城市軌道交通數(shù)字化管理研究

項柳青、張洪強

（浙江省軌道交通運營管理集團有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

隨著國內(nèi)中大型城市的軌道交通的飛速發(fā)展，以計算機相關(guān)技術(shù)、機電一體化產(chǎn)品和通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為主，軌道交通運營的數(shù)字信息化程度越來越高，正朝著集約化、數(shù)字化管理目標進發(fā)，更好地改善軌道交通線路部分實踐的擁堵情況。通過調(diào)度、管理等手段降低運維成本，已成為現(xiàn)在國內(nèi)軌道交通運營部門的核心問題和近期亟待提升的目標之一。提高軌道交通的數(shù)字化建設(shè)和管理水平，必不可少地需要利用到網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)。數(shù)字軌道就是其中一個有效的方法。

數(shù)字軌道交通系統(tǒng)是指在城市軌道交通系統(tǒng)從前期的設(shè)計規(guī)劃，到實現(xiàn)完成工程交付，并投入商業(yè)運行的這一完整階段中，必須引入現(xiàn)代通訊傳輸技術(shù)。利用大數(shù)據(jù)和對信息的儲存、管理、計算和大數(shù)據(jù)分析等輔助技術(shù)手段，實現(xiàn)軌道交通的運行與管理的信息化管理系統(tǒng)。對軌道交通系統(tǒng)的所有服務(wù)與管理信息數(shù)據(jù)，均按照已制定好的技術(shù)規(guī)范與技術(shù)標準，以做到全程管理信息化。而數(shù)字軌道交通的建設(shè)則涵蓋了對軌道交通各服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)計分析和各類服務(wù)[1]。

1 數(shù)字軌道軟件體系的架構(gòu)模型

數(shù)字軌道數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)綜合運用平臺的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是由構(gòu)架模型、參考模型和參考構(gòu)架共同組成的。在這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式中，自身的應(yīng)用模型應(yīng)該做到功能強大，并且能支持多種相關(guān)業(yè)務(wù)，除此之外，還需要建設(shè)一個仿造的虛擬試驗?zāi)Ｐ停ㄟ^這個虛擬仿真的數(shù)字系統(tǒng)，可以用作模擬各個系統(tǒng)直接的信息傳輸，數(shù)據(jù)共享，包括存儲、備份、交互等等，主要用于調(diào)研和模擬社會現(xiàn)實，以便進一步分析和改善情況，以檢驗和確定現(xiàn)有軌道交通工程的數(shù)字化方案，是否能夠建成并交付社會使用，以后如何滿足市場需求，以及在數(shù)字軌道交通系統(tǒng)建造完成后提供生產(chǎn)經(jīng)營管理和維修保養(yǎng)等部門應(yīng)用時，確保其功能的完整性、實用性、安全性能和可擴展性等能夠適應(yīng)工程設(shè)計和實際的使用需求。數(shù)字軌道交通的基礎(chǔ)設(shè)施包括通訊數(shù)據(jù)傳輸、信息、調(diào)度、自動控制、數(shù)據(jù)采集存儲以及各種有關(guān)的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)地鐵各種服務(wù)系統(tǒng)的實際使用場合以及各系統(tǒng)的需求，經(jīng)工程技術(shù)隊伍設(shè)計、開發(fā)完成的一個綜合性信息管理和應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)具有及時處理在線分布式數(shù)據(jù)和及時處理實時數(shù)據(jù)的應(yīng)用特征[2]。

適應(yīng)于數(shù)字計算互聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用平臺的新架構(gòu)方式，可考慮基于計算資源虛擬化的云計算技術(shù)，對分布式儲存的數(shù)據(jù)和資源集中管理。任何架構(gòu)都具有一定限度的隱藏軟件的使用效果，主要區(qū)別就是系統(tǒng)開發(fā)的成本和運維成本。以下是適用于此系統(tǒng)的架構(gòu)分析：

1.1 云計算架構(gòu)

在節(jié)能環(huán)保、資源共享方面有明顯優(yōu)勢，但需要的第三方軟件較多、任務(wù)調(diào)控和管理方面相對困難。無法保證反饋信息的實時性，不穩(wěn)定因素較多，同時對通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶拵б蟾?，不適合實時生產(chǎn)系統(tǒng)。

1.2 分布式存儲、處理

可以通過面向服務(wù)的體系架構(gòu)SOA 的技術(shù)框架設(shè)計實現(xiàn)。SOA 的技術(shù)框架適合總體規(guī)劃，分段增量?；蛘呤遣⑿械拈_發(fā)模式，容易實現(xiàn)，能保證反饋的實時性。缺點是不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要獨立部署和運行。

1.3 集中存儲、分布式處理

數(shù)據(jù)的存儲相對的集中，容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理，恢復(fù)和共享。而且由于各業(yè)務(wù)系統(tǒng)是分布式的處理，所以也要要求寬帶和數(shù)據(jù)傳輸能力，以保證數(shù)據(jù)處理的實時性。

1.4 集中存儲、處理的多業(yè)務(wù)模式

這種模式可以看作是上面1 和3 兩種模式的中間選項，平衡兩者的實際缺點而產(chǎn)出的一種適中的處理方式。最大的優(yōu)點是能滿足各業(yè)務(wù)系統(tǒng)對運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集中存儲和各部門進行共享。同時滿足多業(yè)務(wù)系統(tǒng)并發(fā)處理，保證實時性的要求，并且可以減少第三方軟件的插入。難點是設(shè)計之前必須調(diào)查好各個業(yè)務(wù)板塊針對系統(tǒng)的需求量，計算所需要的資源消耗。同時，對通常一條軌道交通線路，一個內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)的做法，需要部分改變其拓撲結(jié)構(gòu)。

2 城市軌道交通數(shù)字化管理的意義

其一，實現(xiàn)軌道交通控制、信號、架空、通信、管理的協(xié)調(diào)和應(yīng)用，支持列車運行指揮調(diào)度服務(wù)和管理等多方應(yīng)用；

其二，實現(xiàn)集成化數(shù)字管理，提升軌道交通的多業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的共享和管理；

其三，實現(xiàn)軌道交通內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)與內(nèi)外城市交管部門之間的信息傳輸和各種數(shù)據(jù)對接端口，達到數(shù)據(jù)共享；

其四，提升軌道交通的市場競爭力和管理水平，降低運維成本，改善現(xiàn)階段大部分軌道交通的虧損情況。

3 城市軌道交通數(shù)字化管理的技術(shù)方式

3.1 多線一中心

軌道交通的第一條軌道線，雖然并沒有編成軌道交通網(wǎng)，但是各個城市政府在開展地鐵規(guī)劃工作的時候，通常都是以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃成多條線，如此就可以方便都市里的公交出行需求。在進行軌道交通建設(shè)時，大多數(shù)從搭設(shè)骨架線開始，然后再以建設(shè)填充線的模式進行軌道交通網(wǎng)的整體建設(shè)。由于線路建設(shè)的工期較長，甚至需要4～5年的時間才能投入運營使用，因此，要先規(guī)劃好整體的交通網(wǎng)，再進行內(nèi)部細化的建設(shè)。

我國軌道交通發(fā)展的初期，城市建設(shè)完成并且投入運維的線路較少，線網(wǎng)的控制多采用一條線路，設(shè)置一個運營中心，這個運營中心通常包括列車自控、通信、信號、電力、檢售票、其他控制系統(tǒng)等等。但是隨著城市投入運行的線路越來越多，這種模式已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)在的網(wǎng)格化格局。

數(shù)字軌道的一個核心基礎(chǔ)內(nèi)容就是在單線路的基礎(chǔ)上，組建一個控制室控制多條線路。一個富有代表性的交通網(wǎng)中心是綜合多條軌道線的多個基礎(chǔ)的自動化管控系統(tǒng)，統(tǒng)一建立兩個指揮監(jiān)控中心和一個模擬訓練中心，即線網(wǎng)運營監(jiān)控中心、應(yīng)急指揮救援中心和一個模擬演練中心。此外，為了方便各線路乘客的換乘，在線路建設(shè)時，需要信息傳播中心、清算中心和能夠?qū)φ麄€線網(wǎng)軌道運營進行指揮的數(shù)據(jù)信息中心，方便各線路之前的信息共享。

3.2 多網(wǎng)合一

軌道交通網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜、有效和安全的信息網(wǎng)絡(luò)，能夠協(xié)助建設(shè)公司提高與政府部門間的協(xié)調(diào)力量，以保證軌道交通的正常運行。地鐵工程建設(shè)與運行設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括有通信、電話、信息、火警通信、電源控制、廣播、車輛信息、火災(zāi)報警信息等。但因為建設(shè)周期、設(shè)備提供部門、管理單位等的差別，所以通常各線先建立了自己的計算機網(wǎng)絡(luò)骨干系統(tǒng)，然后再采用一個統(tǒng)一的局域網(wǎng)進行互連，從而形成了地鐵的內(nèi)部局域網(wǎng)，通過這種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)布線，不可避免地涉及重復(fù)操作，造成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)龐大，線路復(fù)雜等問題，也不利于將來的線網(wǎng)擴容，因此建設(shè)數(shù)字軌道的核心內(nèi)容之一就是合并多種網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)一個完整的網(wǎng)絡(luò)平臺[3]。

3.3 多系統(tǒng)集成

數(shù)字化地鐵的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)既包括地鐵的生產(chǎn)系統(tǒng)和經(jīng)營管理系統(tǒng)，也包括支撐線路運作的信號系統(tǒng)、通信管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，還包括城市軌道交通工程建設(shè)、經(jīng)營和開發(fā)等業(yè)務(wù)的綜合性管理系統(tǒng)。通過對企業(yè)戰(zhàn)略決策支撐、主數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理、技術(shù)支撐、企業(yè)服務(wù)總線和產(chǎn)品管理等的無縫整合，實現(xiàn)了城市軌道交通企業(yè)運營數(shù)據(jù)采集由下至上以及業(yè)務(wù)管理中各級人民政府的分層式軟件系統(tǒng)的架構(gòu)，還有各管理系統(tǒng)之間的信息共享與管理。

軌道交通系統(tǒng)集成包括通信系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)等等。其中，智能化監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)共享平臺，對通信、供電、機電和站場設(shè)備以及列車線路的狀態(tài)進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享基礎(chǔ)上的各類突發(fā)事件及時處理，保證軌道交通的運行安全。

目前在軌道交通自動化監(jiān)控方面也已實現(xiàn)了長足的進展，例如新加坡軌道交通的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，繼承了傳統(tǒng)車站自動控制和設(shè)備自動維護的系統(tǒng)技術(shù)，整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由五百多臺計算機監(jiān)控系統(tǒng)來運行，是國際上第一個進行全智能型自動化控制運營的地鐵線路。北京市于2004年率先提出了地鐵線網(wǎng)中心建設(shè)計劃，并于2008年投入使用。而北京市地鐵指揮中心，目前集運營指揮調(diào)度與票務(wù)清算二大職能于一身，為業(yè)內(nèi)中涉及線路最多、智能化水平最高的軌道交通調(diào)度指揮中心。

4 數(shù)字化管理的關(guān)鍵措施

4.1 統(tǒng)一設(shè)計規(guī)劃

整體規(guī)劃，分步實施，急用先建是城市軌道建設(shè)項目中最基本的原則。軌道交通建設(shè)不單純是技術(shù)層面需要考慮的問題，還涉及政府和城市的發(fā)展戰(zhàn)略、具體的管理模式、周邊環(huán)境的影響以及對人的影響等等，更關(guān)系到整體的規(guī)劃設(shè)計、指揮運營以及各企業(yè)在進行管理時不同的系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)問題等，可以說軌道交通建設(shè)是一個系統(tǒng)性的管理過程，更是一項實施過程。

國內(nèi)許多新建設(shè)地鐵的城市，都采用了數(shù)字化的建設(shè)模式，通過信息化來做前期的整體項目規(guī)劃和各個板塊的線路模擬，已經(jīng)考慮了各個系統(tǒng)之間相互合作，以保證信息可以在各個板塊間，任意的共享和交互。

軌道交通工程綜合性管理與應(yīng)用信息系統(tǒng)的設(shè)計與實施，都需要由專門的人員來實施，設(shè)計人員要熟悉工程項目中所涉及的整個業(yè)務(wù)流程，同時熟悉不同板塊的工作內(nèi)容和管理目標，并可以針對各個板塊的需要，結(jié)合數(shù)據(jù)的變化，分析并制定整個信息系統(tǒng)的整體設(shè)計，并針對不同的工程平衡點，完成初步設(shè)計、各業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計以及設(shè)計的整體進度計劃、人員培訓計劃和工程驗收總結(jié)等各個階段的文檔說明，保證系統(tǒng)建設(shè)進度的同時，也提高了系統(tǒng)質(zhì)量[4]。

按照國內(nèi)外目前有關(guān)城市軌道交通信息化體系的建設(shè)成功經(jīng)驗，一般應(yīng)在城市地鐵項目初期委托具備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成、系統(tǒng)智能化實施以及綜合信息化體系規(guī)劃設(shè)計功能的企業(yè)，先完成總體方案制定與技術(shù)需求評估工作，為項目后期的信息化工程建設(shè)與實施提供技術(shù)準備，同時又可有效減少項目今后在各個系統(tǒng)集成階段的建設(shè)成本。

信息化系統(tǒng)是對多系統(tǒng)的集成，在整體規(guī)劃與工程方案設(shè)計過程中，不但要體現(xiàn)在線路規(guī)劃設(shè)計過程與建設(shè)中生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間的整合，而且要充分考慮線路中生產(chǎn)系統(tǒng)與公司內(nèi)部經(jīng)營管理之間的數(shù)據(jù)整合。如在自動檢售票管理系統(tǒng)中，需與企業(yè)內(nèi)部財務(wù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)資源共享，以達到企業(yè)財務(wù)核算一體化；在運營設(shè)計及建設(shè)設(shè)備維護管理系統(tǒng)中，則需與政府采購管理系統(tǒng)和工程合同管理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，以確保建設(shè)與購買雙方的設(shè)備轉(zhuǎn)交，以及物料供應(yīng)情況等數(shù)據(jù)的一致性[5]。

4.2 數(shù)據(jù)對接的設(shè)計

軌道交通行業(yè)數(shù)字軌道的主要業(yè)務(wù)特征就是各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)職責清楚，既清晰明確，又具有彼此交錯引用的關(guān)系。所以，需要確定為各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，信息采集機制，存儲轉(zhuǎn)換的方法等，因為各個業(yè)務(wù)板塊系統(tǒng)本身都是比較完善的，而且已經(jīng)能夠大范圍使用，不過由于數(shù)據(jù)之間又是相互共用的，因此對于各業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)要進行結(jié)構(gòu)、采集制度、處理方式、使用方式和儲存結(jié)構(gòu)的梳理和明確。不同時期參與建筑項目不同板塊的企業(yè)，對供應(yīng)商的接口也會產(chǎn)生各種不一致。但是為防止建筑項目在后期出現(xiàn)問題，必須針對各個板塊所需要的數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，和數(shù)據(jù)被其他板塊所調(diào)取的供求關(guān)系，做嚴格的梳理和分類整理。按照數(shù)據(jù)的使用情況，對各個板塊要求必須提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)端口，使各個相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)方便地進行引用。

5 結(jié)語

以上綜合分析了軌道交通建設(shè)、運維過程中多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)缺點和技術(shù)相關(guān)要素，為軌道交通建設(shè)的數(shù)字化管理提供了合適的方法建議和思路。以多條線路網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個運維中心、多系統(tǒng)集成的技術(shù)解決方案，能夠有效地減少軌道交通信息化建設(shè)的成本和人力，提高管理效率，實現(xiàn)了板塊不同系統(tǒng)之間的信息共享和交互。按照地鐵的設(shè)計原則，闡述了在地鐵建造過程中需要統(tǒng)一的管理規(guī)范與設(shè)計，并結(jié)合各服務(wù)系統(tǒng)在實際運營過程中，既有明確的獨立職責，又要彼此相互引用信息的特征，以期為我國的軌道交通建設(shè)行業(yè)提供相關(guān)的建議參考。