智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation Sysem，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間[1]。城市軌道智能交通系統(tǒng)的研究對這一本質(zhì)問題的解決提供了新的思路。即將交通高峰時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，UMITS與道路ITS相結(jié)合，將構(gòu)成相對完整的城市智能交通系統(tǒng)。對這一本質(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)，列車自動控制系統(tǒng)(ATC)，車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(EMCS)，防災(zāi)報警監(jiān)控系統(tǒng)(FAS)，自動售檢票系統(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ITS的定義，對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、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、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)報警監(jiān)控系統(tǒng)(FAS)、自動售檢票系統(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，對各個職能系統(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)時傳遞給控制中心，各職能系統(tǒng)實(shí)時處理這些信息，并根據(jù)實(shí)際情況對各車站設(shè)備實(shí)時監(jiān)控。

2.1.3關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的主要功能

對處理過的信息進(jìn)行綜合、統(tǒng)計(jì)和對比后，將與城軌系統(tǒng)各級管理人員關(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)時反饋給PIS和道路ITS中的ATIS，同時將ATIS傳遞來的實(shí)時信息反饋給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主管部門匯報，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)對于數(shù)據(jù)通信的要求可分四個層次：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。

2.2.1 ISCS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)控臺進(jìn)行列車的集中控制和調(diào)度，設(shè)SCADA監(jiān)控臺監(jiān)控各變電所供電系統(tǒng)，設(shè)旅客向?qū)ПO(jiān)控臺用于旅客向?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)一個綜合監(jiān)控臺。MIS工作臺除在控制中心設(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通常是指站臺導(dǎo)向裝置。本文在借鑒ATIS的同時，對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)、站臺導(dǎo)向裝置、個性化信息服務(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、報紙等)在出行起點(diǎn)及時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、到站時間、票價以及與目的地相關(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間延誤和交通堵塞。

3.3 個性化信息服務(wù)

通過各種媒體使旅客隨時獲取與<