全场景城轨网络化运营指挥平台探索与研究

吕 楠，胡清梅，禹丹丹，夏朋飞，赵素杰

（1.北京市地铁运营有限公司，北京 100044；2.深顶科技（北京）有限公司，北京 100102；3.北京索斯克科技开发有限公司，北京 100070）

1 概述

城市轨道交通（简称“城轨交通”）是现代大城市交通的发展方向。发展城轨交通是解决大城市病的有效途径，也是建设绿色城市、智能城市的有效途径。要继续大力发展城轨交通，构建综合、绿色、安全、智能的立体化现代化城市交通系统。进入新时代，信息化、大数据、物联网、AI人工智能等新技术与传统产业深度融合、转型、升级，进一步促进了我国轨道交通行业的快速发展。

北京作为一个国际化大都市已进入以城轨交通为主的交通发展阶段。目前北京市轨道交通线网规模为1 080.5 km，其中地铁等城轨交通727 km，市郊铁路353.5 km，城轨交通路网工作日日均客流量超过1 300万人次。在城轨交通网络化运营飞速发展的同时，新一代技术应用和轨道交通高质量发展要求为大规模网络化运营调度指挥带来了巨大的机遇和挑战，如何让调度指挥更高效更精准、让设备运行更稳定更可靠、让调度管理更科学更经济，成为新时代城市轨道交通运营管理急需解决的关键问题。

2 运营调度指挥平台现状

城轨交通具有专业多、系统多、管理层次多等特点，而运营调度指挥强调各部门各单位的协同性和联动性，使各专业、各系统和管理层达到准确管控、高效协同，以提高服务质量和应急联动效率。建立统一的运营调度指挥系统，实现对在线列车、人员和物资的集中调度和统一指挥，是加强行车安全保障，高效、快速处置突发事件的必要条件。

但是，目前行车、电力、防灾及环控等各类调度指挥设备均采用“一线一中心”的建设模式，主要存在以下问题。

1）存在“标准多、厂家多、接口多、设备多”问题，设备资源利用率低，不同厂家的系统操作界面和运维方式不统一，人力资源成本、维护成本和升级改造成本高。

2）各线路 ATS（Automatic Train Supervision）、SCADA（Power Supervisory Control and Data Acquisition System）、BAS（Building Automatic System）、FAS（Automatic Fire Alarm System）等数据沉淀于分线系统中，无法发挥大数据深度分析作用，未实现各线路之间的数据共享。

3）各线系统无法与相关专业系统进行协调联动，难以有效支撑综合调度决策。比如行车调度指挥系统未关联网客流状态数据，无法支撑实行“以客流为中心”的行车组织模式。

4）既有系统在监视内容、形式、预警及故障分析、智能控制和辅助决策方面的智能化水平较低。综合监控系统各厂家设备告警代码和报警、事件等描述内容不统一，对调度指挥和应急处置的支撑不够；既有感知设备不足，无法掌握设备运行状态，预警信息少，只能被动进行应急处置，且风机、照明设备未能随环境变化进行自主调控。

3 网络化运营调度指挥平台发展趋势

随着云计算、物联网、大数据和人工智能等新技术的发展以及人民群众对公共交通美好需求的日益增长，城市轨道交通逐步向网络化、数字化、智能化、人文化方向发展。关于智慧城轨交通研究也受到更加广泛的重视，越来越多的新技术和新方法开始被应用到城市轨道交通调度指挥中。未来通过物联网、大数据、云计算技术，可以实现对城市轨道交通调度指挥从自主感知到智能分析再到智能控制。这说明建设信息化、网络化、数字化、智能化的运营调度指挥平台是智慧城轨建设发展的必然选择。

3.1 面向调度指挥智慧化的发展趋势

城轨交通专业设备系统众多，都是以围绕调度指挥的安全快速可靠为基准，为使乘客能更方便地利用城轨交通出行，调度指挥的界面展示方式从二维向二维、三维融合转变，操控方式从人工手动操控逐步向人工智能控制转变，信息方式从固定信息向多元化转变，行车组织原则从按图行车到“人车并重”转变，调度范围从单线向网络化转变；列车运行系统也从基于通信的列车自动控制系统转向全自动运行系统。

3.2 面向设备管控主动化的发展趋势

城轨交通专业众多，设备种类繁多，高效的主动机制是保证城轨交通高速发展的必要条件。只有充分发挥调度指挥平台的快速性、准确性、可换性、可视化性、主动性，才能更好地保障线路运营的安全准点和乘客出行的便捷舒适。目前，城轨交通大部分设备因缺少状态感知信息，仍采用传统的计表管控等手段。随着互联网与科技水平不断发展，数据感知与分析技术将设备管控方式逐步转向主动化和智能化，更好地保障城轨交通安全、有序、高效地运营。

4 网络化运营调度指挥平台建设思路

通过研究，全面梳理和总结目前调度指挥业务流程，遵循“以人为本、提质增效”的建设理念，突出多线路集中管控的创新模式和调度指挥人机交互体验，提出平台建设的原则、目标和思路。

4.1 建设原则和目标

以安全、便捷、高效、绿色、经济为基本原则，采用物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息化技术，实现对乘客出行、列车运行、设备运转等进行全貌监视、故障预警以及智能管控，建设信息化、网络化、数字化、智能化的综合调度指挥体系，让调度指挥更高效精准、让设备运行更安全可靠、让乘客出行更便捷舒适、让运营管理更科学经济。

4.2 建设总体要求

为建设信息化、网络化、数字化、智能化的综合调度指挥体系，该平台建设总体要求包括4个方面。

1）设备集约化。建设云平台，整合软件系统和终端设备，以行车指挥系统ATS为核心，集成列车运行控制、列车乘客服务、调度电话等系统功能，与电力防灾环控系统、CCTV、客流监控平台等进行协调联动，减少终端设备数量，提高设备利用率。

2）调度网络化。按专业整合多条线路的调度指挥系统，实现多线路集中管控，优化资源配置，提高线路间的协调运输组织和应急调度指挥的效率。

3）决策智能化。基于信息化技术，实现车辆设备故障及大客流的预警，以及常态和突发事件情况下的列车、车辆、设备的智能控制及辅助决策。

4）管理高效化。为配合多线路集中管控要求，整合全自动驾驶线路和既有运行线路各调度岗位及其职责，优化人员配置，实现降本增效。

4.3 建设总体思路

为实现信息“需要即可呈现，需要即可操作，需要即可分析”，该平台根据调度指挥业务需要，将轨道交通各类信息进行全面融合、科学分析与灵活应用，如图1所示。

图1 模块化软件平台示意Fig.1 Schematic diagram of modular software platform

业务需求层面：一是横向打通专业系统信息壁垒，将行车、电力、设备、维护、管理等多领域数据进行共享融合，以更好地支撑目前业务需求；二是纵向打通各个层级信息维度，将线网、线路以及末端操作多层信息进行共享融合，使宏观数据更真实直观，使微观操作过程更细致全面。

数据分析层面：从时间维度将当下运行数据、历史运行数据、预测数据进行融合，并基于大数据挖掘技术，实现将统计预测数据服务于生产操作辅助策略的目的，提高运营调度指挥智能化水平。

信息交互层面：从以人为本角度出发，优化显示界面，实现更为直观可操作的信息展示。一是综合立体与传统平面信息展示优势，确保满足展示时效需求和平台平滑过渡使用。二是重构信息呈现内容，权衡信息重要性和信息量可接受度，根据不同业务需要，灵活直观展现业务人员重点关注的核心信息，并支持对一般数据的二次展开操作。

终端设备层面：接入固定网络和移动网络环境，满足大屏幕显示、操作终端显示、移动式终端等各类设备显示需求和软件系统灵活使用的需要。

5 网络化运营调度指挥平台系统架构方案

5.1 系统架构融合总体规划

搭建网络化多线集中调度平台，旨在对各线各专业系统进行整合，统一所有线路数据接入规范和操作界面标准，打造网络化运营的“最强大脑”，实现一个平台对客流监控、行车指挥、设备管控、应急管理等全方位网络化运营业务进行调度指挥。由于网络化运营的“最强大脑”是首都智慧地铁建设的核心平台，因此，该平台系统架构设计方案遵循北京地铁公司信息化系统总体架构，自下向上依次为感知层、传输层、数据层、业务平台层、应用展示层，如图2所示。

图2 信息系统架构Fig.2 Information system architecture

感知层：从“人、机、环”3方面采集基础数据，实现客流、车辆及设备的运行状态监测、视频图像监测、故障预警监测等信息的全面感知。

传输层：依托有线承载网、无线接入网为各智慧应用提供数据传输通道。

数据层：将所有业务数据资源进行录入、清洗、加工和存储，是各业务系统之间的全量数据交换平台。建设基于云架构的双活数据中心，实现轨道交通各种大数据的分析和挖掘，为轨道交通各类业务应用提供数据支持。

业务平台层：突出数据分析和系统级联动，根据各业务需求，形成跨业务的统一智能化数据分析能力。

应用展示层：着力打造智能运行调度指挥平台，对客流、车辆、设备运行状态进行全面监控和应急指挥，全方位提升调度指挥网络化和智能化的水平。

同时，为满足大数据融合计算和各线路系统专业设备安全操控的要求，将管理分析数据与控制型系统数据分别处理。一是将线路各类控制数据直接与多线路运营指挥平台对接。二是将线路采集的各类基础数据统一录入大数据服务平台进行处理；建立基于多线路运营指挥业务的智能分析模块，将线路运营所需分析数据以数据交换的方式导入多线路调度指挥平台的数据智能分析模块，实现全量数据的全貌展示和辅助决策支持，如图3所示。

图3 多线路运营指挥平台业务数据流示意Fig.3 Schematic diagram of service data flow of multi-line dispatching command platform

5.2 系统功能模块设计

平台根据用户权限以二维和三维相结合的形式展示各级别、各业务全时空信息。通过将三维地理信息、BIM数据、抽象逻辑图、系统运行数据有机结合，并利用业务重构技术，对线网、线路和车站的客流、行车、电力和其他设备4方面的核心业务进行监控。

5.2.1 线网信息界面主要功能

线网层主要实现线网宏观数据监测，以更好地支持协调各线路间列车运行调整的决策，实现线网精准高效的日常调度和应急指挥。界面展示以GIS信息为主，并将客流、列车、设备、天气各类宏观统计和预测的数据以表格、饼图、热点图等形式呈现，并可通过点击线路信息进入对应线路的监控模式，如图4所示。

图4 线网信息界面Fig.4 Line network information interface diagram

5.2.2 线路信息界面功能

线路层主要监控线路客流、行车、电力、设备运行的状态，发布线路运营调度指令，组织夜间检修维修等作业，并支持多线路区域化调度指挥。界面信息分行车指挥和设备调度两大业务核心分别展示。

1）行车指挥业务功能

行车指挥的核心业务是监控列车运行状态、计划执行、车辆调配等情况。业务重构的核心思路是全面、精简、便利地呈现支撑行车指挥和决策的关键信息。

行车信息显示：风格上延续既有行车显示习惯，集成列车驾驶控制、列车乘客服务、调度电话等功能，同时互联客流监控系统、CCTV，叠加辅助决策信息，实现界面综合指挥。

设备操作与控制：主要包括进路办理、行车计划确认及发车、运行图查看及计划修改等功能；通过选取列车或车站，与司机、综控员通话，发布电子化调度命令；当乘客拨打紧急通话时，系统自动推送车厢内CCTV视频画面；全自动运行线路可直接选取列车，对列车进行唤醒、休眠等操控。

2）设备调度业务功能

设备调度主要负责监控电力监控系统，综合监控系统（火灾自动报警系统、通风、空调、CCTV等）各设备的运转状态。

电力程控操作：可在全网、线路、区段等不同范围内执行电力程控操作；可根据需要，自动或手动排除不投送的车站，实现全网统一送电操作。

设备监控功能：火灾自动报警系统、通风、空调等其他设备监控主要在车站层面进行操控。

5.2.3 车站信息界面功能

车站层主要实现本站各类设备运转状态的监控。

1）车站综合信息显示：按照运营关切的程度重构，将站内信息进行综合显示，以突出与乘客服务相关的运行数据，弱化系统运行状态数据。界面信息主要包括照明、空调等系统运营模式，公共区、设备房、风道等安防等级，牵引用电、动力用电等实时能耗，公共区、设备房及室外的温度、湿度和环境空气质量，出入口扶梯水位，车站实时进、出站量等监控和报警数据。

电力程控操作：可在线路各站不同范围内执行电力程控操作；并根据需要，自动或手动排除不投送的开关，实现按需送电。

2）设备监控功能：主要服务于车站工作人员，调度员也可按需获取信息。车站信息以虚拟三维场景为主视角，GIS信息为辅助，将车辆运行、车站客流、环境设备等信息进行立体呈现，并可实现单个设备的点控。

6 建设重点难点

1）全场景架构规划，分步实施落实

考虑运营管理模式的特点，满足正常生产运营组织及应急指挥的需要，适应整体发展要求，全面考虑对现有及未来业务需求的支持。

考虑建设整体布局，结合轨道交通建设规划，以生产管理建设为抓手，按照急用先行，先易后难，由点逐面的原则确定实施路线。

2）数据共享的同时保障网络安全

对各信息系统进行统筹合理优化，推进业务应用系统集中整合，实现轨道交通信息互联互通，提高业务应用、数据资产、信息基础设施等资源利用效率，发挥智慧轨道交通信息资源整体效能。

统一遵循信息安全标准规范，积极防御，综合防范，加强安全风险综合防范能力。在考虑系统安全的情况下进行最大程度的资源整合和统一管理。

3）业务融合共享实现智慧协同

实现资源高效利用，基础设备设施、数据资源共享，系统平台集中设备、统一运营维护、综合应用融合。

在信息数据、运输调度、应急指挥、乘客服务、票务管理、资产管理、设备运维等多方面的智慧化，并支撑与轨道交通线路、市郊铁路等多制式轨道交通的高效衔接，实现网络化运营。

对轨道交通全生命周期业务领域全覆盖，实行统一管控、分层精细化管理、精准维护、利于降本增效和智慧决策。

实现在多运营主体下的应急指挥、票务管理、运输调度、乘客服务等多方面业务协同，发挥网络化运营的最大效益。

4）规范标准建设促进平台实施

统一标准体系框架，包括应用、互联互通、信息安全、管理运行等标准，遵循国家及行业规范，或借鉴先进建设运营经验，以保障信息化建设和管理合理有序开展。

7 结语

本研究提出了一套基于全时空多数据融合、全业务场景交互的运营调度指挥平台建设思路和系统设计方案，以实现信息化、网络化、数字化、智能化的线网调度指挥和设备集中管控。一是不仅能够为城轨交通实现多维可视化的信息模型管理提供借鉴，而且有助于为城轨交通系统设备赋予感知能力和生命力；二是通过将运营调度管理信息和系统各对象状态信息进行多维综合显示，将现场情况与时空浸入式平台进行融合，实现所见即所得，所得即可管的效果；三是助力多线路集中管控创新型调度管理模式的建设，降低指挥协作成本和调度指挥复杂度。该平台研究思路有助于打造网络化运营的“最强大脑”，为城市轨道交通网络化调度指挥系统建设提供借鉴。