劉曉慶

（廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，廣州 510010）

隨著城市交通面臨的壓力日益增大，優(yōu)先發(fā)展公共交通成為城市交通發(fā)展的必由之路[1]。由于城市交通的多元化和層次化，現(xiàn)代有軌電車在城市交通的建設(shè)過程中起到了加強(qiáng)交通網(wǎng)絡(luò)的作用[2]。但是，目前國內(nèi)現(xiàn)代有軌電車的運行控制和運營調(diào)度沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大多沿用地鐵的運營和管理模式；但現(xiàn)代有軌電車與地鐵無論是在運行速度、路權(quán)形式、運營控制模式，還是在供電系統(tǒng)、車站管理、售檢票模式等方面都存在較大的差別，簡單照搬地鐵運營管理模式，將造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)成本偏高等問題，同時也無法滿足現(xiàn)代有軌電車安全、正點、高效等方面的要求。此外，國內(nèi)現(xiàn)代有軌電車建設(shè)初期，通常都是以線路為單位進(jìn)行建設(shè)與管理，沒有過多考慮線路成網(wǎng)之后的情況，隨著有軌電車網(wǎng)絡(luò)的逐步形成，傳統(tǒng)調(diào)度管理系統(tǒng)將無法滿足網(wǎng)絡(luò)化運營指揮的需求[3-5]。因此，在規(guī)劃建設(shè)現(xiàn)代有軌電車運營管理系統(tǒng)時，應(yīng)基于現(xiàn)代有軌電車的自身特點，研究其系統(tǒng)特性和運營管理模式，對現(xiàn)代有軌電車弱電各專業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行集成整合，規(guī)劃建設(shè)一體化、集中式的現(xiàn)代有軌電車網(wǎng)絡(luò)綜合運營管理體系[6]。因此，研發(fā)一套高度集成、智慧化[7]的滿足廣州現(xiàn)代有軌電車運輸管理實際使用需求的綜合運營調(diào)度系統(tǒng)變得極為迫切。

1 需求分析

現(xiàn)代有軌電車工程弱電系統(tǒng)的業(yè)務(wù)區(qū)域涉及正線區(qū)間、車站、車輛段、停車場、變電所及控制中心。它的總體功能是：通過對車輛、車站和道路信息的采集、傳輸和處理，對運營車輛進(jìn)行實時監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度，及時發(fā)現(xiàn)、處理各種事故，為乘客提供全面、準(zhǔn)確、及時的信息服務(wù)，從而有效提高有軌電車的服務(wù)水平，促進(jìn)現(xiàn)代有軌電車的智能化運營、調(diào)度和管理。

以廣州現(xiàn)代有軌電車海珠環(huán)線試驗段工程為例對弱電系統(tǒng)建設(shè)情況進(jìn)行總結(jié)，得出如下特點：

1）子系統(tǒng)數(shù)量多。子系統(tǒng)包括：信號、PSCADA、傳輸、無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC等系統(tǒng)；各個子系統(tǒng)相對獨立；

2）子系統(tǒng)配置簡單。各子系統(tǒng)架構(gòu)簡單；設(shè)備配置數(shù)量少；子系統(tǒng)管理人員工作量較小；

3）完全中央控制。沒有車站級控制；子系統(tǒng)自動化程度要求較高；系統(tǒng)間聯(lián)動要求較高；

4）維護(hù)管理分散。各子系統(tǒng)單獨建設(shè)維護(hù)管理系統(tǒng)。

通過總結(jié)有軌電車自身特點，認(rèn)為其主要具有以下功能需求：1）運營組織模式相對簡單，列車采用人工駕駛，由司機(jī)完成車輛駕駛并保證運行安全；2）采用開放式站臺，車站簡易，規(guī)模小，對設(shè)備系統(tǒng)功能需求少及數(shù)量簡化；3）列車在鋼軌上運行，列車運行線路相對獨立，路線分歧時，需經(jīng)過道岔；4）在平交路口可通過信號優(yōu)先控制，提高有軌電車可用性；5）具有基本獨立的路權(quán)，可以通過信號優(yōu)先控制提高運行效率，通過車輛定位系統(tǒng)可實現(xiàn)中心對電車的調(diào)度管理；6）對車站及主要路口進(jìn)行視頻監(jiān)控，為運營指揮提供現(xiàn)場實時信息；7）充分體現(xiàn)以人為本的理念，為乘客提供全方位的乘車信息服務(wù)；8）綜合車站規(guī)模、投資等因素，可采取不同的售檢票方式；9）設(shè)置車輛段聯(lián)鎖及安全防護(hù)系統(tǒng)；10）立足整體需求，應(yīng)建立集成的、綜合利用的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。

如上所述，有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成及運營環(huán)境相對傳統(tǒng)軌道交通系統(tǒng)發(fā)生了較大變化。在傳統(tǒng)的城市軌道交通工程建設(shè)過程中，由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)周期等多因素限制，導(dǎo)致控制中心內(nèi)行車、供電、環(huán)境及視頻監(jiān)控等各系統(tǒng)通?；ハ喾指?，獨立進(jìn)行建設(shè)，被監(jiān)控對象間關(guān)系也相對獨立。

有軌電車弱電各專業(yè)子系統(tǒng)功能均進(jìn)行了簡化。為提高系統(tǒng)的整體管理水平及運輸效率，方便操作人員對運營過程實施全方位集中監(jiān)控，提高中心級的事件處理能力，傳統(tǒng)的運行管理與控制模式已不再適用。

因此，根據(jù)有軌電車的系統(tǒng)構(gòu)成、運營模式等特點，應(yīng)在控制中心建立集運營監(jiān)控、運營管理、調(diào)度指揮為一體的綜合運營調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)對設(shè)備資源、人力成本的統(tǒng)一管理，并基于集成管理平臺，簡化各調(diào)度員操作界面，方便及時處置各類突發(fā)事件。

有軌電車綜合運營調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)該是一個完整的、先進(jìn)的綜合調(diào)度一體化平臺，將有軌電車的運輸組織與調(diào)度、運行控制與監(jiān)視、供電系統(tǒng)、車輛管理、乘客服務(wù)、應(yīng)急指揮等進(jìn)行科學(xué)的融合，以有軌電車運營的核心——計劃、調(diào)度指揮和運行控制為主，制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和協(xié)議，實現(xiàn)對運營全過程的管理與控制，協(xié)調(diào)處理城市有軌電車網(wǎng)絡(luò)運行，降低系統(tǒng)的總運營成本[8-9]。

2 集成原則

由于集成涉及眾多子系統(tǒng)，在弱電系統(tǒng)集成建設(shè)過程中應(yīng)執(zhí)行如下原則：

1）各專業(yè)子系統(tǒng)保持核心功能的相對獨立性，即在集成過程中，只將其作為前端“模塊”接入系統(tǒng)平臺進(jìn)行管理；

2）最大程度復(fù)用網(wǎng)絡(luò)、硬件和軟件資源；

3）配置服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)監(jiān)測維護(hù)均采用統(tǒng)一平臺介質(zhì)，優(yōu)化資源組合；

4）應(yīng)充分采用網(wǎng)絡(luò)、通信、控制、計算機(jī)、信息處理及其他智能交通系統(tǒng)等技術(shù)，通過集成設(shè)計，實現(xiàn)綜合管理功能的升級，建立運營、調(diào)度、行車、監(jiān)控、維護(hù)、安全的實時、準(zhǔn)確、高效管理控制體系，實現(xiàn)人—車—路—站—段一體化、智能化的監(jiān)控、調(diào)度、管理及服務(wù)；

5）為各子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的接口、操作及維護(hù)方式，建立統(tǒng)一多業(yè)務(wù)平臺。

3 集成方案

3.1 集成思路

有軌電車綜合運營調(diào)度系統(tǒng)是保證有軌電車安全實時運行的重要系統(tǒng)，在各子系統(tǒng)集成過程中，根據(jù)系統(tǒng)特點不同程度地集成其他系統(tǒng)，可分為維護(hù)集成、界面集成、軟件集成和全集成等4個方向。綜合運營調(diào)度系統(tǒng)集成思路如圖1所示。

圖1 綜合運營調(diào)度系統(tǒng)集成思路Fig. 1 Scheduling system for the integrated operation scheduling system

1）第一級集成：維護(hù)集成，即建立綜合維護(hù)監(jiān)測平臺，實現(xiàn)如下功能：

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測：信號、PSCADA、傳輸、無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC等系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)，通過圖形界面及時、明確地顯示出設(shè)備狀態(tài)，并進(jìn)行故障提示。同時提供系統(tǒng)擴(kuò)展接口，滿足對其他設(shè)備和系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測。

故障管理：收到故障提示后，維護(hù)人員通過該平臺對故障進(jìn)行分配，安排相關(guān)人員進(jìn)行故障處理。故障處理人員處理故障后，操作該平臺提交故障處理情況，平臺核實后關(guān)閉該故障。

故障預(yù)判：通過大數(shù)據(jù)分析以及預(yù)設(shè)的系統(tǒng)閾值，動態(tài)監(jiān)測各個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并提供故障預(yù)判報告和提示，便于提前處理故障，減少故障發(fā)生。

故障大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：平臺提供大數(shù)據(jù)存儲和故障自動收集功能，可以及時對故障進(jìn)行分析和統(tǒng)計，提供各類數(shù)據(jù)報表，便于對整個系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行分析和評估。

2）第二級集成：界面集成，可以將弱電各子系統(tǒng)界面進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計及集成，便于調(diào)度人員的集中控制。

3）第三級集成：軟件集成，主要對各子系統(tǒng)在控制中心服務(wù)器上的軟件進(jìn)行集成。

4）第四級集成：全集成，是在軟件集成的基礎(chǔ)上，將硬件等進(jìn)行全方位的集成。

3.2 總體架構(gòu)

綜合運營調(diào)度系統(tǒng)平臺采用先進(jìn)的信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和現(xiàn)代傳感技術(shù)將各子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一集成設(shè)計（見圖2），最大優(yōu)化資源配置、資源共享、互聯(lián)互通。其中，行車指揮類含電力監(jiān)控系統(tǒng)（集成變電所PSCADA監(jiān)控信息）和信號系統(tǒng)（含正線道岔控制系統(tǒng)、路口接近檢測系統(tǒng)、車載行車監(jiān)督系統(tǒng)、車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)）；綜合通信類含傳輸、無線通信、有線電話、廣播、時鐘、安防等系統(tǒng)；乘客服務(wù)類含乘客信息系統(tǒng)（車站顯示屏、車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）和售檢票系統(tǒng)（車站自動售票機(jī)、檢票機(jī)、手持補(bǔ)票/檢票機(jī)）；業(yè)務(wù)管理類含辦公自動化系統(tǒng)（安全生產(chǎn)管理、列車維護(hù)維修、設(shè)備設(shè)施維護(hù)維修、備品備件管理、人力資源及培訓(xùn)、財務(wù)資產(chǎn)管理）。

圖2 綜合運營調(diào)度系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig. 2 General structure of the integrated operation scheduling system

3.3 整合方案

鑒于有軌電車均采用車站無人值守方式，控制中心處于運營控制系統(tǒng)的最頂層，是現(xiàn)代有軌電車運營“集中管理”的中樞。要高效實現(xiàn)系統(tǒng)功能，保證其日常運作的可靠性，需要在控制中心整合設(shè)置各業(yè)務(wù)功能子系統(tǒng)對全線的列車運行、客運管理、電力供給、設(shè)備監(jiān)控、防災(zāi)報警、票務(wù)等實現(xiàn)集中監(jiān)控及管理、調(diào)度指揮。

通過分析有軌電車原先獨立弱電各子系統(tǒng)在控制中心級各系統(tǒng)業(yè)務(wù)的特點與相似性，可將操作方式、界面顯示、處理流程等進(jìn)行有機(jī)整合，建立統(tǒng)一的軟件平臺、硬件平臺以及網(wǎng)絡(luò)平臺。通過統(tǒng)一集成界面，實現(xiàn)集中管理，滿足系統(tǒng)間信息互通和設(shè)備聯(lián)動的要求，提高整個系統(tǒng)的自動化運營和維護(hù)水平，增強(qiáng)應(yīng)急、突發(fā)事件的處理能力，提高運營效率。

有軌電車綜合運營調(diào)度系統(tǒng)整合的子系統(tǒng)，總體來說可劃分為3大類別：面向列車運營的信號系統(tǒng)；面向設(shè)備的 PSCADA、BAS、FAS等系統(tǒng)；面向乘客及管理人員的無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、AFC、ACS等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)由于專業(yè)間的差異具有不同的特點，在系統(tǒng)的設(shè)置上也有所不同，一般采用各自獨立、分別配置的方式進(jìn)行實施，造成各個子系統(tǒng)硬件重復(fù)配置、軟件風(fēng)格與操作方式多樣化，聯(lián)動控制很差。根據(jù)有軌電車自身運營特點，應(yīng)在控制中心將弱電各子系統(tǒng)（含信號、PSCADA、傳輸、無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、周界防范、FAS、BAS、ACS、AFC 等系統(tǒng)）集成或者互聯(lián)，對硬件設(shè)備（服務(wù)器、交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫等）、軟件（操作方式、各類報表格式等）進(jìn)行資源整合，采用以行車指揮為核心的各系統(tǒng)集成方案，使各系統(tǒng)的信息形成一個緊密結(jié)合的整體，在統(tǒng)一的軟件平臺、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運營指揮、維護(hù)調(diào)度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對車、電、機(jī)的一體化監(jiān)控[10]。具體方案如圖3、圖4所示：1）由綜合運營調(diào)度系統(tǒng)組建統(tǒng)一的有線傳輸系統(tǒng)，將弱電各子系統(tǒng)業(yè)務(wù)統(tǒng)一部署到綜合運營調(diào)度系統(tǒng)傳輸設(shè)備組成的骨干網(wǎng)絡(luò)上；2）綜合運營調(diào)度系統(tǒng)采用統(tǒng)一的實時服務(wù)器、歷史服務(wù)器、培訓(xùn)服務(wù)器和設(shè)備維護(hù)服務(wù)器，用于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲和處理。前臺采用統(tǒng)一的調(diào)度/值班員工作站用于對信號和機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控；3）綜合運營調(diào)度系統(tǒng)建立在統(tǒng)一集成軟件平臺的基礎(chǔ)上，搭建弱電各子系統(tǒng)不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能；4）綜合運營調(diào)度系統(tǒng)將弱電各子系統(tǒng)業(yè)務(wù)建立在同一個軟件平臺和網(wǎng)絡(luò)平臺上，為運營提供統(tǒng)一的運營調(diào)度管理平臺；5）綜合運營調(diào)度系統(tǒng)以行車指揮為核心，為運營提供強(qiáng)大的聯(lián)動功能，增強(qiáng)應(yīng)急、突發(fā)事件的處理能力，提高運營效率。

圖3 綜合運營調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)Fig. 3 The integrated operation scheduling system

3.4 系統(tǒng)功能

基于綜合運營調(diào)度系統(tǒng)平臺，可在控制中心設(shè)置3種調(diào)度崗位，包括：行車調(diào)度工作臺、設(shè)備監(jiān)控工作臺、維修管理工作臺等，實現(xiàn)對有軌電車的運營管理。

3.4.1 行車調(diào)度工作臺

行車調(diào)度工作臺的主要工作是通過BD/GPS接收所有車輛的位置信息，經(jīng)處理后將車輛所在位置動態(tài)顯示在行調(diào)工作站上，調(diào)度員根據(jù)當(dāng)日運行時刻表對在線車輛進(jìn)行調(diào)度指揮。中心調(diào)度員可對沿線所有司機(jī)和相關(guān)工作人員進(jìn)行選呼或組呼，以實現(xiàn)對車站和車輛的集中調(diào)度和控制。沿線司機(jī)和相關(guān)工作人員可對控制中心的調(diào)度員發(fā)起呼叫，以實現(xiàn)例行呼叫并可在緊急或非正常情況下與控制中心保持溝通。

圖4 綜合運營調(diào)度系統(tǒng)管理架構(gòu)Fig. 4 The integrated operation scheduling system management

行車調(diào)度工作臺的功能主要包括正線列車運行監(jiān)視、列車運行描述、列車運行查詢、車輛運營調(diào)度、正線廣播、正線乘客信息發(fā)布、正線視頻監(jiān)控、故障報警、操作/系統(tǒng)日志、運營記錄與統(tǒng)計報表等。行車調(diào)度工作臺主要承擔(dān)面向乘客服務(wù)和正線行車控制職責(zé)，默認(rèn)其集成信號系統(tǒng)由3個顯示屏幕構(gòu)成，1個主屏，2個輔屏，同時該工作站還配備廣播設(shè)備，如圖5所示。

3.4.2 設(shè)備監(jiān)控工作臺

如圖6所示，設(shè)備監(jiān)控工作臺采用4屏，全面監(jiān)視全線系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)，使調(diào)度人員能第一時間掌握現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)。調(diào)度人員依據(jù)設(shè)備故障情況，可與變電所相關(guān)值班員和移動維修作業(yè)人員直接通話，以便開展日常及應(yīng)急情況下的指揮管理工作。

圖5 行車調(diào)度工作臺Fig. 5 Train dispatching platform

圖6 設(shè)備監(jiān)控工作臺Fig. 6 Equipment Monitoring Platform

3.4.3 維修管理工作臺

如圖7所示，維修管理工作站集成運營調(diào)度、車載信號、道岔控制、路口優(yōu)先、PA、PIS、CCTV、電話、時鐘、電源、門禁、FAS、車輛段聯(lián)鎖等系統(tǒng)網(wǎng)管維修為一體，承擔(dān)了各個子系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控和集中告警的功能職責(zé)。維修管理工作臺采用 3屏監(jiān)控。

3.5 平臺特點

1）深度集成信號、PSCADA、傳輸、無線、電話、CCTV、PA、PIS、CLK、OA、FAS、BAS、ACS、AFC等系統(tǒng)，實現(xiàn)對有軌電車中環(huán)境、供電、設(shè)備、乘客、列車的全面統(tǒng)一監(jiān)控和管理，全面提升系統(tǒng)自動化程度。

圖7 維修管理工作臺Fig. 7 Maintenance and management platform

2）為現(xiàn)代有軌電車運營管理提供信息互通和資源共享平臺，為上層應(yīng)用提供全面整體的信息支撐，提高決策的科學(xué)性、合理性。

3）提升現(xiàn)代有軌電車整體運行管理性能，提供一些新的功能和手段，實現(xiàn)子系統(tǒng)內(nèi)部快速聯(lián)動和反應(yīng)，提高運營的安全性。

4）在確保安全運行的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車的經(jīng)濟(jì)運行，集成優(yōu)化運營和管理，節(jié)能降耗。

5）建立真正意義上的跨系統(tǒng)綜合維修體系，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測及設(shè)備管理，減少運行維護(hù)成本。

6）深度集成一體化平臺，減少軟硬件投入，節(jié)約運維人員投入，滿足有軌電車降低造價的需求。

4 結(jié)論

通過建設(shè)綜合運營調(diào)度系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高各子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享及處理能力，使各子系統(tǒng)更穩(wěn)定、可靠。并通過系統(tǒng)整合實現(xiàn)了在綜合運營調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)一平臺上一機(jī)多屏顯示各專業(yè)工作界面，便于用戶在統(tǒng)一友好的界面下操作，從而精簡用戶人員配置，進(jìn)一步降低建設(shè)成本。建設(shè)綜合運營調(diào)度系統(tǒng)符合廣州現(xiàn)代有軌電車運營使用特點，將是廣州現(xiàn)代有軌電車未來發(fā)展的必然選擇。