城市軌道交通互聯(lián)互通線網(wǎng)研究論文
摘要：通過對城市軌道交通互聯(lián)互通運(yùn)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(yùn)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(yùn)行圖編制與管理、線路間運(yùn)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。
關(guān)鍵詞：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(yùn)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(yùn)行計劃編制、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、列車運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(hù)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(yùn)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(yùn)營組織能夠相互兼容，車輛能夠跨線運(yùn)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(yùn)行計劃加載、列車識別與跟蹤、列車運(yùn)行進(jìn)路辦理、本線內(nèi)的列車運(yùn)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(yùn)行信息、運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(kuò)展及增加進(jìn)行考慮，因而應(yīng)增強(qiáng)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(jī)平臺、信息傳送與接口機(jī)制、站場圖顯示，以及運(yùn)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(yùn)行計劃的編制，是互聯(lián)互通跨線運(yùn)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(yùn)行圖的編制，包括平日運(yùn)行計劃編制、周末運(yùn)行計劃編制，以及節(jié)假日運(yùn)行計劃編制。能夠編制單條線路的運(yùn)行計劃，也能夠編制跨線列車運(yùn)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。
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(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與告警，是互聯(lián)互通跨線運(yùn)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(yùn)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(yùn)行圖軟件。從各條線路獲取當(dāng)前班次的基本運(yùn)行圖、計劃運(yùn)行圖及實際運(yùn)行圖�；谶\(yùn)行圖視角統(tǒng)一監(jiān)視全網(wǎng)列車運(yùn)行狀態(tài)和早晚點信息；密切監(jiān)控列車跨線運(yùn)營過程及早晚點情況；對列車跨線運(yùn)營與計劃產(chǎn)生嚴(yán)重偏移并可能導(dǎo)致運(yùn)行銜接問題時，自動進(jìn)行提示告警；提供對重點列車的運(yùn)行監(jiān)視，提供歷史運(yùn)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(jī)、道岔、進(jìn)路狀態(tài)；統(tǒng)一監(jiān)視全網(wǎng)運(yùn)行列車位置、駕駛模式、運(yùn)行等級，以及早晚城市軌道交通互聯(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(yùn)行的進(jìn)行重點監(jiān)視；收集全線列車運(yùn)行告警信息，并對影響跨線運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行圖信息、當(dāng)班計劃運(yùn)行圖及當(dāng)班實際運(yùn)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(yùn)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(kuò)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(yùn)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(yùn)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)θW(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(jī)構(gòu)共享整個線網(wǎng)的列車運(yùn)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(kuò)展性[5]。
3.2網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行圖編制與管理
在傳統(tǒng)線路情況下，運(yùn)行圖是按照單條線路運(yùn)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(yùn)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(yùn)行圖的數(shù)據(jù)組織�？梢詤⒄諉尉�情況，以運(yùn)行線為基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行圖不同于單線運(yùn)行圖，這里的運(yùn)行線需要定義屬于哪條線路和是否跨線；跨線運(yùn)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(yùn)行圖的編輯。需要在單畫面上對多張運(yùn)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(yùn)行線進(jìn)行編輯，包括增加運(yùn)行線、刪除運(yùn)行線、修改停站時間等。（3）網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行圖自動生成。需要根據(jù)用戶設(shè)定的跨線運(yùn)行交路、本線運(yùn)行交路、各時間段運(yùn)行密度及出入段等參數(shù)要求，自動生成網(wǎng)狀列車運(yùn)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(yùn)行圖智能檢查。需要對人工或者自動生成的網(wǎng)狀運(yùn)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(yùn)行沖突等情況。
3.3線路間運(yùn)營統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)
互聯(lián)互通線網(wǎng)情況下的運(yùn)行組織遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于單線情況下的運(yùn)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(yùn)行組織與運(yùn)行調(diào)整，主要從以下3個方面進(jìn)行考慮。（1）運(yùn)行計劃的統(tǒng)一下達(dá)。每班運(yùn)行前，線網(wǎng)調(diào)度員需要統(tǒng)一指定當(dāng)日運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行交路，臨時增開或者取消跨線列車等運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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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