城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)中的GWQS-ISCS理念

盧萌萌 安俊峰 高元軍

(1. 山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 250022， 濟(jì)南； 2. 濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司， 250101， 濟(jì)南//助理講師)

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)目標(biāo)

頂層設(shè)計(jì)的理念是，采用全局思想，對某項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行全面、深度的統(tǒng)籌和規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)高效性的目標(biāo)。借鑒頂層設(shè)計(jì)的相關(guān)概念和理論，在城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)的設(shè)計(jì)中，從動(dòng)力、能力和方法論幾個(gè)層級進(jìn)行充分考慮，做好ISCS的頂層設(shè)計(jì)。

ISCS的頂層設(shè)計(jì)應(yīng)該站在整條線路以及整個(gè)城市的軌道交通建設(shè)角度上，做好合理、詳細(xì)、科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)開通順利、投資節(jié)省、調(diào)試順利、運(yùn)營便捷的目標(biāo)。建設(shè)規(guī)劃階段是做好頂層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵時(shí)期，因此，要做好ISCS的頂層設(shè)計(jì)，就要重視運(yùn)營需求，做好整體規(guī)劃；同時(shí)，遵循“設(shè)計(jì)為建設(shè)服務(wù)，建設(shè)為運(yùn)營服務(wù)”的理念。頂層設(shè)計(jì)的范疇理應(yīng)囊括城市軌道交通全生命周期，而最長時(shí)間周期是在運(yùn)營階段，運(yùn)營安全又是運(yùn)營階段的核心內(nèi)容，因此，頂層設(shè)計(jì)的理念要圍繞運(yùn)營安全的宏觀主題開展，同時(shí)要重視原始設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)品質(zhì)的因素和系統(tǒng)運(yùn)維保障的因素，把運(yùn)維保障的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用作為一個(gè)重要層面。

ISCS頂層設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：提升信息化的先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、智能化和安全化的信息架構(gòu)，構(gòu)建更加智能的ISCS，提高ISCS的服務(wù)質(zhì)量、監(jiān)管效能、管理效益，為后期運(yùn)營、后期新線建設(shè)及換乘站設(shè)置做好規(guī)劃，確保系統(tǒng)品質(zhì)、運(yùn)營安全、運(yùn)維保障等關(guān)鍵環(huán)節(jié)順利實(shí)施。

2 ISCS規(guī)劃與設(shè)計(jì)的通用需求

通過ISCS頂層設(shè)計(jì)的實(shí)施，ISCS將在現(xiàn)有信息化基礎(chǔ)上充分發(fā)揮信息互聯(lián)互通的作用，通過一系列傳感器、硬件交換設(shè)備、傳輸通道等，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備信息、狀態(tài)、模式等的全面感知、有效傳輸，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，使城市軌道交通工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)信息，并為運(yùn)營提供便捷、實(shí)時(shí)的信息服務(wù)。實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)、面向運(yùn)營、面向安全的安全兼容綜合模型。

在ISCS的頂層設(shè)計(jì)中，ISCS就像一張網(wǎng)，先將城市軌道交通信息化建設(shè)工作中已經(jīng)取得良好成效的做法和措施“連成線”，再通過構(gòu)建頂層設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架模型，將整個(gè)信息化建設(shè)工作“連成面”。這樣一張“信息網(wǎng)”由車站級別的ISCS、車站與車站之間的傳輸通道、中央級(中央級控制中心)ISCS等組成，實(shí)現(xiàn)中心級的調(diào)度和控制功能，實(shí)現(xiàn)全線多系統(tǒng)監(jiān)控的目標(biāo)。

國內(nèi)ISCS的具體實(shí)施規(guī)劃中主要包含以下內(nèi)容：

(1) 實(shí)現(xiàn)中央級、車站級、就地級三級控制，并且制定好傳輸通道、組網(wǎng)模式、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架等相關(guān)內(nèi)容[5-7]。

(2) 綜合考慮實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的互聯(lián)互通，在設(shè)計(jì)初期制定好ISCS需要互聯(lián)互通的系統(tǒng)，并且規(guī)定準(zhǔn)確無誤的接口和傳輸協(xié)議。

(3) 規(guī)劃好換乘站的實(shí)施方案，換乘站ISCS的建設(shè)既要考慮各條線路的連續(xù)性，又要考慮換乘站的完整性。建議遵循以下原則：同期建設(shè)、站廳共用，車控室與ISCS合設(shè)，集成或者互聯(lián)的BAS(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))、FAS(火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng))的設(shè)備最好采用同一型號，正常情況下各線路獨(dú)立運(yùn)營，災(zāi)害情況下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。

(4) 在城市軌道交通建設(shè)初期，做好HMI(人機(jī)界面)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃工作，制定HMI標(biāo)準(zhǔn)，圖庫統(tǒng)一。

(5) 交換機(jī)、服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備的選型，既要滿足系統(tǒng)功能需求，又要滿足國產(chǎn)化率的要求，確保系統(tǒng)設(shè)備能在城市軌道交通環(huán)境中可靠運(yùn)行。

(6) 規(guī)劃控制中心設(shè)置方案，可以采用單一中心、主備中心和無主中心等設(shè)置方案。選擇合適的配置方案。

(7) 充分考慮各相關(guān)系統(tǒng)的接入方式。ISCS與各個(gè)子系統(tǒng)間通常采用交換機(jī)或FEP(前端處理器)兩種接入方案。根據(jù)具體的情況，選擇合適的接入方案。

3 頂層設(shè)計(jì)在ISCS建設(shè)中的發(fā)展前景

目前，國內(nèi)ISCS建設(shè)中仍存在的一些全局性、系統(tǒng)性問題，因此應(yīng)重視ISCS的頂層設(shè)計(jì),這將會(huì)使后期的建設(shè)和運(yùn)維受益匪淺。為確保ISCS這張“網(wǎng)”不出現(xiàn)任何的“斷線”情況，要統(tǒng)籌管理ISCS的全面建設(shè)，提升信息化建設(shè)水平，增強(qiáng)建設(shè)合力；要通過統(tǒng)一的思路、統(tǒng)一的管理體制，激發(fā)整個(gè)車站、整條線路，乃至整個(gè)城市的軌道交通信息資源的綜合效能。為使ISCS這張“網(wǎng)”不出現(xiàn)任何的“斷線”情況，需要把握三個(gè)基本點(diǎn)：關(guān)鍵核心設(shè)備的安全性和可靠性，系統(tǒng)構(gòu)架的合理性，監(jiān)控平臺的穩(wěn)定性。

3.1 國內(nèi)ISCS的發(fā)展前景

(1) ISCS與無人駕駛模式相結(jié)合。無人駕駛技術(shù)可以提高城市軌道交通系統(tǒng)的可靠性、安全性、可用性、可維護(hù)性，有助于提升運(yùn)營應(yīng)急處置水平。無人駕駛技術(shù)具有眾多優(yōu)點(diǎn)：① 可縮短運(yùn)行時(shí)間間隔，可以減少因運(yùn)營人員的參與而對運(yùn)營效率造成的影響；② 可減少人員配置，相應(yīng)地減少運(yùn)營成本；③ 有助于提高運(yùn)營安全和服務(wù)質(zhì)量；④使運(yùn)營組織更加靈活。

(2) ISCS與線網(wǎng)控制中心調(diào)度指揮相結(jié)合。線網(wǎng)控制中心具有綜合監(jiān)視城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的功能，具有運(yùn)營協(xié)調(diào)、應(yīng)急指揮、信息共享等作用；在非正常情況下，尤其是當(dāng)2條及以上軌道交通線路發(fā)生緊急災(zāi)害情況時(shí)，線網(wǎng)控制中心將代表政府行使指揮權(quán)。線網(wǎng)控制中心的出現(xiàn)給整個(gè)城市的軌道交通運(yùn)維帶來很大的便捷性，從頂層設(shè)計(jì)角度看有較大的必要性。搭建線網(wǎng)控制中心，對全網(wǎng)絡(luò)軌道交通線路進(jìn)行監(jiān)控，協(xié)調(diào)各條線路的控制中心及各運(yùn)營主體。

3.2 GWQS-ISCS理念

從一個(gè)城市的軌道交通建設(shè)伊始，就應(yīng)站在城市規(guī)劃和軌道交通建設(shè)規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，這對于整個(gè)城市的軌道交通建設(shè)具有指導(dǎo)作用。本文從綠色I(xiàn)SCS、智慧ISCS、品質(zhì)ISCS、安全I(xiàn)SCS四個(gè)方面提出ISCS頂層設(shè)計(jì)中的相關(guān)理念，簡稱GWQS-ISCS(Green， Wisdom， Quality， Security-ISCS)。綠色I(xiàn)SCS，是指在ISCS頂層設(shè)計(jì)中充分考慮綠色節(jié)能、環(huán)保的問題，做到節(jié)電、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)保，從ISCS的系統(tǒng)到設(shè)備，從控制中心到車站，從設(shè)計(jì)到建設(shè)等方方面面達(dá)到綠色的要求；智慧ISCS，是指在ISCS的頂層設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮各種信息和數(shù)據(jù)的作用，利用先進(jìn)的技術(shù)和熱點(diǎn)問題，提高ISCS的智慧程度和智能水平；品質(zhì)ISCS，是指在ISCS的頂層設(shè)計(jì)中，建設(shè)設(shè)備穩(wěn)定可靠、用戶滿意、運(yùn)營方便、乘客舒適度高的ISCS；安全I(xiàn)SCS，是指在ISCS的頂層設(shè)計(jì)中，達(dá)到安全系數(shù)高、不易被攻擊、持續(xù)安全可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和系統(tǒng)運(yùn)維環(huán)境。GWQS-ISCS構(gòu)架如圖1所示。

圖1 GWQS-ISCS構(gòu)架圖

3.3 GWQS-ISCS理念的具體內(nèi)容

3.3.1 綠色I(xiàn)SCS頂層設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

(1) 避免信息孤島，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)信息的全面共享。如何縮減設(shè)備數(shù)量也是頂層設(shè)計(jì)的一個(gè)方面。

(2) 在保證質(zhì)量和可靠性的前提下，設(shè)備的制造和使用優(yōu)先考慮國產(chǎn)化，以節(jié)約進(jìn)口設(shè)備需要的運(yùn)費(fèi)等成本。

(3) 打造智能節(jié)能理念，全面貫徹落實(shí)“綠色地鐵”的設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)節(jié)能策略的落實(shí)，積極采用先進(jìn)技術(shù)(如再生能源制動(dòng)等)。

(4) 共享空間，節(jié)約土地。比如換乘站公用車控室、多條線路共用一個(gè)OCC(運(yùn)營控制中心)等，以提高設(shè)備房的利用率。

3.3.2 智慧ISCS頂層設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

(1) 從硬件、軟件設(shè)計(jì)等方面逐步演變、升級，為ISCS提供發(fā)展空間。建造一個(gè)“智能化綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺”。

(2) 實(shí)現(xiàn)智能化ISCS，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通、信息交互、大數(shù)據(jù)分析和診斷的智能化，以及智能運(yùn)維等，用機(jī)器學(xué)習(xí)代替人腦實(shí)現(xiàn)智慧ISCS。

(3) 將BIM(建筑信息模型)技術(shù)運(yùn)用到ISCS的建設(shè)和運(yùn)營環(huán)節(jié)，利用BIM進(jìn)行施工進(jìn)度和施工質(zhì)量的監(jiān)督，利用BIM對物資進(jìn)行管理。

(4) 建設(shè)智能化系統(tǒng)平臺，加入模式識別分析理念和算法，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行設(shè)備的在線檢測和診斷。

3.3.3 品質(zhì)ISCS頂層設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

3.3.3.1 線網(wǎng)層級的設(shè)計(jì)

(1) 實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)與ISCS的深度集成，而不是簡單的互聯(lián)互通。

(2) 規(guī)劃好ISCS中線網(wǎng)IP地址的劃分，做到整齊劃一、科學(xué)實(shí)用。

(3) 建立門禁系統(tǒng)的線網(wǎng)平臺，解決門禁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理混亂、效率低下、難以共享、重復(fù)初始化、跨線用卡難等問題。建立統(tǒng)一的門禁線網(wǎng)管理中心，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)級、線路級、車站級三級門禁的操作及監(jiān)控。

(4) 建立門禁和一卡通線網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)售票、員工購物、門禁、考勤、食堂就餐等功能的綜合統(tǒng)一。做好充分的預(yù)留工作，所選產(chǎn)品要符合國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，做到接口、維護(hù)和擴(kuò)展三個(gè)層次上的簡單易行，并且達(dá)到功能靈活擴(kuò)展的目的。

3.3.3.2 統(tǒng)一化的設(shè)計(jì)理念

(1) 關(guān)于設(shè)備統(tǒng)一的頂層設(shè)計(jì)理念，在設(shè)備安全可靠、價(jià)格合理的前提下，要做好如下幾點(diǎn)：工作站的顏色、容量、配置要與其他專業(yè)的工作站統(tǒng)一，開關(guān)柜、機(jī)柜的顏色需要與其他專業(yè)匹配。

(2) 制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)要求。具有多條線路和線網(wǎng)綜合監(jiān)控需求的城市，要做到標(biāo)準(zhǔn)先行，制定統(tǒng)一的ISCS建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，以制約后續(xù)工程中的ISCS建設(shè)，更好地服務(wù)于運(yùn)營。城市軌道交通行業(yè)應(yīng)該統(tǒng)一ISCS建設(shè)、運(yùn)維、設(shè)計(jì)等方面的需求，制定一套標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)要求。

3.3.3.3 提高系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)維的便利性

通過采用各種有益手段，增加ISCS的可靠性，使運(yùn)維更加便捷。就ISCS子系統(tǒng)BAS的組網(wǎng)模式而言，長期以來，BAS組網(wǎng)模式采用的是以太網(wǎng)和總線兩種模式，在國內(nèi)大多數(shù)城市的軌道交通系統(tǒng)中，BAS的兩種模式都有采用；有個(gè)別城市存在一條線路采用兩種組網(wǎng)模式、兩個(gè)廠家的PLC(可編程邏輯控制器)的情況，這種混搭模式可能會(huì)對運(yùn)營期的網(wǎng)絡(luò)通信、運(yùn)營維護(hù)造成一些影響。

為了確保運(yùn)維的便利性、備品配件的一致性，建議整個(gè)城市采用統(tǒng)一的、某種固定的組網(wǎng)模式，充分比選發(fā)展趨勢、系統(tǒng)配置、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)可靠性、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、組網(wǎng)便捷性、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度，以及傳輸速率、傳輸距離等，選擇固定的組網(wǎng)模式，做到統(tǒng)一化。

3.3.3.4 采用先進(jìn)技術(shù)

通過采用先進(jìn)技術(shù)，使ISCS的整個(gè)生命周期協(xié)調(diào)、和諧、美好。在進(jìn)行ISCS頂層設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)考慮采用先進(jìn)技術(shù)，提高系統(tǒng)的整體技術(shù)水平，降低外界干擾，提高運(yùn)營管理效率。比如，在UPS(不間斷電源)的整合方案中，要具體考慮電池的容量選擇方案、UPS的電源供電運(yùn)行模式、電池容量計(jì)算與配置、UPS電源的后備時(shí)間等。

3.3.4 安全I(xiàn)SCS頂層設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

(1) 參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21562—2008，安全I(xiàn)SCS需要滿足相應(yīng)的指標(biāo)要求。ISCS的安全性是由系統(tǒng)的可用性和可靠性定量指標(biāo)來保證的，可用性指標(biāo)A=tMTBF/(tMTBF+tMTTR)。其中，tMTBF為系統(tǒng)平均無故障時(shí)間，tMTTR為系統(tǒng)平均修復(fù)時(shí)間。

(2) 充分考慮關(guān)鍵設(shè)備的先進(jìn)性和系統(tǒng)安全性，按照RAMS(可靠性、可用性、可維修性、安全性)理論的安全性指標(biāo)，產(chǎn)品要具有不導(dǎo)致人員傷亡、系統(tǒng)損壞、重大財(cái)產(chǎn)損失、不危害員工健康與環(huán)境的能力。只有保證ISCS設(shè)備的可靠運(yùn)行、設(shè)備處于先進(jìn)的水平，才能為ISCS的安全運(yùn)維保駕護(hù)航。因此，選擇ISCS設(shè)備時(shí)要以安全可靠為重，同時(shí)要充分考慮關(guān)鍵設(shè)備的先進(jìn)性。

(3) 采用人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，以及信息化的安全技術(shù)手段，使ISCS更加安全可靠。用技術(shù)手段為ISCS的安全保駕護(hù)航。

4 GWQS-ISCS理念在濟(jì)南地鐵的應(yīng)用

濟(jì)南地鐵R1線的ISCS擬采用多種頂層設(shè)計(jì)方案，主要方案見表1。

表1中的內(nèi)容為濟(jì)南地鐵R1線建設(shè)擬采用的頂層設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到節(jié)約資源、便捷運(yùn)維的目的。可以肯定的是，隨著技術(shù)的發(fā)展和更新，在城市軌道交通的建設(shè)過程中，會(huì)出現(xiàn)更有意義的方案和策略。

表1 GWQS-ISCS擬在濟(jì)南地鐵R1線的應(yīng)用情況

5 結(jié)語

本文從綠色I(xiàn)SCS、智慧ISCS、品質(zhì)ISCS、安全I(xiàn)SCS四個(gè)方面提出了ISCS頂層設(shè)計(jì)中的相關(guān)理念，即GWQS-ISCS理念。在城市軌道交通行業(yè)發(fā)展中，對ISCS還會(huì)有更多、更高、更深的要求，主要有以下幾點(diǎn)：

(1) 實(shí)現(xiàn)車站無人值守，設(shè)備和系統(tǒng)代替人工完成值守工作，但是實(shí)現(xiàn)困難，需要從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件等方面進(jìn)行深入研究；

(2) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障自診斷和自愈功能，實(shí)現(xiàn)專家診斷和維護(hù)功能；

(3) 一方面要加強(qiáng)ISCS安全等級措施，另一方面ISCS要能真正實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制功能。

相信隨著技術(shù)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，ISCS將更加智能，更加人文，更加便捷。