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城市軌道交通互聯(lián)互通線(xiàn)網(wǎng)研究論文
摘要：通過(guò)對城市軌道交通互聯(lián)互通運營(yíng)特征的分析，城市軌道交通現有基于單線(xiàn)方式的行車(chē)調度系統已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足跨線(xiàn)運行要求。結合城市軌道交通互聯(lián)互通線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統設計理念與設計思路，提出線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的框架設計，從全網(wǎng)行車(chē)信息收集與共享、網(wǎng)絡(luò )化運行圖編制與管理、線(xiàn)路間運營(yíng)統籌與協(xié)調、全網(wǎng)故障監測與應急處理4個(gè)方面，對實(shí)現線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為城市軌道交通互聯(lián)互通行車(chē)調度系統建設提供借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通；互聯(lián)互通；線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統
1城市軌道交通線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的設計理念與思路
城市軌道交通行車(chē)調度系統是城市軌道交通運營(yíng)管理的核心系統，它通過(guò)與底層軌旁控制系統及車(chē)載控制系統配合，實(shí)現列車(chē)運行計劃編制、列車(chē)運行狀態(tài)監視、列車(chē)運行調整、軌旁設備的監視與控制等重要功能，是調度員進(jìn)行城市軌道交通行車(chē)調度管理的重要工具[1]。城市軌道交通行車(chē)調度系統與國家鐵路網(wǎng)絡(luò )化的運行模式不同，既有的城市軌道交通系統基本為獨立設計、單線(xiàn)運行，各條線(xiàn)路的信號系統彼此獨立，因而各條線(xiàn)路之間的行車(chē)調度系統之間也是彼此孤立。這樣，導致線(xiàn)路之間不能夠互聯(lián)互通，帶來(lái)了線(xiàn)路之間的設備不能共享、空閑線(xiàn)路上的車(chē)輛也不能調配到繁忙線(xiàn)路、維護與操作人員不能互換、旅客跨線(xiàn)換乘不便等一系列問(wèn)題。軌道交通互聯(lián)互通是軌道交通網(wǎng)絡(luò )的一種運營(yíng)方式，實(shí)現不同線(xiàn)路的軌道、車(chē)輛、供電、信號、通信、屏蔽門(mén)及運營(yíng)組織能夠相互兼容，車(chē)輛能夠跨線(xiàn)運行，從而節約資源，降低成本，提高資源使用效率和旅客服務(wù)質(zhì)量[2]。因此，需要通過(guò)構建互聯(lián)互通的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò )，有效解決線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統。
1.1設計理念
�。�1）線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統是互聯(lián)互通全網(wǎng)行車(chē)調度指揮系統的一個(gè)組成部分，它與各線(xiàn)的線(xiàn)路行車(chē)調度系統共同構成全網(wǎng)行車(chē)調度指揮系統。各線(xiàn)路行車(chē)調度系統基于傳統的自動(dòng)列車(chē)監控系統，可以獨立負責本線(xiàn)路內行車(chē)調度指揮功能，包括列車(chē)運行計劃加載、列車(chē)識別與跟蹤、列車(chē)運行進(jìn)路辦理、本線(xiàn)內的列車(chē)運行調整等功能。（2）線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要提供互聯(lián)互通線(xiàn)路的統一計劃編制，并提供給各線(xiàn)路使用。線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要確保提供給各線(xiàn)路使用計劃的正確性和一致性；線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要具備宏觀(guān)線(xiàn)路監視功能。線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統與各線(xiàn)路行車(chē)調度系統進(jìn)行接口，獲取各線(xiàn)路現場(chǎng)設備狀態(tài)信息、列車(chē)運行信息、運行計劃執行情況等。線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的監視內容與含義需要與線(xiàn)路調度系統保持一致。（3）線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要具備線(xiàn)網(wǎng)列車(chē)運行晚點(diǎn)及故障的在線(xiàn)監測功能，并能夠第一時(shí)間通知給線(xiàn)網(wǎng)調度員。線(xiàn)網(wǎng)調度系統需要具備跨線(xiàn)運行調整能力，以及故障情況下應急處置能力；線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統故障不應該影響各線(xiàn)路系統的獨立運營(yíng)。
1.2設計思路
線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統主要功能是面向線(xiàn)網(wǎng)全局而不是單條線(xiàn)路，因此在系統功能設計與布局上，需要更多地從全局角度進(jìn)行考慮，以方便調度員的使用。線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要同時(shí)接入多條線(xiàn)路，其處理的數據量遠遠大于單條線(xiàn)路，而且還要對將來(lái)線(xiàn)路的擴展及增加進(jìn)行考慮，因而應增強線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統設備的性能及軟件的處理性能，可以借鑒既有自動(dòng)列車(chē)監控系統的軟硬件技術(shù)，包括采用計算機平臺、信息傳送與接口機制、站場(chǎng)圖顯示，以及運行圖繪制技術(shù)等。
2城市軌道交通線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的框架設計
根據互聯(lián)互通線(xiàn)路對跨線(xiàn)行車(chē)調度功能的需要，結合線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的設計原則及設計思路，實(shí)現對線(xiàn)網(wǎng)互聯(lián)互通的統一計劃編制及全網(wǎng)調度的協(xié)調處理。線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統劃分為線(xiàn)網(wǎng)計劃子系統和線(xiàn)網(wǎng)調度子系統2個(gè)業(yè)務(wù)子系統，以及線(xiàn)路接口子系統和外部接口子系統2個(gè)接口子系統。線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統框架結構如圖1所示。
2.1線(xiàn)網(wǎng)計劃子系統
線(xiàn)網(wǎng)計劃子系統負責全網(wǎng)運行計劃的編制，是互聯(lián)互通跨線(xiàn)運行組織的基礎系統。線(xiàn)網(wǎng)計劃子系統包括線(xiàn)網(wǎng)計劃編制軟件和線(xiàn)網(wǎng)計劃數據管理軟件。（1）線(xiàn)網(wǎng)計劃編制軟件。提供互聯(lián)互通所有線(xiàn)路列車(chē)計劃運行圖的編制，包括平日運行計劃編制、周末運行計劃編制，以及節假日運行計劃編制。能夠編制單條線(xiàn)路的運行計劃，也能夠編制跨線(xiàn)列車(chē)運行計劃。能夠對多條線(xiàn)路之間的跨線(xiàn)計劃進(jìn)行銜接檢查，以保證跨線(xiàn)計劃的連續性與一致性，并能夠滿(mǎn)足車(chē)輛與線(xiàn)路等基礎設施的性能條件。（2）線(xiàn)網(wǎng)計劃數據管理軟件。為線(xiàn)網(wǎng)計劃編制軟件提供數據管理服務(wù)，包括數據信息的查詢(xún)，獲取與存儲。保證數據存儲的一致性與可靠性，為線(xiàn)網(wǎng)計劃子系統與線(xiàn)網(wǎng)調度子系統之間數據交互提供支持。
2.2線(xiàn)網(wǎng)調度子系統
線(xiàn)網(wǎng)調度子系統負責全網(wǎng)列車(chē)實(shí)時(shí)運行狀態(tài)的監視與告警，是互聯(lián)互通跨線(xiàn)運行的總體協(xié)調和指揮系統。線(xiàn)網(wǎng)調度子系統包括線(xiàn)網(wǎng)在線(xiàn)運行圖軟件、線(xiàn)網(wǎng)站場(chǎng)監控軟件、線(xiàn)網(wǎng)調度命令軟件、線(xiàn)網(wǎng)應用服務(wù)軟件和線(xiàn)網(wǎng)調度數據管理軟件。（1）線(xiàn)網(wǎng)在線(xiàn)運行圖軟件。從各條線(xiàn)路獲取當前班次的基本運行圖、計劃運行圖及實(shí)際運行圖�；谶\行圖視角統一監視全網(wǎng)列車(chē)運行狀態(tài)和早晚點(diǎn)信息；密切監控列車(chē)跨線(xiàn)運營(yíng)過(guò)程及早晚點(diǎn)情況；對列車(chē)跨線(xiàn)運營(yíng)與計劃產(chǎn)生嚴重偏移并可能導致運行銜接問(wèn)題時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行提示告警；提供對重點(diǎn)列車(chē)的運行監視，提供歷史運行圖查詢(xún)功能。（2）線(xiàn)網(wǎng)站場(chǎng)監控軟件。從各條線(xiàn)路獲取實(shí)時(shí)現場(chǎng)設備信號狀態(tài)信息，列車(chē)位置及狀態(tài)信息；統一監視全網(wǎng)信號機、道岔、進(jìn)路狀態(tài)；統一監視全網(wǎng)運行列車(chē)位置、駕駛模式、運行等級，以及早晚城市軌道交通互聯(lián)互通線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的研究張德明點(diǎn)狀態(tài)；統一監視全網(wǎng)站臺屏蔽門(mén)、扣車(chē)、跳停、倒計時(shí)狀態(tài)；對列車(chē)跨線(xiàn)運行的進(jìn)行重點(diǎn)監視；收集全線(xiàn)列車(chē)運行告警信息，并對影響跨線(xiàn)運營(yíng)的告警進(jìn)行重點(diǎn)提示。（3）線(xiàn)網(wǎng)調度命令軟件。提供調度命令編輯、調度命令保存、調度命令下達、調度命令回執接收功能；支持線(xiàn)網(wǎng)調度員與線(xiàn)路調度員之間的命令傳遞；提供配套調度命令模板定制、歷史調度命令查詢(xún)功能。（4）線(xiàn)網(wǎng)應用服務(wù)軟件。線(xiàn)網(wǎng)調度子系統的后臺核心支持軟件，負責匯聚各線(xiàn)路信息，并轉發(fā)給線(xiàn)網(wǎng)在線(xiàn)運行圖軟件、線(xiàn)網(wǎng)站場(chǎng)監控軟件，以及線(xiàn)網(wǎng)調度命令軟件等業(yè)務(wù)模塊。同時(shí)，將線(xiàn)網(wǎng)在線(xiàn)運行圖軟件、線(xiàn)網(wǎng)站場(chǎng)監控軟件，以及線(xiàn)網(wǎng)調度命令軟件的相關(guān)作業(yè)指令發(fā)送給各線(xiàn)路調度系統；進(jìn)行后臺服務(wù)運算，支持跨線(xiàn)列車(chē)晚點(diǎn)與故障檢測功能。（5）線(xiàn)網(wǎng)調度數據管理軟件。提供線(xiàn)網(wǎng)調度子系統的數據庫管理服務(wù)，包括數據信息的查詢(xún)、獲取與存儲；保證數據存儲的一致性與可靠性，為線(xiàn)網(wǎng)調度子系統與線(xiàn)網(wǎng)計劃子系統之間數據交互提供支持。
2.3線(xiàn)路接口子系統
每條線(xiàn)路對于一套線(xiàn)路接口軟件，接收各條線(xiàn)路的站場(chǎng)表示信息、列車(chē)位置信息、列車(chē)狀態(tài)信息、當班基本運行圖信息、當班計劃運行圖及當班實(shí)際運行圖等信息，并進(jìn)行相應的格式與協(xié)議轉換，提供給線(xiàn)網(wǎng)應用服務(wù)器軟件進(jìn)行處理。同時(shí)，將線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度子系統的相關(guān)信息，進(jìn)行反向協(xié)議轉換后，傳遞給各線(xiàn)路行車(chē)調度系統。
2.4外部接口子系統
外部接口子系統包括大屏幕接口軟件和對外接口軟件。（1）大屏幕接口軟件提供對線(xiàn)網(wǎng)調度大屏幕系統的支持。根據線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度大屏幕的布局特征，將全局性系統信息整理后提供給大屏幕系統進(jìn)行顯示。（2）對外接口軟件提供對外信息共享功能。將線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的運行計劃信息、站場(chǎng)表示信息、事件告警信息及相關(guān)歷史信息，根據需要進(jìn)行轉換處理后，提供給綜合業(yè)務(wù)，旅客向導等外部系統使用。
2.5信息總線(xiàn)
信息總線(xiàn)為各子系統軟件之間的信息交換提供統一的消息通道，完成線(xiàn)網(wǎng)計劃及線(xiàn)網(wǎng)調度功能[3]，支持線(xiàn)路延伸及與外部系統交換信息的接口擴展，提供統一的數據存儲與數據共享功能。
3城市軌道交通線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的關(guān)鍵技術(shù)
3.1全網(wǎng)行車(chē)信息收集與共享
對全網(wǎng)行車(chē)信息的收集與共享是建立線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的基礎。具體從行車(chē)信息的收集、行車(chē)信息的顯示及行車(chē)信息的共享3個(gè)方面進(jìn)行考慮。（1）行車(chē)信息的收集。從各條線(xiàn)路獲取行車(chē)信息，包括列車(chē)的運行狀態(tài)、軌道的占用情況、區間的占用情況、進(jìn)路的排列情況和屏蔽門(mén)的開(kāi)放情況等。針對線(xiàn)路之間的差異性，需要定義統一的協(xié)議，包括傳遞的信息類(lèi)型、信息結構、信息的含義，以便形成接口的標準化[4]。（2）行車(chē)信息的顯示。合理進(jìn)行站場(chǎng)顯示畫(huà)面組織和布局，使調度員能夠方便進(jìn)行各條線(xiàn)路的站場(chǎng)運行狀態(tài)的切換，方便查看宏觀(guān)的線(xiàn)網(wǎng)布局，也能快速地切換到單個(gè)車(chē)站；能夠對全網(wǎng)在線(xiàn)列車(chē)進(jìn)行分類(lèi)顯示。（3）行車(chē)信息的共享。與各線(xiàn)路子系統及其他機構共享整個(gè)線(xiàn)網(wǎng)的列車(chē)運行信息，通過(guò)制定統一的信息總線(xiàn)框架，保證對線(xiàn)路接口及外系統接口的靈活性和可擴展性[5]。
3.2網(wǎng)絡(luò )化運行圖編制與管理
在傳統線(xiàn)路情況下，運行圖是按照單條線(xiàn)路運行交路進(jìn)行設計[6]。在互聯(lián)互通情況下，線(xiàn)路是網(wǎng)狀的，運行圖的數據組織、編輯、生成及正確性檢查都需要從網(wǎng)絡(luò )化角度進(jìn)行考慮。（1）網(wǎng)絡(luò )化運行圖的數據組織�？梢詤⒄諉尉�(xiàn)情況，以運行線(xiàn)為基礎建立數據存儲結構。網(wǎng)絡(luò )化運行圖不同于單線(xiàn)運行圖，這里的運行線(xiàn)需要定義屬于哪條線(xiàn)路和是否跨線(xiàn)；跨線(xiàn)運行線(xiàn)需要明確定義線(xiàn)路之間的銜接關(guān)系，線(xiàn)路與線(xiàn)路之間同時(shí)需要定義共同的圖號標識。（2）網(wǎng)絡(luò )化運行圖的編輯。需要在單畫(huà)面上對多張運行圖進(jìn)行同時(shí)顯示，能夠明確區分跨線(xiàn)交路；需要在多圖同時(shí)存在的情況下方便對跨線(xiàn)交路及本線(xiàn)交路的運行線(xiàn)進(jìn)行編輯，包括增加運行線(xiàn)、刪除運行線(xiàn)、修改停站時(shí)間等。（3）網(wǎng)絡(luò )化運行圖自動(dòng)生成。需要根據用戶(hù)設定的跨線(xiàn)運行交路、本線(xiàn)運行交路、各時(shí)間段運行密度及出入段等參數要求，自動(dòng)生成網(wǎng)狀列車(chē)運行圖；需要提供用戶(hù)進(jìn)行人工修改的手段。（4）網(wǎng)絡(luò )化運行圖智能檢查。需要對人工或者自動(dòng)生成的網(wǎng)狀運行圖進(jìn)行自動(dòng)檢查，包括跨線(xiàn)交路的銜接、車(chē)輛的出入庫是否與計劃方式一致，以及是否存在跨線(xiàn)列車(chē)與本線(xiàn)列車(chē)運行沖突等情況。
3.3線(xiàn)路間運營(yíng)統籌與協(xié)調
互聯(lián)互通線(xiàn)網(wǎng)情況下的運行組織遠遠復雜于單線(xiàn)情況下的運行組織，線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要支持網(wǎng)絡(luò )化的運行組織與運行調整，主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行考慮。（1）運行計劃的統一下達。每班運行前，線(xiàn)網(wǎng)調度員需要統一指定當日運行圖，并通過(guò)線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統統一下達給線(xiàn)路行車(chē)調度系統執行；線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要保證下達給各條線(xiàn)路計劃的一致性。（2）輕微晚點(diǎn)下的運行調整。輕微晚點(diǎn)情況下，以本線(xiàn)調整為主。線(xiàn)路行車(chē)調度系統及時(shí)將本線(xiàn)調整情況匯總給線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統，保持對線(xiàn)路晚點(diǎn)及調整情況的實(shí)時(shí)監視。（3）嚴重晚點(diǎn)下的運行調整。嚴重晚點(diǎn)情況下，需要由線(xiàn)網(wǎng)調度員牽頭，組織各線(xiàn)路調度員，制訂全網(wǎng)運行調整計劃。線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要支持調整列車(chē)停站時(shí)間，變更跨線(xiàn)列車(chē)運行交路，臨時(shí)增開(kāi)或者取消跨線(xiàn)列車(chē)等運行調整措施[7]。線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統需要支持對全網(wǎng)計劃進(jìn)行統一變更，并由各線(xiàn)路行車(chē)調度系統確認后生效。
3.4全網(wǎng)故障監測與應急處理
通過(guò)設置全網(wǎng)故障自動(dòng)監測、操作接管，以及調度指令傳遞等功能，為線(xiàn)網(wǎng)調度員提供應急處理方法與手段。（1）全網(wǎng)故障自動(dòng)監測。對全網(wǎng)系統運行狀況進(jìn)行監測，對故障進(jìn)行分類(lèi)報警。重點(diǎn)對列車(chē)跨線(xiàn)運行情況進(jìn)行監測，通過(guò)對列車(chē)位置的實(shí)時(shí)跟蹤，結合相應的列車(chē)運行計劃，對跨線(xiàn)列車(chē)接入和交出情況進(jìn)行判斷。如果發(fā)生接入或者交出嚴重晚點(diǎn)，順序錯誤等情況，立刻發(fā)出告警信息。（2）操作接管。正常情況下，線(xiàn)網(wǎng)調度員只負責線(xiàn)路設備及運營(yíng)狀況的監視，所有控制作業(yè)由線(xiàn)路調度員完成。緊急情況下，線(xiàn)網(wǎng)調度員可以具備對扣車(chē)等部分功能的操作接管。（3）調度指令傳遞。通過(guò)線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統與線(xiàn)路行車(chē)調度系統之間建立日常的信息交互通道[8]，保證調度員能夠迅速進(jìn)行調度指令的發(fā)送，并反饋信息接收狀態(tài)。針對典型情況制定專(zhuān)用的信息模板，提升緊急情況下的應急處置能力。
4結束語(yǔ)
城市軌道交通互聯(lián)互通不僅僅是設備接口協(xié)議的標準化和設備的互換問(wèn)題，也改變原有城市軌道交通以單線(xiàn)為基礎的行車(chē)調度指揮模式。因此，建立一個(gè)線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統，以處理網(wǎng)絡(luò )化條件下列車(chē)跨線(xiàn)運行相關(guān)問(wèn)題，成為城市軌道交通互聯(lián)互通系統建設的一個(gè)基本需求。通過(guò)對線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的系統設計理念與設計思路，線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的框架結構及線(xiàn)網(wǎng)行車(chē)調度系統的關(guān)鍵技術(shù)分析，為城市軌道交通互聯(lián)互通行車(chē)調度系統建設提供借鑒和參考。
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