淺談地鐵軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)

靳計德 商偉

摘要：地鐵是城市軌道交通的一部分，地鐵在城市中建設中逐年加快，且大量用電力牽引的軌道交通，它的線路通常設在地下隧道內(nèi)，有的也在城市中心以外的地區(qū)從地下轉(zhuǎn)到地面或高架橋上。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為保證地鐵正常運行的管理系統(tǒng)具有非常重要的作用，本文介紹了地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及原理。

關鍵詞：地鐵綜合監(jiān)控；系統(tǒng)集成；軟件體系結(jié)構(gòu)

地鐵是城市軌道交通的一部分，隨著社會、經(jīng)濟及科技的高速發(fā)展，為了緩解城市交通的緊張狀況地鐵應運而生。地鐵與城市其他交通工具相比，具有占用地面面積較少，能夠避免城市地面擁擠，節(jié)約城市用地；客運量大；污染程度比較小。地鐵在城市中建設中逐年加快，且大量用電力牽引的軌道交通，它的線路通常設在地下隧道內(nèi)，有的也在城市中心以外的地區(qū)從地下轉(zhuǎn)到地面或高架橋上。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為保證地鐵正常運行的管理系統(tǒng)具有非常重要的作用，這里主要針對地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行論述。

1.綜合監(jiān)控結(jié)構(gòu)概況

為實現(xiàn)地鐵信息互通、資源共享，提升自動化水平，提高地鐵運營的安全性、可靠性和響應性，最終達到減員增效的目的，設置綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）是一個高度集成的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其目的主要是通過集成地鐵多個主要弱電系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的監(jiān)控層硬件平臺和軟件平臺，從而實現(xiàn)對地鐵主要設備的集中監(jiān)控和管理功能，實現(xiàn)對列車運行情況和客流統(tǒng)計數(shù)據(jù)的關聯(lián)監(jiān)視功能，最終實現(xiàn)相關各系統(tǒng)之間的信息共享和協(xié)調(diào)互動功能。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一用戶界面，運營管理人員能夠更加方便、有效地監(jiān)控管理整條線路的運作情況。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)由中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)、停車場綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)和其他輔助功能子系統(tǒng)（例如培訓管理系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)、仿真測試平臺和網(wǎng)管系統(tǒng)等）等多個部分組成。通過綜合監(jiān)控骨干傳輸網(wǎng)將以上各部分聯(lián)接起來，形成一個有機整體。

（1）ISCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

ISCS獨立組網(wǎng)，采用工業(yè)以太網(wǎng)方式構(gòu)建，為雙冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。將OCC、各車站、車輛段、停車場均作為此工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)上的一個節(jié)點，通過以太網(wǎng)交換機連入雙冗余工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)中。變電站、集中冷站則通過就近的車站連入監(jiān)控系統(tǒng)中，組成一個統(tǒng)一的、冗余的千兆以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。

（2）ISCS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)

ISCS系統(tǒng)基本上采用車站層和OCC層兩層結(jié)構(gòu)，按照地鐵中監(jiān)控對象、集成子系統(tǒng)、互聯(lián)子系統(tǒng)的具體特點，分別在車站級和OCC級進行集成。

第一層：中央級監(jiān)控系統(tǒng)（CISCS）包括冗余的實時服務器、冗余的歷史服務器、外部磁盤陣列、磁帶機、各種調(diào)度員工作站（如電調(diào)、環(huán)調(diào)、行調(diào)、維調(diào)和總調(diào)等）、網(wǎng)管服務器、網(wǎng)管工作站、軟件測試平臺服務器、事件打印機、報表打印機、彩色圖形打印機、冗余的帶路由功能的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡交換機、監(jiān)控系統(tǒng)遠程終端單元（FEP，負責中央互聯(lián)系統(tǒng)的接入）、大屏幕系統(tǒng)（OPS）、UPS等。

第二層：車站監(jiān)控系統(tǒng)（SISCS）主要包括冗余的實時服務器、外部磁盤陣列、值班站長工作站、事件打印機、報表打印機、帶路由功能的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡交換機，IBP和UPS等。停車場/車輛段監(jiān)控系統(tǒng)（DISCS）與SISCS一樣，都屬于第二層，只是配置有所不同。服務器主要功能是完成實時數(shù)據(jù)的采集與處理，向分布在車站內(nèi)的被監(jiān)控對象和被集成系統(tǒng)發(fā)送模式、程控、點控等控制命令。車站工作站控制和監(jiān)視本站（停車場＼車輛段）管轄范圍內(nèi)的各被監(jiān)控對象、被集成系統(tǒng)。車站級（停車場＼車輛段）的命令通過網(wǎng)絡發(fā)送到各被監(jiān)控對象及各被集成系統(tǒng)。主變電站、集中冷站內(nèi)被集成系統(tǒng)接入相鄰車站的SISCS。

第三層：現(xiàn)場級監(jiān)控系統(tǒng)由變電所綜合自動化子系統(tǒng)（PSCADA）設備、環(huán)境與設備監(jiān)控子系統(tǒng)（BAS）設備和監(jiān)控系統(tǒng)遠程終端單元（FEP）等三個部分組成。PSCADA采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，由所內(nèi)管理層、網(wǎng)絡通信層、間隔設備層組成，包括控制信號盤、分散式或集中組屏式測控/保護單元等智能電子裝置、智能接口單元（光纖以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換設備）、所內(nèi)通信網(wǎng)絡和維護設備等部分。主要監(jiān)控對象包括主變電站、牽引、降壓變電站等供電設備。BAS采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，由監(jiān)控管理層、現(xiàn)場設備層組成，包括控制器、遠程I/O（RI/O）、現(xiàn)場總線、各類傳感器、二通閥等。主要監(jiān)控對象包括配電照明、應急照明電源、變頻器、通風空調(diào)、給排水、電扶梯等設備。FEP處理被集成系統(tǒng)和互聯(lián)系統(tǒng)的接口，從FEP采集的數(shù)據(jù)通過車站交換機送到車站服務器。

（3）ISCS系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)

分為三層：

第一層：數(shù)據(jù)接口層。專門用于數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，主要由FEP、控制信號盤、控制器、遠程I/O、傳感器及二通閥等構(gòu)成，通過數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)隔離等保護各自子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獨立性。

第二層：數(shù)據(jù)處理層。專門用于數(shù)據(jù)管理，主要由車站和中央服務器構(gòu)成，通過實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫提供ISCS的應用功能。

第三層：人機接口層。專門用于處理人機接口，主要由操作員工作站構(gòu)成，通過從車站和中央服務器獲取數(shù)據(jù)，在工作站上顯示人機監(jiān)控界面。

（4）ISCS系統(tǒng)的控制功能簡述

在正常情況下，OCC的調(diào)度員通過調(diào)度工作站，控制和監(jiān)視各被集成系統(tǒng)。OCC的命令，通過ISCS網(wǎng)絡發(fā)送到各被集成系統(tǒng)。實時服務器主要功能是完成實時數(shù)據(jù)的采集與處理，從OCC向分布在各站點的被集成系統(tǒng)發(fā)送模式、程控或點控等控制命令。歷史服務器主要功能是完成歷史數(shù)據(jù)的存儲、記錄和管理等功能。車站級ISCS系統(tǒng)和OCC級ISCS系統(tǒng)相對獨立，當主干網(wǎng)出現(xiàn)故障或因其他情況不能進行實時數(shù)據(jù)通信時，系統(tǒng)仍可通過調(diào)度電話等方式進行控制命令的上傳與下達。當通信正常后，所有待傳的數(shù)據(jù)則能完整歸檔。

典型軌道線的運營監(jiān)控可分成四層：軌道交通應急指揮中心；線路中央運營室監(jiān)控；車站控制室監(jiān)控；設備自動控制系統(tǒng)。

應急指揮中心負責協(xié)調(diào)多條運營主體線路之間的相互配合，要求能快速地應對各種突發(fā)事件。為了避免應急指揮中心和各線路控制中心之間的操作沖突擦，指揮中心只能監(jiān)視和協(xié)調(diào)線路運營，沒有車站設備控制權(quán)。在需要時，應急指揮中心可以取代區(qū)域控制中心，實現(xiàn)對線路的供電、環(huán)境等設備的應急指揮功能。應急指揮中心扮演了最高層的指揮角色。

區(qū)域中央級的監(jiān)控系統(tǒng)負責全線的運營操作。操作員通過工作站人機界面，以自己的用戶標識登陸，實現(xiàn)所需要的監(jiān)控功能。這功能包括列車運營調(diào)度、電源調(diào)度、環(huán)境控制調(diào)度、總調(diào)度等。

車站級的監(jiān)控系統(tǒng)負責監(jiān)控車站內(nèi)的機電設備。在緊急狀況時，如中央級的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障，車站級的監(jiān)控系統(tǒng)可以采用降級模式繼續(xù)運行。

最底層的控制系統(tǒng)負責車站內(nèi)子系統(tǒng)的自動化設備控制。

2.系統(tǒng)軟件

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要由基礎軟件、應用軟件、接口軟件等構(gòu)成?；A軟件主要完成數(shù)據(jù)處理、管理等功能；應用軟件主要完成系統(tǒng)使用、管理、維護應用等功能；接口軟件實現(xiàn)各子系統(tǒng)、設備間的通信處理。

目前，廣州軌道交通3、4、5號線采用的是基于法國的SCADASOFT平臺，北京軌道交通指揮系統(tǒng)采用的是基于新加坡的OASYS 平臺，北京軌道交通5 號線、上海軌道交通十號線采用的是基于英國的RAILSCADA 平臺、北京首都機場線采用的是基于國產(chǎn)化的RAILSYS 平臺，南京二號線采用的是基于國產(chǎn)化的RT21-ISCS 平臺。另有西門子公司的監(jiān)控軟件PVSS作為系統(tǒng)軟件平臺也在推進中。

3.結(jié)語

綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為國際主流技術，已成為國內(nèi)軌道交通自動化系統(tǒng)的技術發(fā)展趨勢。運營管理人員通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)對軌道交通內(nèi)各系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一的運營管理、維護等，對提高工作效率具有積極意義。