中低运量新型轨道交通综合运营调度系统研究

王梓丞，易立富

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610037）

1 前言

截至2020年12月31日，我国（不含港澳台）共有45个城市开通运营城市轨道交通，运营总里程7978.19km，其中地铁线路6302.79km，占比79%。反观轨道交通较为发达的欧洲及日本，地铁占比仅为37%，其他制式轨道交通占63%。近年来，为适应现代社会发展的不同需求，中低速磁浮、现代有轨电车、悬挂式单轨、山地齿轨等新型轨道交通建设进入了快速发展阶段。与目前成熟的大运量轨道交通相比，这些中低运量新型轨道交通具有造价低、施工周期短、线路适应性强等优点，适用于中小城市骨干线、中心城市与卫星城之间的连接线、机场与交通枢纽之间的接驳线、大型园区或景区交通线、山地旅游交通线等，可为社会提供多层次、多元化的交通方式。

目前成熟的轨道交通制式（国铁、地铁）中弱电各系统中心及车站级监控设备相对独立，分别采用独立的软硬件平台实现各自的监控功能，仅通过在控制中心互联的方式交互一定的数据。主要存在以下不足：（1）资源重复配置，建设、运维费用较高；（2）监控功能各自独立，信息共享不足，不能通过统一的人机界面对线路运营情况及设备设施状态进行监控；（3）协同联动功能较弱，影响应对突发事件的处理能力和反应速度。

中低速磁浮、悬挂式单轨、现代有轨电车以及山地齿轨等新型轨道交通在线路形式、运量等级、行车组织、车辆结构等方面均有所不同，总体来说，这些新型轨道交通的线网规模较国铁、地铁等大运量轨道交通要简单，宜采用集约化、简洁化和扁平化的运营及管理模式。因此，新型轨道交通的弱电系统不能简单照搬传统的国铁或地铁模式，应根据其运营需求进行简洁化、集中化设计。采用先进的计算机技术、云计算技术、数据处理技术及通信网络技术，建立一个安全、高效、便捷的智能化综合运营调度系统，全方位提供运营调度和生产管理的综合性解决方案，对新型轨道交通健康、有序、快速地发展具有积极而深远的意义。

2 系统架构方案研究

2.1 系统功能架构方案

中低运量新型轨道交通综合运营调度系统主要功能模块包括列车运行自动监控(Automatic Train Supervision，ATS)、环境与设备监控(Building Automation System，BAS)、火灾自动报警(Fire Alarm System，FAS)、视频监控(Closed-Circuit Television，CCTV)、屏蔽门监控(Platform Screen Doors，PSD)、自动售检票(Auto Fare Collection,AFC)、广播(Public-Address，PA)、乘客信息(Passenger Information System，PIS)、电力监控(Power Supervision Control and Data Acquisition,PSCADA)、门禁监控(Access Control，AC)，如图1所示。

图1 系统功能架构

2.2 管理及控制架构方案

根据中低运量轨道交通系统运营管理模式，综合运营调度系统应采用两级管理、三级控制的运营与管理方式，采用分层分布式系统结构，系统三级控制包括：控制中心监控层、车站监控层和各业务系统控制层。线路控制中心监控层与车站监控层采用骨干传输网络连接，系统管理及控制架构如图2所示。

图2 系统管理及控制架构（常规线路）

对于线路短且车站规模小的线路，可取消车站监控层，采用控制中心集中管理、控制中心和现场两级控制的运营与管理方式，正常情况下，由控制中心直接监控现场设备，在控制中心监控功能失效（含控制中心至现场的通信故障）情况下，由现场各业务系统控制设备监控，该模式的系统管理及控制架构如图3所示。

图3 系统管理及控制架构（线路短且车站规模小）

2.3 业务平台架构方案

综合考虑中低运量新型轨道交通总体运营调度管理思路、维护管理模式、数据应用需求等相关因素，综合运营调度系统可按三个层次构建，包括接入层数据采集处理子平台、核心层数据处理子平台、应用层数据展示子平台，系统业务平台架构如图4所示。

图4 系统业务平台架构

（1）接入层数据采集处理子平台。在正线车站、车辆基地或控制中心设置接入层数据采集平台，采用集群技术、硬件池技术、数据集中处理技术等将各业务系统数据接入至数据采集平台来统一处理、统一转发，并统一进行信息安全防护。

（2）核心层数据处理子平台。在控制中心设置核心层数据处理平台，采用数据融合、微服务等技术实现各通用业务和专用业务功能，并实现各业务功能模块之间简洁与快速的信息交互和联动处置。

（3）应用层数据展示子平台。在控制中心、车站、车辆基地、运维管理中心等处设置应用层数据展示平台，为运营调度、维护人员、培训人员等运营管理者提供系统应用及管理条件。

3 系统设备组成和配置方案研究

3.1 中心级系统构成和设备配置方案

中心级系统主要由硬件资源池（服务器集群、磁盘阵列）、综合调度工作站、综合维护工作站、综合编辑（时刻表、乘客信息等）工作站、大屏幕、交换机、网关、通信前置机、防火墙等设备构成。

（1）中心级系统的常规集成方案。对于综合运营调度系统中心级系统采用常规集成的方式，将相关业务系统的计算设备和存储设备进行整合，构建服务器集群和集中存储。中心级系统构成方案（常规集成）如图5所示。

图5 中心级系统构成方案（常规集成）

（2）中心级系统的云平台方案。对于综合运营调度系统中心级系统采用云平台技术的方案，中心级系统架构方案（云平台）如图6所示。

图6 中心级系统构成方案（云平台）

3.2 车站级系统构成和设备配置方案

车站级系统主要由综合调度工作站、服务器、交换机、前置通信机、防火墙及相关配套设备构成。综合运营调度车站级系统构成如图7所示。

图7 车站级系统构成方案

（1）车站级系统的常规集成方案。对于综合运营调度系统车站级系统采用常规集成的方式，将相关业务系统的计算设备和存储设备进行整合，构建服务器集群和集中存储。

（2）车站级系统的云平台方案。根据建设运营管理需求，可采用中心云平台和站段云节点，或采用中心集中云平台和站段传统物理机等不同的系统架构。

4 结语

针对中低速磁浮交通、现代有轨电车、悬挂式单轨、山地齿轨等新型轨道交通，本文以监控系统高度自动化、硬软件深度集成、数据高度融合为核心理念，提出了综合运营调度系统架构方案和设备配置方案，该方案将所有弱电系统和机电设备视为一个管控整体，最大程度上消除各专业间的技术界限，具有以下技术优势。

（1）统一硬件平台。最大程度实现控制中心和车站弱电和机电监控系统硬件设备（服务器、存储、网络等）的集成整合，建立统一的综合运营调度系统硬件平台。

（2）统一软件平台。最大程度实现控制中心和车站弱电和机电监控系统软件的深度集成，建立统一的综合运营调度系统软件平台。

（3）整合网络资源。将控制中心和车站弱电和机电监控系统设备整合在综合调度系统一张网络中。

（4）精简接口技术。通过统一的硬软件平台实现各功能业务所需数据的内部流转，通过统一平台的通信接口设备与弱电和机电系统站级设备或现场设备进行接口，实现监控信息的实时交互，减少系统间的接口设备及接口协调工作。