1、上海城市轨道交通网络系统综合研究Integrative Study Of Shanghai Urban Rail Transit Network System【摘要】本项目综合、系统地研究了目前上海轨道交通网络化建设所面临的主要问题。研究内容主要包括：线网运营模式与运营管理、网络供电系统资源共享和系统优化、网络信息传输与交换系统、网络无线通信系统、基于通信的列车控制系统、网络票务系统、网络控制中心、网络运营协调中心与应急中心、网络车辆资源共享、网络车辆基地布局规划与资源共享、近期线网效益分析等。【关键词】网络系统 资源共享总体思路针对上海市轨道交通网络及网络化建设的特点，结合轨道交通近期建设计
2、划，以“建设要体现为运营服务的宗旨、实现网络运营的整体效率和效益最大化、单线局部最优和网络整体最优的有机结合”为指导，以轨道交通网络的运营模式、管理模式和系统专业的资源共享为着眼点，综合、系统地研究当前上海市轨道交通网络化建设过程中所面临的、迫切需要解决的一系列综合性技术问题。课题研究工作以原有的轨道交通相关课题研究成果为基础，调动全社会力量，群策群力，集思广益，立足网络一体化的发展要求，重点围绕“基本网络规模效益、运营管理模式以及相关系统资源共享”等专题开展深化研究。课题研究与上海市轨道交通工程实践相结合，使课题研究成果能够指导上海市轨道交通网络的建设与发展，适应未来超大规模轨道交通网络管理
3、的要求，并形成在国内轨道交通领域可供借鉴的科研成果。本项目提出的大规模轨道交通网络一体化运行支持体系的“两层管理三级控制”的整体架构、特大型复杂网络的在线精确清分方法、 “层叠式传输网络结构”的信息传输系统方案、以及上海轨道交通网络化建设和运营的整体解决方案等属于具有原创意义的创新研究成果。网络信息传输与交换系统为使传输系统能够适应轨道交通网络发展的需求，必须制定适合轨道交通自身业务特点的传输网络方案。通过研究，确定了上海轨道交通网络信息传输与交换的一些关键原则，为了适应网络运营与建设、新旧设备共存的要求，创造性地提出了专网的“层叠式结构”模型。本课题提出的主要内容有：（1）光缆网络结构模型为
4、满足传输系统网络采用层叠式组网结构的需求，轨道交通光缆网络结构须分为核心层和汇聚层。核心层光缆必须单独组网；汇聚层光缆可根据线路建设情况进行分区或分段组网。（2）传输网络建设方案A、传输技术目前，适合轨道交通信息传输业务的基本技术有SDH、ATM、Ethernet 、WDM、基于 SDH 的多业务传送平台(MSTP) 、端到端解决方案的组网方式和智能光网络(ASON)等，它们处于网络的不同层面，物理设备表现为多种技术的融合(融合 IP 的灵活性和相对廉价性、 SDH 的自愈特性、ATM 的 QoS、WDM 的大带宽等)。各种技术应用的目标为兼容传统TDM 业务的同时也适应 IP 业务，并能为模
5、式不断变化的业务提供强大的网络管理功能。每条轨道交通线路设置相对独立的线路传输系统，各线路传输系统应安全可靠地在本线各车站和线路控制中心之间传送所需的业务信息。共用信息传输系统（核心层）的建设旨在合理有效地互联各线路传输系统(独立子网)。共用信息用传输系统宜采用 MSTP 设备组建的传输网络作为传输承载平台。当某些业务（如图像）在共用信息用传输系统中的带宽容量占有较大比重时，为确保共用信息用传输系统的正常工作，可考虑将此业务另行单独组网。B、传输网络结构轨道交通网络的传输系统采用简单、灵活的层叠式网络结构，整个网络分为 3 个层面：核心层、汇聚层和接入层。a.核心层连接各条轨道交通线路传输子网
6、，实现各条轨道交通线路的传输子网间的互连及信息共享，在整个网络中起到汇接的作用。b.汇聚层由多个传输子网组成，负责各轨道交通线路（或区域）的信息传输。跨子网间的信息传输需要通过本区的转接点输送给核心层，在核心层中实现跨子网间的转接。c.接入层为各种业务网络的信息传输提供接入手段，可根据实际情况采用环形、链型、星型等拓扑结构。核心层由指定的项目负责实施。汇聚层和接入层由各线路负责实施，但必须满足核心层对汇聚层和接入层的基本要求。C、传输网络建设方案a. 线路传输系统建设方案轨道交通业务组网宜采用点对点和带宽共享方式，线路传输系统采用基于SDH 的 MSTP 传输网络方案( 包括 OTN 等基于业
7、务层面的端到端解决方案)。线路传输系统的组环原则为采取均衡间距隔站组环，可将线路传输系统构成多个合理的 2.5Gb/s 或 10Gb/s 基于 SDH 的 MSTP 环，每个环上节点数严格控制在 16 个以内。b.传输系统核心层建设方案轨道交通网络将设置 89 个线路控制中心，其中东宝兴路控制中心和西藏南路综合大楼同时作为交换网络汇接交换局所在地。由各控制中心(包括汇接交换局)构成轨道交通运营的控制核心层面。核心层采用传输容量不低于 10Gb/s MSTP 设备组建 MSTP 传输网络，转接 100Mb/s 以上速率业务。核心层传输系统中的以太网业务规划必须与传输网络建设同步进行。为有效和可靠
8、地避免广播风暴，根据不同的轨道线路划分不同的 VLAN。用 VLAN标识将各线路有效地隔断。传输核心层节点间按照地理位置、建设时序等条件划分，建立 2-3 个不低于 10Gb/s MSTP 二纤复用段倒换环。(4)同步网建设方案同步网是数字通信网的支撑系统，为整个数字通信网的各种通信设备时钟提供综合定时，根据同步方式可分为全同步、全准同步和混合同步。轨道交通网络采用按等级主从同步方法组建数字同步网，同步链路设计原则为：A.整个网络同步于一个主时钟；B.同步信号不能形成环路；C.同步链路限制：为确保同步信号的质量，定时信号经过最多 20 个 SDH网元传输后必须由外部同步提供单元(SSU)设备进
9、行再定时处理，才能继续向下游设备传输，而整个网络中 SSU 设备的个数不应超过 10 个，并且在一个网络同步链中，SDH 网元的总数不能超过 60 个。（5）交换系统A.技术选择交换网络的交换方式采用稳定、可靠和成熟的电路交换，同时考虑未来使用软交换应用的可能性。B.组网技术方案a.专用电话和公务电话合并组网采用一对交换机实现一条轨道交通路线的专用和公务电话网的组网。每条线路设置电话交换机，在直接公务电话和各专业调度台。b.专用电话和公务电话分别组网采用不同的交换机实现一条轨道交通路线的专网电话网和公务电话网的组网。每条线路设置独立的专用电话交换机，在专用交换机上接入各专业调度台。C.信令方式
10、轨道交通网络的交换网络采用 NO.7 信令方式。D.码号方案将电话用户进行混合的分类分级管理：一类用户：作为轨道交换网络内的分机，进行统一编号使用，与公网的连接必须通过总机转接。二类用户：其本身是作为轨道交换网络内的分机，但该类电话可采用加冠号的方式接受公网电话 DID 直拨。三类用户：直接申请安装公网电话，由电信运营商提供相应服务；一、二类用户还可根据工作需要，分级设定其长途直拨权和跨线路直拨权。轨道交通网络设置统一的总机号码，采用集中中继接入，采用中继引示号。外线拨打引示号，可通过电脑和人工话务台转接至相应分机，网络内部用户间呼叫时直拨分机号。对于二类用户，整个网络统一申请 DID 号码，
11、交换网络采用透明信令组网，采用开放式编码方式，DID 号码按照一定规则分配给有关用户，由汇接局交换机进行自动转接。（6）网管整个轨道交通网络必须有合适的网管方案，建立专门的网管体系。鉴于目前设备的多样性，要进行统一的、完整功能的网管尚有一定困难。可以从故障报警信息的汇总开始，逐步进行信息规范，最终形成符合网络要求的网管体系。同时具有良好的社会效益。基于通信的列车控制系统上海既有轨道交通 1 号线、2 号线、3 号线和 5 号线信号系统由于种种原因，采用了由不同信号供货商提供的信号系统，形成了制式不统一、车辆不能互通的局面。为实现上海轨道交通信号系统互联互通的目标，引出了本专题的研究主题。上海轨
12、道交通信号系统的互联互通有两个研究方向，一个方向是确定信号系统的制式（另辟课题） ；另一个方向是 CBTC 互联互通的研究，这是本专题研究的最终目标。CBTC 互联互通是一个世界性的课题，由此提出了分阶段实现 CBTC 互联互通的目标，把编制基于通信的列车控制系统通用技术规格作为第一阶段的研究工作，本专题的工作重点就是组织建设、运营、设计以及有关信号供货商的专家，编制上海市轨道交通 CBTC 通用技术规格 。网络票务系统(1)系统架构票务系统根据功能分为五个层次：第一层是全网络票务系统的网络汇集层；第二层是各线路票务系统的线路中央层；第三层是各线路票务系统下属的车站层；第四层是终端设备层；第五
13、层是车票层。(2)车票制式A 车票计费方式轨道交通的车票计费方式应实行递远递减的票价费率。B 车票介质采用卡型非接触式 IC 票。C 车票种类目前，在轨道交通网络内使用的车票分为轨道交通专用票和公共交通卡两类。轨道交通专用票：单程票、纪念票、出站票、应急票、储值票、专用员工票、通用员工票、测试票、优惠票、计次票和预留票等。公共交通卡：普通成人卡 1、老人卡、儿童卡、公务卡、测试卡 1、测试卡 2、纪念卡和预留票。D 车票发行管理票卡发行管理是指对轨道交通中使用轨道交通专用票和轨道交通专用密钥卡的发行进行有效管理。主要内容包括：卡片的采购入库、初始化、调配、坏卡回收和销卡等。涉及的单位包括清分中
14、心、线路中央、车站和售票/充值网点等。E 安全密钥卡的产生和使用管理轨道交通全网络自动售检票系统中将使用 SAM 卡(安全密钥类型的卡)，以满足售票安全认证的需要。SAM 卡采用轨道交通专用的 SAM 卡密钥管理体系，由清分中心统一发行、管理。（3）票务管理轨道交通网络的票务管理流程包括：信息流、车票流、资金流、乘客流、凭据流、备件流、指令流等等。其中信息流、车票流、资金流为主要流程，其余流程都能够在这三大流程中得到体现。（4）管理系统设置A 清分系统清分中心承担轨道交通网络内“一票换乘”票务的清分与结算。清分系统将根据“一票换乘”清分规则为各线路提供费率表，并实现车票管理、票务管理、账务管理
15、及换乘清分规则的生成和发布。并依据全网络内的基础数据，实现与各线路的账务结算、车票调配、网络客流和运营模式等运营情况的监控。作为网络对外服务的唯一出口，清分系统将与上海公共交通卡中央清算系统联网，进行公共交通卡在轨道交通网中使用的资金清算；同时，清分系统应安全地向外部系统提供准确有效的数据统计信息。此外还将对清分系统的主要计算机设备、网络设备运行情况进行实时监控。B 线路中央计算机系统线路中央计算机系统是线路售检票系统的管理控制中心，与网络清分系统和各车站计算机系统进行通信，收集交易数据和设备运行状态，进行财务和客流统计，经处理后传送相关的参数至各有关终端设备，并将需清分的交易数据上传给网络清
16、分系统，接收网络清分系统下传的清分数据、黑名单、费率等数据。C 车站系统车站计算机系统主要负责对车站终端设备的数据采集、运行状态的监控、票务的管理和统计、客流统计以及与中央计算机系统的通信。D 终端设备终端设备是售检票系统的最底层设备，分布在所有的车站内，在授权范围内负责完成各种车票的处理。终端设备包括自动售票机、半自动售票机(包括半自动补票机的功能)、进出站检票机 (包括三杆式、门式及双向检票机 )、验票机、查票机和分拣编码机等，还可以根据运营的需要设置其它类型的终端设备。网络运营协调中心与应急中心（1）COCC 及 ETC 建设的指导思想两中心的建设应达到以下的目标：按照城市轨道交通网络化
17、运营的要求，利用先进的通讯、网络和计算机技术，建设一个具有国际一流水平的、覆盖整个上海城市轨道交通网络的、具有先进科学管理模式和运作方式的综合运营协调和应急中心，实现上海城市轨道交通网络的“高质量、高效率、高科技”的综合运营协调管理和重大突发事件的应急处置。（2）COCC 及 ETC 建设的原则两中心的建设应从上海城市轨道交通网络规划和建设的实际出发，本着总体规划、分步实施、适度超前、逐步完善的总体原则进行。（3）COCC 及 ETC 建设的功能在轨道交通网络化运营条件下，COCC 和 ETC 将集世界一流水平的管理理念、专业技术、系统功能于一体，将其建设成为轨道交通网络化运营管理的协调平台、
18、信息中心和指挥中枢。（4）关系 与界面COCC、ETC 两个中心与其它各有关单位存在密切的相互联系，因此从规划、建设和未来运作的合理性出发，必须严格划清各自的工作界面，同时还应该确定相互间的工作联系。A、COCC 与 ETC 的关系COCC 和 ETC 两个中心相互联系，共同承担起未来上海城市轨道交通网络化运营管理的功能。两中心的相互关系及建设总体要求可以归纳为：“合并建设、互通互连、资源共享、分工明晰、分别管理、主次分明” 。COCC 日常工作中重点对各线路的运营组织方案进行必要的审查协调、实时监控、运营信息的汇总以及网络内的有关问题的迅速处理，在出现突发事件时将配合 ETC 对网络列车运行
19、组织进行统一调度指挥。ETC 则在重大事件发生后启动使用，通过 ETC 系统及时调动各种资源迅速处置，必要时还将与市有关部门进行联动。B、COCC 及 ETC 与各有关单位的关系（5）COCC 及 ETC 管理模式与运作方式A、管理模式两层管理： 网络 协调中心 COCC 和应急中心 ETC 线路 分线控制中心 OCC硬件有关信息需求单位相关处理机构COCCOCC2 OCCn线路2 线路mETC市应急联动中心OCC1清分中心线路1三级控制： 核心级控制线路控制中心 OCC 车站级控制 现地级控制B、运作方式运作方式要求在轨道交通综合运营系统协调及应急中心内实现集中监视、统一指挥和综合分析决策。
20、一般涉及分系统独立操作、分系统集中操作及综合控制中心操作等几种模式。在该中心中均应支持，但原则上中心不具备控制能力。在应急处置方面，运作模式更应具有开放性特点，同时应具有系统集成的综合数据传输平台线路控制中心 线路控制中心 线路控制中心车站系统 车站系统 车站系统现场设施设备 现场设施设备 现场设施设备核心控制级车站控制级现场控制级COCC 和 ETC网络管理层线路管理层两层管理三级控制能力，以加强控制中心对突发事件的决策分析和应变处理能力。在信息服务方面，操作模式应支持操作员组织的任何会议电话、视频共享等。网络车辆基地布局规划与资源共享以上海市政府批准的远期轨道交通网络和近期轨道交通网络建设
21、计划为基础，合理规划布局各条线路和整个网络的车辆基地、合理规划布局网络中的车辆通道，以实现网络车辆基地资源共享，减少车辆基地设置数量和降低车辆基地设置的等级，从而节省整个网络的车辆基地用地和投资。同时，研究成果经过批准后，作为规划部门对上海城市建设规划进行宏观控制的依据、作为上海城市轨道交通建设分期实施的依据。上海既有城市轨道交通的建设，通常是按照规划线路的某一段进行工程设计工作，其客流预测资料以及车辆基地的选址、功能定位和设计规模等，都只能局限于某一局部线路的情况，因而设计院难以从全线角度和整个网络角度追求车辆基地选址、功能定位和设计规模的合理性。最终导致一条线路和整个网络车辆基地设置数量的增加和车辆基地等级的提高，从而造成整个网络车辆基地用地面积和投资成本的大幅度增加。本专题在调查分析上海轨道交通既有和在建车辆基地基本情况的基础上，从线路全线和网络整体出发，合理规划布局各条线路和整个网络的车辆基地及线路之间的车辆通道，以实现网络车辆基地资源共享，减少车辆基地设置数量和降低车辆基地设置的等级，从而节省整个网络车辆基地的用地和投资。通过网络车辆基地布局规划研究，车辆基地节省用地 415 公顷，节省投资成本101 亿元。
