城市軌道交通換乘站綜合監控平臺的構建

姚國華 張 寧 張曉軍

（1.南京地下鐵道有限責任公司運營分公司，210008，南京；2.東南大學教育部ITS研究中心，210018，南京；3.鎮江市規劃設計研究院，212004，鎮江∥第一作者，工程師）

城市軌道交通的機電設備系統涉及面廣、技術復雜、專業繁多，各子系統、各部門協調配合，才能確保乘客的安全、列車的有效運營和設備的正常工作。綜合監控系統（ISCS）由此應運而生。從20世紀80年代開始，國外很多公司開始規劃、研究以行車調度指揮為核心的綜合監控系統。目前，國外地鐵運營部門已逐步接受并認可了“以行車指揮為核心的綜合監控系統”，而且制定了相應的運營調度組織機構。我國采用的綜合監控系統均是以電調、環控為核心的綜合監控系統方案，其與信號系統則通過互聯的方式進行信息交換。國內對綜合監控系統的研究主要集中在綜合監控系統體系結構、集成方式、功能、可靠性、時鐘同步等方面。

目前，國內外一些主要大城市的軌道交通已從過去的單線建設發展到了網絡化建設階段。軌道交通網絡化建設過程中的最大特點，是線路與線路交叉，形成多座換乘站。網絡中各線路間換乘站的便捷性和舒適性，是廣大乘客關注的重點。換乘站設備系統的設置很大程度上影響了其便捷性和舒適性。目前，國內外對綜合監控系統的研究多局限于單線的整個系統，為此有必要對換乘站綜合監控平臺作針對性研究。本文介紹了車站級綜合監控系統的設置和功能需求，給出換乘站綜合監控平臺弱電系統的整合建議；在此基礎上提出了換乘站綜合監控平臺構建的三種方案，并進行了對比分析。

1 車站級綜合監控系統

綜合監控系統采用通用開放的硬件接口及軟件通信協議，以集成和互聯的方式與各弱電系統實現信息交換，最終實現對各相關機電設備的集中監控功能和各系統之間的信息互通、信息共享和協調互動功能。它能快速、高效地應對火災、阻塞等突發事件，實現各子系統間的聯動，克服以往“孤島系統”的缺點。綜合監控系統多采用分層分布式結構，以車站控制為基本單位，采取控制中心、車站兩級管理。因此，綜合監控系統又分為中心級綜合監控系統和車站級綜合監控系統。

車站級綜合監控平臺直接集成車站級各弱電系統的信息，使全站的各個系統成為有機整體。它與中央級綜合監控系統互通信息，從中央級綜合監控平臺的集成數據庫中讀取本系統所需的其他系統數據，并接收中央級綜合監控平臺的指令和請求（如圖1）。

車站級綜合監控平臺是整個綜合監控系統的基礎，其功能主要是：實現原有車站調度管理工作的全部功能；監視各接口系統的信息；監視車站管轄范圍內的環境、災害、乘客、供電及車站主要設備的運行情況；控制操作車站的機電設備；停止或允許時間表；數據處理、存檔、報表、打印及其他服務。換乘站綜合監控平臺的構建應確立為運營服務、為設備維修服務、為乘客服務的原則，聯動功能要實用、完備、深入。換乘站綜合監控平臺共享方案應有利于綜合監控平臺發揮信息共享平臺的作用，實現車站的調度管理、秩序管理、實時票務管理和車站安全管理，保障上下車和列車到發的安全準點，提高緊急工況下系統的快速反應能力，在系統整個生命周期內不斷地為運營管理的進步服務。

圖1 地鐵綜合監控系統示意圖

2 弱電系統接入方式

換乘站綜合監控平臺接入的弱電系統主要包括：電力監控系統（Power Supervisory Control and Data Acquisition，簡為P－SCADA），機電設備監控系統（EMCS），列車自動控制（ATC）系統，自動售檢票（AFC）系統，屏蔽門（PSD）系統，防災報警系統（FAS），廣播（PA）系統，乘客信息系統（PIS），門禁系統（ACS）、防淹門（FG）和通信系統等。由于接入的弱電系統太多，其接入通常可采用集成和互聯兩種方式。

集成是指將接入的各子系統的全部功能都集中在一個統一的ISCS平臺內，具有共同的人機界面，實現信息共享。互聯是指ISCS只整合子系統中與運營管理相關的、必要的信息。互聯子系統具有獨立完整的操作界面、設備和網絡，正常情況下可脫離ISCS獨立運行，能夠完成系統的正常和緊急操作。

換乘站綜合監控平臺的初步設計必須確定對哪些專業系統集成，對哪些系統互聯，并確定集成與互聯的范圍。應從其為運營管理服務的功能定位出發，保證與運營密切相關的信息被準確采集，同時避免系統不必要的集成，減輕數據處理負擔，確保系統穩定。根據以往工程實踐并考慮我國綜合監控系統發展現狀，建議按表1將弱電系統接入ISCS。

表1 弱電系統的接入方式

城市軌道交通通信系統包括傳輸、公務和專用電話、無線通信、廣播、乘客信息、閉路電視監視、時鐘及電源等子系統。各子系統均以互聯方式接入綜合監控平臺。

3 換乘站綜合監控平臺設計方案

綜合監控平臺監控范圍大、涉及層面廣，應遵循安全性、可靠性、實時性、實用性、經濟性、工程化、適用性及可擴展性等設計原則。

城市軌道交通有垂直交叉、斜交、平行交織等多種換乘形式。換乘站綜合監控平臺對弱電系統的整合和構建，主要是進行設備和信息資源共享，提高管理及運營效率，對空間的影響較小。因此，在換乘站綜合監控平臺設計方案中，可不考慮換乘站的換乘形式。本文以2線換乘車站（A線和B線）為例，提出構建全新2線換乘車站綜合監控平臺的三種可能方案。

3.1 方案一

方案一的主旨是將換乘車站定位為一個完整的車站，在一個換乘車站建設的初期，就將該換乘車站的每一個弱電系統統一接入本站的綜合監控平臺并與不同的控制中心兼容；同時通過主干節點機分別接往A線、B線其他車站，以及控制中心或其他指揮中心。方案一把所有與運營有關的系統功能整合在一個人機界面上，使得換乘的2線共享一個車站傳輸網絡（見圖2）。

3.2 方案二

方案二的主旨是弱電系統按線分別布置，但仍接入統一的換乘站綜合監控平臺并與不同的控制中心兼容；同時通過主干節點機分別接往A線和B線其他車站，以及控制中心或其他指揮中心（見圖3）。

3.3 方案三

方案三的主旨是A線和B線的弱電系統按線分別布置，接入自己的綜合監控平臺并與各自的控制中心兼容；同時通過主干節點機分別接往A線和B線其他車站，以及控制中心或其他指揮中心。不同線路間的監控系統通過數據轉換設備FEP（前端處理器）和網關進行數據溝通并達到聯動的功能（見圖4）。FEP作為網關，主要圍繞正常、災害、故障、阻塞等模式進行設計。例如，從運營管理角度出發，在正常運營模式下，通過FEP網關，乘客可通過PIS了解換乘線的信息；在非正常運營模式下，FEP網關可相互提供相關報警信息，各弱電系統自動轉變為相應應急模式，為防災、救援和事故處理的指揮提供方便。

圖2 方案一框架圖

圖3 方案二框架圖

圖4 方案三框架圖

4 換乘站綜合監控平臺設計方案對比

在換乘站綜合監控平臺方案選用上，需考慮換乘車站的運營管理模式、集成商的能力、方案的技術難度及經濟代價等因素。三種方案的各種特性對比見表2。構建換乘站綜合監控平臺，主要是實現外圍設備處理器（控制器）、網絡、人機界面、信息及空間（綜合監控平臺的工作站及主機設置一套并放置于同一房間）共享。如果能達到信息共享，則達到了換乘站的主要管理目標。因此，方案一、方案二和方案三都可以獲得資源共享的最大優勢。

表2 換乘站綜合監控平臺構建方案對比

每個方案的實施需要不同的前提，且實施難度不一，因此在工程實施中，應根據具體軌道交通建設的情況，采取相應的技術方案，并做好規劃，以達到資源共享、增加運營效率、降低建設成本及維護成本的目的。對于全新的換乘站，當選用方案一時，2線車站土建需同期執行，且2線系統以單一招標方式設置；當選用方案二時，車站土建及2線系統的招標和設計需同期執行，并由單一承包商構建車站傳輸網絡；當選用方案三時，車站土建同期執行，2線系統可由不同承包商提供，可先后運營，網關由后來者負責。可以看出，方案三的實施更具一定的靈活性。從系統使用效果看，方案一最好，但其集成難度最高。方案的集成難度越高，其風險越大，對承包商的要求也越高，在選擇時應注重承包商的集成經驗及能力。換乘站的換乘形式對方案的選擇也有一定的影響。2線換乘越方便，其對聯動的要求越高，此時方案一更具優勢。

構建換乘站綜合監控平臺主要是為運營管理服務。統一管理、防災聯動等是換乘站建設的重點，要不斷調整已有的運行管理模式與綜合監控系統的適應性。同時，在換乘站綜合監控平臺構建過程中，需要業主及設計提前考慮防排煙設施及模式、給排水設施、換乘站客流組織方式和分界原則等諸多難點問題。

5 結語

換乘站機電系統包括空調及通風、給排水及消防、供電、弱電等多個系統，綜合監控平臺可用于監控所有的弱電系統。目前，新建軌道交通工程幾乎都選擇建設綜合監控系統，車站綜合監控平臺已成為監控系統的發展方向。換乘站綜合監控平臺的構建，可實現換乘站設備的協調統一管理，有效提高系統的可靠性、響應性和運營效率，并實現成本的最小化和運營效益的最大化。本文針對全新2線換乘站提出了換乘站綜合監控平臺構建的三種方案，并進行了對比分析，為今后換乘站綜合監控平臺的構建方案選擇提供理論依據。

［1］Jablonski T R.New York City’s subway century：rail transit’s role in growth and development［R］.Washington DC：Transportation Research Board Business Office，2006：3－7.

［2］魯放，韓寶明，李得偉.網絡化城市軌道交通在城市客運中的骨干作用［J］.綜合運輸，2008（2）：67.

［3］Drolet M，Beckley D.Control centers：human machine factor aspects［J］.Developments in mass transit systems，1998，156（4）：146.

［4］Chang C S，Xu D Y.Differential evolution based tuning of fuzzy automatic train operation for mass rapid transit system［J］.Institution of Engineering and Technology，2000，147（3）：206.

［5］Schiitte J.Recent trends in automatic train controls［C］∥Oakland：Intelligent Transportation Systems，2001：813－819.

［6］Joy J E.Objectively assessing automatic vs.manual control for transit systems［C］∥Arlington：the International Conference on Automated People Movers，2009：546.

［7］張森.基于故障樹的地鐵綜合監控系統可靠性分析方法研究與軟件研制［D］.成都：西南交通大學，2007.

［8］費振豪.基于NTP的地鐵綜合監控系統時鐘同步技術的研究［D］.成都：西南交通大學，2004.

［9］王開滿，王軍，張慎明.城市軌道交通自動化綜合監控系統的集成模式［J］.城市軌道交通研究，2007（3）：57.

［10］羅利平.城市軌道交通綜合監控系統集成方案［J］.城市軌道交通研究，2008（11）：7.

［11］戴琳.軌道交通綜合監控系統運行模式研究［J］.鐵道工程學報，2008（2）：73.

［12］湛維昭.地鐵綜合監控系統的集成模式［J］.都市快軌交通，2007（4）：82.

［13］李世雄.上海軌道交通線網的換乘［J］.城市軌道交通研究，2004（4）：66.