建设公司提高与政府部门间的协调力量，以保证轨道交通的正常运行。地铁工程建设与运行设计的网络系统，包括有通信、电话、信息、火警通信、电源控制、广播、车辆信息、火灾报警信息等。但因为建设周期、设备提供部门、管理单位等的差别，所以通常各线先建立了自己的计算机网络骨干系统，然后再采用一个统一的局域网进行互连，从而形成了地铁的内部局域网，通过这种网络设备到网络布线，不可避免地涉及重复操作，造成系统的结构庞大，线路复杂等问题，也不利于将来的线网扩容，因此建设数字轨道的核心内容之一就是合并多种网络，建设一个完整的网络平台[3]。

3.3 多系统集成

数字化地铁的网络系统既包括地铁的生产系统和经营管理系统，也包括支撑线路运作的信号系统、通信管理系统、监控系统等，还包括城市轨道交通工程建设、经营和开发等业务的综合性管理系统。通过对企业战略决策支撑、主数据管理、业务管理、技术支撑、企业服务总线和产品管理等的无缝整合，实现了城市轨道交通企业运营数据采集由下至上以及业务管理中各级人民政府的分层式软件系统的架构，还有各管理系统之间的信息共享与管理。

轨道交通系统集成包括通信系统、智能监控系统、弱电系统等等。其中，智能化监控系统通过数据共享平台，对通信、供电、机电和站场设备以及列车线路的状态进行统一管理，实现数据共享基础上的各类突发事件及时处理，保证轨道交通的运行安全。

目前在轨道交通自动化监控方面也已实现了长足的进展，例如新加坡轨道交通的监控网络系统，继承了传统车站自动控制和设备自动维护的系统技术，整个网络系统由五百多台计算机监控系统来运行，是国际上第一个进行全智能型自动化控制运营的地铁线路。北京市于2004年率先提出了地铁线网中心建设计划，并于2008年投入使用。而北京市地铁指挥中心，目前集运营指挥调度与票务清算二大职能于一身，为业内中涉及线路最多、智能化水平最高的轨道交通调度指挥中心。

4 数字化管理的关键措施

4.1 统一设计规划

整体规划，分步实施，急用先建是城市轨道建设项目中最基本的原则。轨道交通建设不单纯是技术层面需要考虑的问题，还涉及政府和城市的发展战略、具体的管理模式、周边环境的影响以及对人的影响等等，更关系到整体的规划设计、指挥运营以及各企业在进行管理时不同的系统相互关联问题等，可以说轨道交通建设是一个系统性的管理过程，更是一项实施过程。

国内许多新建设地铁的城市，都采用了数字化的建设模式，通过信息化来做前期的整体项目规划和各个板块的线路模拟，已经考虑了各个系统之间相互合作，以保证信息可以在各个板块间，任意的共享和交互。

轨道交通工程综合性管理与应用信息系统的设计与实施，都需要由专门的人员来实施，设计人员要熟悉工程项目中所涉及的整个业务流程，同时熟悉不同板块的工作内容和管理目标，并可以针对各个板块的需要，结合数据的变化，分析并制定整个信息系统的整体设计，并针对不同的工程平衡点，完成初步设计、各业务系统设计以及设计的整体进度计划、人员培训计划和工程验收总结等各个阶段的文档说明，保证系统建设进度的同时，也提高了系统质量[4]。

按照国内外目前有关城市轨道交通信息化体系的建设成功经验，一般应在城市地铁项目初期委托具备网络系统集成、系统智能化实施以及综合信息化体系规划设计功能的企业，先完成总体方案制定与技术需求评估工作，为项目后期的信息化工程建设与实施提供技术准备，同时又可有效减少项目今后在各个系统集成阶段的建设成本。

信息化系统是对多系统的集成，在整体规划与工程方案设计过程中，不但要体现在线路规划设计过程与建设中生产管理系统之间的整合，而且要充分考虑线路中生产系统与公司内部经营管理之间的数据整合。如在自动检售票管理系统中，需与企业内部财务管理系统实现资源共享，以达到企业财务核算一体化；在运营设计及建设设备维护管理系统中，则需与政府采购管理系统和工程合同管理系统相关联，以确保建设与购买双方的设备转交，以及物料供应情况等数据的一致性[5]。

4.2 数据对接的设计

轨道交通行业数字轨道的主要业务特征就是各个业务系统职责清楚，既清晰明确，又具有彼此交错引用的关系。所以，需要确定为各个业务系统产生数据的数据结构，信息采集机制，存储转换的方法等，因为各个业务板块系统本身都是比较完善的，而且已经能够大范围使用，不过由于数据之间又是相互共用的，因此对于各业务系统产生的数据要进行结构、采集制度、处理方式、使用方式和储存结构的梳理和明确。不同时期参与建筑项目不同板块的企业，对供应商的接口也会产生各种不一致。但是为防止建筑项目在后期出现问题，必须针对各个板块所需要的数据的产生，和数据被其他板块所调取的供求关系，做严格的梳理和分类整理。按照数据的使用情况，对各个板块要求必须提供统一的数据端口，使各个相关的业务数据方便地进行引用。

5 结语

以上综合分析了轨道交通建设、运维过程中多种业务系统的优缺点和技术相关要素，为轨道交通建设的数字化管理提供了合适的方法建议和思路。以多条线路网络，构建一个运维中心、多系统集成的技术解决方案，能够有效地减少轨道交通信息化建设的成本和人力，提高管理效率，实现了板块不同系统之间的信息共享和交互。按照地铁的设计原则，阐述了在地铁建造过程中需要统一的管理规范与设计，并结合各服务系统在实际运营过程中，既有明确的独立职责，又要彼此相互引用信息的特征，以期为我国的轨道交通建设行业提供相关的建议参考。