城市軌道智能交通系統(tǒng)研究與體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘　要　依據(jù)ＩＴＳ理論與系統(tǒng)工程思想,在分析城市軌道交通特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出城市軌道智能交通系統(tǒng)(ＵＭＩＴＳ)的概念,并對(duì)ＵＭＩＴＳ的基本構(gòu)成進(jìn)行了論述。對(duì)ＵＭＩＴＳ體系中綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ＩＳＣＳ)的功能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了論述,對(duì)旅客向?qū)到y(tǒng)(ＰＩＳ)的服務(wù)內(nèi)容與功能重新進(jìn)行了定義。關(guān)鍵詞　新交通系統(tǒng),城市軌道智能交通系統(tǒng),綜合監(jiān)控系統(tǒng),旅客向?qū)到y(tǒng) 智能交通系統(tǒng)(ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｙｓ ｅｍ,簡稱ＩＴＳ)是最近十幾年提出的新概念。從城市交通系統(tǒng)來看,無論是公共交通,還是非公共交通部分,ＩＴＳ的研究還僅局限在道路交通,對(duì)于城市軌道交通鮮有涉及。 從另外角度講,城市軌道交通系統(tǒng)作為先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)(ＡＰＴＳ)組成部分,已被納入ＩＴＳ體系。但由于城市軌道交通的獨(dú)特性,城市軌道智能交通系統(tǒng)(ＵｒｂａｎＭａｓｓＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ,簡稱ＵＭＩＴＳ)各組成要素與傳統(tǒng)ＩＴＳ不同,可以將其作為獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行研究。ＩＴＳ(主要指道路)所解決的本質(zhì)問題是:如何將交通高峰時(shí)期的車輛有效地分布在道路網(wǎng)中,盡量縮短人們的出行時(shí)間[1]。城市軌道智能交通系統(tǒng)的研究對(duì)這一本質(zhì)問題的解決提供了新的思路。即將交通高峰時(shí)的部分人流有效地分布在城市軌道交通網(wǎng)中,并間接影響與之相關(guān)的城市道路交通網(wǎng)。這意味著,Ｕ ＭＩＴＳ與道路ＩＴＳ相結(jié)合,將構(gòu)成相對(duì)完整的城市智能交通系統(tǒng)。對(duì)這一本質(zhì)問題的解決將產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。1城市軌道智能交通系統(tǒng)及其基本構(gòu)成1.1城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)　　廣義的城市軌道交通以軌道運(yùn)輸方式為主要技術(shù)特征,是城市公共客運(yùn)交通系統(tǒng)中具有中等以上運(yùn)量的輪軌交通系統(tǒng),在城市公共客運(yùn)交通中起骨干作用[2]。 城市軌道交通與地面常規(guī)交通方式相比,具有運(yùn)量大、速度快、能耗低、污染少、可靠性強(qiáng)、舒適性佳、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)。另外,城市道路擁堵是世界性的通病。道路不可能無限地拓寬、增加,道路ＩＴＳ也不可能從根本上解決交通擁堵。而城市軌道交通的建設(shè),則可有效減少地面交通車輛,是緩減道路擁擠的方法之一。而隨著城市交通中軌道交通客運(yùn)份額的增大,對(duì)其智能化、系統(tǒng)化的研究也就日趨重要。1.2城市軌道智能交通系統(tǒng)的提出 城市軌道交通系統(tǒng)涉及的科技領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,包括通信、電子、計(jì)算機(jī)、車輛、供電、環(huán)控、防災(zāi)、機(jī)電等。應(yīng)該運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論與方法,將城市軌道交通系統(tǒng)各組成部分有機(jī)地集成,使其呈現(xiàn)出各組成要素所沒有的整體功能。 根據(jù)城市軌道交通的特點(diǎn)及其所涉及到的不同領(lǐng)域,ＵＭＩＴＳ的基本構(gòu)成應(yīng)包括如下內(nèi)容:先進(jìn)的通信系統(tǒng),先進(jìn)的供電系統(tǒng),綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ＩＳＣＳ),旅客向?qū)到y(tǒng)(ＰＩＳ),列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(ＡＴＣ),車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(ＥＭＣＳ),防災(zāi)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)(ＦＡＳ),自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(ＡＦＣ),管理信息系統(tǒng)(ＭＩＳ)等。其基本構(gòu)成如圖1所示。 綜上所述,并結(jié)合國內(nèi)外專家對(duì)ＩＴＳ的定義,對(duì)ＵＭＩＴＳ的定義可歸納如下:在較完善的基礎(chǔ)設(shè)施(包括車站、站臺(tái)、車輛段和通信等)上,將先進(jìn)的信息、通信、控制、傳感器和系統(tǒng)綜合等技術(shù)有效地集成,并應(yīng)用于城市軌道交通系統(tǒng),從而建立起在城市軌道交通范圍內(nèi)發(fā)揮作用的,并能間接影響城市道路運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)輸系統(tǒng)。2綜合監(jiān)控系統(tǒng)2.1綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能2.1.1綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能構(gòu)成圖 綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ,簡稱ＩＳＣＳ)在ＵＭＩＴＳ中的位置類似于ＩＴＳ中的ＡＴＭＳ(先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)),但在具體內(nèi)容上與ＡＴＭＳ有很大不同。ＩＳＣＳ是以行車指揮與列車運(yùn)行自動(dòng)化為核心的復(fù)雜大系統(tǒng),它包括通信的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(ＮＭＳ)、電力監(jiān)控系統(tǒng)(ＳＣＡＤＡ)、列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(ＡＴＳ)、旅客向?qū)到y(tǒng)(ＰＩＳ)、車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(ＥＭＣＳ)、防災(zāi)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)(ＦＡＳ)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(ＡＦＣ)、管理信息系統(tǒng)(ＭＩＳ)等。ＩＳＣＳ將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和系統(tǒng)工程等運(yùn)用到城市軌道交通中,對(duì)各個(gè)職能系統(tǒng)的運(yùn)行管理和綜合監(jiān)控,從而最大限度地調(diào)動(dòng)軌道交通系統(tǒng)內(nèi)部各專業(yè)、各種設(shè)施、各營業(yè)線的內(nèi)在潛力,使之成為完整的有機(jī)整體。 國外ＩＳＣＳ的發(fā)展已有30多年,但大都局限在對(duì)幾種重要職能系統(tǒng)的綜合管理與監(jiān)控。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,有必要對(duì)ＩＳＣＳ的功能進(jìn)行擴(kuò)展,將其更好地系統(tǒng)化、智能化。作為構(gòu)筑ＵＭＩＴＳ體系的核心部分,ＩＳＣＳ的功能結(jié)構(gòu)一方面應(yīng)考慮Ｕ ＭＩＴＳ與道路ＩＴＳ的銜接,預(yù)留與道路ＩＴＳ的接口;另一方面,應(yīng)符合我國國情和城市軌道交通的發(fā)展現(xiàn)狀。據(jù)此,ＩＳＣＳ的功能應(yīng)如圖2所示。2.1.2職能子系統(tǒng)的主要功能 各車站設(shè)備通過廣域網(wǎng)將信息實(shí)時(shí)傳遞給控制中心,各職能系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理這些信息,并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各車站設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控。2.1.3關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的主要功能 對(duì)處理過的信息進(jìn)行綜合、統(tǒng)計(jì)和對(duì)比后,將與城軌系統(tǒng)各級(jí)管理人員關(guān)聯(lián)的信息篩選出來,提供給ＭＩＳ;將與旅客關(guān)聯(lián)密切的信息篩選出來,實(shí)時(shí)反饋給ＰＩＳ和道路ＩＴＳ中的ＡＴＩＳ,同時(shí)將ＡＴＩＳ傳遞來的實(shí)時(shí)信息反饋給ＰＩＳ。2.1.4匯總子系統(tǒng)的主要功能 將聯(lián)機(jī)綜合處理后的重要信息定期向上級(jí)主管部門匯報(bào),匯總功能也可通過ＭＩＳ來實(shí)現(xiàn)。2.2綜合監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) ＩＳＣＳ應(yīng)是一種分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)通信的要求可分四個(gè)層次:信息層、通信層、控制層和設(shè)備層。ＩＳＣＳ可采用基于“生產(chǎn)者 消費(fèi)者(ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｎｓｕｍｅｒ)”模式的設(shè)備網(wǎng)和控制網(wǎng),以及得到廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)作為核心框架,滿足系統(tǒng)從現(xiàn)場到互聯(lián)網(wǎng)各層次的數(shù)據(jù)通信要求。2.2.1ＩＳＣＳ體系結(jié)構(gòu)介紹(1)控制中心機(jī)房設(shè)備:包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、主服務(wù)器、通訊前置機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存放所有的數(shù)據(jù)信息;主服務(wù)器負(fù)責(zé)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)、職能子系統(tǒng)的信息處理等項(xiàng)工作;通訊前置機(jī)負(fù)責(zé)同ＩＳＣＳ的車站主機(jī)、時(shí)鐘系統(tǒng)、無線列調(diào)系統(tǒng)等通訊并收集數(shù)據(jù)。(2)控制中心調(diào)度設(shè)備:在控制中心,可設(shè)大型模擬盤(或表示屏)用于宏觀信息的綜合顯示。可設(shè)ＡＴＳ監(jiān)控臺(tái)進(jìn)行列車的集中控制和調(diào)度,設(shè)ＳＣＡＤＡ監(jiān)控臺(tái)監(jiān)控各變電所供電系統(tǒng),設(shè)旅客向?qū)ПO(jiān)控臺(tái)用于旅客向?qū)畔⒌陌l(fā)布和監(jiān)控[4]。另外,可為其它系統(tǒng)(如ＦＡＳ、ＥＭＣＳ、ＡＦＣ等)設(shè)一個(gè)綜合監(jiān)控臺(tái)。ＭＩＳ工作臺(tái)除在控制中心設(shè)置外,還可根據(jù)需要,通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)分設(shè)在各車站、辦公室等各個(gè)部門。(3)廣域網(wǎng)通訊設(shè)備:控制中心同車站間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的備份通道,可由路由器構(gòu)成廣域網(wǎng)。(4)車站設(shè)備:在各車站設(shè)ＩＳＣＳ車站主機(jī)(可設(shè)雙機(jī)熱備份)。車站基本分為設(shè)備集中站、非設(shè)備集中站、停車場、車輛段等。車站內(nèi)有一個(gè)統(tǒng)一的局域網(wǎng),通過智能集線器或其他方式互聯(lián),再使用一些網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)施,將這些系統(tǒng)的監(jiān)視及控制信息集成到一起發(fā)往控制中心,中心級(jí)系統(tǒng)再分門別類地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。(5)ＵＭＩＴＳ與道路ＩＴＳ的接口:主要是ＰＩＳ與ＡＴＩＳ的信息交換接口,可由廣域網(wǎng)通訊設(shè)備來完成。即在控制中心同交管局(ＡＴＩＳ主管部門)間,采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道,并用路由器構(gòu)成廣域網(wǎng);另外,也可通過ＡＤＳＬ等技術(shù)完成ＰＩＳ與ＡＴＩＳ間的信息交換。2.2.2ＩＳＣＳ體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)(1)通道的充分共享:在ＩＳＣＳ中,控制中心和車站間采用了廣域網(wǎng)的連接,而且通道為各類信息共享,各職能子系統(tǒng)不必單獨(dú)組網(wǎng)。(2)監(jiān)控設(shè)備和維護(hù)設(shè)備的共享:在控制中心,無需再為各職能子系統(tǒng)設(shè)立單獨(dú)的主服務(wù)器來綜合處理各類信息。由于實(shí)現(xiàn)了信息共享,在控制中心還可實(shí)現(xiàn)維護(hù)設(shè)備的共享,進(jìn)一步提高設(shè)備的利用率。(3)系統(tǒng)可靠性的提高和配置優(yōu)化:該綜合系統(tǒng)不僅可通過提供綜合服務(wù)提高服務(wù)質(zhì)量,同時(shí)由于系統(tǒng)設(shè)備的綜合使用,系統(tǒng)配置得到優(yōu)化,系統(tǒng)的可靠性得到提高。例如:數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、主服務(wù)器、通訊前置機(jī)、車站主機(jī)的雙套設(shè)置、雙局域網(wǎng)、雙廣域網(wǎng)等的采用,可以保證關(guān)鍵部位不易失效,系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的可用度得以提高[4]。3 旅客向?qū)到y(tǒng) 旅客向?qū)到y(tǒng)(ＰＩＳ)是以“旅客”為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的。目前,在我國城市軌道交通中,還沒有建立完善的旅客向?qū)到y(tǒng),給旅客帶來諸多不便。 ＰＩＳ在ＵＭＩＴＳ體系中的位置,類似于道路ＩＴＳ中的ＡＴＩＳ(先進(jìn)的交通信息系統(tǒng))。目前,國內(nèi)外資料中涉及的ＰＩＳ通常是指站臺(tái)導(dǎo)向裝置。本文在借鑒ＡＴＩＳ的同時(shí),對(duì)ＰＩＳ的內(nèi)容進(jìn)行了擴(kuò)展。即ＰＩＳ為旅客提供的服務(wù)應(yīng)包括:出行前信息服務(wù)、出行中信息服務(wù)、站臺(tái)導(dǎo)向裝置、個(gè)性化信息服務(wù)等。ＰＩＳ主要為旅客提供基本的城市軌道交通信息,但如果能與ＡＴＩＳ實(shí)現(xiàn)信息共享,對(duì)解決城市交通的本質(zhì)問題將起到重要的輔助作用。3.1行前信息服務(wù) 使旅客在出行前通過多種媒體(如網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、電視、報(bào)紙等)在出行起點(diǎn)及時(shí)獲取包括軌道交通在內(nèi)的各種城市交通方式的出行路徑、出行時(shí)間等相關(guān)信息,為規(guī)劃最佳出行提供輔助決策信息服務(wù)。3.2出行中信息服務(wù) 這部分功能主要通過ＩＳＣＳ中的關(guān)聯(lián)子系統(tǒng),將與旅客關(guān)系密切的軌道交通信息,實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反饋給ＰＩＳ,使旅客通過視頻、音頻、電子圖文等媒體,在出行途中就能及時(shí)了解最新?lián)Q乘信息、車輛運(yùn)行狀態(tài)信息、調(diào)度信息、到站時(shí)間、票價(jià)以及與目的地相關(guān)的一些信息等。這一服務(wù)的另一重要功能是交通流信息誘導(dǎo)。通過ＩＳＣＳ中的關(guān)聯(lián)子系統(tǒng),將當(dāng)前道路交通系統(tǒng)中ＡＴＩＳ傳遞過來的信息,反饋給ＰＩＳ,使旅客及時(shí)了解與自己出行路徑密切相關(guān)的各種道路誘導(dǎo)信息,包括道路狀況信息、氣象信息、交通狀況信息等。其中,交通狀況信息包括交通事件和擁擠程度信息,以及交通流量、車道占有率、車速、行程時(shí)間等交通特性,為旅客當(dāng)前出行決策和路線重新選擇提供信息參考,從而避免盲目換乘造成的時(shí)間延誤和交通堵塞。3.3個(gè)性化信息服務(wù) 通過各種媒體使旅客隨時(shí)獲取與出行有關(guān)的社會(huì)綜合服務(wù)及設(shè)施的信息。旅客在獲知這些信息后,就能制定或修正自己的出行計(jì)劃,從而減少迂回出行和因此造成的延誤[5]。 個(gè)性化信息服務(wù)還可提供文字、圖像、動(dòng)畫等形式的商業(yè)廣告,并與其他信息網(wǎng)互聯(lián),共享公益服務(wù)信息。此外,還可提供與城軌交通有關(guān)或無關(guān)的電子商務(wù)。城軌交通運(yùn)營公司還可面向公眾開設(shè)網(wǎng)上服務(wù)社區(qū),接受旅客的各種意見、建議,并及時(shí)向社會(huì)發(fā)布公司有關(guān)信息(如各種承諾、投訴處理等)。3.4站臺(tái)導(dǎo)向裝置 導(dǎo)向裝置是利用語言、文字、數(shù)字和符號(hào),采用聲、光、電等現(xiàn)代技術(shù),在出入口、站臺(tái)、列車等乘客經(jīng)過的地方由廣播、(電子)指示牌、電腦等組成的各種標(biāo)志與設(shè)施所構(gòu)成。 為引導(dǎo)和組織旅客乘車,從進(jìn)站處到乘車處的所有過程和通道都應(yīng)設(shè)有不同功能的導(dǎo)向裝置。尤其是在幾條線路交匯的換乘站,以及實(shí)行自動(dòng)售檢票、使用屏蔽門、不設(shè)站臺(tái)乘務(wù)員的車站,導(dǎo)向裝置尤為重要。旅客可以按導(dǎo)向裝置的幫助,順利快捷地完成進(jìn)站、換乘、出站等程序,減少站臺(tái)擁擠和旅客在站臺(tái)的停留時(shí)間[6]。4結(jié)語 從另外一種角度劃分比較常用的交通形式,大體可分為道路、軌道、航空和水路等幾個(gè)部分。城市道路與城際公路系統(tǒng)在ＩＴＳ的研究中有較多相似處,但它們與軌道智能交通系統(tǒng)的研究有很大的不同。它們之間的不同之處,正是研究軌道智能交通系統(tǒng)的意義所在。 軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成比較復(fù)雜,除了城市軌道交通外,還包括普通鐵路、電氣化鐵路、準(zhǔn)高速、高速鐵路、磁浮鐵路等。電氣化鐵路、準(zhǔn)高速、高速鐵路與城市軌道交通有許多相似處,其智能化、信息化、系統(tǒng)化也相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于大量普通鐵路,要實(shí)現(xiàn)智能化、信息化、系統(tǒng)化,就必須進(jìn)行大規(guī)模的改造,而這不是在短時(shí)期內(nèi)能夠完成的。 目前,國內(nèi)外專家對(duì)鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ＲＩＴＳ)已有較多論著,但對(duì)于ＵＭＩＴＳ的研究還鮮有涉足。本文拋磚引玉,希望籍此引起更多人關(guān)注。參考文獻(xiàn)1《中國智能運(yùn)輸系統(tǒng)體系框架》專題組.中國智能運(yùn)輸系統(tǒng)體系框架.北京:人民交通出版社,20032 孫　章,何宗華,徐金祥.城市軌道交通概論.北京:中國鐵道出版社,20003呂永波,胡天軍,雷　黎.系統(tǒng)工程.北京:北方交通大學(xué)出版社,20034顏紅慧.地鐵列車綜合管理系統(tǒng)研究.城市軌道交通研究,2002(1):59～605陸化普.智能運(yùn)輸系統(tǒng).北京:人民交通出版社,20026 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