地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵問題探析

郭冬冬 秦寧 張瑞寧

【摘 ?要】地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)是保障地鐵項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分。本文主要是從總體結(jié)構(gòu)、硬件系統(tǒng)和軟件結(jié)構(gòu)來對(duì)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行闡述，分析其中的關(guān)鍵技術(shù)和問題，探討相關(guān)實(shí)現(xiàn)方案，確保地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的高效運(yùn)行，保證地鐵運(yùn)行安全。

【關(guān)鍵詞】地鐵;綜合監(jiān)控;結(jié)構(gòu)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，地鐵行業(yè)快速興起，而地鐵傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)獨(dú)立管理與分離設(shè)置也出現(xiàn)了明顯的創(chuàng)新與改變，為地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的形成創(chuàng)建了良好的條件，同時(shí)也確保了設(shè)備集中管理、子系統(tǒng)故障檢測(cè)以及資源共享等功能的實(shí)現(xiàn)。在特殊情況下為事件的處理提供了及時(shí)高效的控制能力，使得地鐵管理運(yùn)行效率快速提升。

1、地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)總體上分為中心級(jí)、車站級(jí)（含車輛段）和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)三層結(jié)構(gòu)。中心級(jí)負(fù)責(zé)全線車站設(shè)備的監(jiān)控、以及對(duì)全線車站各專業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度和控制。車站級(jí)負(fù)責(zé)本車站或相鄰車站設(shè)備的監(jiān)視與操控，根據(jù)運(yùn)營(yíng)的管理需求不同，又分為車站平行模式和車站組群模式。車站平行模式中，各車站系統(tǒng)之間相互獨(dú)立、地位平等，通過環(huán)網(wǎng)連接;車站組群模式是群組內(nèi)車站采用星型結(jié)構(gòu)，由一個(gè)軸心站和若干衛(wèi)星站組成，群組內(nèi)車站主要監(jiān)視和控制功能由軸心站完成。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通過各專業(yè)子系統(tǒng)內(nèi)部監(jiān)控和車控室的IBP操作盤監(jiān)控的方式來實(shí)現(xiàn)。

1.2 硬件系統(tǒng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分主要分為系統(tǒng)主干網(wǎng)、車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)和中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)三大部分。綜合監(jiān)控主干網(wǎng)是連接各車站、車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)和中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)的紐帶，是各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，也是整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，目前綜合監(jiān)控主干網(wǎng)通常都采用單獨(dú)光纖通道傳輸。

考慮到整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，綜合監(jiān)控主干網(wǎng)通常采用冗余的雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以便當(dāng)某部分網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)冗余切換來保障整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通暢。雙環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)一般有兩種，一種是相互獨(dú)立的雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一種是級(jí)聯(lián)雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。獨(dú)立的雙環(huán)網(wǎng)將車站和中心設(shè)備分別連接至兩個(gè)獨(dú)立的主干環(huán)網(wǎng)，兩個(gè)環(huán)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備采用相互獨(dú)立網(wǎng)段的IP地址，在各節(jié)點(diǎn)處雙網(wǎng)交換機(jī)沒有關(guān)聯(lián)。

車站（含車輛段）監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)車站系統(tǒng)內(nèi)于之相連接的各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)控，主要包括車站雙網(wǎng)交換機(jī)、冗余服務(wù)器、冗余前置機(jī)、冗余雙屏值班員工作站及打印機(jī)等設(shè)備。這些設(shè)備通過車站子網(wǎng)連接在一起，組成一個(gè)有機(jī)整體完成對(duì)車站設(shè)備的監(jiān)控，并通過交換機(jī)連接綜合監(jiān)控主干網(wǎng)，與控制中心進(jìn)行通訊。除此之外，車站還配備有綜合后備盤（IBP）盤，用于緊急情況下的應(yīng)急操作。一般適用于綜合監(jiān)控系統(tǒng)或操作界面故障情況下的臨時(shí)操作或者火災(zāi)等其他特殊緊急情況下的人工干預(yù)操作。中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)不僅監(jiān)控與本系統(tǒng)連接的子專業(yè)系統(tǒng)設(shè)備，還需要監(jiān)控整條線路所有車站設(shè)備的運(yùn)行情況，并增加了與調(diào)度管理相關(guān)的其他功能要求，因此系統(tǒng)硬件配備更高、更完備。

1.3 軟件結(jié)構(gòu)

綜合監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)總體上說可分為數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換層、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)應(yīng)用顯示層。數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換層作用為采集各接口專業(yè)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將上次發(fā)送的控制命令轉(zhuǎn)化為報(bào)文發(fā)送到對(duì)應(yīng)的接口;數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，例如取反、賦值等計(jì)算，然后將數(shù)據(jù)存放于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)供數(shù)據(jù)應(yīng)用顯示層調(diào)用或查詢;數(shù)據(jù)應(yīng)用顯示層將數(shù)據(jù)值以可視化的方式通過界面呈現(xiàn)給監(jiān)控人員，并將操作員的控制操作信息反饋給下層。

2、關(guān)鍵技術(shù)分析與實(shí)現(xiàn)

2.1 控制權(quán)限移交技術(shù)方案及實(shí)現(xiàn)

為防止不同操作員操作同一設(shè)備時(shí)造成的設(shè)備損壞以及引發(fā)其他故障，綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)控制權(quán)限進(jìn)行管理。從綜合監(jiān)控的角度看，對(duì)于某個(gè)設(shè)備來說，通?？刂萍?jí)別分為中心控制、車站控制和就地控制，這三者當(dāng)中，中心控制和車站控制屬于互斥關(guān)系，而就地控制又和中心控制或車站控制屬于互斥關(guān)系。出于設(shè)備檢修、維護(hù)以及應(yīng)急情況處理的需要，設(shè)就地控制擁有最高控制權(quán)，當(dāng)設(shè)備出于就地狀態(tài)時(shí)，中心與車站均不能進(jìn)行操作。正常情況下，設(shè)備處于遠(yuǎn)方位，供操作員在綜合監(jiān)控界面進(jìn)行操作。綜合監(jiān)控通常對(duì)電力（PSCADA）和環(huán)控（BAS）專業(yè)設(shè)定控制權(quán)移交方案。

根據(jù)需求，PSCADA系統(tǒng)，就地級(jí)權(quán)限分為整站變電所控制和單個(gè)設(shè)備就地控制。單個(gè)設(shè)備就地控制擁有最高控制權(quán)限，其次是變電所控制，變電所有權(quán)控制整所的控制權(quán)是在本所還是在綜合監(jiān)控（中心控或車站控）。這樣，綜合監(jiān)控系統(tǒng)僅需對(duì)設(shè)備的就地和變電所控制的狀態(tài)進(jìn)行判斷并對(duì)界面控制操作加以限制，而對(duì)中心、車站兩級(jí)權(quán)限做移交功能即可。PSCADA權(quán)限默認(rèn)在中心，由電調(diào)操作員進(jìn)行控制，在調(diào)試等特殊情況下，電調(diào)可將權(quán)限由中心移交給車站，中心可對(duì)控制權(quán)強(qiáng)行收回。當(dāng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)故障時(shí)，電調(diào)給變電所下達(dá)命令，變電所操作員將權(quán)限收回至變電所操作。

對(duì)于BAS系統(tǒng)，就地級(jí)權(quán)限分為環(huán)控室控制和單個(gè)設(shè)備就地控制。同樣設(shè)備就地控制控制權(quán)最高，其次是環(huán)控室控制。由于中心和車站操作員對(duì)環(huán)控設(shè)備都需要進(jìn)行操作，因此中心和車站兩地都可以對(duì)控制權(quán)進(jìn)行移交，并分別可以具有強(qiáng)制收回。

2.2 聯(lián)動(dòng)技術(shù)方案及實(shí)現(xiàn)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以跨越各子系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，因此可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)功能。聯(lián)動(dòng)按類型分有日常運(yùn)營(yíng)聯(lián)動(dòng)、火災(zāi)聯(lián)動(dòng)和阻塞聯(lián)動(dòng);按觸發(fā)類型又可分為自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)。

車站火災(zāi)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)方法是當(dāng)車站任何區(qū)域火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）探測(cè)設(shè)備發(fā)出信號(hào)，綜合監(jiān)控收到信號(hào)以半自動(dòng)方式觸發(fā)本站的火災(zāi)聯(lián)動(dòng)，車控室操作員收到界面的提示信息確認(rèn)執(zhí)行聯(lián)動(dòng)后，觸發(fā)廣播（PA）和乘客信息（PIS）系統(tǒng)播放疏散提示信息。與此同時(shí)FAS系統(tǒng)將火災(zāi)信息傳送給BAS系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)火災(zāi)模式，通過硬線連接方式傳給門禁及閘機(jī)系統(tǒng)釋放客流疏散。災(zāi)情消除后，F(xiàn)AS探測(cè)設(shè)備復(fù)位并將信息傳給綜合監(jiān)控，綜合監(jiān)控以自動(dòng)方式聯(lián)動(dòng)PA停止。

區(qū)間火災(zāi)或阻塞聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)在控制中心由環(huán)調(diào)操作員監(jiān)視操作。區(qū)間火災(zāi)時(shí)，由區(qū)間FAS探測(cè)設(shè)備發(fā)出信號(hào)給BAS系統(tǒng)觸發(fā)某個(gè)區(qū)間火災(zāi)模式，此時(shí)中心綜合監(jiān)控界面上或出現(xiàn)相應(yīng)火災(zāi)提示，環(huán)調(diào)收到提示在當(dāng)前界面可快速通過按鈕手動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)模式執(zhí)行。區(qū)間阻塞時(shí)，ATS系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)給綜合監(jiān)控，同樣環(huán)調(diào)手動(dòng)相應(yīng)的阻塞提示時(shí)，通過手動(dòng)方式觸發(fā)模式執(zhí)行。

到站廣播聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)在各車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行。ATS系統(tǒng)將各站臺(tái)的列車“即將到站”和“已到站”信號(hào)傳送給中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)，中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)再將各站臺(tái)的到站信息傳送的相應(yīng)各車站，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)收到信號(hào)后自動(dòng)觸發(fā)對(duì)應(yīng)站臺(tái)廣播區(qū)播放到站廣播信息。

2.3 接口通訊狀態(tài)監(jiān)視技術(shù)方案及實(shí)現(xiàn)

對(duì)于綜合監(jiān)控系統(tǒng)，接口的通訊狀態(tài)直接關(guān)系著對(duì)應(yīng)子系統(tǒng)的監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)一般是通過數(shù)據(jù)接口層的軟件進(jìn)程來判斷與子系統(tǒng)的接口狀態(tài)。對(duì)于擁有主備冗余通道的接口來說，除了必須要監(jiān)視主通道的通訊狀態(tài)，還應(yīng)盡可能監(jiān)視備通道狀態(tài)，以便維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)通道上問題。

總之，在現(xiàn)階段地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題并結(jié)合綜合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)及功能分析、深度系統(tǒng)集成模塊等項(xiàng)目的綜合分析等相關(guān)問題進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的完善，有利于提高監(jiān)控系統(tǒng)使用的價(jià)值性，促進(jìn)地鐵項(xiàng)目的穩(wěn)定、安全發(fā)展。

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（作者單位：鄭州地鐵集團(tuán)有限公司）