城市轨道交通共用信息平台的功能与构建研究

摘 要：基于智能化城市轨道交通发展对综合利用信息的需要，提出基于数据仓库技术和网络技术的城市轨道交通共用信息平台的设想。在系统分析城市轨道交通系统的基础上，确立了各智能子系统之间的关系，对各子系统的信息需求进行了内容探讨和特征分析。对整个城市轨道交通系统共用信息平台应具有的功能和平台的构建方面进行了分析、探讨。

       城市轨道交通是城市公共交通的重要组成部分，随着计算机网络信息技术的发展，城市轨道交通中已建成了众多智能子系统，如列车自动控制系统，电力监控系统，自动售检票系统，车站设备监控系统，防灾报警系统、旅客信息系统等。发展智能化城市轨道交通必然要求打破传统各业务系统各自封闭的状态，要求系统间更加紧密地结合，综合利用各种信息以达到增强决策控制和信息服务的能力。如列车自动控制系统必须与电力监控系统、自动售检票系统、防灾报警系统等子系统相联系，才能充分发挥智能调度系统的作用，使列车调度工作更加科学、实时。另外，随着生活水平的提高，人们对城市轨道交通服务的质量要求也越来越高，包括要求提供列车到发点时刻预告、列车事故告知等服务。因此，智能交通技术的发展要求城市轨道交通系统各部分之间相互衔接；对外的信息服务则要求信息全面、统一。智能交通共用信息服务平台就是为满足上述需求而提出的。它是提供各个智能子系统相互联系、统一信息源的重要工具，是实现智能化城市轨道交通系统整合的有力的技术依托。

1 共用信息平台建设目标
        城市轨道交通共用信息平台的确切含义是对整个城市轨道交通系统的共用数据组织结构和传输形式的一种规范化定义，以及一个对共用数据进行组织、存储、查询、传输等管理服务的数据仓库系统。作为智能交通系统整合机制的共用信息服务平台，总的目标就是通过信息共享将上述这些智能子系统有机地结合起来，从整体上发挥出更大的作用。只有经过技术层面和体制层面的整合，在合理的范围内实现信息和资源的充分共享才能达到城市轨道交通系统的最佳运行。这些来源不同的有关信息只有通过集成和整合才能实现信息的共享与信息有效利用。如何实现各子系统之间信息的采集、存储、管理和传输成为实现智能化城市轨道交通系统各项功能的核心和关键技术，共用信息平台则是实现系统信息集成的重要手段。建立共用信息平台对数据组织结构和传输形式进行统一规范，最终形成一个对共用数据进行收集、组织、存储、加工、查询、传输、通信等管理服务的数据仓库系统，为实现各子系统信息的整合提供技术保障。城市轨道交通信息平台的建设目标就是通过明确各智能子系统之间的关系及其相互信息需求，经信息共享将上述智能子系统有机地结合起来，从而打破各子系统各自封闭的状态，从整体上发挥出更大的作用，达到综合利用各种信息以增强管理决策和信息服务的能力，实现一个运营高效化、决策快速化、服务公众化、信息网络化的现代化、智能化的城市轨道交通系统。具体说来有以下几点［3］：
(1) 协调城市轨道交通的各种作业，使各系统间更紧密、有序。可进行相关系统之间关联信息的数据处理、数据分析及报表管理，大大加强对相关事件的快速反应及综合处理能力，实现更高的自动化程度，从整体上提高系统运行的效率和安全可靠性。
(2) 通过集成、综合各子系统提供的信息，为辅助管理决策者进行快速决策和指挥运营提供帮助。
(3) 为服务于社会公众的信息发布系统提供数据来源。

2 各智能子系统及其信息需求分析
2.1 各智能子系统介绍
(1) 列车自动控制系统（ATC）
列车自动控制系统（ATC）包括三个子系统：列车自动保护子系统（ATP）作用为确保运营中列车的前后安全行车间隔；列车自动操作子系统（ATO）其作用为使用自动控制程序完成列车自动驾驶；列车自动监控子系统（ATS）其作用为对运营列车进行整体监控和调度。
(2) 电力监控系统（SCADA）
采用计算机联网，对全线供电系统进行集中控制、监视和数据采集。一般可分为三层：设置在控制中心的中央级监控层、设置在车站的车站级监控系统与现场控制节点层。
(3) 自动售检票系统（AFC）
自动售检票系统为车费管理自动化系统，可实现自动售票、检票、计费、结算、统计、报表等工作的计算机自动化管理，对城市轨道交通运输的客流组织、收入审核与决策分析起重要作用。
(4) 车站设备监控系统（BAS）
也可称为机电设备监控系统(EMCS)，利用分布式微机监控系统对全线各个车站的通风空调、给排水、自动扶梯、照明等各系统机电设备进行全面、有效的实时监控与管理，确保设备处于安全、高效、节能的最佳运行状态。在发生火灾或列车阻塞等事故情况时，能够及时迅速地进入防灾运行模式，实现通风排烟等。
(5) 防灾报警系统（FAS）
设置FAS 系统对车站、区间隧道、行车调度指挥中心、车辆段、变电所、材料库等与城市轨道交通运营有关的建筑和设施，实行实时防灾监控。
(6) 信息发布系统
信息发布系统包括列车上的旅客信息系统,站厅内的旅客引导显示系统和Internet 信息发布等。

2.2 各子系统信息需求内容分析
        从系统的角度出发，城市轨道交通的各个智能子系统都存在对其它子系统的信息需求，各子系统必须进行信息共享才能更好发挥其功能，具体说来：
(1) 在列车运营时间内，供电设施一旦发生故障，电力监控系统在指挥牵引供电设施的故障抢修时，需要了解沿线列车运行情况、机车信号状态，从而申请停电作业点及时间，以便迅速对故障供电设施进行维修，这就需要列车自动控制系统的配合。
(2) 列车自动控制系统需要掌握沿线供电设施的运行状态、接触网线路的带电状态及事故抢修区段点等，有助于准确修改列车运行图，尽快恢复通车。通过与自动售检票系统接口及时动态掌握客流分布情况，客流峰值的时间和位置，汇总实时的列车运营情况，系统自动产生几种合理的决策方案供调度人员选择，这将大大提高运营管理的效率和科学性。
(3) 一旦灾害发生时，除防灾报警系统实时监视灾情，控制有关消防设施消灭灾害外，还需要其它系统配合支持，以确保乘客及时、安全地向站外疏散，将国家财产损失降到最低。根据灾害情况，电力监控系统需要采取全线或局部区段变电所停电，并切断与消防系统无关的设备电源，列车自动控制系统需采取相应的停车措施并修改有关运行图及有关信号显示系统，车站设备监控系统应及时使照明、自动扶梯等设备处于消防运行状态，并实时监控。
(4) 信息发布系统需通过列车自动控制系统获取列车行驶信息，进行列车信息预告等，还有需从防灾报警系统、车站设备监控系统接受紧急信息，向乘客提供资讯，引导乘客迅速、安全地撤离车站。

2.3 各子系统信息需求特征分析
除了需对上述各子系统信息需求内容进行详尽的分析外，还有必要对信息需求进行特征分析，具体分析如下：
(1) 基础数据的共享性
服务于各职能部门的独立智能子系统运行大多基于一些基础数据上，这些基础数据共用频度高，并且对整个系统的正常运行具有非常重要的作用。如：
① 列车运行所在位置的信息；
② 变电所、架空接触网、电力监控装置运行状态；
③ 车站售票和出、入车站人数的实时数据；
④ 车站的空调、通讯、给排水、扶梯、照明等设备运行状况；
⑤ 防灾报警信息。
(2) 信息需求在时间上的差异性
各智能子系统对数据的时间要求存在着一定的需求差异，如监控系统、信息发布系统需要的是实时数据，列车自动控制系统在进行列车实时调度时关注客流的实时数据，但在形成新的运营方案时则注重研究历史客流数据的规律。
(3) 信息需求在程度上的差异性
除了各个智能子系统在数据的时间维上存在差异性外，在数据的详细程度上也存在不同的要求。如信息发布系统要求简单的灾害信息就基本能够满足需要，而列车自动控制系统则需要比较详尽的事故信息数据。

3 共用信息平台的功能
          从数据处理的角度上看,共用信息平台通过对各子系统进行数据抽取来对整个系统提供共用数据，并对共用数据进行组织结构和传输形式的一种规范化定义、处理及加工。故城市轨道交通共用信息平台的功能就是对共用信息进行数据抽取、数据组织处理，并支撑不同应用层次的共用信息存储、查询、通信等服务［5］。
3.1 数据抽取
         数据抽取是数据进入共用信息平台前的数据处理，涉及到从多个数据源综合集成一个基于共享的、统一模式存储格式的数据仓库。这些多个数据源可能是同构的或异构的，目前在技术上主要涉及数据的互连、转换、调度及监控等。共用信息平台中存储的数据从类型上可以分为动态数据和静态信息数据两大类。动态数据通过检测、监控等系统获得，如客流信息、灾害信息与列车信息等；静态信息数据则包括设备信息、线路信息等。由于这些数据采用的数据格式各不相同，因此还必须经过数据转换、重新组织和规范化再存入数据仓库中，形成统一格式的数据。因此，数据抽取将负责从不同的业务子系统中提出所需存储的数据，并加以净化、转换，然后装载到数据仓库中；并对多来源渠道、相互不一致的数据进行数据融合处理。

3.2 数据组织与存储数据
       共用信息平台需对多源信息进行协同、加工利用，各子系统对数据的要求存在差异。因此，共用信息服务平台在数据组织方面，形成多级粒度的<