城市軌道交通線網(wǎng)級智能調(diào)度業(yè)務(wù)需求研究

譚 耿

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司， 430063， 武漢∥高級工程師)

《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》[1]提出了“1-8-1-1”的智慧城軌發(fā)展藍圖，“8”是指八大體系，其中包含了智能運輸組織。智能調(diào)度作為智能運輸組織的主要組成部分，是城市軌道交通運營生產(chǎn)中的重要工作內(nèi)容。調(diào)度指揮按層級可分為線網(wǎng)級調(diào)度指揮和線路級調(diào)度指揮，其中城市軌道成網(wǎng)后的線網(wǎng)級智能調(diào)度是智能調(diào)度研究的重點。為此，本文從線網(wǎng)級智能調(diào)度業(yè)務(wù)需求角度進行分析研究。

1 線網(wǎng)級調(diào)度指揮業(yè)務(wù)

1.1 線網(wǎng)級調(diào)度指揮與線路級調(diào)度指揮間的業(yè)務(wù)關(guān)系

線網(wǎng)級調(diào)度指揮(以下簡稱“線網(wǎng)級調(diào)度”)主要負責統(tǒng)籌線網(wǎng)運營生產(chǎn)、制定線網(wǎng)運營規(guī)則、監(jiān)控線網(wǎng)運行狀態(tài)、開展線網(wǎng)應(yīng)急協(xié)調(diào)指揮等。

線路級調(diào)度指揮(以下簡稱“線路級調(diào)度”)主要負責統(tǒng)籌線路運營生產(chǎn)、制定線路運營規(guī)則、指揮和調(diào)整列車運行、監(jiān)控運營設(shè)備狀態(tài)、處置應(yīng)急狀況等。

線網(wǎng)級調(diào)度與線路級調(diào)度的業(yè)務(wù)關(guān)系是統(tǒng)籌管理與自主執(zhí)行的關(guān)系，如表1所示。二者業(yè)務(wù)關(guān)系的交互方式有兩種：一是通過線網(wǎng)級調(diào)度系統(tǒng)與線路級調(diào)度系統(tǒng)間接口直接進行業(yè)務(wù)信息的傳遞，二是業(yè)務(wù)通過調(diào)度人員語音溝通報送和調(diào)度指令單下達。

1.2 線網(wǎng)級調(diào)度業(yè)務(wù)

線網(wǎng)級調(diào)度是整個城市軌道交通線網(wǎng)的控制中樞，其業(yè)務(wù)主要包括[2]：① 制定線網(wǎng)級運營規(guī)則，包括制定線網(wǎng)級行車及客運規(guī)章制度，編制線網(wǎng)級應(yīng)急預(yù)案；② 編制線網(wǎng)列車運行圖，特別是互聯(lián)互通跨線運行的列車運行圖；③ 監(jiān)測線網(wǎng)行車及客流情況，協(xié)調(diào)各線路調(diào)度，以配合調(diào)整運營組織；④ 監(jiān)控線網(wǎng)供電情況，協(xié)調(diào)各線路電力調(diào)度；⑤ 監(jiān)控重要設(shè)備狀態(tài)，指導處置設(shè)施設(shè)備故障；⑥ 收集并發(fā)布影響線網(wǎng)運營的故障信息，跟蹤故障處置進度，啟動應(yīng)急響應(yīng)，聯(lián)動線路調(diào)度協(xié)調(diào)處置故障；⑦ 協(xié)調(diào)線網(wǎng)間各線路軌道維護作業(yè)及設(shè)備維護作業(yè)(特別是跨聯(lián)絡(luò)線維護作業(yè))，協(xié)調(diào)指揮列車跨線轉(zhuǎn)場作業(yè)；⑧ 發(fā)布重要預(yù)警、指令信息；⑨ 與上級部門及公共交通部門進行協(xié)調(diào)溝通，對外發(fā)布重要運營信息；⑩ 對線網(wǎng)運營情況進行匯總統(tǒng)計、分析總結(jié)，并預(yù)測其發(fā)展趨勢。

表1 線網(wǎng)級調(diào)度與線路級調(diào)度間主要業(yè)務(wù)關(guān)系

2 線網(wǎng)級智能調(diào)度業(yè)務(wù)需求分析

通過分析線網(wǎng)調(diào)度作業(yè)的內(nèi)容和特點，結(jié)合信息化、數(shù)字化技術(shù)手段，梳理、歸納出需要實現(xiàn)智能調(diào)度的業(yè)務(wù)，以提高線網(wǎng)級調(diào)度工作效率、提升調(diào)度指揮水平。本文主要從線網(wǎng)行車調(diào)度、線網(wǎng)設(shè)施設(shè)備調(diào)度、線網(wǎng)施工管理、線網(wǎng)調(diào)度管理信息化4個方面分析線網(wǎng)級智能調(diào)度的業(yè)務(wù)需求。

2.1 線網(wǎng)行車調(diào)度業(yè)務(wù)的智能化需求

通過分析線網(wǎng)行車調(diào)度作業(yè)的主要內(nèi)容，梳理出線網(wǎng)行車智能調(diào)度業(yè)務(wù)主要需求。

2.1.1 線網(wǎng)列車運行圖編制的智能化

編制線網(wǎng)列車運行圖時，通過采用統(tǒng)一的列車運行圖編制系統(tǒng)，綜合歷史客流數(shù)據(jù)、大型活動預(yù)案、天氣等信息，智能編制線網(wǎng)內(nèi)各線的列車運行圖。線網(wǎng)列車運行圖編制系統(tǒng)通過與各線路ATS系統(tǒng)/TIAS(行車綜合自動化系統(tǒng))的接口實現(xiàn)列車運行圖的自動下發(fā)和執(zhí)行。在編圖過程中對各線的客流與運力進行推演，對換乘站、重點站等車站在大客流時段可提供的運力進行分析，智能編制與客流需求相匹配的列車運行圖，以快速平衡線網(wǎng)間換乘客流，提高乘客服務(wù)質(zhì)量。

通過基于城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)多源客流數(shù)據(jù)融合技術(shù)的精準化計算和智能化分析結(jié)果，編制或優(yōu)化線網(wǎng)列車運行圖，可實現(xiàn)線網(wǎng)運力資源的優(yōu)化配置和運力運量的精準匹配，提高運輸效率，降低繪圖人員的勞動強度。

2.1.2 線網(wǎng)列車運行監(jiān)控的智能化

智能調(diào)度應(yīng)能從多種途徑獲取客流信息，通過大數(shù)據(jù)分析，對未來有可能發(fā)生大客流的區(qū)域及時段進行預(yù)測，幫助調(diào)度人員提前制定應(yīng)對措施。

通過與AFC(自動售檢票)系統(tǒng)實時客流[3]數(shù)據(jù)接口、車站客流數(shù)據(jù)接口(站內(nèi)視頻監(jiān)控分析、基站分析等)、列車客流數(shù)據(jù)接口(車內(nèi)視頻監(jiān)控分析、列車軸重分析等)等多個途徑，智能調(diào)度應(yīng)能獲取線網(wǎng)不同地點的客流數(shù)據(jù)，包括各車站的進出站客流、換乘站的換乘客流、各列車的斷面客流等。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用人工智能及大數(shù)據(jù)技術(shù)分析、清洗出有效的客流數(shù)據(jù)，在線網(wǎng)指揮中心的大屏上用不同顏色顯示各線路的擁擠程度。

智能調(diào)度應(yīng)能結(jié)合乘客歷史出行軌跡、重大活動客流預(yù)測、天氣預(yù)報、設(shè)備故障趨勢，以及與城市軌道交通相關(guān)的其他交通方式的客流信息等，給出城市軌道交通線網(wǎng)的每日客流預(yù)測分析[4]，智能評估線網(wǎng)內(nèi)的擁堵區(qū)段，并將預(yù)測評估結(jié)果發(fā)送給線網(wǎng)調(diào)度人員，以達到預(yù)警/報警的目的。該分析報告經(jīng)線網(wǎng)調(diào)度確認后，下發(fā)給線路運營控制中心，以提前做好大客流的應(yīng)對。

2.1.3 線網(wǎng)列車運行調(diào)整的智能化

鐵路站/機場/城市客運站等城市軌道交通線網(wǎng)的重點車站時常會因乘客的不均衡到達引發(fā)突發(fā)大客流，給線路的正常運營帶來壓力。當某一線路發(fā)生故障時，可能會給與之相關(guān)的換乘站帶來突發(fā)大客流，進而導致故障從單一線路向線網(wǎng)擴散。線網(wǎng)行車調(diào)度應(yīng)重點關(guān)注換乘站和重點車站的大客流情況，協(xié)調(diào)線間的客流與運力匹配。

根據(jù)換乘站、重點車站的大客流情況，智能分析客流擁堵對各線路換乘銜接的影響，將大客流信息自動下發(fā)至相關(guān)線路調(diào)度，幫助相關(guān)線路的行車調(diào)度提前做好預(yù)想，采用如越站、扣車、加開備車等運營調(diào)整方案，積極應(yīng)對大客流。

對于共線運行和跨線運行的線路，智能調(diào)度能夠協(xié)調(diào)兩線間的調(diào)度指揮，采取提前折返、加開列車等手段，以更好地控制設(shè)備故障和突發(fā)大客流的影響范圍。此外，智能調(diào)度可根據(jù)客流預(yù)測的規(guī)律和趨勢，為大客流車站提供客流控制等級預(yù)測報告。該預(yù)測報告經(jīng)線網(wǎng)調(diào)度確認后下發(fā)至對應(yīng)的線路控制中心和車站，幫助車站根據(jù)不同等級預(yù)案采取限流、臨時關(guān)站等應(yīng)對措施。

2.1.4 應(yīng)急調(diào)度指揮的智能化

線路發(fā)生突發(fā)故障時，線路調(diào)度將故障信息立即上報線網(wǎng)調(diào)度，線網(wǎng)調(diào)度需要判斷該故障是否對鄰線造成影響以及影響范圍。線網(wǎng)調(diào)度根據(jù)實際情況進行決策后，下發(fā)聯(lián)動調(diào)度指令予以應(yīng)對。智能應(yīng)急調(diào)度可根據(jù)故障發(fā)生地點和故障類型，以及故障區(qū)段客流、線網(wǎng)換乘等情況，分析故障處置方案，為調(diào)度人員提供單線故障調(diào)整、鄰線應(yīng)急調(diào)整、跨線應(yīng)急救援等措施，以及其他城市公共交通給予支援的應(yīng)急方案。線網(wǎng)調(diào)度可根據(jù)此建議措施和方案進行聯(lián)動指揮。

智能應(yīng)急調(diào)度通過對線網(wǎng)突發(fā)事件的產(chǎn)生及演變規(guī)律、應(yīng)急處置方案的智能觸發(fā)及生成、多種交通運輸方式協(xié)同處置等方面的研究，實現(xiàn)突發(fā)事件下對大客流的快速、安全疏散，提高運輸指揮和應(yīng)急反應(yīng)能力。此外，智能應(yīng)急調(diào)度與智能運維、資產(chǎn)管理等系統(tǒng)進行接口，可查詢線網(wǎng)范圍內(nèi)應(yīng)急搶險物資的分布情況，為線網(wǎng)調(diào)度人員提供應(yīng)急資源調(diào)配建議，進而為線網(wǎng)調(diào)度組織應(yīng)急搶險提供支持。

2.1.5 調(diào)度輔助決策的智能化

隨著線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，線網(wǎng)調(diào)度員調(diào)度指令的作用范圍也持續(xù)擴充，這使得線網(wǎng)調(diào)度人員需要更謹慎地下達調(diào)度命令，避免因下發(fā)調(diào)度命令引起錯誤的指示。智能調(diào)度輔助決策通過大數(shù)據(jù)處理、智能分析及構(gòu)建專家?guī)斓确椒?，為線網(wǎng)調(diào)度人員提供滿足當前環(huán)境的調(diào)度決策建議，輔助調(diào)度人員進行日常調(diào)度指揮，在應(yīng)急情況下采取相應(yīng)的處置措施，從而實現(xiàn)調(diào)度指揮決策的智能化。智能調(diào)度輔助決策系統(tǒng)應(yīng)能為調(diào)度人員制定不同情況下的調(diào)度預(yù)案，供調(diào)度人員學習和操作使用。

智能調(diào)度輔助決策系統(tǒng)可將調(diào)度人員從繁重的日常工作中解脫出來，將工作重心放在對重點區(qū)域的監(jiān)視上，并在緊急情況下提供智能的應(yīng)急處置措施，調(diào)度人員快速、合理地下達調(diào)度指令，使線網(wǎng)快速恢復至正常運營狀態(tài)。

2.1.6 綜合交通協(xié)同指揮的智能化

智能綜合交通協(xié)同指揮通過與鐵路、城市客運、機場、公共交通等部門的接口實現(xiàn)信息互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享。此外，通過對從這些接口獲取的多源客流數(shù)據(jù)進行融合處理、挖掘分析，研究重要交通樞紐的客流態(tài)勢演變，實施客流協(xié)同管控及綜合交通協(xié)同調(diào)度，提高運輸效率，保障行車安全。

在城市軌道交通、市域快軌、城際鐵路“三網(wǎng)融合”的基礎(chǔ)上，智能綜合交通協(xié)同指揮可實現(xiàn)城市軌道交通與鐵路、民航、公交等多種運輸方式之間的協(xié)調(diào)與銜接，實現(xiàn)運輸資源的優(yōu)化配置、運力運量匹配及聯(lián)動調(diào)度，在城市主管部門協(xié)調(diào)組織下對公共交通資源進行信息共享和協(xié)同運用，使城市公共交通有機融入國家現(xiàn)代化綜合交通運輸體系中。

2.2 線網(wǎng)設(shè)施設(shè)備調(diào)度業(yè)務(wù)的智能化需求

線網(wǎng)級調(diào)度應(yīng)對影響行車安全和乘客服務(wù)的設(shè)施設(shè)備進行智能監(jiān)控，設(shè)施設(shè)備發(fā)生故障時應(yīng)及時發(fā)出報警。

2.2.1 線網(wǎng)級電力調(diào)度監(jiān)控的智能化

線網(wǎng)級智能電力調(diào)度應(yīng)具備以下功能：① 監(jiān)控主變電所和牽引變電所內(nèi)主要供電設(shè)備的狀態(tài)，監(jiān)控線路用電負荷情況；② 當線路發(fā)生供電故障時，分析故障影響范圍，為調(diào)度人員提供應(yīng)急供電處置方案，協(xié)調(diào)線網(wǎng)供電應(yīng)急支援；③ 實時監(jiān)控主要供電設(shè)備的工作狀態(tài)，在設(shè)備故障時發(fā)出報警提示，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)趨勢進行故障預(yù)警；④ 監(jiān)控線網(wǎng)用電負荷情況，協(xié)調(diào)線路平衡負載，監(jiān)控跨線支援供電作業(yè)，統(tǒng)計線網(wǎng)用電量并進行能耗對比分析，提出線網(wǎng)用電能耗優(yōu)化建議。

2.2.2 線網(wǎng)級車輛調(diào)度監(jiān)控的智能化

線網(wǎng)級智能車輛調(diào)度應(yīng)具備以下功能：① 對線網(wǎng)內(nèi)所有列車的設(shè)備狀態(tài)、所處地點及編組情況等進行監(jiān)控，協(xié)助車輛調(diào)度人員合理安排線網(wǎng)各列車上線運行，協(xié)助車輛維修人員制定列車檢修計劃；② 實時監(jiān)控列車設(shè)備狀態(tài)，影響列車運行的重點設(shè)備應(yīng)具備故障報警功能，并能根據(jù)設(shè)備狀態(tài)趨勢進行故障預(yù)警；③ 實時查看列車所處位置，協(xié)助調(diào)度人員進行運營調(diào)整、制定列車故障救援計劃；④ 合理安排線網(wǎng)內(nèi)特種車輛(包括工程車、隧道清洗車、鋼軌打磨車等)的作業(yè)計劃。

2.2.3 重要設(shè)備設(shè)施監(jiān)控的智能化

線網(wǎng)級智能設(shè)備調(diào)度應(yīng)具備以下功能：① 對線網(wǎng)內(nèi)重要機電設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)控，對影響列車運行、乘客服務(wù)的設(shè)備進行故障維修作業(yè)跟蹤；② 對防淹門、人防門、電扶梯、隧道風機等機電設(shè)備進行實時監(jiān)控，設(shè)備故障時將發(fā)出報警提示，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)趨勢進行故障預(yù)警；③ 監(jiān)控車站設(shè)備工作狀態(tài)，對一鍵開關(guān)站等重要車站設(shè)備的工作情況進行監(jiān)控，故障設(shè)備時可發(fā)出報警，跟蹤故障設(shè)備的檢修作業(yè)等。

2.2.4 線網(wǎng)級視頻監(jiān)控的智能化

線網(wǎng)級智能視頻監(jiān)控應(yīng)具備以下功能：① 調(diào)看線網(wǎng)內(nèi)任意視頻監(jiān)控錄像，并與線路智能視頻監(jiān)控聯(lián)動，智能推送重要地點、重要事件的視頻畫面；② 與煙感報警器聯(lián)動，自動推送火災(zāi)發(fā)生時的視頻畫面；③ 與水位傳感器聯(lián)動，自動推送車站出入口、線路區(qū)間等重要地點水浸報警視頻畫面；④ 與乘客呼叫系統(tǒng)聯(lián)動，自動推送乘客在求助地點的視頻畫面；⑤ 實現(xiàn)人臉識別，協(xié)助智能調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)乘客軌跡記錄、可疑人員追蹤等。

2.3 線網(wǎng)施工管理業(yè)務(wù)的智能化需求

2.3.1 線網(wǎng)維修施工作業(yè)監(jiān)控的智能化

線網(wǎng)級調(diào)度在施工作業(yè)中起到監(jiān)督和協(xié)調(diào)作用。涉及線間聯(lián)絡(luò)線的施工、車輛轉(zhuǎn)場維修等作業(yè)時，均應(yīng)報送線網(wǎng)調(diào)度。線網(wǎng)級調(diào)度應(yīng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)跨線路檢修維護作業(yè)，制定相應(yīng)的跨線施工作業(yè)方案及應(yīng)急預(yù)案，并在施工作業(yè)過程中把握施工進度，確保作業(yè)安全。各線路調(diào)度應(yīng)通過智能調(diào)度系統(tǒng)提交電子施工作業(yè)計劃表，智能調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)自動檢查不同線路間是否存在相同地點、相同時段的作業(yè)沖突，并對超時未消點的作業(yè)進行提醒。

2.3.2 線網(wǎng)備品備件的智能化管理

依托云平臺建立線網(wǎng)備品備件管理系統(tǒng)，各線路、各專業(yè)按要求統(tǒng)計并填報備品備件數(shù)據(jù)，在日常維護作業(yè)時按時準確填報備品備件的使用情況和庫存情況。線網(wǎng)調(diào)度能夠查看全線網(wǎng)備品備件的庫存情況，并進行統(tǒng)一管理，有效掌握消耗量和庫存情況，動態(tài)調(diào)整線網(wǎng)間備品備件的備存地點，統(tǒng)計分析其消耗速率，制定合理的采購計劃。線網(wǎng)備品備件實現(xiàn)智能管理，將不同線路甚至不同專業(yè)之間相同備件進行資源整合，逐步降低全線網(wǎng)備品備件的庫存量。對部分備件實施大批量集中采購，降低采購成本，進而有效降低運營成本，實現(xiàn)資源共享。

2.4 線網(wǎng)調(diào)度管理信息化業(yè)務(wù)的智能化需求

依托云平臺和大數(shù)據(jù)技術(shù)打通不同的數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)調(diào)度命令管理的信息化和運營指標管理的智能化，為線網(wǎng)運營方案的改進和優(yōu)化提供技術(shù)支持。

2.4.1 調(diào)度命令電子化

線網(wǎng)調(diào)度中心日常發(fā)布調(diào)度命令及應(yīng)急調(diào)度命令時，基本依靠電話、電臺等方式，缺乏信息化手段。為確保調(diào)度命令實時有效下發(fā)，應(yīng)完善運營調(diào)度指令的電子模板，建設(shè)調(diào)度命令傳輸通道，實現(xiàn)行車調(diào)度命令電子化下發(fā)。

可以通過辦公自動化系統(tǒng)或智能調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)電子調(diào)度命令，并通過語音識別等技術(shù)手段實現(xiàn)語音調(diào)度命令的數(shù)字化。通過語音和文字滾動信息，在線網(wǎng)調(diào)度中心及線路運營控制中心實時播報和顯示調(diào)度命令，車站值班室可同步播報和接收該調(diào)度命令，從而提高調(diào)度命令的共享能力。通過調(diào)度命令電子化，線網(wǎng)級調(diào)度可通過關(guān)鍵詞搜索功能快速查詢已下發(fā)的歷史指令，并監(jiān)視各線路調(diào)度崗位對調(diào)度命令的執(zhí)行情況，避免執(zhí)行錯誤的調(diào)度命令。

2.4.2 運營指標的智能統(tǒng)計及評估

智能調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)能依據(jù)我國城市軌道交通運營指標體系的相關(guān)標準及規(guī)范，自動完成線網(wǎng)內(nèi)各線路各項運營指標的收集和統(tǒng)計，自動開展指標的對比分析，并尋找最優(yōu)指標對應(yīng)的調(diào)度指揮命令，以協(xié)助運營單位穩(wěn)步提升運營績效水平。

每日運營結(jié)束后，基于當日的實際客流及列車運行表現(xiàn)，對當日列車運行圖的執(zhí)行情況進行分析評估，并輸出相關(guān)的評估指標，用以持續(xù)優(yōu)化列車運行圖。此外，對每日列車開行數(shù)和每日能耗情況進行對比分析，可得到各線路牽引能耗與運營車公里的比值，以及牽引能耗與客運量的比值。通過不斷優(yōu)化調(diào)整列車運行圖，評估線路能耗及分析線網(wǎng)客流數(shù)據(jù)的變化趨勢，智能調(diào)度系統(tǒng)可從中尋找到線網(wǎng)運能與能耗的最優(yōu)平衡方案。

3 結(jié)語

智能調(diào)度是智慧城市軌道交通的重要組成部分，是提高城市軌道交通運輸效率和智能化水平的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，是國內(nèi)都市圈/城市群實現(xiàn)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化智能運營的核心要素，也是實現(xiàn)軌道交通多網(wǎng)融合、有機融入我國現(xiàn)代化綜合交通運輸體系的必要前提。

本文通過分析線網(wǎng)級智能調(diào)度業(yè)務(wù)內(nèi)容，形成了行車調(diào)度、設(shè)備設(shè)施調(diào)度、調(diào)度作業(yè)管理等線網(wǎng)級調(diào)度指揮的智能業(yè)務(wù)需求。后續(xù)應(yīng)結(jié)合線網(wǎng)運營調(diào)度中心、應(yīng)急指揮中心的主要工作職責及業(yè)務(wù)范疇，深入開展線網(wǎng)級智能調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)和功能等方面的研究，以實現(xiàn)智能調(diào)度與應(yīng)急指揮的深度融合，打造適用于多網(wǎng)融合、日常指揮與應(yīng)急指揮相結(jié)合的智能調(diào)度系統(tǒng)。