南京地鐵一號(hào)線南延線綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成模式

彭 昶

0 引言

南京地鐵一號(hào)線南延線工程項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“該項(xiàng)目”）線路全長(zhǎng)17.954 km，共設(shè)12 座車站，工程范圍包括供電系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、旅客資訊系統(tǒng)、電扶梯系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和氣體滅火系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)給排水系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口和綜合監(jiān)控系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、全方位監(jiān)控。在實(shí)施過(guò)程中，鑒于國(guó)內(nèi)外地鐵在綜合監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中已經(jīng)碰到的問(wèn)題，本文就該項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中的綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成模式進(jìn)行闡述。

1 監(jiān)控目標(biāo)

在該項(xiàng)目中，如何將綜合監(jiān)控集成技術(shù)和項(xiàng)目實(shí)際相結(jié)合，以達(dá)到最佳實(shí)施效果是工程前期考慮的重點(diǎn)。該監(jiān)控系統(tǒng)主要包括環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）和其他監(jiān)控系統(tǒng)，詳見表1。

表1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控目標(biāo)表

2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成平臺(tái)

現(xiàn)代化的地鐵運(yùn)營(yíng)管理要求管理系統(tǒng)能提供一個(gè)可實(shí)現(xiàn)信息互通和資源共享的平臺(tái)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括對(duì)機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)集中監(jiān)控功能和各系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)功能2 大部分。一方面，通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備、火災(zāi)報(bào)警信息及其設(shè)備、車站環(huán)保設(shè)備、區(qū)間環(huán)保設(shè)備、環(huán)境參數(shù)、屏蔽門設(shè)備、防淹門設(shè)備、電扶梯設(shè)備、照明設(shè)備、門禁設(shè)備、自動(dòng)售檢票設(shè)備、廣播和閉路電視設(shè)備、乘客信息顯示系統(tǒng)的播出信息和時(shí)鐘信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)集中監(jiān)視和控制的基本功能；另一方面，通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)晚間非運(yùn)營(yíng)情況下、日間正常運(yùn)營(yíng)情況下、緊急突發(fā)情況下和重要設(shè)備故障情況下各相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備間協(xié)調(diào)互動(dòng)等高級(jí)功能。

3 現(xiàn)有集成模式的選擇

3.1 現(xiàn)有集成模式的分類

根據(jù)國(guó)內(nèi)外地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的最新發(fā)展?fàn)顩r，按照集成規(guī)模和深入程度分類，目前綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成模式主要包括2 種：頂層信息集成模式（也稱為適度集成模式）和深度系統(tǒng)集成模式。

3.1.1 頂層信息集成模式

國(guó)內(nèi)外早期建設(shè)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)皆采用頂層信息集成模式，該模式是在中央、車站和車輛段將集成系統(tǒng)和互聯(lián)系統(tǒng)的重要監(jiān)控信息統(tǒng)一匯集處理，然后再顯示到中央和車站的圖形化人機(jī)界面上，其實(shí)質(zhì)就是將早期分立監(jiān)控模式下各子系統(tǒng)的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)拆分成2 個(gè)獨(dú)立部分進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)施和調(diào)試。接口設(shè)備（如前端處理器FEP）實(shí)現(xiàn)與各接入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和信息隔離，這樣的系統(tǒng)劃分方式將導(dǎo)致綜合監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)享上層已搭建的網(wǎng)絡(luò)資源。頂層信息集成模式下各系統(tǒng)劃分示意圖如圖1 所示。

圖1 頂層信息集成模式下各系統(tǒng)劃分示意圖

3.1.2 深度系統(tǒng)集成模式

深度系統(tǒng)集成模式是在總結(jié)國(guó)內(nèi)外地鐵建設(shè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對(duì)頂層信息集成模式的一種繼承和發(fā)展。深度系統(tǒng)集成模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容也相應(yīng)擴(kuò)大，包括了原來(lái)頂層集成模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控子系統(tǒng)（PSCADA）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警子系統(tǒng)（FAS）和門禁子系統(tǒng)（ACS）等多個(gè)部分。其主要特點(diǎn)是將分立監(jiān)控系統(tǒng)上下位機(jī)結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮，原來(lái)分立系統(tǒng)的功能統(tǒng)一在綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)上完成。深度系統(tǒng)集成模式在接入方式上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，多個(gè)控制層設(shè)備（如PSCADA控制器、BAS 控制器、FAS 報(bào)警盤和ACS 控制器等）皆直接連接到綜合監(jiān)控系統(tǒng)的站級(jí)局域網(wǎng)絡(luò)上，該設(shè)計(jì)在簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)層次的同時(shí)，還滿足相關(guān)子系統(tǒng)設(shè)備異地通信和遠(yuǎn)程訪問(wèn)等功能需求。深度系統(tǒng)集成模式下各系統(tǒng)劃分如圖2 所示。

圖2 深度系統(tǒng)集成模式下各系統(tǒng)劃分示意圖

3.2 2 種集成模式的特點(diǎn)

自20 世紀(jì)90 年代中期開始，隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，綜合監(jiān)控集成技術(shù)在國(guó)外早期建設(shè)的地鐵工程中逐漸得到推廣應(yīng)用。該時(shí)期的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成模式大多采用頂層信息集成模式，強(qiáng)調(diào)對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的自身性能保護(hù)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)接口設(shè)備（前端處理器FEP）將各接入系統(tǒng)上傳的監(jiān)控信息進(jìn)行有選擇性的篩選，有效地控制子系統(tǒng)上傳點(diǎn)數(shù)的總體規(guī)模，從而保證自身系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。雖然系統(tǒng)基本滿足運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮的需要，但在實(shí)際工程實(shí)施過(guò)程中卻發(fā)現(xiàn)，由于硬件構(gòu)架上的限制，采用頂端信息集成模式的系統(tǒng)存在網(wǎng)絡(luò)利用率低、軟件功能不強(qiáng)和實(shí)施維護(hù)性差等缺陷。

相對(duì)于頂端信息集成模式而言，深度系統(tǒng)集成模式具備以下優(yōu)勢(shì)：

（1）在控制整體投資成本的同時(shí)，強(qiáng)化系統(tǒng)功能和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。由于該模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在上下位機(jī)的連接方式上采用主要控制層設(shè)備直接接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)站級(jí)局域網(wǎng)的方式，這樣控制層設(shè)備之間的站間通信功能和遠(yuǎn)程訪問(wèn)、下載和維護(hù)功能，皆可以通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的全線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這在以往頂端信息集成模式中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。采用深度系統(tǒng)集成模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，既滿足運(yùn)營(yíng)指揮調(diào)度人員的功能需求，又兼顧運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理人員的功能需求，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能更加強(qiáng)大。同時(shí)，由于共享網(wǎng)絡(luò)資源，集成子系統(tǒng)不再需要單獨(dú)組網(wǎng)，因此整體工程的投資略有下降，系統(tǒng)性價(jià)比也更高。

（2）系統(tǒng)性能更強(qiáng)大。從軟件數(shù)據(jù)采集和處理來(lái)看，由于該模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用同一廠商的開放性軟件集成平臺(tái)，使得大多數(shù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可采用一次數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)表示的處理方式，而不需進(jìn)行頂端信息方式常見的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)再處理等過(guò)程，因此減少了中間環(huán)節(jié)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)性得到了保證，系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的規(guī)模也可相應(yīng)擴(kuò)大，從而使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能更加完善和強(qiáng)大。

（3）降低了整體工程的實(shí)施難度。由于該模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)思路，具有系統(tǒng)構(gòu)架簡(jiǎn)約、層次簡(jiǎn)化和軟件平臺(tái)一體化等特點(diǎn)，因此在工程實(shí)施過(guò)程中，調(diào)試工作易于協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌安排，部分調(diào)試工作安排在實(shí)驗(yàn)室即可進(jìn)行，從而使整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量減少，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間相應(yīng)縮短，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)次數(shù)也減少，故障診斷和系統(tǒng)維護(hù)較為方便。該特點(diǎn)正好與南京地鐵一號(hào)線南延線項(xiàng)目工期較短的建設(shè)特點(diǎn)相適應(yīng)。

3.3 集成模式的選擇

綜合上述分析，2 種集成模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)各有特點(diǎn)且結(jié)構(gòu)各異，結(jié)合該項(xiàng)目的監(jiān)控需求，決定采用深度集成模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

4 基于深度集成模式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案

該項(xiàng)目最終綜合監(jiān)控系統(tǒng)全系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)分3 層：以珠江路地鐵控制中心OCC 與監(jiān)控中心以太網(wǎng)組成的系統(tǒng)頂層；由12個(gè)車站和車輛段的車站綜控室與車站級(jí)以太網(wǎng)組成的車站監(jiān)控層；供電、環(huán)控等子系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)自動(dòng)化層。

網(wǎng)絡(luò)分為3 層體系結(jié)構(gòu)：3 層網(wǎng)絡(luò)的頂層網(wǎng)為通信骨干網(wǎng)支持的高速交換冗余以太網(wǎng)，作為全線監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)；車站層采用100 Mb/s 交換以太網(wǎng)；底層是車站里的各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線。

系統(tǒng)軟件也分為3 層：I/O 接口及通信級(jí)軟件，用于子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集；數(shù)據(jù)處理級(jí)軟件；操作級(jí)軟件，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視和控制命令，包括設(shè)備遙控、設(shè)定等。

硬件系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮硬件平臺(tái)系統(tǒng)整體的平衡，避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，以保證硬件平臺(tái)的整體性能和效率。在以硬件平臺(tái)作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組建時(shí)，充分考慮必要的冗余和系統(tǒng)的負(fù)荷裕量，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩ê托省Ｔ趩卧O(shè)備選用時(shí)堅(jiān)持采用成熟的產(chǎn)品，以適用于環(huán)境相對(duì)惡劣的場(chǎng)所。系統(tǒng)最終由中央監(jiān)控系統(tǒng)、車站監(jiān)控系統(tǒng)、車站設(shè)備層和骨干網(wǎng)組成。由于采用了開放式、模塊式的設(shè)計(jì)模式，系統(tǒng)平臺(tái)統(tǒng)一，接口完善，界面友好，運(yùn)行效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

地鐵監(jiān)控系統(tǒng)涉及面廣，在確保人員安全、良好運(yùn)行等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而作為在此之上的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，又對(duì)后續(xù)的各種工作起著制約的作用，通過(guò)本文，再度說(shuō)明一些復(fù)雜、規(guī)范尚未完全統(tǒng)一的系統(tǒng)，在實(shí)施前設(shè)計(jì)方和實(shí)施方需要大力合作，從效能等多方面考慮，以求得一個(gè)更好的結(jié)果。

[1] 顧明星，董德存.城市軌道交通信息通信系統(tǒng)技術(shù)[J].城市軌道交通研究，2003，（6）.

[2] 余向海.城市軌道交通列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)模塊分析[J].電子工程師，2000，（5）.

[3] GB50157-2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

[4] 魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.