新一代城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

王建文 唐 敏

(廣州地鐵設計研究院有限公司，510010，廣州∥第一作者，工程師)

自2002年中國大陸地區(qū)第一條城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(SICS)——廣州地鐵3號線SICS成功投入運營以來，SICS已走過了其第一個起步的10年，進入了新的發(fā)展周期。SICS的引入和應用使城市軌道交通自動化水平達到了一個新的高度。SICS已成為當今城市軌道交通控制系統(tǒng)建設的首選。

SICS從業(yè)人員在這10多年的設計、開發(fā)、實施、使用、維護的過程中，積累了豐富的經(jīng)驗教訓，進行了大量的創(chuàng)新、試驗和總結等工作。同時，也發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)的SICS在建設和運營上存在的問題及需要深入分析和優(yōu)化完善之處。為此，本文提出新一代SICS的設計和建設理念應重點考慮的幾個方面:

1)注重系統(tǒng)的功能定位與運營需求相融合;

2)注重安全性、可靠性和實用性相結合;

3)注重先進性與成熟性相協(xié)調(diào);

4)注重全壽命周期成本為最低;

5)注重可持續(xù)發(fā)展;

6)采用先進系統(tǒng)技術，為企業(yè)提供增值的解決方案和服務;

7)為企業(yè)向數(shù)字化、信息化和智能化方向發(fā)展提供解決方案和基礎平臺。

基于上述幾點，現(xiàn)對新一代SICS的發(fā)展提出以下若干優(yōu)化設計思路和方向。

1 新一代SICS的信息共享和數(shù)據(jù)挖掘

SICS接口眾多、數(shù)據(jù)完備，是一個多專業(yè)關聯(lián)的大型監(jiān)控系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)處理、存儲技術水平的不斷提高，新一代SICS應在傳統(tǒng)規(guī)模上適當擴大其集成互聯(lián)范圍的深度和廣度，充分發(fā)揮其在地鐵信息化平臺中的數(shù)據(jù)倉庫(Data Warehouse)的作用，為信息共享和數(shù)據(jù)挖掘工作提供基礎。

1.1 拓展SICS內(nèi)部的聯(lián)動功能

地鐵中圍繞車輛運行和旅客服務的各機電系統(tǒng)是彼此關聯(lián)的。隨著地鐵運營管理的發(fā)展，導致各專業(yè)之間的關聯(lián)性日益加強。

傳統(tǒng)的SICS已具備的基本聯(lián)動功能可分為2大類:一類是對日常事務的響應(比如列車到站自動廣播等功能);另一類是針對事故和災害的措施(比如火災模式、緊急疏散等)。但其在面向乘客服務、節(jié)能措施等方面并未充分發(fā)揮出優(yōu)勢。因此，在設計新一代SICS的聯(lián)動功能時，除滿足運營基本的需求外，還應重點考慮以下幾個問題:一是發(fā)揮聯(lián)動在節(jié)能措施方面的作用;二是重視聯(lián)動在提高乘客服務質(zhì)量方面的作用;三是功能模塊對后期需求擴展的適應性。

SICS集成互聯(lián)的范圍廣，基礎數(shù)據(jù)豐富，在充分了解運營需求的前提下，通過深度的數(shù)據(jù)挖掘，便可實現(xiàn)地鐵眾多自動化子系統(tǒng)的多種協(xié)調(diào)聯(lián)動。圖1提出的新一代SICS子專業(yè)聯(lián)動關系，相比傳統(tǒng)的SICS聯(lián)動場景數(shù)量增加了10%～20%。

圖1 新一代SICS子專業(yè)的聯(lián)動關系

1.2 實現(xiàn)SICS與上級指揮系統(tǒng)的信息交互

大城市的軌道交通系統(tǒng)隨著換乘樞紐數(shù)量的逐漸增加，都會最終形成一個較密集的線網(wǎng)。為了解決城市軌道交通線網(wǎng)運能匹配、線網(wǎng)客流引導、維修綜合調(diào)度、緊急事件協(xié)調(diào)處理、線網(wǎng)運營服務信息統(tǒng)一發(fā)布等一系列問題，線網(wǎng)指揮中心(NOCC)的概念應運而生，旨在對全市的軌道交通線路進行集中調(diào)度管理。

在廣州、北京、上海等一線城市的地鐵建設初期，未充分考慮線路與線網(wǎng)間的數(shù)據(jù)共享問題。如北京，為了解決線網(wǎng)指揮中心的建設問題，后在小營新建了1座容納14條線路規(guī)模的控制中心，并將在其它地點已建成投運的控制中心搬遷至小營，造成了追加投資和資源浪費;又如廣州，在建設線網(wǎng)應急指揮中心時，由于前期線路建設時沒有充分考慮到與線網(wǎng)平臺的接口問題，在實現(xiàn)信息互通的過程中也費了一番周折。因此，保證NOCC實現(xiàn)其功能的前提除了線路級SICS具備充足的基礎數(shù)據(jù)外，新一代SICS還必須具備與NOCC的通信接口，將SIG、SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)、BAS、FAS、FG(防淹門)、PSD等專業(yè)的信息統(tǒng)一上傳，并確保這類基礎數(shù)據(jù)的全面性和可規(guī)劃性。同時，針對NOCC的功能特點，新一代SICS應具備可對各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)做第一階段的甄選處理的功能，只上傳與管理、決策行為相關的基礎數(shù)據(jù)類型。

1.3 實現(xiàn)SICS的對外信息發(fā)布

當在正常工況下運營時，站級的車控室、線路控制中心、線網(wǎng)指揮中心作為SICS的監(jiān)控管理層應對日常事務進行協(xié)調(diào)管理;當發(fā)生運營事故或重大事件時，往往需要高層領導來對其進行決策。但緊急和重大事件的發(fā)生往往沒有征兆，決策者受到時間和空間條件的限制難以從現(xiàn)場獲取信息來源。因此，新一代SICS應能提供通過公共網(wǎng)絡遠程訪問的功能。

近年來，基于Internet(因特網(wǎng))Intranet(企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng))的WEB技術已在眾多控制系統(tǒng)中廣泛應用并日趨成熟，企業(yè)可通過Intranet方式和公眾數(shù)據(jù)交換網(wǎng) Internet方式，實現(xiàn)遠程瀏覽實時畫面、報表、事件記錄、保護定值等現(xiàn)場信息。SICS結合WEB訪問功能為更高一級管理者直接了解和參與現(xiàn)場管理提供了條件。通過基于服務器/瀏覽器技術，決策者即便遠離控制中心，亦可隨時獲取運營的實時信息。

1.4 通過SICS組建異構交通信息平臺，實現(xiàn)智慧交通

城市中除了建設軌道交通外，還并存有多種類型的交通系統(tǒng)，如快速公交系統(tǒng)(BRT)等，并與地鐵接駁。在現(xiàn)代化城市中，多種交通形式相輔相成、互相配合，形成了一個龐大的網(wǎng)絡體系。如果能實現(xiàn)多種交通系統(tǒng)的信息共享、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，對提高整個城市的綜合管理水平、運營效率等都有著非凡的意義。因此，近年來提出了異構交通信息平臺這一概念，這個平臺也是國家智慧城市的概念設計中有關智慧交通領域內(nèi)的重要一環(huán)。

地鐵，作為城市公共交通的主干，是擔當落實智慧城市智能交通概念的最好角色。新一代SICS信息平臺將著眼于多種交通模式(如地鐵、輕軌、道路公交、出租車、火車、機場等)的換乘與銜接。比如，可在多種交通模式間(如地鐵與道路公交)統(tǒng)一協(xié)調(diào)時刻表，提供實時的交通、路況、天氣、突發(fā)事件等信息，為乘客提供動態(tài)出行計劃。

這種數(shù)據(jù)共享帶來的是面向市民服務的社會效益最大化，從而提高市民生活的便捷度與生活質(zhì)量。如果說NOCC的線網(wǎng)客流引導還只是基于城市軌道交通自身的話，那么異構交通信息平臺可同時考慮地面和地下交通的擁堵狀態(tài)、潛在客流高峰、出租車空載率和可用度、道路公交線路的時刻表等。相應地，每個出行的市民也可作為一個傳感器來反饋城市交通的信息，比如利用智能手機迅速上傳某件事故或突發(fā)事件的報警信息。這也是新一代ISCS的發(fā)展方向。

2 新一代ISCS與運營生產(chǎn)和管理

傳統(tǒng)的ISCS受到系統(tǒng)成熟度、設計理念、投資規(guī)模甚至工期等因素的影響，往往是重監(jiān)控，輕管理。事實上，ISCS是一個巨大的設備信息平臺，為各相關系統(tǒng)提供信息資源共享。因此，ISCS在企業(yè)管理方面有著天然的優(yōu)勢。發(fā)揮這種優(yōu)勢，推進ISCS的管控一體化也是新一代ISCS發(fā)展的趨勢之一。

2.1 整合維修網(wǎng)絡，引入資產(chǎn)管理

在集成維修管理系統(tǒng)中，ISCS有著天然的優(yōu)勢。ISCS從集成或互聯(lián)的各子系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)包含設備在線/離線信息、故障與異常信息、設備關鍵信息(如電壓、電流、溫度)等。日常的運營可以在ISCS終端上對設備進行實時監(jiān)控，對出現(xiàn)的設備故障與異常信息進行分析，合理地安排維修。另一方面，ISCS的歷史數(shù)據(jù)記錄功能可有效地記錄設備動作次數(shù)、連續(xù)工作時間等信息，可以據(jù)此安排合理的預防性檢修，提高各系統(tǒng)的安全性與可靠性，延長設備使用壽命。

基于ISCS平臺的集成維修管理系統(tǒng)可以直接利用現(xiàn)有的ISCS設備(服務器、工作站、網(wǎng)絡設備等)，無需額外投入過多的硬件設備，因此節(jié)省了設備成本。集成維修管理系統(tǒng)可提供設備管理、狀態(tài)實時監(jiān)測、設備維修計劃、維修工作流管理及報表等功能。所有的功能均可由ISCS提供統(tǒng)一風格的人機界面(HMI)。

2.2 實現(xiàn)能源管理，貫徹節(jié)能減排

地鐵是城市公用設施中最大的耗電用戶之一，解決地鐵節(jié)電問題是目前國際上正在大力攻關的一個課題。ISCS擁有較全面的地鐵設備及環(huán)境的運行數(shù)據(jù)，如何利用其提高地鐵能效管理的水平，也是目前ISCS重要的應用發(fā)展方向。

基于ISCS平臺的電能管理系統(tǒng)功能應包括全面采集各場所用電量及電能質(zhì)量信息，分析各供用電子系統(tǒng)的電能質(zhì)量，持續(xù)跟蹤諧波治理及無功補償后的系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，建立環(huán)境溫度、客流、列車上線情況和能耗的模型，分析運營方式與能耗關系，從而改變用電習慣，建立協(xié)調(diào)能耗聯(lián)動控制機制，以達到節(jié)能目的。

2.3 優(yōu)化培訓系統(tǒng)，做到物盡其用

在對若干條國內(nèi)已開通運營的地鐵線路的回訪中了解到，運營人員對培訓管理系統(tǒng)(TMS)的利用情況并不理想，究其原因有以下3點:

1)在設計期間，對TMS的用戶需求不明確，導致軟件集成廠家開發(fā)的平臺不適用于用戶;

2)每條線路ISCS均設置有TMS，但其規(guī)模和對真實情況的模擬程度有限，達不到理想的培訓效果;

3)運營單位自身對培訓的組織和重視程度不高，也是導致TMS閑置的原因。

由于運營單位的培訓工作具有較為集中、定期等特點，因此新一代ISCS的TMS功能定位和建設，可以考慮從分散性設置思路轉變?yōu)榧惺皆O置，全線ISCS、FAS、BAS、ACS等集中設置于一處線路實訓中心。其具有和正線相同的IBP(應急后備操作盤)、大屏幕(使用投影模擬)、調(diào)度臺及其配套設備，并搭建FAS、BAS等子專業(yè)的仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)最大程度的真實現(xiàn)場還原。

另外，TMS的建設初期應明確面向的對象，對不同職能的人群(如車站站務人員、中央調(diào)度人員、維修人員等)訂制有針對性的功能模塊，并能最終形成一套完整的考核系統(tǒng)，使得運營管理正規(guī)化、完整化。

2.4 升級決策支持功能，適應運營需求

運營管理中，對緊急事件響應速度的要求與站務、調(diào)度人員處理能力之間存在矛盾。因此，運營部門會事先針對不同的緊急情況制定相應的應急預案，這一行為促進了ISCS決策支持功能的發(fā)展應用，可實現(xiàn)以運營應急預案為基礎的決策支持系統(tǒng)，在緊急情況下給調(diào)度人員的行動作指引。

決策支持系統(tǒng)是一種輔助決策者通過數(shù)據(jù)、模型和知識，以人機交互方式進行半結構化或非結構化決策的計算機應用系統(tǒng)。它是信息管理系統(tǒng)(MIS)在向更高一級發(fā)展過程中產(chǎn)生的，可為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環(huán)境。可通過該系統(tǒng)調(diào)用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質(zhì)量。

新一代綜合監(jiān)控決策支持系統(tǒng)應發(fā)揮其基礎數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)對應急事件處置的可視化指揮。決策支持系統(tǒng)可提供預案分析工具，用于對選定預案的執(zhí)行效果進行預覽。

伴隨著ISCS平臺的資源共享，數(shù)據(jù)也從單純的交通領域逐步延伸到其他相關領域。比如:決策支持系統(tǒng)可以融合地理信息系統(tǒng)(GIS)，對應急組織、救援設施、醫(yī)療設施等進行快速查詢、定位;決策支持系統(tǒng)可為應急預案、應急組織、應急物資、危險源等提供綜合展現(xiàn)的平臺。

3 提高ISCS的靈活性

傳統(tǒng)的ISCS軟件平臺中，不論是數(shù)據(jù)庫還是上位組態(tài)畫面，其客戶端大都為固化和封裝的，這給用戶的使用、調(diào)整和維護帶來不便。以廣州地鐵為例，若某車站名稱發(fā)生了變更，則相關系統(tǒng)的監(jiān)控軟件平臺的界面也應修改，但此軟件并未開放界面的修改權限，因此一個簡單的修改行為，會花費較大的變更費用。

針對運營需求具有動態(tài)變化的特點，新一代ISCS軟件平臺宜將一部分的功能模塊可編輯化，比如聯(lián)動功能模塊、PSCADA(電力監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)程控卡片功能模塊、決策支持功能模塊等。

聯(lián)動功能模塊除了一些缺省和預定義的聯(lián)動場景之外，運營調(diào)度人員還可以跟隨平臺界面的指導，通過對觸發(fā)方式、執(zhí)行方式、聯(lián)動步驟等內(nèi)容做一系列的定義，從而實現(xiàn)對聯(lián)動場景自設計和編排，使其能更靈活地滿足運營需求。

PACADA程控卡片功能模塊也宜具備可編輯程控卡片內(nèi)容的功能，通過申請、審核等運營管理機制的配合，電力調(diào)度可以自行編輯并定義其需要的程控卡片內(nèi)容。

功能的靈活性與平臺的安全性存在一定矛盾，因此在軟件設計時不能單方面地因靈活性而忽視了安全性，可以通過功能的面向對象(比如面向使用者還是維修者)，加入一些審核機制來達到靈活性與安全性并存。

4 新一代ISCS的標準化研究

近年來國內(nèi)地鐵建設的特點之一是線路數(shù)量多、工期緊、缺乏資深的專業(yè)人員，因此，模塊化、標準化與開放性的設計理念，有利于提高項目完成的質(zhì)量和效率。

針對ISCS，其標準化研究可以分為:面向信息及傳輸?shù)臉藴?包括數(shù)據(jù)庫體系結構模塊化和標準化、信息傳輸模式標準化、與相關專業(yè)接口及協(xié)議的標準化等)，面向硬件及工程實施的標準(包括設備選型 、生產(chǎn)制造 、施工、測試、調(diào)試及驗收等標準化)，以及面向用戶的信息標準(包括人機界面、操作模式、權限管理等標準化)等。

5 結語

通過10多年的應用和發(fā)展，ISCS已成為當今城市軌道交通建設中不可或缺的一部分。在新的發(fā)展階段，新一代ISCS應在技術方案上具有前瞻性，在功能方面更加適應運營生產(chǎn)和管理的需要，并能有效提高乘客服務水平;在新一代ISCS搭建的各個階段應注重其標準化建設，以利于工程項目的經(jīng)濟性。作為自動化技術發(fā)展的必然趨勢，ISCS必將在城市軌道交通行業(yè)中繼續(xù)穩(wěn)步邁進，大放光彩。

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