張德明

ZHANG De-ming

（中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所，北京 100081）

(Communication and Signaling Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

城市軌道交通互聯(lián)互通線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的研究

張德明

ZHANG De-ming

（中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所，北京 100081）

(Communication and Signaling Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

通過對城市軌道交通互聯(lián)互通運營特征的分析，城市軌道交通現(xiàn)有基于單線方式的行車調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足跨線運行要求。結(jié)合城市軌道交通互聯(lián)互通線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計理念與設(shè)計思路，提出線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的框架設(shè)計，從全網(wǎng)行車信息收集與共享、網(wǎng)絡(luò)化運行圖編制與管理、線路間運營統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)、全網(wǎng)故障監(jiān)測與應(yīng)急處理 4 個方面，對實現(xiàn)線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為城市軌道交通互聯(lián)互通行車調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒和參考。

城市軌道交通；互聯(lián)互通；線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)

1　城市軌道交通線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計理念與思路

城市軌道交通行車調(diào)度系統(tǒng)是城市軌道交通運營管理的核心系統(tǒng)，它通過與底層軌旁控制系統(tǒng)及車載控制系統(tǒng)配合，實現(xiàn)列車運行計劃編制、列車運行狀態(tài)監(jiān)視、列車運行調(diào)整、軌旁設(shè)備的監(jiān)視與控制等重要功能，是調(diào)度員進(jìn)行城市軌道交通行車調(diào)度管理的重要工具[1]。城市軌道交通行車調(diào)度系統(tǒng)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(tǒng)基本為獨立設(shè)計、單線運行，各條線路的信號系統(tǒng)彼此獨立，因而各條線路之間的行車調(diào)度系統(tǒng)之間也是彼此孤立。這樣，導(dǎo)致線路之間不能夠互聯(lián)互通，帶來了線路之間的設(shè)備不能共享、空閑線路上的車輛也不能調(diào)配到繁忙線路、維護與操作人員不能互換、旅客跨線換乘不便等一系列問題。軌道交通互聯(lián)互通是軌道交通網(wǎng)絡(luò)的一種運營方式，實現(xiàn)不同線路的軌道、車輛、供電、信號、通信、屏蔽門及運營組織能夠相互兼容，車輛能夠跨線運行，從而節(jié)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，需要通過構(gòu)建互聯(lián)互通的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，有效解決線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)。

1.1設(shè)計理念

（1）線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)是互聯(lián)互通全網(wǎng)行車調(diào)度指揮系統(tǒng)的一個組成部分，它與各線的線路行車調(diào)度系統(tǒng)共同構(gòu)成全網(wǎng)行車調(diào)度指揮系統(tǒng)。各線路行車調(diào)度系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的自動列車監(jiān)控系統(tǒng)，可以獨立負(fù)責(zé)本線路內(nèi)行車調(diào)度指揮功能，包括列車運行計劃加載、列車識別與跟蹤、列車運行進(jìn)路辦理、本線內(nèi)的列車運行調(diào)整等功能。

（2）線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要提供互聯(lián)互通線路的統(tǒng)一計劃編制，并提供給各線路使用。線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要確保提供給各線路使用計劃的正確性和一致性；線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要具備宏觀線路監(jiān)視功能。線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)與各線路行車調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行接口，獲取各線路現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信息、列車運行信息、運行計劃執(zhí)行情況等。線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的監(jiān)視內(nèi)容與含義需要與線路調(diào)度系統(tǒng)保持一致。

（3）線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要具備線網(wǎng)列車運行晚點及故障的在線監(jiān)測功能，并能夠第一時間通知給線網(wǎng)調(diào)度員。線網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)需要具備跨線運行調(diào)整能力，以及故障情況下應(yīng)急處置能力；線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)故障不應(yīng)該影響各線路系統(tǒng)的獨立運營。

1.2設(shè)計思路

線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)主要功能是面向線網(wǎng)全局而不是單條線路，因此在系統(tǒng)功能設(shè)計與布局上，需要更多地從全局角度進(jìn)行考慮，以方便調(diào)度員的使用。線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要同時接入多條線路，其處理的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單條線路，而且還要對將來線路的擴展及增加進(jìn)行考慮，因而應(yīng)增強線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備的性能及軟件的處理性能，可以借鑒既有自動列車監(jiān)控系統(tǒng)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、站場圖顯示，以及運行圖繪制技術(shù)等。

2　城市軌道交通線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的框架設(shè)計

根據(jù)互聯(lián)互通線路對跨線行車調(diào)度功能的需要，結(jié)合線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計原則及設(shè)計思路，實現(xiàn)對線網(wǎng)互聯(lián)互通的統(tǒng)一計劃編制及全網(wǎng)調(diào)度的協(xié)調(diào)處理。線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)劃分為線網(wǎng)計劃子系統(tǒng)和線網(wǎng)調(diào)度子系統(tǒng) 2 個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，以及線路接口子系統(tǒng)和外部接口子系統(tǒng) 2 個接口子系統(tǒng)。線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.1線網(wǎng)計劃子系統(tǒng)

線網(wǎng)計劃子系統(tǒng)負(fù)責(zé)全網(wǎng)運行計劃的編制，是互聯(lián)互通跨線運行組織的基礎(chǔ)系統(tǒng)。線網(wǎng)計劃子系統(tǒng)包括線網(wǎng)計劃編制軟件和線網(wǎng)計劃數(shù)據(jù)管理軟件。

（1）線網(wǎng)計劃編制軟件。提供互聯(lián)互通所有線路列車計劃運行圖的編制，包括平日運行計劃編制、周末運行計劃編制，以及節(jié)假日運行計劃編制。能夠編制單條線路的運行計劃，也能夠編制跨線列車運行計劃。能夠?qū)Χ鄺l線路之間的跨線計劃進(jìn)行銜接檢查，以保證跨線計劃的連續(xù)性與一致性，并能夠滿足車輛與線路等基礎(chǔ)設(shè)施的性能條件。

（2）線網(wǎng)計劃數(shù)據(jù)管理軟件。為線網(wǎng)計劃編制軟件提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)，包括數(shù)據(jù)信息的查詢，獲取與存儲。保證數(shù)據(jù)存儲的一致性與可靠性，為線網(wǎng)計劃子系統(tǒng)與線網(wǎng)調(diào)度子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互提供支持。

圖1　線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

2.2線網(wǎng)調(diào)度子系統(tǒng)

線網(wǎng)調(diào)度子系統(tǒng)負(fù)責(zé)全網(wǎng)列車實時運行狀態(tài)的監(jiān)視與告警，是互聯(lián)互通跨線運行的總體協(xié)調(diào)和指揮系統(tǒng)。線網(wǎng)調(diào)度子系統(tǒng)包括線網(wǎng)在線運行圖軟件、線網(wǎng)站場監(jiān)控軟件、線網(wǎng)調(diào)度命令軟件、線網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)軟件和線網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)管理軟件。

（1）線網(wǎng)在線運行圖軟件。從各條線路獲取當(dāng)前班次的基本運行圖、計劃運行圖及實際運行圖?；谶\行圖視角統(tǒng)一監(jiān)視全網(wǎng)列車運行狀態(tài)和早晚點信息；密切監(jiān)控列車跨線運營過程及早晚點情況；對列車跨線運營與計劃產(chǎn)生嚴(yán)重偏移并可能導(dǎo)致運行銜接問題時，自動進(jìn)行提示告警；提供對重點列車的運行監(jiān)視，提供歷史運行圖查詢功能。

（2）線網(wǎng)站場監(jiān)控軟件。從各條線路獲取實時現(xiàn)場設(shè)備信號狀態(tài)信息，列車位置及狀態(tài)信息；統(tǒng)一監(jiān)視全網(wǎng)信號機、道岔、進(jìn)路狀態(tài)；統(tǒng)一監(jiān)視全網(wǎng)運行列車位置、駕駛模式、運行等級，以及早晚點狀態(tài)；統(tǒng)一監(jiān)視全網(wǎng)站臺屏蔽門、扣車、跳停、倒計時狀態(tài)；對列車跨線運行的進(jìn)行重點監(jiān)視；收集全線列車運行告警信息，并對影響跨線運營的告警進(jìn)行重點提示。

（3）線網(wǎng)調(diào)度命令軟件。提供調(diào)度命令編輯、調(diào)度命令保存、調(diào)度命令下達(dá)、調(diào)度命令回執(zhí)接收功能；支持線網(wǎng)調(diào)度員與線路調(diào)度員之間的命令傳遞；提供配套調(diào)度命令模板定制、歷史調(diào)度命令查詢功能。

（4）線網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)軟件。線網(wǎng)調(diào)度子系統(tǒng)的后臺核心支持軟件，負(fù)責(zé)匯聚各線路信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給線網(wǎng)在線運行圖軟件、線網(wǎng)站場監(jiān)控軟件，以及線網(wǎng)調(diào)度命令軟件等業(yè)務(wù)模塊。同時，將線網(wǎng)在線運行圖軟件、線網(wǎng)站場監(jiān)控軟件，以及線網(wǎng)調(diào)度命令軟件的相關(guān)作業(yè)指令發(fā)送給各線路調(diào)度系統(tǒng)；進(jìn)行后臺服務(wù)運算，支持跨線列車晚點與故障檢測功能。

（5）線網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)管理軟件。提供線網(wǎng)調(diào)度子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)，包括數(shù)據(jù)信息的查詢、獲取與存儲；保證數(shù)據(jù)存儲的一致性與可靠性，為線網(wǎng)調(diào)度子系統(tǒng)與線網(wǎng)計劃子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互提供支持。

2.3 線路接口子系統(tǒng)

每條線路對于一套線路接口軟件，接收各條線路的站場表示信息、列車位置信息、列車狀態(tài)信息、當(dāng)班基本運行圖信息、當(dāng)班計劃運行圖及當(dāng)班實際運行圖等信息，并進(jìn)行相應(yīng)的格式與協(xié)議轉(zhuǎn)換，提供給線網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器軟件進(jìn)行處理。同時，將線網(wǎng)行車調(diào)度子系統(tǒng)的相關(guān)信息，進(jìn)行反向協(xié)議轉(zhuǎn)換后，傳遞給各線路行車調(diào)度系統(tǒng)。

2.4外部接口子系統(tǒng)

外部接口子系統(tǒng)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網(wǎng)調(diào)度大屏幕系統(tǒng)的支持。根據(jù)線網(wǎng)行車調(diào)度大屏幕的布局特征，將全局性系統(tǒng)信息整理后提供給大屏幕系統(tǒng)進(jìn)行顯示。

（2）對外接口軟件提供對外信息共享功能。將線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的運行計劃信息、站場表示信息、事件告警信息及相關(guān)歷史信息，根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后，提供給綜合業(yè)務(wù)，旅客向?qū)У韧獠肯到y(tǒng)使用。

2.5信息總線

信息總線為各子系統(tǒng)軟件之間的信息交換提供統(tǒng)一的消息通道，完成線網(wǎng)計劃及線網(wǎng)調(diào)度功能[3]，支持線路延伸及與外部系統(tǒng)交換信息的接口擴展，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)共享功能。

3　城市軌道交通線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1全網(wǎng)行車信息收集與共享

對全網(wǎng)行車信息的收集與共享是建立線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)。具體從行車信息的收集、行車信息的顯示及行車信息的共享 3 個方面進(jìn)行考慮。

（1）行車信息的收集。從各條線路獲取行車信息，包括列車的運行狀態(tài)、軌道的占用情況、區(qū)間的占用情況、進(jìn)路的排列情況和屏蔽門的開放情況等。針對線路之間的差異性，需要定義統(tǒng)一的協(xié)議，包括傳遞的信息類型、信息結(jié)構(gòu)、信息的含義，以便形成接口的標(biāo)準(zhǔn)化[4]。

（2）行車信息的顯示。合理進(jìn)行站場顯示畫面組織和布局，使調(diào)度員能夠方便進(jìn)行各條線路的站場運行狀態(tài)的切換，方便查看宏觀的線網(wǎng)布局，也能快速地切換到單個車站；能夠?qū)θW(wǎng)在線列車進(jìn)行分類顯示。

（3）行車信息的共享。與各線路子系統(tǒng)及其他機構(gòu)共享整個線網(wǎng)的列車運行信息，通過制定統(tǒng)一的信息總線框架，保證對線路接口及外系統(tǒng)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(tǒng)線路情況下，運行圖是按照單條線路運行交路進(jìn)行設(shè)計[6]。在互聯(lián)互通情況下，線路是網(wǎng)狀的，運行圖的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)組織?？梢詤⒄諉尉€情況，以運行線為基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化運行圖不同于單線運行圖，這里的運行線需要定義屬于哪條線路和是否跨線；跨線運行線需要明確定義線路之間的銜接關(guān)系，線路與線路之間同時需要定義共同的圖號標(biāo)識。

（2）網(wǎng)絡(luò)化運行圖的編輯。需要在單畫面上對多張運行圖進(jìn)行同時顯示，能夠明確區(qū)分跨線交路；需要在多圖同時存在的情況下方便對跨線交路及本線交路的運行線進(jìn)行編輯，包括增加運行線、刪除運行線、修改停站時間等。

（3）網(wǎng)絡(luò)化運行圖自動生成。需要根據(jù)用戶設(shè)定的跨線運行交路、本線運行交路、各時間段運行密度及出入段等參數(shù)要求，自動生成網(wǎng)狀列車運行圖；需要提供用戶進(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生成的網(wǎng)狀運行圖進(jìn)行自動檢查，包括跨線交路的銜接、車輛的出入庫是否與計劃方式一致，以及是否存在跨線列車與本線列車運行沖突等情況。

3.3線路間運營統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)

互聯(lián)互通線網(wǎng)情況下的運行組織遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于單線情況下的運行組織，線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要支持網(wǎng)絡(luò)化的運行組織與運行調(diào)整，主要從以下 3 個方面進(jìn)行考慮。

（1）運行計劃的統(tǒng)一下達(dá)。每班運行前，線網(wǎng)調(diào)度員需要統(tǒng)一指定當(dāng)日運行圖，并通過線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)一下達(dá)給線路行車調(diào)度系統(tǒng)執(zhí)行；線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要保證下達(dá)給各條線路計劃的一致性。

（2）輕微晚點下的運行調(diào)整。輕微晚點情況下，以本線調(diào)整為主。線路行車調(diào)度系統(tǒng)及時將本線調(diào)整情況匯總給線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)，保持對線路晚點及調(diào)整情況的實時監(jiān)視。

（3）嚴(yán)重晚點下的運行調(diào)整。嚴(yán)重晚點情況下，需要由線網(wǎng)調(diào)度員牽頭，組織各線路調(diào)度員，制訂全網(wǎng)運行調(diào)整計劃。線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要支持調(diào)整列車停站時間，變更跨線列車運行交路，臨時增開或者取消跨線列車等運行調(diào)整措施[7]。線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)需要支持對全網(wǎng)計劃進(jìn)行統(tǒng)一變更，并由各線路行車調(diào)度系統(tǒng)確認(rèn)后生效。

3.4全網(wǎng)故障監(jiān)測與應(yīng)急處理

通過設(shè)置全網(wǎng)故障自動監(jiān)測、操作接管，以及調(diào)度指令傳遞等功能，為線網(wǎng)調(diào)度員提供應(yīng)急處理方法與手段。

（1）全網(wǎng)故障自動監(jiān)測。對全網(wǎng)系統(tǒng)運行狀況進(jìn)行監(jiān)測，對故障進(jìn)行分類報警。重點對列車跨線運行情況進(jìn)行監(jiān)測，通過對列車位置的實時跟蹤，結(jié)合相應(yīng)的列車運行計劃，對跨線列車接入和交出情況進(jìn)行判斷。如果發(fā)生接入或者交出嚴(yán)重晚點，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，線網(wǎng)調(diào)度員只負(fù)責(zé)線路設(shè)備及運營狀況的監(jiān)視，所有控制作業(yè)由線路調(diào)度員完成。緊急情況下，線網(wǎng)調(diào)度員可以具備對扣車等部分功能的操作接管。

（3）調(diào)度指令傳遞。通過線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)與線路行車調(diào)度系統(tǒng)之間建立日常的信息交互通道[8]，保證調(diào)度員能夠迅速進(jìn)行調(diào)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用的信息模板，提升緊急情況下的應(yīng)急處置能力。

4　結(jié)束語

城市軌道交通互聯(lián)互通不僅僅是設(shè)備接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備的互換問題，也改變原有城市軌道交通以單線為基礎(chǔ)的行車調(diào)度指揮模式。因此，建立一個線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)，以處理網(wǎng)絡(luò)化條件下列車跨線運行相關(guān)問題，成為城市軌道交通互聯(lián)互通系統(tǒng)建設(shè)的一個基本需求。通過對線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計理念與設(shè)計思路，線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)及線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析，為城市軌道交通互聯(lián)互通行車調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒和參考。

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責(zé)任編輯：呂 倩

Study on Interoperatable Line-Network Traffic Control System of Urban Rail Transit

Through analyzing the characteristics of interoperability operation of urban rail transit, the current traffic control system based on the single track mode of urban rail transit cannot satisfy the demand of cross-line operation. Combining with design concept and idea of line-network traffic control system of urban rail transit, this paper puts forward the framework design of the linenetwork traffic control system, and makes analysis on realizing key technologies of the system from 4 aspects, which are train operation information collecting and sharing of whole network, drawing and management of network-based train operation diagram, operation integration and coordination between lines as well as fault monitoring and emergency handling of whole network, all of these provide

for interoperability line-network traffic control system of urban rail transit.

Urban Rail Transit; Interoperability; Line-network Traffic Control System

1003-1421(2016)06-0074-05

F530.7

B

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.06.15

2016-03-18

北京市科技計劃項目(D151100005815001)