轨道信息系统十篇

轨道信息系统 篇1

关键词：乘客信息系统,轨道交通,服务平台

近年来, 随着全国各地城市轨道交通的发展, 信息服务已经成为轨道交通不容忽视的重要环节。信息服务作为紧急情况下疏导乘客的辅助手段, 日常运营的信息提示和宣传平台成为保证列车运营的重要组成部分, 得到日益的关注。随着信息技术的进步, 乘客信息服务的内容也在丰富和发展, 具有旅客导向指示和娱乐功能的地铁列车乘客信息系统日臻完善, 使之不仅能够具备保证列车安全运营的指标, 同时更人性化地为出行者服务, 成为城市轨道交通列车形象的标识之一。

乘客信息系统 (Passenger Information System, PIS) 是一个集地铁运营信息服务、多媒体实时资讯发布、广播电视节目制作与播出、地铁视频监控、地铁设备监控于一体的综合信息平台。乘客信息系统在正常情况下, 提供乘车须知、管理者公告、列车运行时间等运营信息, 以及公益信息、出行参考、新闻、电视直播、广告等公共媒体信息。在紧急情况下, 本着运营信息优先使用的原则, 可提供动态辅助性提示, 使乘客安全、高效地在地铁中疏散、撤离, 确保地铁系统高效安全运营[1,2,3]。

系统特点主要体现在以下几个方面:

1) 功能全面。地铁乘客信息系统一方面发布运营及综合信息, 方便旅客出行;另一方面, 可以将列车监控视频实时上传至控制中心, 便于中心及时掌握和了解列车情况, 协助司机处理可能的突发事件。

2) 智能化管理。PIS系统的一大特点是系统复杂程度高、分布范围广。地理位置上, PIS系统可以划分为控制中心、车站与车载共3个部分, 每个部分又包含各种设备, 因此, 设备的集中智能化管理非常重要。为了确保安全运营, 系统中的主要设备工作状态必须实时地传输至控制中心, 进行智能显示, 以便中心操作员在短时间内发现设备故障, 采取相应的措施, 在最短的时间内排除故障, 恢复系统的正常运营。

3) 模块化管理。系统按照地理位置划分为3个级别, 即控制中心、车站、车载, 因此, 在系统结构与网络拓扑结构上需要采用模块化设计, 每个级别的设备管理与运营维护均由相应部分内的控制服务器完成, 控制中心服务器则集中管理所有的控制服务器, 当某个设备出现故障时, 其影响也会限制在相应部分的模块内, 不会扩散。

1 系统构架

城市轨道交通乘客信息系统由运营中心发布接收系统、站台接收系统和车载发布接收系统组成, 其系统构架如图1所示。系统由地面控制中心、站台和车载三级构成, 三级系统根据系统整体规划和要求, 完成城市轨道交通列车乘客信息的传输和控制。

2 系统功能

系统功能包含以下9个方面:

1) 系统任务管理

系统应用软件具备多任务管理功能, 采用菜单驱动方式实现系统任务管理。

2) 用户权限管理

系统具备分级权限管理功能。每个操作员拥有唯一的ID、操作密码。操作员ID由中心系统统一设置, 每个操作员的操作等级及权限设置至少包括允许操作的设备类型和功能等。

3) 系统监控

所有中心设备、车站设备、网络设备和车载设备在系统中心及车站操作工作站的监控下运行, 设备向车站操作工作站及中心操作工作站上传运行模式、设备状态、报警等信息。车站操作工作站及中心操作工作站依据设备所处的模式、状态、报警及故障的等级相应发出报警声并显示。

4) 数据及参数管理

系统设备接受控制中心和车站子系统的命令、参数及软件更新数据等。在与控制中心子系统通信中断的情况下, 各车站子系统可按照既定的节目表独立运行。

在终端设备与系统通信中断的情况下, 通过系统设定实现预定义信息的显示。

5) 时钟显示的功能

系统读取时钟系统的时钟基准, 并同步整个系统所有设备的时钟, 确保终端显示屏幕显示时钟的准确性。在没有时钟源同步的情况下, 系统的时钟误差范围控制在每周±1 s内, 并可以手工调校。屏幕可以在播出各类信息的同时提供显时服务和日期显示。

6) 信息发布管理与在线升级

控制中心、车站子系统及终端设备、网络子系统、车载子系统、备用中心具备网络下载安装及更新软件的功能。发布管理的过程遵循ITIL标准和规范。

7) 多语言支持功能

系统支持简体中文、英文同时混合输入、保存、传输、显示。

8) 全数字传输功能

整个系统从中心信号采集开始就采用全数字的方式, 经过视频服务器处理和编码器的封包, 转换成MPEG-2或H.264数据包经以太网传输, 被车站和车载设备接收后直接通过PDP、LCD和LED显示控制器解码, 转换成视频信号进行显示。

9) 广播级的图像质量

系统的显示控制设备、中心视频服务器采用了广播级质量的设备, 另外系统整个过程采用全数字的方式, 避免了图像质量的下降, 使信息图像的显示达到广播级的图像质量。

3 系统设计

由于地铁列车是“24小时”长期运行系统, 因此其设备要求高, 设计的全过程贯彻可靠性、实时准确、先进性与实用性相结合、灵活扩展、便于维护、安全性等设计原则, 保证系统的可靠性 (Reliability) 、可用性 (Availability) 、可维修性 (Maintainability) 和安全性 (Safety) ———RAMS。

3.1 控制中心子系统

控制中心的功能主要有3个方面:

1) 控制中心完成外部信息采集, 结合运行的需求, 对外部信息进行编辑处理, 制作成内部媒体信息, 根据运营的需求控制播出, 向乘客传递相关信息;

2) 控制中心功能包括处理系统内各类数据、管理、控制系统设备、监视控制网络及终端设备的工作状态;

3) 控制中心对列车上传到中心的客室监控视频进行显示、管理和存储。

控制中心结构图如图2所示。

3.1.1 系统硬件结构

控制中心子系统一般包含的设备如下:

1) 中心操作员工作站;2) 中心服务器;3) 中心视频服务器;4) 交换机;5) 磁盘阵列;6) 显示设备。

3.1.2 软件设计

1) 中心服务器

乘客信息服务系统软件从整体上可以划分为2个层级:中心级和车站级。车站级服务器集中管理本车站内的所有系统设备, 各车站服务器再由中心服务器统一管理, 中心服务器是整体系统的核心。中心服务器上运行的软件包括:日志管理软件、播放控制软件与网络管理软件。

(1) 日志管理软件

该软件对系统运行的情况及用户情况进行详细记录, 同时定期将各个分站上的日志数据采集到中心服务器进行集中管理, 如过期日志的删除、日志的导出与可视化功能等。

(2) 播放控制软件

该软件功能主要包含3个方面:

①素材导入:将外部系统素材、如文字、图片、视频信息导入后, 进行内容审核、编辑;

②版式编辑:根据需求, 将显示屏幕进行窗口划分, 将要播放的素材导入后, 在素材播放画面之上, 叠加需要显示的公共服务信息, 如天气预报、股市信息以及紧急信息等;

③播出控制:生成一个播出列表, 该播出列表指定素材的播放方式、时间等, 根据播放列表, 将制作好的节目或者公共服务信息通过网络发布到各子系统。

(3) 网络监控软件

该软件功能主要包含2个方面:

①设备监控:实时地对网络中的设备进行状态监控, 并保存设备的状态信息, 在侦测到设备故障时, 将故障设备的网络地址与故障信息保存在本地日志, 并可视化地显示出来;

②网络监控:实时监控整个PIS网络的网络状态, 如终端设备在线状态、网络拥塞程度等, 在网络中出现设备掉线或者网络出现异常情况时, 将故障信息保存在本地日志, 并可视化地显示出来。

2) 中心操作员工作站

中心操作员工作站具有整个PIS系统的管理功能, 其上运行的软件包括用户管理软件、信息查询软件、设备维护管理软件。

(1) 用户管理软件

管理整个系统的用户账户, 包括系统账户的建立、删除, 账户的权限设置等与账户管理相关的功能。

(2) 信息查询软件

从中心服务器调取日志信息、设备工作状态、网络状态、故障信息等, 并可以对这些信息进行统计和分析, 输出报表, 并可视化地显示出来。

(3) 设备维护管理软件

负责对整个乘客服务信息系统进行系统设备管理。对各车站、列车所包含的设备的运行参数、预定义信息等进行配置。

3) 中心视频服务器

中心视频服务器上运行的软件包括:视频管理软件与磁盘空间管理软件。

(1) 视频管理软件

视频管理软件能够将各列车上传的客室视频监控图像在中心显示设备上进行显示, 并将数据存储在磁盘阵列中, 可根据查询条件, 在软件的指定位置回放调取数据。该软件大致可划分为3个功能模块:

①视频显示:实现全屏及分屏显示模式, 实现车辆内视频的监视, 并可根据设定的间隔进行轮巡显示, 参与轮巡的对象可以任意设定;

②视频回放:用户可以根据时间、车辆号及客室摄像机号索要所需的录像资料, 并可在软件的指定位置回放检索到的视频录像;

③视频存储:将上传的视频数据按照约定的存储方式存储在磁盘阵列中。

(2) 磁盘空间管理软件

定期检测硬盘的剩余空间, 当磁盘空间不够时, 发出报警信息。

3.2 车站子系统

车站子系统安装在车站内, 主要功能包含3个方面:

1) 车站子系统是信息的中转环节, 负责接收并下载控制中心的命令、各类信息内容、系统参数等, 当在控制中心或网络子系统故障时, 车站子系统能够承担控制中心信息发布的责任, 按照下载的节目菜单和节目内容在本站显示终端上自动播放。

2) 将站台各服务器、工作站与终端设备的工作状态、工作日志、故障信息等定期地上传至控制中心。

车站子系统结构图如图3所示。

3.2.1 系统硬件结构

车站子系统设备主要包括:

1) 站台服务器;2) 交换机;3) 站台操作员工作站;4) 多媒体查询机;5) 磁盘阵列;6) LED显示屏;7) LCD显示屏。

3.2.2 软件设计

1) 车站服务器软件

车站服务器软件包括:日志管理软件、系统监控软件、播出控制软件、设备管理软件、磁盘空间管理软件。

(1) 日志管理软件

定期将本站各工作站、终端设备的工作日志导入服务器进行存储, 并上传至控制中心服务器。

(2) 系统监控软件

与控制中心服务器监控软件具有类似的操作功能, 只是其操作权限仅限于本车站的设备。系统监控软件能够判断故障, 并自动告警和记录日志。一旦出现故障, 及时向中心服务器上传故障与报警信息。

(3) 播出控制软件

自动地从中心服务器下载播放列表、节目数据、公共服务信息、紧急信息等乘客信息数据, 并根据播放列表将播放数据发送到各终端进行解码播放。同时, 在本地存储设备中, 存储接收到的播放数据, 这样, 在通信故障时, 系统可按原有播出列表进行播出, 不会让乘客明显感到系统故障;当恢复通信时, 立刻恢复到正常播放状态。

(4) 设备管理软件

能够与控制中心同步, 接收来自控制中心的设备配置信息, 并将信息下传进行本站设备的配置或管理。

(5) 磁盘空间管理软件

定期检测硬盘的剩余空间, 当磁盘空间不够时, 能够发出报警信息, 并上传至控制中心。

2) 车站操作员工作站软件

车站操作员工作站与中心操作员工作站类似, 但其权限仅限于本站系统内。其上运行的软件包括用户管理软件、信息查询软件、设备维护管理软件。

3) 多媒体查询设备软件

多媒体查询设备软件包含一个可视化查询界面, 界面上包含了常用信息的查询接口。在没有乘客对屏幕进行触摸操作时, 软件将全屏幕滚动显示来自中心服务器的信息。当有屏触摸操作时, 能实时互动地显示来自中心服务器的信息。旅客可通过触摸屏幕获得潜在需求的各种信息。比如, 公告信息、车站出口及周边地理及交通指南、安全乘车须知等。另外, 多媒体查询软件通过与服务器进行通信, 定期更新公共服务信息内容。

3.3 车载子系统

车载子系统主要负责利用无线双向传输网络设备将车上监视图像、车辆故障信息上传至控制中心。通过无线双向传输网络设备接收紧急信息和乘客服务信息等内容。

车载子系统结构图如图4所示。

3.3.1 系统硬件结构

车载子系统包含设备有:1) 车载控制器;2) 车载交换机。

3.3.2 软件设计

车载控制器软件包括主要完成2个工作:

1) 考虑到无线网络环境的不稳定性, 车载视频控制器软件支持断点续传功能。在控制器硬盘中缓存30~60 s的视频节目, 这样, 当检测到丢包时, 车载控制器能够有时间从控制中心获取丢失的信息。

2) 车载控制器软件能将本车的车载设备信息, 通过移动网络传送到控制中心。

3.4 网络子系统

网络子系统是连接控制中心、车站和车载三大子系统的关键系统, 是整个乘客信息系统的基础系统, 它利用中心—车站主干传输网络为PIS提供网络通道, 用来传输中心与各车站、地铁车辆之间的各种媒体和控制信息。网络子系统由有线网络和无线网络两个部分组成。

有线网络为中心、车站和无线接入点的视频和数据提供传输通道。按照多媒体传输的需求, 采用开放性体系结构与工业标准, 所有网络产品支持主流的网络与接口协议;核心交换机依据电信级设备的设计结构, 采用全冗余路由交换和分布式电源;所有模块均可热插拔;提供多种方式和层次的访问控制安全机制以确保网络子系统的数据安全性。

车地无线网络可实现信息的上传和下发, 主要包括通过组播方式实现中心到列车的信息发布;根据控制的需求, 将特定信息发送给指定列车;1路数字视频信息的带宽不低于6 Mbit/s;将车辆监视信息实时及准实时上传至控制中心。无线网络在满足系统要求的前提下需保留带宽25%以上的裕量, 且传输层双向平均有效带宽不小于13 Mbit/s。系统需保证在所有列车需进行无线通信的地方都进行全面的网络覆盖。无线设备切换时间不大于50 ms, 局域网丢包率在1%以下。

4 主要关键技术

4.1 系统架构设计

PIS系统是一个综合集成系统, 系统的架构设计关系到使用性能与维护成本, 因此, 系统的架构设计非常关键。根据PIS系统的实际需求, 将PIS系统划分为3个层级、4个子系统, 从层级上划分为控制中心、车站、车载3个级别, 从系统上划分为控制中心子系统、车站子系统、车载子系统和网络子系统 (包括有线和车地无线) 4个子系统, 每个子系统为一个模块, 进行模块化管理。对全系统设备进行统一的IP规划, 以保证系统安全、可靠、稳定、高效。

在系统设计中, 充分考虑信息的播出和回传的需求, 定义系统中运行的每个车辆为一个大节点, 即在车辆内部采用内外网, 将车载网络与大系统网络进行物理隔离, 保证车载网络稳定传输的同时, 保证全系统网络的稳定。车载网路构架如图5所示。

4.2 有线网络拓扑结构设计

有线网络系统提供从控制中心到各车站的数据通道, 是整个PIS系统的基础, 有线网络的安全性与可靠性对整个PIS系统的可靠性有决定性作用。有线网络系统的可靠性除了与网络设备的可靠性密切相关之外, 网络的拓扑结构也是关系到网络系统可靠性的重要手段。根据实际系统需求, 将系统有线网络拓扑结构设计成星形千兆以太网, 控制中心与车站各设一台核心交换机, 同时, 在车站设置车地无线网络接入交换机与无线网络控制器, 实现车地无线网络到有线骨干网络的接入。

4.3 车地无线网络

PIS系统中, 车地无线网络是一个重点, 也是一个难点, 目前实际应用的PIS系统中, 车地无线网络的性能表现一直不是很稳定。因此, 车地无线网络的方案设计成为本系统中的一个重点。由于目前采用无线网络 (WLAN) 为Wi Fi网络, 是地面基本固定 (或运动量较小) 的无线网络, 因此对高速运动的车辆而言并非理想网络, 为了克服网络可能存在的信息停顿或中断问题, 需采用缓存机制, 进行一定信息的预存, 保证信息的完整连续展示。

4.4 数据库设计

PIS系统中有大量的配置信息、设备信息、日志信息、乘客信息等系统数据, 如何存储和管理这些数据也是系统设计的关键。系统采用SQL Server数据库软件作为系统数据库软件, 以实际需求为依托设计具体的数据存储管理方式, 从而在完成功能的同时, 降低复杂度, 提高系统稳定性。

4.5 功能模块划分、功能软件开发

根据实际需求, PIS系统主要包含信息服务、列车视频监控、系统设备监控、系统维护管理这4个功能。要实现这些功能, 除了相应的设备、网络等硬件支持外, 还需要开发相应的功能软件, 这部分也是整个系统研制过程中任务最重、最关键的部分。以乘客信息服务为例, 乘客信息服务需要控制中心的播控程序能够对乘客信息进行编辑、排版播放控制, 车站服务器和车载控制器进行接收、转发, 车站和车载显示控制器进行解码显示。因此, 许多功能不是一个简单的软件就可以实现, 而是需要一个软件系统。系统通过精准的模块划分、详细的构架设计, 使信息流畅地传送至系统的各个终端, 为乘客出行提供了便利。图6~图11是系统中各主要软件例示。

5 结束语

乘客信息系统目前已经成为轨道交通列车重要的组成部分, 尽管目前依然存在信息传输不畅、停顿、卡滞等问题, 业界也在探讨采用广播电视即地面数字电视模式, 构建乘客信息的发布网络, 解决信息传输存在的问题。相信随着应用的不断扩展、系统设备的成熟和新技术的引入, 乘客信息系统也将得到快速发展, 满足轨道交通信息服务的需求, 为乘客出行提供便利和服务。

参考文献

[1]翟维丽.城市轨道交通系统关键技术及相关问题研究[D].长春:吉林大学, 2007.

[2]刘伟中.乘客信息系统在城市轨道交通中的应用浅析[J].铁路通信信号工程技术, 2009 (3) :43-45.

轨道信息系统 篇2

关键词：轨道交通,引导信息,客运组织

城市轨道交通成为大型城市缓解交通堵塞、提高公共交通效率的重要交通工具, 国内众多大城市进入了轨道交通建设发展的高峰时期, 地铁和轻轨等轨道交通提供了安全便捷高效的交通服务, 对市民出行和经济社会发展都有明显现实作用。

1 城市轨道交通客流形成

随着城市功能的拓展和人口分布的变化, 城市市民的交通出行量在逐步增加, 对公共交通的市场需求庞大。特别是随着城市产业功能区的更新划分以及市民择业就业的灵活性提高, 越来越多的人面临着居住与就业地点分离, 通勤路程延长的现状, 针对此特点, 私家车、路面公共交通都面临着严峻的道路拥堵形势, 制约了城市整体交通效率的提高。因此安全高效的城市轨道交通, 成为吸引客流的重要方面。由于乘坐轨道交通出行的时间准确, 票价低廉, 使远途乘客能够享受出行时间缩短的交通服务, 成为吸引乘客选择轨道交通出行的一个关键方面。

以北京地铁为例, 自从2010年底5条郊区线路同时开通, 北京轨道交通辐射范围进一步延伸, 客流量也持续攀升, 截止2010年4月, 北京地铁全网14条线路日客流量峰值接近700万人次, 成为方便高效的轨道交通吸引客流的一个有力凭据。

2 城市轨道交通乘客引导信息的作用

2.1 城市智能交通的发展

智能交通系统ITS (Intelligent Transportation System) , 旨在交通出行高峰时期利用城市有限的道路资源尽可能容纳更多的车辆, 并使车辆均衡分布在有限路网内, 提高出行效率和道路的使用效率。国内外基于此理念, 已利用先进的传感器技术、网络与通信技术、控制与决策技术实现了道路畅通度、车流量、车流速度、滞留营程度效的率智都能具监备测十功分能。现在实北的京意市义, 。二三四五环、长安街及郊区骨干联络线已逐步实现了交通管理部门对现场情况的实时掌控, 在城市道路边设置了终端大屏用于向广大驾驶员提供实时路况通畅情况信息, 通过网络、手机报、广播电台交通广播实现实时播发服务, 数据内容更新速度及时, 能够为驾车出行的市民提供及时的路况直播。

2.2 城市轨道交通系统的引导开发

城市轨道交通作为城市交通的一个重要组成部分, 轨道系统线路和车辆固定, 但线网内的乘客是流动的, 同样可以利用ITS理论进行设计与开发。特别在高峰时段, 轨道交通系统内客流拥挤严重, 部分线路存在明显的运力不足, 通过现有的运营手段和运营设备对线网内客流情况进行统计分析, 形成客流量拥挤度参考值并通过轨道运营设备中的公共信息平台 (如乘客信息系统PIS、多媒体查询机等) 向路网内的乘客及即将乘坐轨道交通的潜在乘客提供实时拥挤程度播报, 使庞大的客流群体能够在有限的线网内均衡分布, 对实现轨道交通系统乘客、车辆和运营的安全、提高运营商服务水准、均衡线网运能、提高城市公共交通运营效率都具备十分现实的意义。现有的运营手段和运营设备对线网内客流情况进行统计分析, 形成客流量拥挤度参考值并通过轨道运营设备中的公共信息平台 (如乘客信息系统PIS、多媒体查询机等) 向路网内的乘客及即将乘坐轨道交通的潜在乘客提供实时拥挤程度播报, 使庞大的客流群体能够在有限的线网内均衡分布, 对实现轨道交通系统乘客、车辆和运营的安全、提高运营商服务水准、均衡线网运能、提高城市公共交通运营效率都具备十分现实的意义。

2.3 正常运营时拥挤程度的引导信息

由于轨道交通网络化的不断完善, 线网中众多的“点到点”出行途径有超过一条的路径, 而不同的路径中换乘次数、换乘节点需要的步行时间、涉及的线路车站的拥挤程度以及候车时间等信息作为引导信息来开发设计。如北京地铁中, 从宣武门-东单 (图2示) , 可以选择2号线-崇文门换5号线到达, 亦可以选择4号线-西单换1号线到达。两种换乘方法使用的换乘路径、时间不同, 涉及的线路的拥挤程度、乘车舒适度不同。开发针对拥挤程度、舒适程度的引导信息系统可以为轨道交通线网内的乘客提供实时点-点的个性化路径提示服务。

2.4 非正常运营状态的引导信息

轨道交通由于其运营线路专供地铁或轻轨列车使用, 具有封闭性的特点, 一旦运营线路上发生车辆、设备的故障 (事故) , 或火灾等自然灾害或人为破坏时, 造成列车延误或停运, 将在短时间内造成大量乘客滞留;作为大型城市, 如首都北京经常要举办各类大型赛事活动, 如运动会、演唱会、各类会议等, 各类观众也会对局部线网带来瞬间的客流尖峰压力。人员在地铁车站内 (特别是地下车站) 拥挤堆积, 本身就存在安全隐患, 同时也会对运营企业现场的运营组织和管理带来巨大工作难度。因此设计一套能够针对轨道交通的客流引导信息系统, 当运营线路中发生各种突发情况时, 能够自动触发引导信息功能, 向运营指挥控制中心、运营线路上相关车站、临近线路和车站的工作人员、地铁线网内的乘客进行信息通告, 实现对乘客的事先疏导、信息告知, 有利于提高安全运营水平, 也是运营服务中技术水平发展的一个标志。此功能, 也可以向故障临近地点周围的建筑物、公共宣传大屏幕、公交车以及周围人群的手机上发布提示信息, 提示与乘客相临近的车站或线路运营受到影响, 对潜在的客流进行劝导。

3 乘客引导信息系统设计思路

3.1 客流采集部分

城市地铁普遍采用自动售检票AFC (automatic fare collection) 系统, 能够提供实时的进出站数据量, 选用AFC的客流统计信息, 结合当前列车密度和列车在站承载能力合理设置客流告警界限、预警阈值, 当某时间段产生的入站客流明显激增时, 可以触发疏导信息告警提示, 向车站控制室值班人员界面触发告警信息, 并发布如红色、橙色的客流压力信息, 提示当前客流与运力存在的矛盾程度, 并同时可以根据程度水平上传至中心调度台。

3.2 CCTV监控系统

由于地铁自动售检票AFC设备仅能统计进出人数, 在轨道交通换乘车站乘客的换乘过程不需要刷卡结账, 致使在换乘节点上实际的瞬间客流量并不能完全通过AFC系统读取。然而换乘点确是客流量最为密集的区域之一, 换乘通道的阻塞对乘客安全存在较大安全隐患。采集这部分客流情况, 比较可行的是利用CCTV (Closed Circuit Television) 闭路电视系统, 适当添加人流统计功能, 得出当前流动速度和拥挤程度的模糊量信息, 发至车站和中心, 与AFC统计数据共同作为引导信息的数据基础。

3.3 综合监控系统 (ISCS) 和行车监控系统 (ATS)

ISCS能够监测线路运营中设备、车辆、灾害等方面信息, 对突发事件具备自动响应的功能。ATS系统是行车控制中心对运营线列车指挥、调度、控制系统, 能够对列车延误、停运、跳停、交路变更等进行授权和控制。乘客引导信息可以建立在ISCS、ATS的基础上, 采集环境控制、灾害告警装置和检测软件触发的响应程度和决策机制, 采集行车监控系统中列车中断延误信息, 集成告警信息, 针对影响范围, 生成面向公众的信息发布。

4 城市轨道交通引导信息系统的综合效应

城市道路交通的主干线路已经在逐步开发智能交通引导信息系统ITS, 如北京市开发了在路旁电子大屏上实时车流量的红、橙、黄、绿不同颜色的路段车流色带显示, 用来表示车流阻塞程度, 同时有北京广播电台的交通路况广播、交通信息网络实况、电视实况等方式供正在驾车和准备出行的人索取道路信息, 设计自己的出行路径。轨道交通网络化格局不断优化以后, 同样可以介入乘客引导信息提示系统, 将轨道交通实时客流显示为红、橙、黄、绿、黑等不同颜色, 供广大乘客参考。在发生延误等事件时, 能够由轨道控制中心通过地铁信息发布设备如PIS、AFC查询机等以及有关媒体、公共信息交互平台面向公共受众进行告知。这种设计可以在正常运营时段, 区分出拥挤路段, 给乘客提供个性化出行方案, 可以提高轨道交通线路车辆组合运输能力和效率;在故障状态下, 能够对乘客进行告知, 尽量避免乘客的滞留, 便于疏导和组织, 对维护安全运营和提高服务水平也有示范意义。

参考文献

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[3]徐鸣, 江志彬, 徐瑞华.轨道交通列车运行延误仿真系统研究[J].城市轨道交通研究, 2004 (6) .

[4朱自刚, 张知青, 徐瑞华.列车运行延误条件下的城市轨道交通客流研究[J].城市轨道交通研究, 2006 (12) .

[5]滕靖, 徐瑞华.城市轨道交通突发事件下公交应急联动策略[J].铁道学报, 2010 (5) .

[6]邵伟中, 徐瑞华.城市轨道交通网络运营协调及应急处置辅助决策技术[J].城市轨道交通研究, 2008 (6) .

轨道信息系统 篇3

关键词轨道交通；信息系统；车载信息；PIS系统

中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)042-0209-01

车载乘客信息系统是乘客信息系统（PIS）的一个子系统，它通过控制中心、广告编辑中心以及车站控制等系统，对所需信息实时编辑、制作、传递并通过车站火车上显示器，为地铁乘客和地铁员工提供以运营信息为主，商业广告为辅的多媒体综合信息显示。PIS系统可以为乘客提供直观、高效和人性化服务，通过正确的服务信息引导，使乘客安全、便捷地乘坐轨道交通；同时极大地提高了城市轨道交通的服务水平、运营效率、应急处理能力以及市场竞争力。本文将提出乘客信息系统（PIS）方案，对该方案进行分析探讨。

1车载乘客信息系统描述

本乘客信息系统（PIS）方案可以向乘客发布更直观、更形象的各种有用信息，可以提供列车到发时间、转播电视现场直播节目、传输摄像监视画面，每日股票信息等多种资讯和信息。由于该系统可以显示多种多媒体信息，为铁路系统开创一个新的商机--多媒体广告业务。该车载乘客信息系统具备的主要功能归结如下：

1）列车服务信息显示功能。控制中心实时接收ATS（列车自动监控系统）的服务信息，提供到站时间、运行方向、阻塞/异常、特别服务等信息。

2）实时信息显示功能。包括新闻、天气、通告等。

3）定时自动播出功能。系统可以根据事先编辑设定好的播出列表自动进行资讯的播出。播出列表可以为日、周、月，播出无需认为操作。

4）时钟显示功能。可以读取时钟系统的时钟基准，并同步整个列车设备的时钟，确保终端显示屏幕时钟的准确性。

5）城市形象宣传功能。可以引用一个多媒体形象的展示平台，通过形象视频、图片、文字的播出，为城市带来更多的形象宣传。

6）紧急疏散功能。预先设定多种紧急灾难告警模式，如火警、恐怖袭击等。当指定灾难发生时，由自动告警系统或人工触发，进入紧急灾难告警模式，此时相应的终端显示屏幕播放乘客告警信息及人流疏导信息。当发生非预期的灾难时，通过中心操作员或工作站操作员工作，可以即时编译各种告警信息，并发布至指定的终端显示屏幕播发乘客警告信息及人流疏导信息。

2方案可行性分析探讨

1）设计构思。该车载乘客信息系统将录制的或者接收的数字电视广播或其他流媒体信号，通过车载LCD显示控制设备实现列车车厢内视频和文件信息的发布。

2）技术分析。车载子系统获取信息的来源通常有三种方法：在车上播放预先录制节目的DVD光盘；在固定的地点，通过有线或无线的方式向列车传输信息；通过车载无线集群系统向列车传送信息。因此，为了满足列车的传输信息的要求采取以下措施：①无线局域网由IEEE 802.11工作组规定的无线通信系统。802.11b通常被称为WiFi，工作在2.4GHz，可支持最高11Mbit/s共享接入速率。802.11g采用OFDM（正交频分复用）技术，支持最高54Mbit/s的速率，工作在2.4GHz，与802.11b兼容。②为保证车载播放设备，支持断点续传、定时下载、缓冲播放。

3）技术选取。①宽带无线接入网络制式的选择。无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）由IEEE 802.11工作组规定的无线通信系统。最初主要用于解决办公室局域网和校园网用户与用户终端的无线接入，业务主要用于数据存取，速率最高只有2Mbit/s。②嵌入式开发工具的选择。基于使用Windows CE开发容易上手的特点，选取Windows CE作为嵌入式开发的工具。

3方案总体设计

3.1总体描述与系统框架

本车载乘客信息系统分为车载显示发布系统和移动电视引入系统两部分。车载设备主要通过数字移动电视机顶盒接收发布自车站或控制中心的列车运营信息、紧急信息、乘客服务信息，通过车载LCD 多媒体显示控制器进行解码合成后，在本列车的所有LCD 显示屏上实时播放。车载信息显示系统能实时播放各种信息，包括实时电视转播、节目录播、准实时播出等视频播出，也能实时接收由控制中心传输的各种通告、紧急信息和运营信息等。车载显示发布子系统为轨道交通车载子系统的一部分，车载子系统主要包括车载信息显示部分、车载监控部分、车载网络部分等，车载子系统结构如图1所示。

3.2各子模块的实现

车载显示设备主要负责利用WLAN 设备将车上监控视频、互联网数据、火灾报警信号、车辆故障信息上传至控制中心或车辆段等需要的地点。列车通过车载数字移动电视机顶盒接收DVB-T 实时数字电视信号、WLAN 设备接收转发的流媒体信号、TETRA设备接收发布紧急信息和乘客服务信息等内容，以上信息再通过车载LCD显示控制器进行解码合成后，在本列车所有LCD显示屏上实时播放。

车载显示控制部分主要包括车载服务器、显示控制器、数字移动电视机顶盒以及SDI信号传输器等设备，如图2所示。所有的信息（视频信息、广告信息及其他所需的图文信息）在控制中心进行统一采编、管理及任意修改终端显示屏内容并设置相应的信息源设备。实时性信息能通过TETRA和WLAN无线网络由控制中心向各线路运行的列车同时实时广播传送。

图2车载显示控制部分示意图

4结语

本文针对城市轨道交通系统，提出乘客信息系统（PIS）方案，该信息系统方案可以为乘客发布更直观、更形象的各种有用信息，可以提供列车到发时间、转播电视现场直播节目、传输摄像监视画面，每日股票信息等多种资讯和信息。

参考文献

[1]王平瑞,焦晓辉.城轨交通车载信息系统方案研究[J].都市快轨交通,2008,18(02):125-126.

[2]韩西安,陈忠兴,蔡晓蕾,等.浅析北京地铁5号线乘客信息系统[J].现代城市轨道交通,2006,21(05):32-33.

轨道信息系统 篇4

刍议城市轨道交通信息通信系统技术

【摘 要】在我国，地面重铁大多数只能在长途中得到使用，短距用途则没有被考虑进去，地铁的出现，实现了短途运输，同时使铁路运输各尽其责，避免了人流量或其他因素所造成的麻烦。城市轨道交通信息通讯系统是专门服务于轨道交通的运营和治理的系统，它在一定程度上使列车安全、快速、高效的运行得到了保证。本文通过阐述城市轨道交通信息通讯系统的技术现状，对其核心系统进行了全面的分析，希望城市轨道交通信息通信系统在轨道建设中发挥重要的作用。 【关键词】城市轨道交通;信息通信系统;信息传输系统 0.引言 作为直接服务于转轨交通运营和管理的城市轨道交通信息通讯系统，通过对列车运行、公务联络、运营管理及各种信息的传递等各种方式的管理[1]，使列车快速、安全、高效的运行得到了可靠的保证。该系统由传输系统、公话电话系统、专用电话系统、电源系统等子系统构成。城市轨道交通信息通讯系统是一个复杂的系统，为了使其功能得到有效的发挥，需要各个子系统间的相互协调与配合。现代城市轨道交通安全、高效、快捷的运行离不开完善、先进的通讯系统的支持。在未来，城市轨道交通信息通讯系统将向宽带化趋势及各个新系统的开发应用这两方面发展，同时使城市轨道交通服务不断完善，促进城市轨道交通的发展。 1.我国城市轨道交通信息通信系统技术的研究现状 我国轨道交通部门为了使城市轨道交通列车安全、稳定、快速、可靠的运行，同时对列车的运营情况进行统一的指挥，就需要城市交通系统与完善的通讯系统之间的相互配合[2]。根据我国目前城市轨道交通专用通讯系统的情况，将该系统分为十二个子系统，它们分别是公用电话系统、专用电话系统、广播系统、闭路电视系统、时钟系统、数据通讯系统、传输系统、报警系统、自动售票系统、信息管理系统、综合布线系统、报警系统。 我国城市轨道交通信息通讯系统正在向多样化方向发展，随着城际轨道交通线与市郊线的大量建立，使该系统逐渐形成大运量、中运量、市郊线多种并存的局面，并呈现出多样化的趋势。为了使我国城市轨道交通的整体技术水平得到有效的提升，使该行业技术得到飞速发展，突破国外的技术垄断，同时使其所涉及到的行业、经济得到快速的发展，就需要大力开展交通信息通讯系统的技术研究。 2.传输系统作是城市轨道交通信息通信系统的核心 作为城市轨道交通信息通讯系统核心的传输系统，其主要的职责是为语言、数据、图像等各种业务提供专用通道。由于各种业务对系统的时间、宽带、可靠性等的要求不一样，为了保证这些业务的顺利完成，就需要加强传输系统的灵活性和可靠性。根据业务的不同种类可将其分为两种类型，即车站―中心业务和邻站业务[3]。 由于传输系统是通讯系统的核心，这就要求其更加重视技术选择问题。目前我国的通信技术发展比较快，通讯技术的发展推动了城市轨道交通传输技术的发展，使其在传输技术选择上提供了更为广阔的空间。我国现今使用的传输技术主要有三种，它们分别是开放式传输网络技术(OTN)、同步数字传输技术(SDH)、异步转移模式技术(ATM)。下面我们将对这三种技术的优缺点进行简单的`介绍。 开放式传输网络技术是专门服务于城市轨道交通的技术，由于该技术的接口类型及数据比较多，所以性能稳定。但是由于该系统没有国际统一标准，从而使其自身具有封闭性，这种现像对系统的升级是不利的。除此之外，随着我国城市轨道交通业务量的逐渐增加，宽带的不断改进，OTN技术已经无法适应宽带的需求。 同步数字传输技术作为以一种成熟且优秀的技术，是电信骨干网的重要组成部分。该技术有着世界统一标准，有利于系统的更新换代，同时还具有网管和自愈功能。但是，由于同步数字传输技术主要服务于语音业务，所以在数据和图像业务方面还有所欠缺。 异步转移模式技术是一种面向连接的技术，它通过统计复用功能，使宽带的利用率得到有效的提高;该技术在业务服务方面具有多样性，能为各种业务提供有效的服务，尤其是在视频业务中的效果最为显著。但是由于ATM的系统非常复杂，所以其可靠性不高，同时昂贵的价格在一定程度上制约了该技术的发展。 随着各种新型通讯技术的开发和应用，使轨道交通的业务得到发展，新型的业务被开发出来，同时也对宽带的要求有所提高。在未来城市轨道交通信息通讯系统中，千兆以太网技术(GE)及粗波分复用技术(CWDM)将会被使用。 千兆以太网技术可以与以太网及快速以太网兼容，其特点是直接、千兆、快速，同时由于设备比较便宜，传输的距离较长，很容易得到推广，在一定程度上使城市轨道交通信息通讯系统的要求得到满足，并且解决了传统以太网的不足[4]。 粗波分复用技术是大容量电信骨干网的首选技术，它具有操作简单、容量充足、扩充容易、性价比高等优点。随着宽带的进一步提高，CWDM技术在未来城市轨道交通信息通讯系统中发挥重要的作用。 3.城市轨道交通信息通信系统的其他子系统 3.1公务电话系统和专用电话系统 公务电话系统是城市轨道交通信息通讯系统的子系统之一，它为轨道交通的运营控制提供了通讯工具。随着交换机技术的成熟和推广，使公务电话系统有了较多的选择。可靠稳定、扩容方便的交换机在该系统中的使用，有利于轨道交通的高速增长，同时适应了其他业务及话务量的需求。由于公共通讯网采用虚拟网的方法来解决问题，所以在一定程度上降低了投资建设及运营的成本[5]。 专用电话系统为工作人员指挥列车的运行和设备的操作提供了通讯工具。行车安全离不开行车调度运用，而行车调度的顺利进行需要可靠、安全及操作方便的设备支持。专用电话系统在轨道交通中的使用，为行车调度提供了有力的支持，在发生紧急情况时，可将系统内部的每台电话都设置成热线电话，有利于事件的快速解决，也为行车安全提供了重要的保障。 3.2电视监控系统 作为图像通讯的闭路电视监控系统，可以将实时、动态、直观的图像进行跟踪、监控、记录。闭路电视监控有指挥和管理的功能，为城市轨道交通自动化调度和管理的实现提供了依据。由于电视监控系统的不对称传输，使车站到中心需要的宽带比较大，反之则需要使用低速数据业务。ATM技术在电视监控系统中的使用，是现今为止最佳的传输机制，该系统利用ATM技术按需求分配宽带的特点，使图像的质量得到保证，同时也节省了宽带的使用率。 4.结语 随着我国通讯技术的发展，使城市轨道交通信息通讯技术不断完善，同时呈现出来多样化的发展趋势。由于列车的安全行驶需要可靠性高的通讯系统的支持，所以，为了避免意外情况的发生，就需要工作人员在了解该系统的基础上，加强对通讯系统的研究，使通信与信号紧密的结合起来，形成一个具有高自动化的、集控制、指挥、通讯、信息为一体的系统，同时利用无线卫星、移动通讯、光纤通讯等先进的科技，使列车在运行过程中实现通讯联系，有利于通讯网的形成。这就使通讯系统的可靠性能得到很大的提高，保证了列车在行驶过程中的安全，同时也使运输效率得到充分的发挥。 【参考文献】 [1](美)卡塔洛颇罗斯基.密集波分复用技术导论[M].北京：人民邮电出版社，. [2]肖雅君，吴汶麒.用于轨道交通列车自动控制系统的通信技术[J].城市轨道交通研究，，(02)：59-60. [3]杨磊，李峰.传输系统在城市轨道交通信息通讯系统中的应用[M].北京：机械工业出版社，. [4]陆化普.城市轨道交通规划的研究与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2011. [5]易思蓉.公用电话系统在城市轨道交通信息通讯系统中的应用[J].城市轨道交通研究，2012，(02)：31-32.

轨道信息系统 篇5

在20世纪的后半叶, 印度人口激增。这导致了印度人口超过100万的城市从1951年的5个变成2001年的35个。这种水平的城市化进程暴露了许多缺点, 尤其是对基础设施影响重大。在高压下运行的城市交通系统已经严重影响了城市居民的生活质量。公共交通设施的匮乏导致大量乘客将交通方式转变到私家车和其他中间交通方式 (致使运输方式划分的不平衡) , 长此以往, 将导致交通量的增长和私家轿车拥有量的飞增。鼓励优化利用现有的和拟建的公共交通运输将是一个在不同交通模式间平衡的有效方法。为实现此目标, 一种整合式的方案势在必行。只有在此条件下城市交通才可以变得高效、便捷、舒适。在此条件下各种交通方式间不再相互竞争而是彼此补充, 这将使整个城市交通系统更加高效。

本文提出的模型旨在确定一条最适宜于使用者和运营商的铁路线路。该模型旨在整体框架内利用GIS系统针对需求为导向的城市交通系统中轨道交通线路进行优化与调整。该模型是发展以需求为导向的高效的城市综合公共交通系统理论的一部分。在规划年度内使用需求模式, 该方法倾向于将公共交通运输系统朝着一个理想的状态发展。基于此, 现有的公交线路网络因不适宜于规划年度的发展或对理想状态发展可能导致偏差而被忽略。在集成化的交通系统完成后, 现有的公交系统可以被重新规划 (不承受其他任何损失) 作为高级轨道系统的馈线系统。乘客可以使用集成的交通系统优化他们每日的出行线路。

在建设集成化的城市轨道交通系统过程中的第一步就是新铁路系统的选线问题。按照惯例, 新铁路系统的选线决定于土地的实用性、规划师的判断和依据各种技术 (比如SP技术) 所估计的交通量。然而在许多工程中, 依此所估计的交通量大大高于实际并造成巨大的收入损失。预测和实测的交通量之间的差异归结于多种原因, 如缺乏公共交通服务的集成化模式和站点等等。因此, 以更合理的方法确定一个以需求为导向的轨道交通线路是必要的。

1 轨道交通选线研究背景

过去许多研究者提出了各种方法来去确定轨道交通线路。在由Clark和Oxley (1991) 的理论中, 将起讫点矩阵分配给一个假设的像蛛网般的网络。此网络的不足就是它只给出了在不同区域间行进的意愿, 但并没有给出实际的线路。Liu等 (1996) 提出了一个以交通耗费最低为导向的城际轨道交通线路最优理论。这是一种相对简单的轨道交通选线, 但当铁路线路成为包含为铁路站点接线的公交接线系统的城市综合公共交通的一部分时, 难度便大大增加。此外站台间的合理间距和环境影响等因素都没有在模型中考虑到。Moorthy (1997) 采用了一种与Clark和Oxley (1991) 相似的方法, Moorthy额外的将相互交叉的高速公路与铁路引导的系统分配给蛛网式网络。Gipps等 (2001) 提出了根据地理空间图像、摄影软拷贝、地区分析和线路优化为依据的公路及铁路选线, 他们提出基于土地实用性和费用的选线方法适用于公路选线, 然而在实际情况下城市交通形式必然包括轨道交通。除上述局限因素外, 以上提及的所有方法都没有考虑综合交通运输的需要, 即具有实际的可操作性和制度上的可行性的物理意义上的联合, 以满足未来对城市轨道交通的需求。一旦其提供的服务使使用者满足就会导致使用者对新型公共交通运输的青睐, 这对于城市交通尤其重要。尽管这一观点已被Chien和Schonfeld (1998) 在论著中阐述, 但他们仍采用了一种与实际不符的单线铁路与接线线路正交的等距的交通网络。

考虑到以往研究的局限性, 本文提出的铁路选线模型是基于用户平衡法的公共交通需求模式。铁路选线不仅基于实际需求, 更要考虑经济与政治因素, 但其都不在本文的考虑范围之列。GIS (地理信息系统) 是处理包含空间的和非空间的大量和复杂数据的有效工具, 它还有潜在应用于处理城市综合交通系统和铁路选线等问题 (Verma和Dhingra 2002) 。在本文中, GIS软件TRANSCAD和GIS DE-VELOPER KIT (DISDK) 被应用于处理此类问题。在后续部分将会讨论此模型和其在实际过程中的应用。

2 土地的典型使用和城市交通的典型形式

为理解拟建模型背后的逻辑性, 首先需要理解城市土地的典型使用模式和它如何限制该城市的交通形式。总体上说, 城市的主要商业、贸易和行政活动集中在被称为中心商业区 (CBD) 的单一区域。所有住宅及其他区域均在CBD区域的外围并逐步向市郊发展。这种发展在形状上可能为圆形、半圆形或者线形/网格形 (如图1所示) 。在圆形与半圆形城市中, CBD在中央环圈, 住宅区在外侧环圈。当城市发展后, 若干商业中心 (DBCs) 将会出现在CBD区域和住宅区之家的环状区域中。与此类似, 在线形和网格形的城市将会以CBD为中心, 住宅区等在其四周的形式发展 (假如CBD朝城市的一侧发展, 住宅区也会集中到城市的一边) 。这种自然的城市发展形态适用于绝大多数城市, 因此可视其为一种趋势。在此城市发展模式下, 城市交通将集中在城市住宅区和CBD之间。这种交通形式导致在早晨和晚上的高峰时段或者在与CBD工作场所的往来之中异常拥挤。在圆形/半圆形的城市中, 此交通流量将呈放射状或环状并将集中于放射状或环状的主干道上。对于线形/网格形的城市交通量将会集中于线形的主干道上。在城市发展的早期阶段, 公交系统可以满足此类需求。随着城市规模和人口的增长, 对主干道交通量需求也必将激增, 在某一时刻其交通量将超过公交系统的承受力, 为轨道交通提供了潜在发展的动力。而拟建模型中提出的方法将沿城市主干道调整新的城市轨道交通系统。基于以上原因, 在拟建模型中提出如下假设:

1) 就CBD和住宅区而言, 在土地使用方面, 任一城市都可以归为圆形、半圆形和线形/网格形城市。

2) 高峰时段的城市交通量在很大程度上具有确定性。它将主要集中在住宅区和CBD之间。依据城市形状的不同, 交通量还将集中在环形或者线形的主干道上。

3) 在以上假设的基础上, 城市交通网路自住宅区至CBD间沿城市主干道的高峰时段交通需求将呈现独特、明显和连续的模式。在城市综合公共交通系统中, 此模式将被纳入基于固定策略的城市轨道交通系统中, 并将成为该城市的优化线路。

3 模型建立

在前一部分假设的基础上, 本文将提出一个新的模型。此模型旨在识别一条最适宜于乘客和运营商的铁路线路。在某种程度上, 该线路允许乘客通过城市综合交通系统 (轨道和公交系统) 在起点和终点间以最近的路线行进。对运营商, 它同时满足沿城市主干道的最大允许载客量。目标函数可以用如下数学形式表述:

目标:

限制条件:

其中:

Z=用户成本 (φ) 和运营费用 (γ) 的最优复合目标函数;1, 2用户成本组成;Rdpltk=单位时间沿列车路线k, 线路l上某方向上实际乘客量 (pphpd) ;xt=列车最小客流量值, 由既有线路得到;Lkt=沿线k上的列车荷载系数;qkmax=沿线k上最尖峰小时流量;CAPt=最大列车运载能力 (由高峰时路段取得) ;Ltmin=最小列车许用载荷因子;Ltmax=最大列车许用载荷因子;tktr, ij=列车完整行驶路线k时走行时间;Cm=舒适度角度上许用载荷系数取值;TR=全部行车路线;IRT=集成线路网。

4 目标函数

在方程 (1) 中的函数Z是一个复杂的非线性复合函数。它包含用户成本与运营成本γ。用户成本包括最短的旅行时间及最大程度的舒适度。运营成本包括最大承载力。在目标函数中的旅行时间是非线性的, 在现有的研究中它是由基于线路选线的BRP模式决定的。此外, 模型中还包含由最大承载量和舒适度这种不可能同是满足的变量。

5 约束条件

各约束条件简要叙述如下:

1) 约束g1表示在综合系统中的任一线路上的荷载因数都不应小于整个模式下允许的最大荷载因数。

2) 约束g2表示在综合系统中的任一线路上的荷载因数都不应大于整个模式下允许的最小荷载因数。

3) 约束g3表示承载力应不小于拟建铁路线所期望的某一确定性的最小值。

6 解决方法

上述方程使函数Z变成一个复杂的复合NPL问题。在一些变量未被最大或者最小化处理的条件下, 该方程无法进行最优化求解。为优化这一目标函数, 模型中使用了一种探试式求解法。

该模型包含两个阶段:公共交通量预测和基于GIS的轨道交通选线探试算法。首先, 公共交通量预测是为了得到基础数据 (即规划年限内的基于GIS的轨道交通选线) 探试算法提供高峰时段的O-D矩阵。由于公共交通量预测基于标准程序, 因此到现在为止, 此方面的研究还是一片空白。它包含四个子阶段:基准年内个人行程O-D矩阵计算、基准年交通需求建模、拟建轨道线路模式份额评估和个人行程O-D矩阵预测。

7 公共交通需求预测

基准年内的个人行程O-D矩阵由家庭调查数据统计得到。此阶段建模模需要家庭访问调查、分割查核线、警戒线和网络数据。基准年交通需求建模涉及行程终点的改变和行程分布模型。基于阶梯式的多元线性回归法, 行程终点模型只有在研究区域内的用户进行市内出行时才会改变。所有的外部旅行都被增长因子法所模拟。在研究区域内, 一个双重约束的出行分布模型被校准, 以模拟基准年内的市内出行模式。

对于从用户和运营商的角度最优化的高效的城市轨道交通将存在一个从乘客模式 (op模式) 到铁路模式间的转换。这将保证维持公共交通和其他形式交通间的平衡。这也是城市综合交通系统的终极目标。为获得轨道交通模式的分流, 从乘客模式 (op模式) 到铁路模式间的转换需要慎重决定。通过进行详细的调查和计算机模拟可以对这种转换进行评估。假设乘坐公交系统的所有用户也是综合交通系统的一部分。这种假设与实际情况吻合, 因为绝大多数用户在使用公交交通系统后会选择轨道交通系统或者在选用轨道交通系统后使用公交交通系统。

最终, 根据基准年的出行终点和出行分配模型得到的规划年的日个人出行O-D矩阵。同时也得到了基于SP调查数据的分配模式。当根据出行终点模型预测变量时, 预期的土地使用形式的改变也将考虑在内。为获得日高峰时段个人出行O-D矩阵, 该矩阵将会根据日平均高峰时刻按比率分解。这个高峰时段矩阵又被公共交通分配模式所分解以获得规划水平年内的高峰时段公共交通量矩阵。最终得到的矩阵将在随后进行的基于GIS探试算法确定轨道交通选线阶段采用。

8 基于GIS探试算法的铁路系统选线

假如城市结构与图1所示结构完全吻合, 铁路选线可简单的确定为沿介于住宅区与CBD间的城市主干道。但事实上没有任何城市的结构形状与图1吻合, 也就是说在城市发展中总存在偶然事件使其结构畸变。这种畸变常常导致在主干道上交通量的不连续并将导致交通量在分配上的中断与不可测。在此情况下, 急需一种明确地将城市轨道交通线路从间断、随机的模式转变为连续的铁路线路的策略。在本文中, 此策略发展为基于GIS的探试算法。在前文中提出的假设适用于探试算法。它仍假设在城市轨道交通及其他交通系统建成后用户出行的起讫点仍不变。考虑到在轨道线路选线时已将在规划水平年内城市土地使用变化和轨道线路建成后对O-D模式并无显著影响, 该假设成立。该算法包含以下两大步:公共交通 (PT) 高峰时段交通量预测和线路选线、系统推荐 (如图2~3) 。

9 公共交通出行模式

这取决于在城市交通网络中采用用户均衡法得到的基于GIS的预测高峰时段公共交通量矩阵 (已在前部分得到) 。假如不同城市的交通网络方案可行, 那么HRTCIA可适用于每个方案, 最终可将各方案比选从而得到最佳。用户均衡法致力于在综合交通系统中通过最短路线到达目的地。这将在网路系统节点上取代PPHPD提供一个更有前途的交通量模型。需要注意的是对于PT模式矩阵, 尽管考虑了全部的PT需求, 但是并没有考虑基年公交交通运输网, 使得最终计划年流动不一定最优, 还可能会导致一些寻求最佳方案的倾向。同时公交车交通路线改变也可以不产生额外费用。然而任何现有铁路网络的改变都需要大量支出。因此, 完整的基年运输网在GIS中被用做分配预测公共交通高峰时间矩阵和计划年中识别新的铁路路线的参考网络。

1 0 最优定位选择和系统推荐

第二步是获得新的轨道交通系统的最优定位。因此, 需要确定超过最低建议轨道交通系统能力的所有需要加强的路线。

为了得到轨道交通需求模式, 每条线路 (对于双向线路, 选择最高流量的线路, 即选择起关键作用的线路和方向) 的最高小时客流量都需和最低建议值进行比较。在城市交通网络中, 所有这类最高小时客流量超过最低建议轨道交通运输能力的线路都要在GIS中分类分组, 组成一个路线组。根据之前的假定, 在城市交通网络中, 这个路线组中的所有线路从需要增加上座率的居民区到中心商业区将会产生一个在GIS中不同的、可见的、近似连续的模式, 而且将超越公交系统的处理运输能力。然而, 由于实际城市发展的偶然性, 在分配需增加上座率时会有不连续性和不可测性。这可由在图4所示的一个城市网络的例子的帮助下解释。

图4显示了部分城市交通网络将中心商业区和住宅区联系在一起。在高峰时段, 在沿主线方向的中心商业区和节点7之间有高密度的客流融入, 如图4中粗线所示。然而, 也可能有一个情况, 是在主干道上这两者之间有某种延伸使客流有相当大的减少。这可能由两个原因导致:其中一个原因可能是一个较小规模 (办公室、商业或工业园区) 的就业区 (E1, E2) 和居民带位于这条线路上, 这样由于很多乘客朝向E1, E2的流动就会产生主线路上客流较大的减少。在这条线路的末尾部分, 由于更多的乘客通过这个线路从住宅区到达中心商业区, 通勤水平再次增加。这就有一个线路客流量水平适合于建议轨道交通系统。另一个原因可能是十字路口处也就是最低客流量延伸开始处客流量的积累/分散影响。这将导致部分 (3-4-5) 主线上客流量低于建议轨道交通流量最低标准。为了将中心商业区和节点7之间的主线转换为一个连续的铁路线路, 在不连续线路两端点间的最短路线即节点3和节点5可以包含在一组运输通道中 (通道线路组) , 并已含有超过规定最低客流标准的客流量值。

再次, 还可能有一种情况, 一些独立的线路并不在连续轨道主线上, 但可能有高于最低建议铁路客流标准的客流值。这可能由于各种原因, 其中一个原因可能是有大量的乘客由节点5转入主线, 然后去往较小就业区, 线路上连接节点5去往E1和E2的客流量将略微高于最低建议铁路客流标准。如果部分线路长度超过一定限度, 线路 (如图4中5-8-9-10和5-21-22) 也可包括在铁路路线组里, 否则它们将被忽略, 同时假定其服务于高运营能力或繁忙支线公交。第二个原因可能是因为十字路口处 (图4中18, 20) 线路数量引起的客流量的积累/分散的影响, 在交通网络某些地方上几个独立线路 (如图4中18-19-20) 上的客流量高于最低要求标准。另一个原因是这些独立线路可能是组成圆环 (对于圆形或半圆形城市) 或者横向线路 (对于线形城市) 的一部分, 这使它们在未来几年或许会有资格成为轨道交通运营中一部分。过去, 许多研究人员 (GOI1987;Satsangi and Chelpa 1993;Verma and Dhingra 2001等) 都指出随着城市人口的增长, 放射状线路 (对于圆形或半圆形城市) 或纵向路线 (对于线形城市) 是初始形成轨道交通运营体系的的关键。随后随着人口的增长, 圆环形或纵横向的交通路线也慢慢具有成为轨道交通运营系统的资格。因此, 目前在环线/横向线路上仅有一些独立连接线上的客流量可能达到了轨道交通运营的临界水平, 其余连接线上的客流量均小于临界标准。在这种情况下, 延长铁路线路以包括这些独立连线是不一定可行的。因此这些连接可忽略不计, 并假定由高运营能力或繁忙支线公交管理。随后随着这些连线在轨道交通运营中的重要作用逐渐加强, 这些线路也会并入铁路线路中。

最后, 包括修改后的通道线路组在内的所有线路都被组合成GIS中的一个连续的通道 (如图4中C-1-2-3-4-5-6-7) 。这个连续的通道将成为综合交通规划框架内新的轨道交通系统中的一个最优运营标准。为了找出这个轨道运营标准下最优轨道交通运营系统, 所有线路上峰值小时最大客流量需要同各类轨道交通系统相配的通过能力相比较。其中在其通过能力内最大客流量值降低的系统就是该标准下最优轨道交通运营系统。

因此, 在综合交通规划框架中, 这个新的已被认可的且在应用到模型中后得到的轨道校准标准满足公式 (1) 中的目标函数。它能部分涵盖最大O-D矩阵上的最短可能路线, 也能达到最大可能运营客流量 (需求加强) 。基于HRT-CIA提出的关于GIS的全部步骤概括如下。

1) 根据GIS基年交通网络分配初始年的预测峰值小时公共交通O-D矩阵。这将提供交通网络中每条线路的累积高峰小时预测客流量值。

2) 对于每一条线路, 检查线路是否为单线。若是, 则将流量值作为该线路的客流量值, 反之, 比较两个方向上线路的流量值, 选择较高的作为该线路的客流量值。 (这样做是考虑临界流的两个方向) 。

3) 将每条线路的客流量估计值同轨道交通最低推荐值进行比较。若客流量大于推荐值, 则将该线归于一个“通道线路组”, 否则忽略该线并进行下一线的比较。重复此项工作, 直到所有线路比较完毕。

4) 将通道线路组中所有线路集合起来得到一个沿GIS中主干道上独特的、可见的、基本连续的需加强客流模式。

5) 检查GIS中这条需加强通道是否有不连续线路的存在 (由于前面所述原因) 。若有, 包括通道线路组在内的所有线路都沿着中间不连续通道两端的最短路径。

6) 对于通道线路组中的每一条线路, 检查是否有线路并不沿着GIS中的连续通道, 但是从通道延伸到一个特定的方向。如果这部分长度大于某个指定长度, 则将这部分线路编入通道线路组中, 否则忽略这部分, 将它们从通道线路组中移除。还需检查在通道线路组中是否有独立的线路并没有连接到连续主干道上。如果有, 将这部分线路移除通道线路组, 其余的继续留在组中。

7) 最后, 集合所有修改后通道线路组中的线路, 组成一个GIS中需加强客流量的连续通道。这个连续通道就是综合交通规划框架内新的轨道交通系统中的一个最优运营校准标准。

这种探试算法已经通过运用GISDK在GIS软件Trans CAD中实现。是一种运用应用程序的自由宏程序语言, 可在Trans CAD继续研发。一个插件是通过GISDK编写, 由HRTCIA运行。在GISDK中有一系列丰富的资源来编写插件, 如宏、对话框、工具箱和菜单。对于拟建模型, 在GISDK中开发工具箱以实现探试算法。工具箱中包含的控件可以进行用户互动, 宏命令可以表明需要执行的程序逻辑。当使用Run Dbox函数时, 可调用工具箱。对于HRT-CIA, 工具箱由按钮组成。每个按钮都对应一步或多步算法。通过按照步骤号码顺序点击按钮, 计算在Trans CAD中自动运行 (用户交互方式) 。最终结果即为最优轨道交通通道的得出。工具箱的一般结构如图5所示。

实现探试算法的工具箱结构如图5所示。首先, 运行插件, 打开工具箱。点击工具箱中的任何按钮, 都会有个消息框最先出现, 详细解释被点击按钮在HRCIA中的特殊处。这有助于用户对每一步算法的理解。在关闭消息框后会弹出一个对话框, 询问用户是否要运行该步骤。这样做是考虑到用户可能只是想阅读该步骤的描述但并不想运行它。用户点击“是”, 则相应步骤运行, 进而用户可以继续点击按钮进行后续步骤。针对运行该算法的第一步, 没有任何独立的宏可以像Trans CAD拥有一个标准的“交通量分配”对话框进行操作。同样在运行步骤2和步骤3时, 都会首先出现一个对话框, 要求客户输入对于实际客流量轨道交通最低推荐值。通过查询选择功能, 运用这个值运行一个宏进而形成通道线路组。在运行宏之后出现一个消息框, 显示通道线路组中的线路总数。第四步是运用某些功能如设置线的风格, 设置线宽等宏命令设置通道线路组的显示属性。运行步骤5, 显示一个对话框, 提供用户两个选择。一个选择是用户可以手动指定中间不连续通道两端节点, 并将它们加入到最短路径中, 另一个选择是用户点击“自动步骤按钮”使全部步骤自动运行, 启动相应的宏命令。此步骤之后又会出现一个消息框, 显示修改后的通道线路组中线路的数量。在运行算法的第六、七步的时候, 同样会出现对话框。同样也需要用户选择手动设置或自动运行相应宏命令。会有一个消息框显示最终修改后的通道线路组中线路的数量。通过运行以上所有步骤, 得到最优轨道交通通道, 用户即可退出工具箱。下一节中将有一个拟建模型的案例运用。

1 1 案例研究

1 1.1 研究地区细节

该例应用于印度孟买市中心处 (MMR) 之一的塔那市政公司 (TMC) 地区 (如图6所示) 。在过去, 各种工业园区的发展, 支持住宅区和服务业的发展, 都会使一个城市更加有活力。这个城市已经发展成为一个圆环形模式, 从最初靠近主火车站 (由中央铁路南北线提供通勤服务) 的中心商业区延伸到孟买市中心处甚至更远距离的地方。公共汽车由多家交通运输公司管理是当前塔那的主要公共交通模式。靠近印度商业中心孟买的该地区正面临着快速发展的人口和快速发展的就业形势问题。这就导致了城市交通需求呈级数增长, 超出了公共汽车交通系统的运营处理能力。因此, 该研究地区需要有一个城市内部的公共客运系统和街道交通系统很好的连接起来, 以期在未来规划时能很好的解决这一需求。该地区人口在2001年是126万, 预计到2031年会增长到304万。

该研究区域延伸超过128.23 km2, 分为11个分区和95个城市区划。目前可利用的规划数据精确到城市区划单位标准。然而, 在市政地区周边的一些城市区划地广人稀。未来30年里, 这些地区预计将满足市政区域内更多新的发展。为得到这些影响, 大的城市区划被分成两个或三个小的区域进行分析。因此, 该研究地区的交通需求是在TMC内115个交通流量分析区域的基础上分析得到的。目前, 研究区域以外的地区都被认为是外部区域。根据现有交通线路汇集情况和被研究区域相连接。外部区域选择30个地区为代表。但是, 它们集合成7个外部区域与被研究区域连接并进行分析。最终总的交通流量分析区域为122个。

1 1.2 数据采集

相关数据是在参考了2001年 (CES2001) 的主要来源和次要来源信息而收集得来的。主要来源信息分为容量和占有率调查, 起始点调查, 住户 (家访) 调查, 意向调查, 道路网管理调查, 速度和被延迟时间调查, 铁路和公交总站调查。次要来源信息包括人口统计信息, 就业信息, 车辆所有权资料, 城郊铁路客运资料, 环境和土地利用资料, 和其他一些资料信息, 如城市区划边界信息, 土地利用分配信息, 现有交通运输网信息, 倡议的土地使用信息和交通网络信息等。

从搜集到的信息中可以发现, TMC处的居民平均一个工作日内日在被研究地区内总共有1778178次走行。个人和每个家庭的出行率分别为1.44和5.2。根据得到的这些行程可发现, 23.66%的行程是在区域内部, 76.34%的行程是在区域间。根据目的分类这些出行, 工作出行占得比例最高 (46.04%) , 其次为教育出行 (38.06) 。目前公交交通所占交通份额比例为34%。高峰时期, 在塔那的某些主干道路上平均出行速度变化从最低的8.2 km/h到最高的45.3 km/h。同时, 在塔那市政公司地区, 平均家庭人数为3.81, 实际范围介于0~12人。所有这些数据都是形成拟建模型的重要输入信息, 随后确定新的铁路通道。 (CES2001) 。

1 1.3 研究地区预测公共交通旅游需求

基年O-D人口出行矩阵根据基年数据取得。同时, 出行目标和路线分布模型通过必需的基年数据由Trans CAD校准得到。各阶段的细节信息和结果信息可参考Verma和Dhingra (2003) 。运用罗吉特模型得到水平年铁路模式从既有模式向推荐模式转变的百分比。得到转变百分比之后, 水平年公共交通实际模型所占比例通过添加每一个现有模式向建议模式的实际转变来计算得出, 最终求得为65%。运用基年模型, 参考期望公共交通份额和日常高峰小时值的8%, 预测水平年高峰小时公共交通矩阵。得到的矩阵组成一个输入到HRTCIA的基本信息, 以进行分析识别铁路通道。

1 1.4 运用GIS的铁路通道识别———基于探试算法铁路交通通道的识别计算

为获得公共交通方式的出行需求模态, 被研究地区的现有郊区铁路线路被转化为同等水平的道路线路。为此, 郊区铁路线路在道路地理等级上被数字化等效为同等道路并相应分配合理的运输能力。

转换现有铁路线路为同等道路线路后, 将预测高峰小时公共交通O-D矩阵 (之前得到的) 作为基年交通网络的各用户平均路径, 以得到网络中各线路实际乘客量的客流量模态。图7显示了由Trans CAD生成的被研究地区的预测客流量模态。

为获得铁路交通需求模态, 每条线路的高峰小时的客流量 (双向线路的临界线路流量即是两个方向中客流量数值较大的那个) 都要同最低建议值即实际乘客量12000 (数值参考Verma和Dhingra 2001取得) 进行比较。城市交通网络中所有高峰小时客流量大于最低建议值的线路都被分类选出组成一个GIS中的通道线路组, 这个线路组中的线路数为37 (如图8所示) 。在客流量超过公交系统运营能力的城市交通网络中, 近似符合拟建模型假定, 通道线路组中的线路会在需要加强居民区到中心商业区客流量的GIS中产生一个独特的, 可见的, 近似连续的模态。如图8所示, 连续模态的一端为第85线, 其余端是西北方向的第9线和东南方向的第277线, 通道上两个方向的分叉点是节点143。

正如预期的一样, 这个近似连续客流量模态存在一个短的不连续, 这是由于此通道上某些节点客流量的高分流性。这些节点号为143, 153, 169和182。由于节点143上有较大的客流量分流, 将通道上的客流量分散到第277号线路上, 导致在节点143和节点153间产生了不连续通道。在节点153处还有一个不同线路客流量在节点处的累积/分散影响。另一个通道不连续处在节点169和节点182之间。在这些节点间产生不连续的原因是, 在它们附近存在具有高吸引力的地区、节点间客流交通繁忙和附近有连接城郊铁路的站点。为了消除这些不连续部分, 节点对143-153和169-182编入最短路径。在最短路径上的线路有225, 227, 234, 258, 262和273。通道上不连续端之间的线路几乎不在通道上, 即在通道线路组中移除不连续部分, 修改后的线路组现在有43条线路, 如图9所示。

同时, 如前面章节提到的, 或许会存在某些独立的线路 (在线路组以外的) , 它们对于轨道交通的客流量比最低建议值高些, 但是并不包含在这个通道线路组中。这些线路是线路66, 71, 76, 405, 309, 303, 239, 223和222。由客流量模态观察可知, 这些独立线路上圆环状通道的一部分, 在未来几年随着该研究区域人口的增长对于轨道交通运营会变得至关重要 (如图10所示) 。通道上的其他线路, 尽管客流量达不到最低轨道交通运营建议值, 但也大大超过运输网络中其他不重要线路的客流量。由于这些线路较短且是独立的, 当前年度规划中并没有把它们加入到圆环形通道中, 它们从通道线路组中移除并假定它们由高运量的公共汽车满足客运。最终, 修改后的通道线路组中所有被剔除的线路集合在一起得到一个GIS中需加强客流量的连续的通道。这个连续的通道就是综合交通规划框架中新的轨道交通系统的最佳运营线路。图11显示了GIS中新选出的最优轨道交通通道。由于第85号线路上最大高峰小时客流量为34 369, 且最大高峰小时客流量在其通过能力范围内是逐渐下降的, 则最适合这个新选出的通道的运营系统为轻型轨道交通系统 (LRTI) 。以下运量范围适于不同的大运量客运系统:

街道转换系统———实际客流量高于12 000

(迷你公交, 单层公交, 双层铰接公交)

LRT1 (R/w B或C类) ———实际客流量12 000~36 000

LRT2 (R/w A类) ———实际客流量36 000~50 000

RRT (地铁) ———实际客流量59 000~89 000

更多详细计算情况可参见Verma和Dhingra (2001)

1 2 结果和讨论

表1给出了新选出的铁路通道内线路的细节信息, 以公里为单位的长度和相应的客流量估计值。由对表1观察可知, 除了极少数为了让铁路通道具有连续性而计算在内的线路, 所有线路的客流量水平均在LRT1范围内。新的通道由两个路线组成, 第一条路线长度为9.79 km, 第二条路线长度为11.66 km。两条路线都是由线路85开始的, 交叉穿过塔那中心商业区, 两条线路是平行的, 直到第209线路两条线路改变方向。路线1沿着被研究区域的西北方向向第9线路驶进, 路线2沿着被研究区域的东南方向向第277线路驶进。结果显示除了要求在中心商业区内要有恰当的连通性外, 未来铁路大运量客运系统西北和东南区域的更好发展也需要恰当的连通性。这些路线是通过用户平衡途径获得, 因此, 在综合网络内, 这条铁路通道无论是从使用者角度还是运营商角度来看都是最优线路。它将能部分覆盖最大O-D矩阵上的最短可能路线, 也能达到最大可能运营客流量 (需求加强) 。

在实施这些路线的时候, 在中心商业区获得这些土地的机会非常小, 因此修建这些线路要么是在地下, 要么修建高架铁路。但是在中心商业区以外的地区, 需要的土地是可利用的, 因此就可修建在地表上。在拟建模型中, 通过用户均衡途径分配O-D流量可以确保仅从主干路 (多车道) 上获得更高的流量水平。这是因为流量是根据每条线路的通过测量得到的通过能力迭代分配的。这种方式可以确保铁路线路仅会穿过主干道路, 为在中心商业区内的中心或者路边建立高架铁路 (或者地表铁路) 提供足够的空间。这将是比地下运输系统更经济的系统模式。

利用拟建模型, 还可以准备铁路通道分阶段施工的时刻表。为此, 该模型被用于每个十年间隔的年计划中。作用包括预测该年计划高峰小时公共交通O-D矩阵, 还包括运用HRTCIA获得该计划年需进行施工的铁路通道。如此, 整条铁路通道的阶段性施工计划已准备完毕。只要所需的输入数据收集完整, 这个拟建模型可用于其他任意一个研究区域案例, 同时也可得到该研究区域各种公共交通模式 (基于特定的服务水平) 的详细性能评价。

1 3 结论

本文讨论了在综合框架系统中可求得城市轨道交通系统中最优线路的模型。该模型运用GIS工具, 从城市交通网络中需要进行导向的通道选取最优线路。本研究中主要结论如下所示:

1) 由于客流量估计值是由用户平衡途径获得的, 确定的线路将会部分覆盖最大O-D对子的最短可能路径。因此这些路径会满足用户在综合公共交通网络中通过最短路径到达目的地的需求。

2) 将客流量估计值和通过能力进行比较可知, 每个交通系统中实际客流量最适宜通过能力范围在正常负载量和极限负载量之间。这个最低界限可以保证确定线路上大多数线路的高峰小时客流量都大于轨道交通系统的正常负载流量值。采用这种方式, 稳定的客流量可确保线路的正常运营。另一方面, 最高界限可以确保达到乘客对运营服务的需求水平。

3) 运用拟建模型的到的确定路线有效地涵盖了被研究区域, 即包含中心商业区和外部区域。由于确定路线中的大部分线路的实际客流量都超过12 000, 这些路线就需要调整以达到运营的最大可能客流量。

4) 由于最大峰值小时实际客流量为34 369, LRT1中最大峰值小时负载量永远小于其极限负载量。

5) GIS证明是一个在处理交通相关应用问题时极好的工具。GIS的Trans CAD软件和GISDK宏命令语言在拟建模型应用时帮助很大。GIS也是以图片格式展示结果的一种优秀工具。

本研究中的模型中并没有考虑土地用途改变的影响和新的轨道交通通道对O-D模态的影响。同时, 模型中也没有考虑到乘客和运营商的目标, 如行走时间和施工成本。铁路通道建立需要的可利用的土地也没有直接计入。因此, 这些可以在后续工作中继续处理。

为了提供乘客从出发点到目的地合理的简短的路线通道, 也为了得到新确定的铁路通道的估计客流量, 本文发展了支线路线和集成调度模型, 这样这个铁路线路鉴定模型就可以满足建立综合城市轨道交通系统最优路线的目标。这些模型的细节信息将在后续文章中解释。

摘要：本文讨论了一种利用GIS系统应用于整体框架线路内的模型, 该模型旨在对以需求为导向的城市交通系统中轨道交通线路进行优化与调整。该模型是发展以需求为导向的高效城市综合公共交通系统理论的一部分。可用于针对需要建立一个新的除了街道交通系统和现有铁路基础系统 (如果有的话) 的铁路大综交通系统的城市, 建立一个以需求为导向的高效的综合城市轨道交通系统。除此之外, 该模型还涉及支线系统与综合时刻表的确定, 但这不在本文讨论范围之内。此模型旨在确定一条最适宜于使用者和运营商的铁路线路。它包括两个方面:公共交通量预测和基于GIS的铁路选线的探索性算法。塔纳城-孟买城市区的一部分, 是本文中介绍模型的实例。以运用使用者均衡理论得到的用户需求情况为基础得到两条铁路线路。根据确定的这两条线路上高峰小时客流量最大值可知, 最理想的适用于被确定线路上的交通系统类型为轻型轨道交通系统。本模型的成功应用揭示了其对于需要发展新城市轨道交通系统的典型印度城市的适用性。

关键词：铁路交通,公共交通,GIS,交通线路,交通规划,优化与集成系统

参考文献

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城市轨道交通通信系统设计 篇6

关键词：城市轨道交通,通信系统,设计

对于在轨道交通中占据重要地位的通信系统来说, 它的可靠、稳定和安全对轨道交通的下常运营以及乘客的人身安全有着不可替代的重要意义。本文结合已完成的新线路城市轨道通信系统的建设, 对通信系统的设计与实现进行了分析与研究。

1 通信系统总体设计

轨道交通的通信系统, 承载着运营管理中的语音、数据、图像和文字等各种信息, 为确保行车安全、提高运输效率和现代化管理水平、提升旅客舒适度以及突发情况下提供应急处理手段等方面, 提供重要的通信保障。考虑到实际工程中的轨道交通建设线路为分段开通及今后延伸的特点, 该线路的通信系统, 应该建设成为一个安全可靠、功能合理、技术先进、经济实用并易于扩展的通信网络。

2 传输子系统设计

2.1 设计准则

传输子系统用于控制中心与车站/车辆段、车站与车站/车辆段、与其他线路控制中心、公安指挥中心之间各种信息的传递 (包括数字视频、音频信息、低速数据信息、及高速数据信息、等各种信息的传输) , 是城市轨道交通专用通信网的基础。对于传输子系统的设计, 必须严格遵循以下原则。

(1) 可靠性。在系统设计时必须采用网络保护、设备保护、冗余配置等多种手段保证系统的可靠性。

(2) 先进性。传输网络系统应该是一个先进的开放型网络, 支持各种协议的互联。选用国际先进的技术标准, 保证系统具有较长的生命力和扩展能力, 满足将来系统升级和扩容的要求。

(3) 实用性。网络系统选用的硬件设备和软件系统应当具有良好的性能价格比, 网络系统的日常管理和维护简单方便, 经济实用, 网络拓扑结构和技术符合实际应用的要求。

2.2 MSTP 2.5G双纤保护环设计方案

(1) 需求分析。在控制中心到公安指挥中心建立点对点链路, 在控制中心到其它线路控制中心建立点对点链路。需要完成各个节点之间的图像、广播、公务、调度、无线、时钟、以太网、电话等多种业务的传输。

(2) 系统架构。在城市轨道交通建设中采用MSTP技术的先进性在于集成度更高, 稳定性更高, 对以太网业务的保护性能更好, 同时相比SDH技术增加了动态分配带宽, 对总线型宽带数据业务的支持能力强。

(3) 网络保护技术选择。由于选用基于SDPHE/MSTP方案, 网络保护方式可以采用通道保护, 也可以采用复用段保护。针对目前的传输方式来看, 这两种保护方式均为倒换时间短 (小于50ms) , 可靠性高的先进技术。通道保护普遍用于网络总线型业务量较小的环形保护网络, 对于网络总线型业务量较大的情况, 应用复用段保护就比较合理。

3 公务电话子系统设计

3.1 设计准则

公务通信系统主要用于在建线路一期工程内部各部门间的电话联系, 服务范围包括控制中心、车站、车辆段、公安派出所及沿线区间风井。公务电话系统采用数字程控交换机组网, 与城市公用电话网连接, 向地铁用户提供内部交互及国内、国际长途和传真、数据等多种电信业务。公务电话是城市轨道交通中应用最广泛的业务之一, 它的设计关键是高可用性。

3.2 用户交换机模式组网的设计方案

控制中心提供一套公务数字程控交换机, 在各车站和车辆段设置具有交换能力的远端模块。各车站和车辆段通信系统采用2M数字中继星型连接到控制中心数字程控交换机。

4 专用电话子系统设计

4.1 设计准则

专用通信系统是控制中心调度员和车站/车辆段值班员指挥列车运行和指导设备操作的重要通信工具, 主要包含调度电话、局部电话、区间电话、站间行车电话和车站紧急电话五种应用, 整个系统设计关键是高可靠性。

4.2 设计方案

(1) 星型组网的系统架构。

专用电话子系统由于车站的调度业务较多, 需要组成车站级的调度网, 因此采用二级调度方案组网, 调度主机应选择公共部分全冗余热备份。专用电话子系统分为三大部分:枢纽主系统MU、车站分系统BU和网管系统。MU设置在控制中心, BU位于沿线的各个车站、车辆段及停车场, 两者之间通过数字传输通道组成调度专用通信系统网络, 为了避免某车站的设备失败对全系统的影响, 选用星型网络拓扑连接中心与各站设备;这种组网方式安全性较高, 不会因为一条传输通道的中断或某个车站设备出现故障而影响其它车站的通信。

(2) 语音与数据业务时隙分配。

采用星型的组网方式后, 每个车站分系统对应于主系统都有自己独立的2M通道去完成它们之间所有的语音和数据业务。固定通信时隙。系统内部通信检测及数据传送所占用。调度时隙。系统对数字调度采用专用调度时隙的方式实现。

5 视频监控子系统设计

5.1 设计准则

视频监控系统包括运营视频监控系统和公安视频监控系统两个独立的系统。是调度员和车站值班员监视列车运行、掌握客流大小和流向、提高行车指挥透明度的辅助通信工具, 是列车司机在车站停车后监视旅客上下车、掌握开关车门时间的重要手段。当车站发上述灾情时, 电视监视系统可作为防灾调度员指挥抢险的指挥工具。

5.2 二级监控中心的设计方案

各站摄像头图像经前端转换盒处理后, 在字符时间发生分配器对图像进行站名、地理信息、时间信息的字符异加, 之后经过画面合成后进入视频矩阵, 可以通过车站车控室的监视器调用, 同时输入硬盘录像机进行存储。本站在车控室或警务室设置控制键盘和监视器以满足车控室或警务室的调用图像要求。对于系统而言, 各个车站的车控室构成了第一级的监控中心, 在车控室中可以控制、调用本站的前端摄像机视频图像, 具有独立的电视监视系统所应具有的所有功能和特点;运营控制中心则构成了第二级的监控中心, 同样可对各个车站的前端摄像机进行控制、调用和选择记录。

6 系统可靠性设计

从通信系统的网络层次结构来说, 可以分为:系统和网络、子系统、设备、电路板等层面。可靠性的设计可以从各个层面来体现:系统和网络层面:采取网络层面的拓扑结构等保护措施。子系统层面:各子系统从网络架构和设备的冗余机制来保证系统的可靠性, 通过“故障弱化”提高可靠性。设备层面:选用的设备应在城市轨道交通领域中具备良好的业绩和质量。电路板层面:设备和电路板适应地铁环境的设计, 例如电磁兼容性、防雷、温度、振动等。

参考文献

[1]罗利平.城市轨道交通综合监控系统集成方案[J].城市轨道交通研究, 2008 (11) .

[2]甄荣芳.城市轨道交通专用电话系统的应用及发展[J].铁路通信信号工程技术, 2007 (10) .

轨道交通综合布线系统的设计 篇7

地铁、轻轨都是城市内部的轨道交通系统, 是城市公交体系的一部分。与以往的公共交通工具相比, 它具有运量大、速度快、污染小、能耗低、建设快、成本低等特点。大力发展城市轨道交通, 对于缓解城市交通拥挤和改善城市大气环境具有十分重要的意义。

城市轨道交通系统一般由供电系统、环境控制系统、控制与运行系统、自动售检票系统、自动扶梯/电梯系统、通信系统、信号系统、消防报警系统、给排水系统等组成。在这些子系统的内部和子系统之间, 不但存在着大量的信息交换, 而且, 这些信息的表现形式不仅有开关量, 还有对干扰十分敏感的模拟量, 因此, 布线系统十分复杂。

随着数字技术的发展, 轨道交通系统的数字化程度不断地提高, 这也对布线系统提出了新的要求。综合布线系统本身所具有的兼容性、开放性、灵活性、可靠性、先进性和经济性等优点, 使其在轨道交通系统中的应用越来越普遍。

2 轨道交通布线系统的特殊性

轨道交通的特殊性, 决定了轨道交通布线系统的特殊性。如图1所示, 轨道交通布线系统不仅要考虑系统的拓扑结构、传输性能, 还要更多地考虑消防、管理、系统升级等方面的要求。

与民用、商用综合布线系统相比, 在设计轨道交通布线系统时, 还要考虑以下几个因素:

地铁人流密集, 一旦发生火灾, 救援、疏导都有一定困难, 因此, 消防要求很严格。根据有关资料显示, 火灾发生时, 燃烧物散发出来的烟雾中含有大量的有毒物质。例如, 火灾中会分解产生一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氢化氰气体, 能使人呛咳、窒息, 极易造成人员死亡。在火灾丧生的人中, 多数都是因为吸入过多的毒烟而窒息死亡的, 而不是直接死于高温。

在轨道交通系统中存在着大量的电缆。因此, 在缆线选用时除了满足阻燃要求外, 还应该考虑到火焰的蔓延程度, 燃烧时释放的热量、烟雾和毒气等因素。

(2) 布线系统的电磁兼容性能

与传统的写字楼、校园网、生活小区等民用、商用布线系统相比, 地铁布线系统具有更明显的数据分布特征。由于轨道交通采用电力牵引, 来自一次线路和二次线路的干扰远远大于普通建筑群电梯系统的干扰, 并且, 信号传输线路与其他线路可能长距离平行布防, 因此, 在设计布线系统时, 要充分考虑系统的电磁兼容性能及各种缆线之间的间距要求和屏蔽电缆光缆的应用。

(3) 传输线路的可靠性

轨道交通系统的客流量很大, 例如:上海地铁一、二、三号线的客流总量每个工作日都保持在130万人次左右, 周五更是达到140多万人次, 而香港地铁目前日均客流量可达230万人次。轨道交通和其他交通方式不同的是, 一旦发生事故, 整个线路就必须停止运行, 因此, 运输中断带来的经济损失是十分巨大的, 它关系到轨道交通公司和几百万人的利益, 系统的配置应有冗余和备份。

(4) 系统的可管理性

作为一个复杂的机电系统, 发生故障是不可避免的, 因此, 如何在最短的时间内找到故障点并加以排除是一个关键问题。布线系统虽然是无源系统, 但它就像人体的神经一样, 联系着机电系统的每一个节点, 它也是机电系统中关键的环节。因此, 提高线缆连接的可管理性, 会大大缩短故障定位时间。

(5) 系统的可扩展性

随着数字化时代的到来, 轨道交通运营商必然会增加许多新的设备或增值性服务来提高轨道交通系统的整体功能, 因此, 必须考虑到系统的可扩展性, 以满足日后的系统改进、扩容等方面的需求。

(6) 总体拥有成本

一套系统建成后, 在使用过程中还会发生其他的维护费用。在设计布线系统时, 应在现有条件下, 提高系统拓扑结构的多态性, 并做到合理的冗余。

3 布线系统设计

3.1 参照标准

目前, 在设计轨道交通系统时, 可参照住房和城乡建设部批准的、由北京市城建设计研究总院主编的《地铁设计规范GB 50157-2003》。

《地铁设计规范GB 50157-2003》是国家标准, 自2003年8月1日起实施。标准中包括建议部分和强制要求部分, 其中, 第15章对通信系统的设计提出了设计要求, 包括传输系统、公务电话系统、专用电话系统、时钟系统、闭路电视监视系统等。此外, 标准的21章对运营控制中心的功能分区与总体布置、建筑与装修, 特别是布线、供电、防雷与接地、消防与安全等方面提出了具体的规定和建议。此外, 作为综合布线系统的设计者, 还应该遵守或参照IEC/ISO 11801国际建筑布线标准和GB50311-2007、GB50312-2007国家综合布线标准等。

3.2 拓扑结构设计

在轨道交通系统中, 存在着多种网络形态, 常用的是共享介质以太网、令牌环网、FDDI等。以太网主要用于办公用计算机组网;令牌环网、FDDI主要用于网络综合性能要求较高的设备组网。

在前几节中, 已经论述了轨道交通系统的特殊性。为了适应轨道交通系统的需求, 轨道交通系统的工控设备通常采用双机热备份技术, 以便在故障发生后启用备用系统, 并且, 多采用全双工环状结构。另外, 为了防止意外的损坏, 还要进行线路的物理冗余设计, 因此, 网络拓扑结构通常为图2所示。

在各个车站之间, 必然会有一条工作链路, 以维持正常的工作。为了组成环状网络, 需要占用4根光纤。为了适应网络接口设备冗余的要求, 还要采用4根光纤与设备连接, 形成双机冗余链路。工作链路和双机冗余链路可以采用一根8芯光缆。

为了防止8芯光缆意外损坏, 还必须留有一条物理冗余链路。为了使这条链路既可以独立工作, 又可以作为纤芯备份, 在工程中可采用4芯光缆, 沿交通线路单独敷设。

采用上述结构后, 每1芯光纤都有8根光纤作备份。作为以太网, 结构比较简单, 为了节约光纤, 通常采用最大限度堆叠方式, 如图3所示。

3.3 线缆选型

综合布线系统中的电缆承担着固定通信系统中所有信息流的传输任务。由于弱电信号功率较低, 即便是老化, 也不会因短路引起自燃而造成火灾。因此, 布线系统的消防安全性能主要体现在两个方面:一方面是在火灾发生后, 火势不能沿着电缆线路到处蔓延;另一方面是有毒气体的释放必需满足最小浓度要求。我们在设计轨道交通的结构化布线系统时, 必须减少通信电缆的安全隐患, 提高布线系统的安全性。

防火电线电缆是具有防火性能电线电缆的总称, 通常分为阻燃电线电缆和耐火电线电缆两种。

各个国家和城市都有不同的防火法规, 在国际上, 美国的UL实验室和国家电气规程 (NEC) 是目前最为广泛接受的电气安全要求, 它们对铜缆和光纤都有严格的阻燃要求。Molex企业布线网络部的产品, 采用了它们的电缆防火等级体系及阻燃分类。

NEC条款770针对光纤电缆的分类如表1所示, 其中OFNP具有最高的阻燃等级。

NEC条款800针对铜缆的分类如表2所示。

作为世界最具权威的独立认证公司——美国UL实验室, 专门设计了测试方案, 来检验电缆的防火性能。UL防火等级分成五种, 分别是增压级、干线级、商用级、通用级、家居级。我国的布线标准GB 50311-2007中也特别提到了光缆与电缆的防火等级与选用问题。

另外, Molex企业网络布线部除了满足上述阻燃线缆的分级以外, 还提供低烟无卤LSZH。低烟是指电线、电缆燃烧时产生的烟尘较少, 即透光率较高;无卤是指构成电线、电缆的材料不含卤素 (氯、溴等卤族元素) , 燃烧产物的腐蚀性较低, 可以保证用户在使用时的安全要求。由于低烟无卤电线电缆使用时给环境产生危害很小, 一些地方称为清洁电缆或环保电缆, 产品包括超5类四对双绞电缆、6类四对双绞电缆、光缆等。

3.4 EMC设计

轨道交通布线系统, 与传统的楼宇布线系统的另一个主要区别是二级配线间的距离较远, 对于架空的轻轨系统来讲, 还应考虑防雷、抗干扰等诸多问题。在轨道交通系统中, 数据长距离传输的首选方案是光纤传输。通过使用光纤通信, 大大降低了信号线和动力线长距离并行造成的EMC问题, 并且将接地系统的设计大大简化。如果传输距离过长, 站间的连接可以采用单模光纤, 或在必要时加装中继设备。

Molex提供的光缆产品, 包括OM1、OM2、OM3、OS1等规格的室内外光缆。其中按照低烟无卤标准生产的产品共计16种, 特别适用于隧道敷设。另外, 为了降低施工难度, 节约施工时间, Molex还提供了Modlink系列“即插即用”产品。

3.5 布线管理系统的设计

综合布线系统的管理目标是:维护系统拓扑的完整性, 并且能够根据实际需要, 修改系统的拓扑结构。Molex企业布线网络部提供了Realtime实时布线管理系统, 从逻辑和物理两个层面入手 (如图4所示) , 实现了布线系统的实时管理能力。

从逻辑层面上看, 永久链路的信息包括线路敷设路由、信息出口的位置、点位图、配线架端口的位置等信息;跳线信息包括交换机信息、跳线两个端点的定位等。这些信息是由用户输入的, 存放在数据库中。从物理层面上看, 主要包括跳线变更的实时状态。当跳线配置变动时, Realtime系统可以检测到这种变动, 并进行记录。

Realtime实时配线架在每个端口上都有一个传感器端子, 通过实时跳线和系统监视器的共同作用, 计算机软件可以实时地反映系统的拓扑结构, 并对未授权的变更进行记录。

通过Realtime系统, 使系统的变动可管理、可跟踪、可监视, 避免了布线系统移动、增加、修改等操作与文档的异步, 使系统维护工作的成本大大降低, 速度大大加快。对于像轨道交通这样的系统来讲, 可以大大缩短排除故障的时间, 并且可以在最短的时间内启用冗余数据链路。

3.6 系统的可扩展性

轨道交通系统涉及多种类型的弱电系统, 信号种类很多, 相应的接口标准也很多。另外, 作为公共交通系统的一部分, 轨道交通系统的公共区域多, 必然会提供更多的服务。考虑到新技术的发展和应用, 轨道交通布线系统应提供多种媒体的接口, 给未来的应用提供更多的扩展性。Molex的可配置配线架和通用配线架, 满足了这个需求。

USP配线架可以提供应用于语音、数据、保安监控、监听、有线电视等多种媒体的接口, 并可以根据需要, 自由组合。

4 综合布线系统在轨道交通应用中的展望

轨道信息系统 篇8

【关键词】轨道交通；信号系统；设计

城市轨道交通的信号系统是整个城市交通运营中最为重要的任务。如其主要任务是控制列车运行，同时也能对列车的实际运行进行相应的指挥等。可以说，它影响着整个城轨交通的实际运营情况，能影响到它的安全，能关乎它的效益，这是一个至关重要的关键点。而城市快速轨道交通现代化也是社会发展的必然结果，它的最为直接的标志我们可以进行把握，应该是信号系统的实际水平。而设计者的责任也就凸显出来了，其设计的优秀系统方案能利于行车的安全，有效提升道路的整体运输能力。更为直接的是能对行车进行迅速上的控制，能进行相应的准确及时的调度。总之，就是最大化的提高其服务质量。同时，还能有效降低工程投资以及降低工程造价等。

1、系统构成方案

城市轨道交通从本质上来说就是个运输体系，而这个体系具有技术先进的特点，同时还具备一定的自动化水平。信号控制系统的构成要依据整个交通运输情况。

《城市快速轨道交通工程项目建设标准—试行本》对信号系统划分为三个层次：第一层次，主要是设备在运量不大的线路，也或是在行车密度不高的线路上；第二层次，同第一层次恰好相对，其设备在运量相对较大的线路上，在行车密度较高的线路上，一般都可配置列车自动监控，也就是ATS系统，也可配置列车自动防护系统；第三层次，同第二层次较为相似，其设备在运量相对较大线路上等，很多时候都可配置列车自动监控系统或是配置列车自动防护系统，也可配置ATO系统。

在上述内容中，从水平等级来看，第一层次系统配置属最低水平等级。一般其适用线路较为固定，一般只适于行车间隔不小于3 min 的线路。话句话说，如果行车密度相对来说还是较高的。可以依据实际情况，对线路实施的整个系统进行相应的改造或是完善，但是这样就的话其实也是合适的。因为在改造的过程中就必须投入自己，而这样的造成了一定的浪费，进而也会出现一些烂尾工程等；另一方面，机车信号信息量有限。其自动停车装置也不能容纳更多的信息。这也造成了列车运行过程的安全性较不稳定，保障程度不高。更多时候依赖于司机的驾驶，依靠其经验实现。其国产化率水平和工程造价水平也都是呈现两极分化，一个最高，一个最低。此外，还有第二层次的信号系统配置，更为适于行车间隔在2min以上。而其行车安全主要是通过列车自动防护系统提供保障；第三层次的系统配置，它的现代化技术水平相对较高。主要适于行车间隔小于2min的线路运用，由列车自动防护系统来保证行车安全。

2、主要技术方案

2.1设计行车间隔

如今的城市轨道交通的乘客运量相对都较大，其行车密度也很高，这样相应的城市轨道交通工程就应该抓住这一特点，采取有效的办法，如多采取缩短行车间隔方法，进而减少旅客候车时间，相应地也能提高其服务质量。同时，还能减少列车编组辆数，进而最大限度的节省工程投资。然而受到信号ATP系统技术等诸多因素的影响，其正常的行车间隔的缩短也是有限度和范围的。

我们可以参照发达国家城市轨道交通的运营的成功经验，利用信号ATP系统。可以说，客流量如果在某个特殊时段内，增加到了预测高峰值的130%时，这样ATP系统还是可以满足运营采取的临时措施。如，临时增加运营列车等措施。表1以某一条线路运营方案为例予以说明。

而在对这两种方案进行分析后，我们知道，这两种方案都能满足其运量的要求。但是，方案A和方案B的单向运输能力与高峰小时单向最大断面客流量比分别为1.00和1.08，也就是说这个数值还是存在差异的。整体上，从信号系统设计角度分析出方案B应该是更为优化的，也是更为科学的，相对来说方案A还存在一定的缺陷和不足。

当然，在实际的工程运用中应结合线路近、远期运量，同时也要考虑到工程实施方案，结合ATS调控能力等，这些综合因素都需要注意。在此基础上，才能设计行车间隔，才能保证其能满足运营要求，同时还能最大化节省工程投资。

2.2ATP信息传输方式

一般来说，我们更为关注的是列车运行安全。而提供为其提供最为有效的保障的应该有很多环节或是关键设备。而ATP系统相对来说又是其最为关键、也是最为重要的设备。一般都是由轨旁设备，当然也必须包括车载设备等，由他们共同组成了ATP系统。在列车的运行中，其信息的接收途径相对单一，一般都主要通过地面ATP设备来实现。

而连续式的ATP设备主要是接收地面信息，基本都是利用轨道电路，也有的是利用连续敷设的电缆来实现的。其特点也比较明显，信息传递实时性相对高，同时其技术也相对复杂，进而造成了其造价也相对昂贵一些。点式ATP设备主要是通过地面应答器，也有的是通过点式环线等，实现列车的地面信息接收。但是，其具备实时性相对较差的特点，相对来说其技术较为简单，当然造价也相对低廉一些。

我国的现有地铁交通情况还不够理想，也可以说其实际情况还存在较大的不足。其特殊性也较为明显，在个别时期的运量非常之大，其行车密度也相对较高。还有就是在地铁隧道内的驾驶条件还不容乐观，这些实际问题很是明显。而这些特点也都是需要我们关注的。而依据这些特点就可采用连续发码方式的ATP系统，这也最为有效的，也是最为适宜的。

如今，点式ATP技术不断发展，其具体应用也越来越多，越来越合理。如在城市轨道交通工程中就能有效采用点式ATP设备。目前，较有代表性的西门子公司ZUB120点式ATP系统的主要技术指标如下：

·传输制式移频键控（FSK），串行

·传输速率50k-1

·传输间距130～210mm

·电码可靠性循环码多次判断，海明距为4

·电码长度可编程有用比特96位

·機车设备平均故障间隔时间2×104h

·地面应答器平均故障间隔时间9×105h

点式系统控制实时较差的缺点不容忽视，其还缺乏紧急停车功能等。而这些问题都应该想法解决，一般通过接近连续式发码方式就能进行一定程度上的弥补。如，上海莘闵轻轨交通线是我国第一条城市轻轨线路，在这一系统中就按点式ATP系统来实现其特有设计。而，最新的点式ATP系统打破了90s行车间隔限制，更为重要的是这一系统实现了自动驾驶的目标，具备独特的功能。

3、小结

总之，系统构成以及技术方案相继确定，那么信号系统也就随之构成，或是说基本上就定型了。然而这还不是一个良好的系统，在设计的过程中还需要注重很多的细节问题。因为这些细枝末节会影响到这个系统，正所谓牵一发而动全身。此外，在设计过程中，更应该关注城市轨道交通信号系统的特殊技术指标。这是其设计情况的最为直接的体现。

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轨道信息系统 篇9

1.传输系统

传输系统是最重要的子系统,在进行总体方案及系统容量设计时,应考虑近期建设和远期发展的需求,确保系统性能可靠,容量可扩,系统构建相对灵活。

为了满足轨道交通信号、电力监控、防灾、环境及设备监控、自动售检票及语音等多种业务信息传输的需要,传输系统采用以光迁通信为主的传输介质。传输网络的逻辑拓扑结构采用双环结构,从而保证系统在故障情况下仍可提供更好的系统恢复能力,提高网络运行的可靠性。网络节点及用户接口模块是用户接入网络的唯一途径。用户端的信息经网络节点实现上传下载。由于信息的多样性,系统可为用户提供丰富的接口类型。传输设备的网络管理系统采用成熟的操作系统,功能强大,界面友好,操作人员可轻松完成对网络的配置、管理及维护工作。

2.公务电话系统

轨道交通公务电话系统是作为专网进行网络构建的,由程控交换机、电话机及附属设备组成。公务电话系统与公用电话网的连接方式采用全自动呼出、呼入方式,通过2M 数字中继电路工作。电话号码纳入本地公用电话网统一编号。系统功能主要包括:电话交换功能、计费功能、非话业务功能(包括数据、传真等非话业务)、复原控制方式功能、号码存储和译码功能、电路选择和释放功能、新业务功能(包括缩位拨号、热线服务、呼叫限制、三方通话、呼叫转移、强拆/强插等新功能)、维护管理功能、过压过流保护与抗干扰功能。

3.专用电话系统

专用电话系统是为运营组织、电力供应、设备维护和防灾救护提供有效通信手段的重要通信系统。该系统主要由调度总机、调度台、调度分机组成,并通过传输系统连接而成。调度总机是调度电话子系统的核心部分,由具有交换功能的交换机或交换模块组成。调度台设在控制中心,是调度业务的操作控制台。调度分机为普通电话机,与总机通过传输系统提供的点对点专用音频话路连接。

实际应用中的系统主要功能包括:通话功能、选叫功能(即调度台对分机进行单呼、组呼、全呼及分机对调度台进行一般呼叫或紧急呼叫)、会议功能、录音功能、维护管理功能。

4.无线通信系统

无线通信系统是为控制中心调度员、车辆基地调度员、车站值班员等固定用户与列车司机、防灾、维修、公安等移动用户之间提供通信手段的专用系统。无线通信系统采用有线和无线相结合的传输方式。中心无线设备通过传输系统与车站、车辆基地的无线基站连接,各基站通过天线空间波传播或经漏缆的辐射构成与移动台的通信。无线通信系统根据运营管理需要分别设置了行车调度、防灾调度、综合维修、车辆基地调度等系统。系统具有单呼、组呼、全呼、紧急呼叫、呼叫优先级权限设置等调度通信功能,并具有录音、存储、监测等功能。

5.视频监控系统

该系统为运营相关人员提供有关列车运行、防灾救灾及乘客疏导等方面的视频信息。系统由车站本地监视系统、控制中心远程监视系统、远程多路信号传输系统以及多媒体网络管理终端组成。系统具有监视、控制优先级、循环显示、任意定格与锁闭、图像选择、实时录像、摄像范围控制、字符叠加等功能。

视频信号远距离传输采用数字传输方式,本地视频传输信号采用视频同轴电缆传输。车站与控制中心的视频和控制信号通过传输系统进行传输,同一时刻同时上传至控制中心的数字视频信号路数仅与控制中心需同时显示的路数有关,与前端摄像机数量无关。所以在控制中心不需设置大容量视频交换矩阵和传输设备,系统结构简单。

6.广播系统

广播系统是城市轨道交通行车组织的必要手段,一方面对乘客进行广播,通知相关乘车信息;一方面又是事故抢险,组织指挥的`防灾广播;此外还可以通过广播对运营人员发布有关信息,以便协同配合工作。

该系统采用模块化设计、总线式结构,由车站级、中心级和列车广播设备组成。具有中心广播、车站广播、预存广播信息、自动音量调节、自动音频测试和远程控制等功能。系统采用中心广播和车站广播两级控制方式,控制中心的智能广播台输出的音频信号和控制信号,通过高品质语音卡提供的RS422 通道,经传输系统传输到各站,再通过语音卡连接到车站广播设备,从而实现控制中心的远程广播组织和指挥。

7.乘客信息系统

该系统主要由信息管理系统和终端乘客信息显示屏组成,乘客信息通过传输系统传输。在全线各车站及车辆客室内设置乘客信息显示屏,显示列车到、发、乘车须知、时事新闻等各钟乘客信息,并在发生突发事件时具有报警联动功能,显示相关报警信息。

8.时钟系统

为保证轨道交通运营准时服务乘客、统一全线设备标准时间,提供统一定时信号,设置了时钟系统。该系统采用GPS(全球卫星定位系统)标准时间信息,由GPS 标准时钟信号接收单元、中心一级母钟、监控设备、二级母钟及子钟组成。系统设置数字同步设备,一级母钟接受外部GPS 基准信号并对一级母钟进行校准,一级母钟定时向二级母钟、控制中心的子钟及其他需提供统一时间信息的各系统发送时间编码信号用以校准;二级母钟产生时间信号提供本站的子钟。母钟具有万年历功能并具有年、月、日、时、分、秒输出与显示。子钟能显示时、分、秒。自身时间精度,一级母钟在10-7 以上,二级母钟在10-6 以上。一级母钟、二级母钟配置数字式多路输出接口,以便向其他各系统提供定时信号。

9.电源及接地系统

通信设备供电应采用一级负荷,电源系统应对通信设备提供不间断、电压及频率相对稳定的供电,并具有集中监控管理功能。

不间断电源系统(简称UPS)一般分为UPS 机柜和蓄电池两部分,可采用离线式UPS 系统或在线式UPS 系统。离线式UPS 系统平时由市电直接向负载供电,市电故障时瞬时切换到由逆变器供电(实用于对供电稳定性要求不高的设备供电);在线式UPS 系统由市电经整流逆变后再向负载供电,市电故障时,改由蓄电池―逆变器方式向负载供电,这种方式较前一种方式供电更加稳定。UPS 系统包含正常工作模式、蓄电池工作模式、静态旁路模式和手动旁路工作模式四种工作模式。

接地系统设计应做到确保人身、通信设备安全和通信设备正常工作。通信设备采用综合接地方式,综合接地电阻值要求不大于1Ω,分设室外接地体的保护接地及防雷接地的电阻值要求不大于10Ω。

10.通信综合网络管理系统

为实现通信各子系统的集中管理、维护和故障监测,以便实现故障的快速定位,为尽快修复故障提供可能,轨道交通通信系统专门构建了综合网络管理系统。该系统可对传输系统、无线通信系统、电话系统、广播系统、视频监控系统以及网络管理系统自身进行监控管理。

该系统硬件部分主要由用于收集、处理信息的远程终端和位于控制中心的监控终端组成。可编程逻辑控制器(简称PLC)是构成远程终端和监控终端的核心元件,实现数据的采集、分析和处理等功能。系统的远程连接及数据传输仍然由传输系统来实现。软件部分包括应用于PLC 的软件和应用于监控终端的软件。监控终端软件采用可视化图形界面,界面直观清晰、简单明了、操作简单、数据记录详细、便于查找

11 结束语

随着城市轨道交通建设及通信技术的迅猛发展,各种应用于城市轨道交通运营的通信技术和应用方式也在不断发展,出现了很多满足各种不同应用需求的新技术、新模式。轨道交通在对功能需求进行分析的基础上,结合自身实际情况,选择了合适的通信系统模式。通过这几年的运营效果来看,通信系统在提高运营工作效率和服务水平上发挥了重要的作用。

参考文献

[1] GB 50458-,跨座式单轨交通设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[2] 何宗华,汪松滋,等.城市轨道交通通信信号系统运行与维修[M].北京:中国建筑工业出版社,.

矿井轨道运输智能调度系统设计 篇10

轨道运输是矿山大巷的主要运输手段。中国现有煤矿轨道近万千米,普遍存在机车运输通过能力差的问题, 追尾、超速、掉轨等事故频发。矿山企业亟需建立基于无线通信和射频识别(矿山物联网)的完善、可靠的机车跟踪和道岔控制可视化调度系统,使调度人员实时了解井下车辆的精确位置及轨道状况,实现调度人员与司机、司机与司机之间的无线通话,科学合理地调度,从而保障运输安全,增加行车密度,及时应对灾变及事故,提高安全生产效率[1]。

现有的矿井轨道运输调度系统大多仍采用20世纪50年代从前苏联引入的信集闭 (信号、集中、闭锁)技术。这种系统存在的问题[2,3,4]:① 通过计轴器识别机车所在区段,无法确定机车的精确位置。② 轨道区段一旦被占用,后续机车只能等待前车驶离下一个计轴器后方可驶入,严重影响机车运行效率和线路使用效率。③ 井下环境条件差,粉尘湿度大、井下巷道积水、车轮与轨道接触电阻不稳定、电机车电火花干扰等严重影响计轴器的可靠性,加上计轴器安装在轨道轨腰,抗干扰能力差,寿命短。④ 信集闭系统没有车地信息交互,无法实现行车过程中司机与调度人员、司机与值班人员之间的语音通话;出现机车超速、车皮脱离等情况时,机车司机无法在第一时间得到相关提示信息而减速或停车;在机车运行过程中,司机无法知道自己机车周围的道岔状况、前方轨道状况等信息。本文提出一种矿井轨道运输智能调度系统设计方案,实现了机车的精确定位及道岔信号自动控制功能。

1 系统功能

(1) 可视化调度监测功能。

上位机软件界面以动态图标实时连续显示机车号、运行精确位置、当前速度、运行方向等信息。有机车闯红灯或超速行驶、前后车快速接近可能追尾时,上位机自动报警提醒调度人员及司机。系统具有机车历史活动轨迹保存及回放、闯红灯记录功能。

(2) 移动闭塞功能。

系统通过机车读取轨道沿线布放的电子里程碑,实现机车精确定位;采用无线中继平台实现车地双向信息互换,可实时计算在轨运行机车的速度、方向和位置;根据机车的速度和位置动态计算其运行时的安全间隔距离,并在上位机软件界面以警示颜色显示,实现移动闭塞,提高行车密度。而以往的轨道电路、计轴器等固定机车监测模式的闭塞区间是固定的,只有当前车驶离监测点后,后车方可驶入区间轨道。固定闭塞与移动闭塞的比较如图1所示。实现移动闭塞功能的关键是实现列车精确定位和大容量车地通信。

(3) 语音提示报警功能。

系统可语音提示追尾、超速、前方弯道、前方道岔等信息,在巷道的不同路段设置动态限速值,并在上位机软件界面发出声光报警,电机车驾驶室同步声光提示,使司机第一时间知道机车当前状态。

2 系统硬件组成

矿井轨道运输智能调度系统以无线中继通信平台为基础,包括机车跟踪子系统、道岔信号控制子系统等子系统。

2.1 无线中继通信平台

无线中继通信平台由地面的多信道无线基站、沿巷道安装的漏泄电缆和中继器等组成,如图2所示。漏泄电缆用于传送无线信号,中继器用于双向放大补偿漏泄电缆数百米的传输损耗。井下巷道及地面调度室附近的无线信号可连续、完全覆盖,没有盲区,实现了地面、井下的全方位“动中通”。

系统传输的无线信号包括语音调度信号和数据信号。语音调度采用无线对讲机实现,日常主要用于机车司机、调度人员之间的联络通话,一呼百应;遇到突发状况时可快速相互通报,调度人员可通过上位机软件界面操作菜单,调整轨道道岔,及时应对处置。数据信号包括实时机车定位数据和道岔信号数据等。只有无线传输才可以实现机车移动运行时的实时、大容量车地信息互换[5]。

2.2 机车跟踪子系统

机车跟踪子系统示意图及结构图如图3所示。机车跟踪子系统采用RFID技术实现机车定位:根据现场巷道情况及运行限速值,在矿山轨道沿线每隔50 m或几十厘米安装1个电子里程碑(RFID 标签),每个电子里程碑均有1个唯一的ID号。机车运行时,安装在驾驶室内的车载数据分站通过识别天线来读取其沿线路过的电子里程碑信息,并通过无线中继通信平台上传给上位机;上位机软件根据上传信息计算该机车的实时位置、速度及运行方向,实现移动闭塞功能。

2.3 道岔信号控制子系统

矿山轨道的道岔实现轨道的定位、反位切换功能,道岔信号同步显示道岔的接通位置。道岔信号控制子系统结合机车跟踪子系统,实现井下道岔信号动态智能监控及车载信号的声光显示。道岔控制有远程集中控制、现场遥控器控制和就地控制3种方式。远程集中控制是指调度人员根据机车任务,通过上位机软件向机车任务区段内的道岔数据分站发送控制指令,自动安排进路,控制道岔执行对应动作,保证井下运行机车一路畅通。

3 系统软件设计

矿井轨道运输智能调度系统上位机软件主要由数据采集与服务控制程序、监控主程序、数据库系统、动态显示服务程序组成,其架构如图4所示。软件开发平台为Visual Studio 2010,所采用的数据库为SQL Server 2008。

该软件可实时显示井下大巷各列车的位置、车号及信号灯、道岔状态和区段占用情况,实现敌对进路的自动闭锁,不允许敌对信号同时开放,保障机车运行的安全性,减少扳道岔人员数量;能及时反映各设备和传感器的工作状态,记录机车运行过程数据,生成管理报表和列车循环运行图;实现了故障自动诊断、报警功能。另外,该软件还提供了电子地图功能,便于用户全面、形象地查看矿井轨道运输系统中各机车所在的位置和各道岔的位置状态,如图5所示。

4 结语

矿井轨道运输智能调度系统实现了可视化调度监测功能、移动闭锁功能、语音提示报警功能。目前该系统已在福建、安徽、山西等地的矿山企业中广泛应用,应用结果表明,该系统运行稳定,监控准确,操作简便,后期维护简单,故障率低,大大提高了井下机车的运输效率,达到了煤矿减员增效的目的。

参考文献

[1]国发(2010)23号国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知[L].

[2]周健,李雪平.矿山巷道铁路运输无线通信及定位系统[J].采矿技术,2004,4(3):46-47.

[3]张国军,陈红.矿井信集闭系统中车载式机车定位传感器[J].计算机系统应用,2012,21(4):88-91.

[4]李鑫,尚涛,周伟.基于功效和耦合的铁路与露天煤矿协调度评价[J].西南交通大学学报,2012,47(3):490-494.