DOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2023.04.011
接口技术研究
秦 宁1，谢和欢2
（1．中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081；
2．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）
摘要：介绍协同运输与服务系统的概念、组成和作用及其在重庆轨道交通基地的示范应用。重点介绍系统对外接口的种类、作用及相应的数据采集和数据处理技术等。按该研究方法构建的
接口服务器在重庆轨道交通基地成功和既有城轨运营系统完成对接，成为重庆城轨协同运输与服务系统的重要组成部分。协同运输与服务系统示范工程在重庆轨道交通基地落地实施，帮助提升了重庆地区城轨的总体运能、安全保障以及服务水平，为区域轨道交通多制式协同技术发
展提供借鉴。
关键词：协同运输与服务系统；接口；工程示范
中图分类号：U231 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2023)04-0056-07
Research on External Interface Technology of Regional Rail Transit Collaborative Transportation and Service System
Qin Ning1, Xie Hehuan2
(1. China Academy of Railway Sciences Co., Ltd., Beijing 100081, China)
(2. CRSC Research & Design Institute Group Co., Ltd., Beijing 100070, China)
Abstract: This paper introduces the concept, composition and functions of a collaborative transportation and service system and its demonstration application in a rail transit base in Chongqing.
This paper focuses on the types and functions of the external interfaces of the system and the corresponding data acquisition and data processing technology. The interface server constructed according to the method described in this paper has been successfully connected with the existing urban rail operation system in the rail transit base, and has become an important part of the urban rail
collaborative transportation and service system of Chongqing. The implementation of the 收稿日期：2022-03-09；修回日期：2023-03-16
基金项目：国家重点研发计划项目（U1834209）
发明专利：2020年国家发明专利（CN202010409902.6）
第一作者：秦宁（1980—），男，副研究员，本科，主要研究方向：铁路信号，邮箱：******************。
demonstration project of this collaborative system can improve the overall transport capacity, safety guarantee and service level of urban rail in Chongqing, and provide a reference for the development of multi-standard collaborative technology of regional rail transit.
Keywords: collaborative transportation and service system; interface; engineering demonstration
近年来，城市化进程加快，一线城市规模不断扩大，新一线城市快速崛起，加快城际快速交通体系建设，完善城市内部交通运输系统，成为轨道交通高质量发展的重要方向。在这种需求下，铁路和城市轨道交通迎来快速发展，逐步形成了多层次、多主体轨道交通网络一体化运营的良好态势。但也要看到，国内交通跨主体、跨线路的网络化水平还不高，各种运输方式缺乏有效衔接，各制式间缺乏实际意义上
的协同运营，不同轨道交通方式的组合效益无法充分显现，不能充分发挥对城市空间布局优化和功能拓展的引导作用。面对国家交通强国战略的要求和城市及都市圈的发展对高水平轨道交通的需要，构建区域内多种轨道交通制式综合立体交通网络，充分发挥轨道交通总体运输能力并提高服务质量，满足区域经济发展和人民出行需要成为迫切需要面对的问题。一方面需要仔细研究轨道交通建设如何纳入综合运输体系建设及城市运输枢纽布局，另一方面需要深入探讨各制式交通如何有效衔接以发挥协同效应，提升综合运输效率、提高安全保障，实现创新发展。
1 区域轨道交通协同运输与服务系统简介为解决上述问题，实现各种交通运输模式无缝衔接与融合发展，区域轨道交通协同运输与服务系统（简称系统）应运而生，它是面向城市/都市圈范围内干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路与城市轨道交通组成的多制式轨道交通网络，用于综合保障区域轨道交通运营安全，提高总体运能及效率，提升服务质量的成套设备。系统基于系统论与协同论，融合大数据、人工智能等先进信息技术，突破单制式独立运营现状，为区域多制式管理机构与单制式运营企业提供轨道交通协同运输组织调度、全方位综合安全保障与全出行链智能信息服务解决方案。 系统包含协同运输指挥系统、安全综合保障系统、智慧出行服务系统、协同运输与服务信息平台及多制式轨道交通仿真系统共计5个子系统以及相应的对外接口服务器。
2 重庆轨道交通协同运输与服务应用示范区域轨道交通协同运输与服务系统在完成研发和实验室测试
后，在重庆市城轨协同调度与应急指挥中心的建设中进行示范验证。结果表明系统实现了以重庆城轨为中心，协同本地区其他制式轨道交通共同提供运输服务的目标，提升了重庆交通网的总体供给能力。
指挥中心包含协同运输指挥子系统、综合安全保障子系统、智能信息服务子系统，并部署了满足信息集中、综合感知、协同联动要求的通信网络，在童家院子ACC清分中心部署了相关客票数据接入设备，在重庆北站南广场站部署了相关感知接入设备以及乘客智能信息服务设备。通过虚实结合的方式，接入了重庆地铁4、5、10号线和环线，以及单轨3号线、国铁成渝客专和市域江跳线等7条多制式线路。重庆城轨示范系统设备系统结构如图 1 所示。
3 系统对外接口
协同运输子系统基于一体化平台，分为中心服务器和应用终端两个层级。中心设备需要通过各个接口采集线路、客流等数据信息，这些数据是进行出行需求分析预测、有效承载力计算、运能匹配、运输计划“一张图”生成以及协同优化和列车运行图应急智能联动调整决策的基础和依据。
3.1 系统网络结构
系统在通信传输骨干网中，协同运输计划数据、安全保障设备设施状态数据、智能旅客信息服务数
旅客出行需求及信息监控信息请求信息执行反馈
决策信息指令信息协调联动
图� 重庆城轨协同运输与服务系统组网
Fig.2 Network diagram of Chongqing urban rail collaborative transportation and service system
图例： 网线 视频线 光缆 既有 新设 既有
主要接口如图3所示。
3.2 与ATS的接口
列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）的主要作用是对城轨系统中
列车运营监督、调度、协调、应急指挥等功能。它和各线路的ATS存在接口。一方面用于从ATS接收线路设备状态信息、列车报点信息、列车信息、告警信息、运营计划图等消息；另一方面用于向ATS发送调度命令、调整运行计划等控制命令。全局调度系统接口和ATS 系统接口通信时，全局调度系统和ATS 系统之间的数据交换通过基于TCP/IP 协议来进行。ATS 系统接口为服务端，全局调度系统接口为客户端。数据分为实时信息和非实时信息，采用不同的端口来传输。
由于既有的全局调度系统和ATS接口消息已经包含系统所需要的信息（线路运营计划图和列车报点信息等），示范工程为了尽可能减少系统对既有系统带来的改动和影响，采用交换机端口镜像技术来获取系统需要从ATS系统获得的信息。
1）端口镜像基本原理
端口镜像是指通过配置交换机或者路由器，将
，
这样，通过配置ATS与全局调度系统通信的交换机，再将系统接口服务器的网卡通过网线与观察端口连接，接口服务器就可以获取ATS与全局调度系统之间的全部通信原始数据包，可以从中提取系统所需要的信息包。
2）信息解析原理
接口服务器通过端口镜像获取的链路层数据包是一个个符合DIX Ethernet V2标准的以太帧，一个以太帧包括6 Byte的目的地址、6 Byte的源地址、2 Byte的以太帧类型、46～1 500 Byte的数据以及4 Byte的帧序列检测值，如图5所示。其中，数据内容为包含其他协议报头的数据包，接口服务器所需要的信息就包含在里面。
当系统（例如ATS和全局调度系统）通过TCP协议传输应用数据的时候，数据被送入TCP/ IP协议栈中，然后逐个通过传输层、网络层、数据链路层，直到最后由物理层将数据帧转换成比特流，
送入网络。而在这个过程中，每一层都会对上层要发送的数据包添加一些首部信息以进行本层数据封装处理，最后在数据链路层形成以太帧。整个过程
如图6所示。
Fig.6 Schematic diagram of application data transmission packing process
接口服务器采集到以太帧后，首先根据帧类型
判断该帧是否携带IP 协议包。如果是，则从中取出IP 数据包，然后根据IP 包首部的源地址和目的地址确定该IP 包是否为ATS 和全局调度系统之间的通信数据包，如果不是就丢弃，如果是就进行下一步处理。IP 数据包去除IP 首部后得到TCP
数据包。可以根据TCP 包中的端口号来区分本通信数
据包是实时信息还是非实时信息，TCP 数据包去除TCP 首部后得到应用数据信息包，被分别送到实时
信息队列和非实时信息队列，待进一步进行应用数据处理。
3）应用数据处理
ATS 和全局调度系统之间的应用信息帧由固定
长度的信息头和信息正文组成，从信息头可以判定
该信息属于哪条线路，并判断信息类型，从而可以把协同运输与服务系统需要的列车报点信息和列车运行图信息识别出来，进行进一步处理。列车报点信息包括车次号、车组号、到达（或出发或通过）的站台编码和时间等字段。运行图信息包括各趟列车的车次号、列车经过的各个站台编号、到站时间、离站时间等字段。接口服务器提取这些信息后，按
照一定格式发送给系统服务器进行线路车流分析。3.3 与ACC的接口
自动售检票系统（AFC）是实现轨道交通售票、
检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程的自动化系统。轨道交通清分系统（ACC）作为AFC 系统最上层管理中心，主要负责城轨车票的发行与管理，以及票务数据的收集和分析，是票务结算处理中心。
通过ACC 可以获取各线路各车站的实际客流，
实现轨道交通线网客流实时状态监测，并在此基础
Fig.5 Ethernet frame data structure
图� 交换机端口镜像原理示意
Fig.4 Schematic diagram of switch port mirroring
图例： 端口 原始报文 镜像报文
③根据观察端口传过来的镜像报文， 就可以从中提取系统需要的信息
监控设备
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