中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所
林湛、汪曉臣、杜呈欣、王志飛
一、 系統概述
隨著軌道交通的快速發展，車站級、線路級、線網級的乘客信息服務與運營保障產品無法滿足軌道交通以乘客為本的自動化、智能化和人性化發展趨勢。各系統功能單一、相對分散獨立、平臺種類多，存在無法協同聯動、信息資源共享程度低，新技術、新設備應用不足等問題。具體問題如下：
（1） 自動化程度低。信息交互復雜度高，難以實現各車站業務聯動指揮和乘客全行程的信息服務，在信息集中管理、運營協調監管、設備狀態監測展示、運營輔助決策等功能的運營協調水平和信息同步能力不足。不得不人員涉入和干預，有大量機械重復性工作，降低了指揮調度的可靠性、響應性和效率性。
（2） 互聯互通性差。各系統獨立建設和運營、信息資源共享程度低，難以實現協同聯動，網絡運營組織靈活性差，整體運營效率低。
（3） 各系統分散。中心系統涉及接口專業眾多，但是這些子系統間自成體系、各自為政，無法實現系統間信息的交互、融合，信息孤島嚴重，基礎設施分散，網絡資源浪費，安全管控偏弱，運維體系失衡。
針對上述問題，創新性開發的軌道交通信息服務與運營保障系統具有車站級安全防護、監控和信息服務，線路級信息傳輸、引導和發布，線網級運營實時監控和調度指揮等特點，廣泛應用于軌道交通客運服務行業，提升了運營效率、服務質量和管理水平。
二、 總體思路及技術方案
（一）總體思路
圍繞目前軌道交通存在的問題項目組開展創新性工作，開發了“站臺級-線路級-線網級”成套信息服務與運營保障關鍵共性技術，并研制了相關系統和設備，有效的提高了我國軌道交通信息服務和運營管理水平，并形成一系列創新點，發明研制了相應裝備，制定行業標準1項、企業標準3項。
（1） 提出了基于目標圖像識別和數字媒體的站臺安全防護與監控技術
項目突破自動化程度低，安全防護、運營輔助決策、運營協調水平和信息同步能力低的技術問題，基于圖像識別和數字媒體技術研制了站臺安全防護和監控系統，以及乘客引導的媒體播報系統，提高了系統的自動化和安全防護水平，解決了系統信息不同步、不及時、人員涉入和干預，及大量機械系重復性工作的問題，提高了系統的可靠性和可用性。
（2） 提出了基于Docker容器和面向服務的多媒體信息定制化服務技術
針對各系統間互聯互通性差、網絡運營組織靈活性差、網絡整體效率低的問題，基于Docker容器和面向服務的多媒體信息定制化技術，研制多媒體資源的統一編輯、分組、播放系統，實現乘客導引信息的快速傳達和定制化傳播技術，各項業務功能數據的訪問以面向“需求型”引導的方式發布，解決了系統間無法協同聯動、信息資源共享程度低的問題。
（3） 提出了基于“三維車站模型、設備狀態實時監視、線網客流與行車調度”的三位一體可視化監控技術
為提升線網運營的綜合監管能力、服務水平、效益和安全保障能力，利用可視化監控技術，采用微服務架構模式，研制線網運營監控指揮管理平臺，實現了以線網運營多維感知、智能維修、可視決策以及實時指揮為核心的網絡化運營管理體系，解決了多運營主體、多線路銜接的調度指揮和應急協同的技術問題。
（二）系統技術方案
1. 基于數字媒體和目標圖像識別的站臺安全防護與監控技術
站臺級乘客信息引導及安全防護系統目前存在以下幾個問題：一是不能對乘客進行有效、快速的引導，導致乘客易聚集，發生緊急情況更會導致生命財產安全；二是系統安全性不足和維護困難，特別是處于全自動運行場景時，乘客上下車過程存在跌落站臺或被列車卷入的風險。迫切需要對站臺級數字媒體及安全防護系統進行智能化升級和改造。針對上述問題，提出的技術方案如下。
1) 基于數字媒體技術的多媒體動態合成顯示技術
基于數字媒體技術路線，通過對多媒體的表現形式、邏輯關系進行分析并數字化，通過數字化方式，從“站臺級出發，實現多類型多媒體資源的統一編輯、分組、播放，業務功能數據的訪問為面向“需求型”引導的方式。系統采用基于面向對象的架構體系，將乘客運營信息服務系統和路網中心內的各種數據以服務的方式向外公開，實現乘客運營信息各項業務功能的面向服務訪問。
2) 全自動運營場景下基于智能圖像識別的站臺安全防護系統
針對全自動無人駕駛場景研究基于智能圖像識別的站臺安全防護系統，通過智能故障診斷及自動隔離關鍵技術，有效引導乘客上下列車，提高列車運行效率和乘客安全。站臺安全防護系統根據運行模式研制了正常、非正常和失電3種控制模式，按照優先級由低到高的順序對應信號系統（SIG）控制、就地控制（含PSL、IBP和LCB）和手動解鎖3個控制級別。
3) 基于分布式云架構的站臺級安全防護監控系統
基于分布式云架構的站臺安全防護監控系統，通過在核心節點、區域節點、 接入節點的分布式組云的方式部署，實現業務軟件云化部署、存儲云化部署，具有高可靠性、高安全性、高并發性、易維護、易部署的特點。站臺級安全防護監控系統的邏輯架構如圖1所示。
圖1 站臺級安全防護監控系統的邏輯架構
2. 基于Docker容器和面向服務的多媒體信息定制化服務技術
傳統乘客信息系統中，車站設備數量多達上百臺，分布距離較遠，逐個設備部署、安裝、調試的工作量非常巨大，導致線路乘客引導信息系統無法與需求相匹配、系統間信息共享度低、系統互聯互通性差；軟件部署量大、部署效率低。針對上述問題，提出的技術方案如下。
1) 基于Docker容器的乘客信息系統
在傳統乘客信息系統的架構之上，引入Docker虛擬化技術。將既有應用軟件進行鏡像封裝，然后依據Docker私有倉庫規范，搭建一套應用軟件管理系統。該系統接入中心機房的核心交換機，負責管理乘客信息系統全部的應用鏡像，并向各層級設備群提供鏡像下載服務。
2) 基于云架構的多媒體信息定制編排技術
針對傳統技術的劣勢，提出基于云架構的多媒體信息定制編排技術，將線網內PIS數據訪問全部云化，線網云PIS如圖2所示。以微服務組件形式提供服務，數據訪問方式均通過云服務調用方式進行獲取，結合業務需求進行處理，最終實現差異化的業務功能。
圖2 線網云PIS
基于最早截止期優先算法（EDF）的運營信息調度算法技術，通過設置周期輪詢服務器程序，按照先來先服務的方式對任務隊列中的任務進行優先級排序，并結合運營消息調度規則，生成相應時間周期內的執行任務，由播放終端進行執行，滿足多類消息智能調度管理和實時高效發布的需求。
3. 基于“三維車站模型、設備狀態實時監視、線網客流與行車調度”的三位一體可視化監控技術
基于大數據平臺、云服務的混合式架構，構建了網絡化運營監控指揮管理平臺。作為“平臺”提供一個全線網運營狀態監控、智能運維、智能決策、統計分析、信息發布的新型綜合性信息共享資源庫；作為“系統”實現了線網運營效果評估、預警預測、實時動態調度、快速響應聯動、運營策略與資源挖潛的網絡化運營業務的功能。
1) 基于數據共享和對接的設備狀態監測集成展示系統
平臺內建立了一套城市軌道交通地理信息庫，形成了涵蓋基礎設施、設備系統、管線、救援資源等關鍵地理元素信息的符號庫。針對城市軌道交通地理信息圖元要素，編訂一套城市軌道交通基礎符號庫，標識各類空間地物信息，形成城市軌道交通地理空間數據的統一標識。
2) 基于混合式大數據架構的智能施工調度管理系統
充分考慮對軌道交通行業的施工特點、資源檢測模式、運營管理需求的適應性和擴展性，研發了智能施工調度管理系統，如圖3所示。協助人腦對施工作業條件和施工沖突進行判定，達到精準定位、精細計算、精密控制，減少安全隱患，實現施工計劃電子化、流程化、標準化，確保施工組織的安全、高效和有序進行。
圖3 智能施工調度管理系統
3) 基于大數據可視化的線網運營策劃管理系統
基于大數據平臺和數據挖掘技術構建元數據管理體系，以數據為驅動，進行集成、清洗、挖掘及融合應用，利用動態分層技術，擴大存儲處理數據量，實現全網多線路、多運營主體的集中監視、運營監管和協調以及運營智能決策指揮管理功能，有效地提升了系統的智能化和自動化能力。
三、 應用實踐案例
軌道交通信息服務與運營保障成套技術與應用項目目前已經全面應用于北京、上海、天津等城市的站臺安全防護、乘客信息服務和運營調度指揮，經過幾年的應用推廣，取得了顯著的社會經濟效益，促進了軌道交通信息服務與運營保障良性發展。
（1）項目的應用提高了軌道交通自動化程度和信息服務水平，車站級裝備應用效果如圖4所示。作為車站級安防護和監控、信息引導的關鍵裝備，改善乘客的出行體驗，降低了安全事故的發生率，減少人員財產的損失。
圖4 車站級裝備應用效果
項目研究的“安全防護系統”被寫入行業國家鐵路行業標準1項、鐵路總公司標準1項、鐵科院企業標準1項；申請發明授權專利7項、實用新型專利2項，軟件著作權6項，研制出站臺防護和乘客信息系統車站級系列產品。
（2）項目的應用提升了系統間信息互聯互通和高品質乘車信息引導服務水平，提供了線路信息紐帶和高品質定制化服務，解決了基礎設施分散、網絡資源浪費、安全管控偏弱等問題。
項目研究的“乘客信息服務系統”被寫入鐵科院企業標準1項、北京市建設管理有限公司質量驗收規范1項；申請發明授權專利4項、實用新型專利1項，軟著6項，并形成乘客信息系統系列產品。
（3）項目的應用提高了線網運營服務與安全管理智能化水平，線網級平臺應用如圖5所示。作為線網級的管理和決策平臺，實現了重大事故和突發事件的快速響應和科學決策。
圖5 線網級平臺應用
項目研究成果申請發明授權專利2項、軟著21項，形成線網級調度指揮、設備狀態監測、運營決策和智能運維等系列產品。
四、 總結
軌道交通信息服務與運營保障技術具有信息服務、運營實時監控、調度指揮和安全防護等特點，廣泛應用于城市軌道交通、高速鐵路、城際鐵路和市域鐵路，提升了運營效率、服務質量和管理能力。項目自主化創新性成果將為提高軌道交通安全提供了堅實的理論、方法和工程技術奠定實踐應用的基礎。研究成果國產化程度高、工程造價低。
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