軌道交通異構技術防范系統集成方案的設計與研究

樊 穎 徐 鵬 何 偉

（1．上海申通地鐵集團有限公司，上海 200237；2．公安部第三研究所，上海 200031）

隨著城市發展的需要，大容量的公共交通工具——城市軌道交通建設正在如火如荼的進行中。城市軌道交通的安全運行始終是各地政府、運營單位和公安機關極為關心的事情，國家和各地也先后頒發或正在制定有關的標準和法規。

技術防范系統作為軌道交通保障安全運行中最為直觀的系統之一，越來越被各相關部門所重視。然而隨著安全運營實踐的深入，技術防范系統資源的使用已不能局限于某一條線路、某一個部門。鑒于軌道交通的架構和不同的建設時期，導致技術防范系統必定是分布式、分散化的形式。所謂分布式指技術防范系統通常為分布式結構，所謂分散化指各控制中心的分散化。眾所周知，中國的軌道交通建設已有四十多年的歷史，就是上海軌道交通的建設也有十多年的歷史。每條軌道交通建設的時間不同，采用的技術也不盡相同，如何盡可能地利用既有設備，將各種異構、分布式的技術防范系統資源與各職能不同、分散式的控制中心需求進行有機整合，建成城市級的軌道交通技術防范系統是擺在各地政府面前的一個棘手問題。本文將闡述上海城市級軌道交通技術防范系統的整合方案，并對整合過程中遇到的問題進行探討。

1 上海城市級軌道交通技術防范系統設計方案

1.1 大型分布式異構技術防范系統集成的提出

截止到2011年12月底，上海共建設了420 km軌道交通，名列世界前三，覆蓋的區縣達到16個（上海共有17個區、1個縣）。隨著線路里程的增加，影響力的加大，如果僅靠一個軌道交通總隊指揮中心是沒有辦法做到及時有效地處理各種突發事件。由于軌道交通線路有幾十公里長，以線路為管理單位建設分控中心也同樣不能做到及時處置突發事件。只有打破按線路控制的模式，建立按區域集中控制與多部門協調管理相結合的技術防范系統的新模式，將各條軌道交通異構技術防范系統進行集成，建成多個可依據實際工作需要對管轄范圍、管理權限進行動態調整的分控制中心。

1.2 實現方案

上海軌道交通自1995年建設至今已建設了11條線和1段世博線，由于建設時間的不同，采用的技術、設備和方式也不相同，要保留既有的系統設備，不影響既有線路的正常運行，又要實現集中控制，這就給系統的建設帶來了很大的困難。

現有的軌道交通是一個大型分布式異構系統，經過調研，發現以下問題。

1）軌道交通在建設的過程中經常預敷設備用光纖，如果沒有多余的光纖，利用軌道交通的線路走向，也比較容易敷設。

2）軌道交通的一些較早線路預留給技術防范系統的通信帶寬明顯不足，而改造既有通信鏈路，代價不菲且風險較高。

3）對于一些較新的線路，已采用了準數字化的系統，在采取一定限制措施的情況下，帶寬基本能滿足各控制用戶的需求。

鑒于上述情況，在系統設計時，根據不同的線路采用不同的傳輸方案，主要有模擬及模擬數字相結合的方式。將來在新線的接入過程中，如果帶寬允許，還可采用全數字的方式。

1）車站系統構成

車站系統通常會有兩種實現方式，一種是通過模擬光端機將圖像傳送至線路的OCC，控制信令走既有的IP通道，由車站服務器接收來自各分控中心的指令，并控制車站矩陣，將所需的圖像切換至模擬光端機的輸入端，系統結構如圖1所示。

另一種在本地進行圖像的數字化編碼，在本地解碼或各分控中心解碼，通過既有的網絡通道實現圖像的傳輸，各分控中心與車站視頻服務器完成圖像調用指令的交互，典型系統結構如圖2所示。

2）線路控制中心系統構成

對于各線路的控制中心可以根據車站情況分別進行設計，對于模擬為主的監控系統，可以通過中心矩陣及光端機完成至各分控中心的圖像傳輸，而對于準數字系統可以在線路中心進行圖像的解碼并通過光端機進行傳輸或直接在各分控中心進行圖像的解碼，線路中心僅僅起到信令傳輸的作用，圖3是模擬系統線路中心的系統構成圖。

3）分控中心和其他上層控制中心系統構成

在帶寬資源不足的線路，每個車站均有4路視頻信號通過模擬光端機傳送各自線路控制中心的矩陣，而對于一些帶寬資源相對較好的線路，可以在OCC或上層控制中心進行圖像的解碼調用。各分控中心的指令經本中心的視頻服務器發出，一是控制本地的視頻矩陣，二是以統一的協議，經光端機或其他的IP通道至所控線路的安防服務器，由該服務器將指令轉換成線路既有的協議，實現對車站設備控制和切換；控制云臺和鏡頭指令通道也是如此，只是多了一個控制優先級的判斷。各車站的入侵報警系統則與電視監控系統進行聯動，當某一個車站發生入侵事件時，報警探測器向本地的報警主機發出報警信號。該主機收到報警信息后，一是將報警信息送報警鍵盤顯示，驅動打印機記錄報警發生的時間、地點等信息，驅動現場警燈和警號；二是將報警信息送本地視頻服務器，聯動相關攝像機圖像信號，在圖像上疊加報警字符；三是通過傳輸系統，由本地的視頻服務器向線路控制中心的安防視頻服務器輸送報警信息，向相關分控中心的安防服務器輸送報警信息，將相關圖像切換至指定監視器上顯示，并在圖像上疊加報警字符。系統框圖如圖4所示。

2 異構技術防范系統集成方案的關鍵

由上述的集成方案可見，完成一個城市級的軌道交通異構技術防范系統集成的關鍵如下。

1）統一的控制協議

對于絕大多數的異構技術防范系統來講，視頻服務器通常是一個系統的核心，它負責圖像資源、設備狀態等的控制和管理。而由于設計時間的不同、實施單位的差異等，各技術防范系統內部采用的協議各不相同。因此必須在各分散的控制中心與異構技術防范系統之間定義一套統一的控制協議，根據這套統一的控制協議完成中間件的開發。

2）統一的數據來源

由于系統的分布式、分散性，必然造成對數據統一性的要求非常高。而軌道交通內攝像機的數量已達到相當大的級別，光靠人工手段來解決已經變得相當困難，同時各異構技術防范系統內各子系統也相對較多，子系統間數據的關聯性又普遍較弱，因此，需通過網管之類的系統來實現數據的單進→分發(包含各應用子系統)→單出(至各分控中心 )。

3）合理的實施方案

在實施過程中，由于設備種類、網絡環境有差異，因此各種異構系統的集成方案應該有著具體的針對性，如在上海的方案中傳輸就采用了模擬、模數結合、數字等方式。同時在軟件的配置過程中，也充分考慮環境的影響，根據線路的實際情況，制定合理的實施方案。

4）可靠的交互性設計

當單一攝像機的信息被發散至各分布式異構環境中，系統間的耦合性及整個系統的魯棒性就變得極為重要，這就需要在各子系統之間、各控制界面之間有可靠的交互性設計。這種設計不僅僅體現在車站—線路中心—上層分控中心3層之間的信息交互及容錯能力上，還應該體現在各人機界面之間，圖像疊加信息內容等方面的設計等，如人機界面之間的信息同步、球機控制信息在圖像上的實時動態顯示等。

3 結束語

隨著我國城市軌道交通的發展，隨著反恐防暴等級的不斷提高，軌道交通的安全已是各地政府、公安管理部門、運營部門越來越重視的問題。如何最經濟化的將技術防范系統的資源共享給各個相關部門，為安全運營提供有力技術支撐，就一定要考慮在保留既有系統設備的基礎上建設大型分布式異構環境下的技術防范系統，用最小的投入，獲得最大的效益，為建設“平安城市”、“平安軌道交通”奠定良好的基礎。