摘要：通过对城市轨道交通互联互通运营特征的分析，城市轨道交通现有基于单线方式的行车调度系统已经无法满足跨线运行要求。结合城市轨道交通互联互通线网行车调度系统设计理念与设计思路，提出线网行车调度系统的框架设计，从全网行车信息收集与共享、网络化运行图编制与管理、线路间运营统筹与协调、全网故障监测与应急处理4个方面，对实现线网行车调度系统的关键技术进行分析，为城市轨道交通互联互通行车调度系统建设提供借鉴和参考。
关键词：城市轨道交通；互联互通；线网行车调度系统
1城市轨道交通线网行车调度系统的设计理念与思路
城市轨道交通行车调度系统是城市轨道交通运营管理的核心系统，它通过与底层轨旁控制系统及车载控制系统配合，实现列车运行计划编制、列车运行状态监视、列车运行调整、轨旁设备的监视与控制等重要功能，是调度员进行城市轨道交通行车调度管理的重要工具[1]。城市轨道交通行车调度系统与国家铁路网络化的运行模式不同，既有的城市轨道交通系统基本为独立设计、单线运行，各条线路的信号系统彼此独立，因而各条线路之间的行车调度系统之间也是彼此孤立。这样，导致线路之间不能够互联互通，带来了线路之间的设备不能共享、空闲线路上的车辆也不能调配到繁忙线路、维护与操作人员不能互换、旅客跨线换乘不便等一系列问题。轨道交通互联互通是轨道交通网络的一种运营方式，实现不同线路的轨道、车辆、供电、信号、通信、屏蔽门及运营组织能够相互兼容，车辆能够跨线运行，从而节约资源，降低成本，提高资源使用效率和旅客服务质量[2]。因此，需要通过构建互联互通的城市轨道交通网络，有效解决线网行车调度系统。
1.1设计理念
（1）线网行车调度系统是互联互通全网行车调度指挥系统的一个组成部分，它与各线的线路行车调度系统共同构成全网行车调度指挥系统。各线路行车调度系统基于传统的自动列车监控系统，可以独立负责本线路内行车调度指挥功能，包括列车运行计划加载、列车识别与跟踪、列车运行进路办理、本线内的列车运行调整等功能。（2）线网行车调度系统需要提供互联互通线路的统一计划编制，并提供给各线路使用。线网行车调度系统需要确保提供给各线路使用计划的正确性和一致性；线网行车调度系统需要具备宏观线路监视功能。线网行车调度系统与各线路行车调度系统进行接口，获取各线路现场设备状态信息、列车运行信息、运行计划执行情况等。线网行车调度系统的监视内容与含义需要与线路调度系统保持一致。（3）线网行车调度系统需要具备线网列车运行晚点及故障的在线监测功能，并能够第一时间通知给线网调度员。线网调度系统需要具备跨线运行调整能力，以及故障情况下应急处置能力；线网行车调度系统故障不应该影响各线路系统的独立运营。
1.2设计思路
线网行车调度系统主要功能是面向线网全局而不是单条线路，因此在系统功能设计与布局上，需要更多地从全局角度进行考虑，以方便调度员的使用。线网行车调度系统需要同时接入多条线路，其处理的数据量远远大于单条线路，而且还要对将来线路的扩展及增加进行考虑，因而应增强线网行车调度系统设备的性能及软件的处理性能，可以借鉴既有自动列车监控系统的软硬件技术，包括采用计算机平台、信息传送与接口机制、站场图显示，以及运行图绘制技术等。
2城市轨道交通线网行车调度系统的框架设计
根据互联互通线路对跨线行车调度功能的需要，结合线网行车调度系统的设计原则及设计思路，实现对线网互联互通的统一计划编制及全网调度的协调处理。线网行车调度系统划分为线网计划子系统和线网调度子系统2个业务子系统，以及线路接口子系统和外部接口子系统2个接口子系统。线网行车调度系统框架结构如图1所示。
2.1线网计划子系统
线网计划子系统负责全网运行计划的编制，是互联互通跨线运行组织的基础系统。线网计划子系统包括线网计划编制软件和线网计划数据管理软件。（1）线网计划编制软件。提供互联互通所有线路列车计划运行图的编制，包括平日运行计划编制、周末运行计划编制，以及节假日运行计划编制。能够编制单条线路的运行计划，也能够编制跨线列车运行计划。能够对多条线路之间的跨线计划进行衔接检查，以保证跨线计划的连续性与一致性，并能够满足车辆与线路等基础设施的性能条件。（2）线网计划数据管理软件。为线网计划编制软件提供数据管理服务，包括数据信息的查询，获取与存储。保证数据存储的一致性与可靠性，为线网计划子系统与线网调度子系统之间数据交互提供支持。
2.2线网调度子系统
线网调度子系统负责全网列车实时运行状态的监视与告警，是互联互通跨线运行的总体协调和指挥系统。线网调度子系统包括线网在线运行图软件、线网站场监控软件、线网调度命令软件、线网应用服务软件和线网调度数据管理软件。（1）线网在线运行图软件。从各条线路获取当前班次的基本运行图、计划运行图及实际运行图。基于运行图视角统一监视全网列车运行状态和早晚点信息；密切监控列车跨线运营过程及早晚点情况；对列车跨线运营与计划产生严重偏移并可能导致运行衔接问题时，自动进行提示告警；提供对重点列车的运行监视，提供历史运行图查询功能。（2）线网站场监控软件。从各条线路获取实时现场设备信号状态信息，列车位置及状态信息；统一监视全网信号机、道岔、进路状态；统一监视全网运行列车位置、驾驶模式、运行等级，以及早晚城市轨道交通互联互通线网行车调度系统的研究张德明点状态；统一监视全网站台屏蔽门、扣车、跳停、倒计时状态；对列车跨线运行的进行重点监视；收集全线列车运行告警信息，并对影响跨线运营的告警进行重点提示。（3）线网调度命令软件。提供调度命令编辑、调度命令保存、调度命令下达、调度命令回执接收功能；支持线网调度员与线路调度员之间的命令传递；提供配套调度命令模板定制、历史调度命令查询功能。（4）线网应用服务软件。线网调度子系统的后台核心支持软件，负责汇聚各线路信息，并转发给线网在线运行图软件、线网站场监控软件，以及线网调度命令软件等业务模块。同时，将线网在线运行图软件、线网站场监控软件，以及线网调度命令软件的相关作业指令发送给各线路调度系统；进行后台服务运算，支持跨线列车晚点与故障检测功能。（5）线网调度数据管理软件。提供线网调度子系统的数据库管理服务，包括数据信息的查询、获取与存储；保证数据存储的一致性与可靠性，为线网调度子系统与线网计划子系统之间数据交互提供支持。
2.3线路接口子系统
每条线路对于一套线路接口软件，接收各条线路的站场表示信息、列车位置信息、列车状态信息、当班基本运行图信息、当班计划运行图及当班实际运行图等信息，并进行相应的格式与协议转换，提供给线网应用服务器软件进行处理。同时，将线网行车调度子系统的相关信息，进行反向协议转换后，传递给各线路行车调度系统。
2.4外部接口子系统
外部接口子系统包括大屏幕接口软件和对外接口软件。（1）大屏幕接口软件提供对线网调度大屏幕系统的支持。根据线网行车调度大屏幕的布局特征，将全局性系统信息整理后提供给大屏幕系统进行显示。（2）对外接口软件提供对外信息共享功能。将线网行车调度系统的运行计划信息、站场表示信息、事件告警信息及相关历史信息，根据需要进行转换处理后，提供给综合业务，旅客向导等外部系统使用。
2.5信息总线
信息总线为各子系统软件之间的信息交换提供统一的消息通道，完成线网计划及线网调度功能[3]，支持线路延伸及与外部系统交换信息的接口扩展，提供统一的数据存储与数据共享功能。
3城市轨道交通线网行车调度系统的关键技术
3.1全网行车信息收集与共享
对全网行车信息的收集与共享是建立线网行车调度系统的基础。具体从行车信息的收集、行车信息的显示及行车信息的共享3个方面进行考虑。（1）行车信息的收集。从各条线路获取行车信息，包括列车的运行状态、轨道的占用情况、区间的占用情况、进路的排列情况和屏蔽门的开放情况等。针对线路之间的差异性，需要定义统一的协议，包括传递的信息类型、信息结构、信息的含义，以便形成接口的标准化[4]。（2）行车信息的显示。合理进行站场显示画面组织和布局，使调度员能够方便进行各条线路的站场运行状态的切换，方便查看宏观的线网布局，也能快速地切换到单个车站；能够对全网在线列车进行分类显示。（3）行车信息的共享。与各线路子系统及其他机构共享整个线网的列车运行信息，通过制定统一的信息总线框架，保证对线路接口及外系统接口的灵活性和可扩展性[5]。
3.2网络化运行图编制与管理
在传统线路情况下，运行图是按照单条线路运行交路进行设计[6]。在互联互通情况下，线路是网状的，运行图的数据组织、编辑、生成及正确性检查都需要从网络化角度进行考虑。（1）网络化运行图的数据组织。可以参照单线情况，以运行线为基础建立数据存储结构。网络化运行图不同于单线运行图，这里的运行线需要定义属于哪条线路和是否跨线；跨线运行线需要明确定义线路之间的衔接关系，线路与线路之间同时需要定义共同的图号标识。（2）网络化运行图的编辑。需要在单画面上对多张运行图进行同时显示，能够明确区分跨线交路；需要在多图同时存在的情况下方便对跨线交路及本线交路的运行线进行编辑，包括增加运行线、删除运行线、修改停站时间等。（3）网络化运行图自动生成。需要根据用户设定的跨线运行交路、本线运行交路、各时间段运行密度及出入段等参数要求，自动生成网状列车运行图；需要提供用户进行人工修改的手段。（4）网络化运行图智能检查。需要对人工或者自动生成的网状运行图进行自动检查，包括跨线交路的衔接、车辆的出入库是否与计划方式一致，以及是否存在跨线列车与本线列车运行冲突等情况。
3.3线路间运营统筹与协调
互联互通线网情况下的运行组织远远复杂于单线情况下的运行组织，线网行车调度系统需要支持网络化的运行组织与运行调整，主要从以下3个方面进行考虑。（1）运行计划的统一下达。每班运行前，线网调度员需要统一指定当日运行图，并通过线网行车调度系统统一下达给线路行车调度系统执行；线网行车调度系统需要保证下达给各条线路计划的一致性。（2）轻微晚点下的运行调整。轻微晚点情况下，以本线调整为主。线路行车调度系统及时将本线调整情况汇总给线网行车调度系统，保持对线路晚点及调整情况的实时监视。（3）严重晚点下的运行调整。严重晚点情况下，需要由线网调度员牵头，组织各线路调度员，制订全网运行调整计划。线网行车调度系统需要支持调整列车停站时间，变更跨线列车运行交路，临时增开或者取消跨线列车等运行调整措施[7]。线网行车调度系统需要支持对全网计划进行统一变更，并由各线路行车调度系统确认后生效。
3.4全网故障监测与应急处理
通过设置全网故障自动监测、操作接管，以及调度指令传递等功能，为线网调度员提供应急处理方法与手段。（1）全网故障自动监测。对全网系统运行状况进行监测，对故障进行分类报警。重点对列车跨线运行情况进行监测，通过对列车位置的实时跟踪，结合相应的列车运行计划，对跨线列车接入和交出情况进行判断。如果发生接入或者交出严重晚点，顺序错误等情况，立刻发出告警信息。（2）操作接管。正常情况下，线网调度员只负责线路设备及运营状况的监视，所有控制作业由线路调度员完成。紧急情况下，线网调度员可以具备对扣车等部分功能的操作接管。（3）调度指令传递。通过线网行车调度系统与线路行车调度系统之间建立日常的信息交互通道[8]，保证调度员能够迅速进行调度指令的发送，并反馈信息接收状态。针对典型情况制定专用的信息模板，提升紧急情况下的应急处置能力。
4结束语
城市轨道交通互联互通不仅仅是设备接口协议的标准化和设备的互换问题，也改变原有城市轨道交通以单线为基础的行车调度指挥模式。因此，建立一个线网行车调度系统，以处理网络化条件下列车跨线运行相关问题，成为城市轨道交通互联互通系统建设的一个基本需求。通过对线网行车调度系统的系统设计理念与设计思路，线网行车调度系统的框架结构及线网行车调度系统的关键技术分析，为城市轨道交通互联互通行车调度系统建设提供借鉴和参考。
作者：张德明 单位：中国铁道科学研究院
