冬奥背景下铁路旅客服务与生产 管控平台适配提升研究及应用

唐 雯，吴兴华，杨 栋

（中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081)

0 引言

京张高速铁路(北京北—张家口)是支撑2022年北京冬奥会成功举办的交通保障线，是冬奥会赛事举办期间非常重要的交通基础设施[1]。旅客服务与生产管控平台(以下简称“管控平台”)是以向铁路客运站管理人员、客运人员及旅客提供综合客运生产服务为目标的平台，满足车站旅客服务、生产组织、安全卡控、应急处置、设备监控等方面的业务需求[2]，并与京张高速铁路运营同步投入使用。

在国家大力推进智能铁路建设的大背景下，针对智能铁路客运车站与管控平台的建设理念和应用示范，史天运等[3-4]提出智能车站的概念，设计管控平台的总体蓝图、总体架构及业务应用架构；廉文彬[5]针对管控平台的应用与实践，优化管控平台的设计，丰富管控平台的应用功能；谢甲旭[6]针对京张高速铁路管控平台的总体架构、功能设计、关键技术展开研究及应用。

由于京张高速铁路具有客流构成复杂、运营服务标准高、运营安全要求高等赛期运营特征，旅客在冬奥会赛事期间的出行服务需求也相对较高。为了在冬奥会期间为京张高速铁路提供温馨舒适的旅客出行环境，提高管控平台的安全保障功能与国际化水平，搭建更加高效、安全、智能的管控平台，研究冬奥背景下的管控平台适配提升，为京张高速铁路在北京冬奥会运行期间提供科技支撑。

1 管控平台应用现状

管控平台1.0的建设打破了铁路客运站信息系统独立管理、独立部署、独立操作的孤岛模式，集成各客运信息平台与系统的功能，打造覆盖除客票系统外的铁路客运业务集成化平台，做到数据库、应用、界面、用户以及接口的集成[7-8]。但是，既有管控平台更加侧重对功能与数据的集成与融合，在冬奥会旅客出行服务高需求的场景下，管控平台的建设、管理与旅客的体验感等方面仍然存在以下问题。

（1）管控平台业务的构建与变更相对复杂。在管控平台集成的各个客运信息平台与系统之间，虽然集成数据库、应用、界面等内容，但不论是底层数据的结构还是上层业务的搭建，仍存在着业务关系的耦合与数据结构的交叉。这会导致管控平台的业务在建设与变更时，存在着重复开发和反复建设的问题，同时降低了系统的稳定性。

（2）应急场景处置的展示方式不够直观。做好车站的应急管理工作，对于车站的安全管理具有重要意义[9]。但是，管控平台既有应急处置方式的集成化展示没有根据旅客流线构建车站内外的数字化模型，当大客流、火灾等紧急情况发生时，未实现对应急场景的可视化模拟及仿真。

（3）旅客服务信息的发布方式不够完善。管控平台尚未建设统一的以中英文语音播报、引导屏为媒介的旅客服务信息发布方式，尤其是在面向冬奥场景的高国际化水平要求之下，旅客需要接收到更加实时、精准的中英文语音播报与引导屏信息。

（4）调令的分发和流转智能化水平不高。目前，车站接收调令后还需要从原始调令中手动摘抄或者剪贴与自己计划相关的调令，这个过程比较耗时且容易出现纰漏，调令处理方式的智能化水平较低。

2 面向冬奥的管控平台适配提升研究

由于旅客在冬奥会赛事期间出行服务的需求较高，针对上述问题提出管控平台适配提升的关键点：①平台架构方面，为了更加全面地对管控平台进行规划与监控，需要搭建面向服务的管控平台中台架构，提高系统的稳定性；②功能优化方面，研究三维可视化应急场景的集成化展示，增强系统在突发事件发生时的应急处理能力；③在管控平台中台架构的基础上，研究轻量级中英文语音播报与引导揭示服务，提升系统的服务能力；④研究面向冬奥的新调度集成平台，提高管控平台的智能化水平。

面向冬奥的管控平台总体架构依然采用信息物理融合系统(Cyber-Physical System，CPS)体系[9]，设计采用“集中部署、三级应用”的架构模式。管控平台适配提升总体蓝图如图1所示。

图1 管控平台适配提升总体蓝图Fig.1 Blueprint of the control platform adaptation and improvement

2.1 基于中台的管控平台架构构建

考虑到冬奥会期间对于车站核心系统的稳定性要求进一步提高，同时对于车站各类智能化业务应用的接入、监控、管理的效率也有较高的要求。因此，管控平台在灵活机动的前台和专业稳固的后台基础上进行业务解耦、数据结构分离，构建面向服务的管控平台中台架构。管控平台的技术架构从传统的基础资源、后台应用、前台应用，优化为基础服务平台，整合后台业务、用于前台数据发布的系统中台以及前台应用。基于中台的管控平台技术架构如图2所示。

图2 基于中台的管控平台技术架构Fig.2 Technical architecture of control platform based on middle platform

管控平台技术架构包括后端的基础服务平台，系统中台以及前台应用。基础服务平台负责系统底层技术支撑，主要包括硬件资源、数据资源、网络资源、虚拟化平台和框架平台。系统的前台主要提供旅客服务、生产指挥、设备监控管理、应急指挥以及集成化展示的软件功能。

系统中台包括面向客运业务的数据中台、业务中台、业务支撑后台以及业务支撑的微服务框架。首先，基于开源微服务架构实现面向管控平台整体业务的支撑部署，业务后台通过消息中间件与微服务网关相连，实现服务的注册与发布。然后，在此基础上对通用性业务进行解耦与整合，归纳构建，如列车类服务、客流类服务等业务流程，依托微服务网关实现各类服务的组件化，同时封装对应的动态库或SDK，从而构建面向各类后期开发、外部系统接入的服务中台。另一方面，对应相关的业务，优化整合对应的数据存储资源，对数据进行分库分表优化，然后，对应相关的业务进行算法与计算资源的封装整合，同样依托微服务网关进行发布，构建系统OneData数据中台，最终达到数据业务化和业务数据化的统一。

2.2 三维可视化应急场景的集成化展示

在现有车站集成化展示的基础上，通过建模软件，以车站设计图为基础，快速构建车站三维BIM模型，全面分析站内人员、设备、环境等生产要素，建立站内统一的3D可视化应急场景的集成化展示。基于管控平台的运输生产数据，采用多种数据可视化技术，动态展示客运车站的整体运营情况；Web端采用SoonSpace三维引擎对模型进行渲染操作，使应急场景达到仿真的数字孪生效果。

依托管控平台中台架构，结合列车预售票数与列车到发数据，可以提前预测车站客流量，并通过三维热力图方式进行呈现；结合三维场景与智能视频分析技术，在候车室、站台、售票厅等重点场所进行实时应急事件报警，从而实现应急场景的三维可视化展示。

2.3 轻量级中英文语音播报与引导揭示服务

在管控平台中台架构的基础上，研究面向冬奥的轻量级中英文语音播报、引导揭示服务。依托中台微服务技术，将基础中英文服务在武清主数据中心进行发布，从而实现车站广播、引导设备对于中英文日常广播的直接调用与管理；同时，通过武清统一发布的中英文语音从文本到语音(Text To Speech，TTS)服务引擎技术，实现京张高速铁路各站中英文语音的快速合成与播报；基于武清统一部署的中英文翻译引擎，实现京张高速铁路各站中英文引导的实时展示。

2.4 面向冬奥的新调度集成平台

依托京张智能调度系统关于调度命令与日计划的集成化处理，搭建面向冬奥的新调度集成平台，实现的主要功能如下。

（1）调度日计划自动编制与校验。面向冬奥的新调度集成平台通过格式化调度命令与调度日计划的自动化匹配，将每日开行计划自动匹配至管控平台客运模板，实现对每日开行计划的实时动态调整，同时也可以处理并提示相关变化风险点。

（2）重点列车与作业状态实时反馈。管控平台将列车到发计划通过新调度集成平台进行自动化的校验与展示；同时，也将重点列车、列车在车站的开停检信息、上水吸污等作业情况实时反馈至新调度集成平台，为应急处理、工作协同联动提供支持。

（3）实时精准日计划查询展示。新调度集成平台实时自动处理日常客调命令并修订调度日计划，通过接口实时发送至管控平台，客运车站的综控人员可以通过CS(Client/Server)生产终端或BS(Browser/Server)管理终端查看最新的日计划。实时精准的日计划查询展示功能，可以快速应对冬奥期间可能出现的“一日一图”列车开行参数变化(如编组、车型等)情况，从而提高冬奥会期间京张高速铁路的运营安全与服务质量。

3 管控平台适配提升应用效果

3.1 管控平台架构部署效果

面向冬奥的管控平台进行全新的结构部署与优化，构建面向服务的管控平台中台架构，其对每项功能的微服务细分，实现每个微服务可以只对其特定的功能进行独立的业务开发，并独立运行在自己的进程里。应用效果表明，适配提升后的管控平台在面对各类新业务的接入需求与各类扩展服务的开发需求时，开发人员效率提升将近1倍，人员的数量也减少将近1/2；其部署的基于微服务系统框架以及对既有业务的重构，实现面向各类新扩展服务需求的快速组装，同时也实现业务的实时管理；基于中台的管控平台可以更加快捷、全面地进行系统的规划与监控，日常的查询访问时间减少将近3/4。系统在提高客运工作效率与系统稳定性的同时，也达到节支降耗的目的，带来巨大的经济价值。京张高速铁路管控平台部署架构如图3所示。

图3 京张高速铁路管控平台部署架构Fig.3 Control platform deployment architecture of Beijing-Zhangjiakou High Speed Railway

3.2 三维可视化应急场景集成化展示效果

通过对旅客进站流线、实时客流量等信息的可视化研究，实现应急事件的演练与仿真，辅助管理人员在关键区域进行风险的精准预判。同时，在屏幕的两侧一目了然地展示包括列车到发、风险点提示、空气质量等车站信息，确保综控人员控有抓手、盯有重点。可视化应急场景的三维集成化展示，为车站在应对紧急事件发生时的整体研判、迅速决策与协同指挥提供强有力支撑，保障冬奥期间清河等枢纽车站安全稳定地运行。

3.3 中英文语音播报与引导揭示服务效果

轻量级中英文语音播报与引导揭示服务，实现京张高速铁路各客运车站广播、引导设备对于中英文信息的实时调用与管理。应用效果表明，车站的语音播报与引导屏作为铁路行业服务旅客的窗口，做到信息的精准快速传达与资源的有效利用，满足冬奥会期间的赛期运营服务标准，提升了管控平台的国际化水平。

3.4 新调度集成平台应用效果

新调度集成平台将智能调度系统中格式化调度命令、日计划，以及京张高速铁路各站站场特性进行融合，形成一套后台到发计划自动校验系统。客运综控人员无需拿纸质调令逐条核对，从而提升工作效率并降低错办风险，每日节省人工约4 h。另外，在实现调度日计划自动匹配客运模板与到发计划全自动编制的同时，也实现调度命令流转流程的精简与管控平台作业状态实时反馈，大大提高了冬奥会期间京张高速铁路的运营安全与服务质量。

4 结束语

全面推进铁路客运车站智能化建设是推动铁路创新发展、增强铁路核心竞争力的必要手段[10]。随着全路客运信息集成平台的建立，售票、乘务、调度、车辆等信息的获取不断完善，为管控平台的适配提升提供大量的数据支撑。深化研究管控平台架构与业务特点，搭建面向冬奥的管控平台总体架构，并在平台架构的基础上提供包括服务、管理、应急等方面的一系列应用产品优化。在冬奥会举办期间，对适配提升的管控平台进行应用示范，结果表明，该应用提高了车站各类智能化业务应用的接入、监控、管理效率，减少了管控平台研发运维的投入成本，达到了降本增效的目标，全面提升了京张高速铁路智能化旅客服务水平。