地鐵綜合監控系統關鍵技術研究與應用

穆懷遠

摘要：綜合監控系統為地鐵的運營提供了一個集中監控、集中調度和管理的平臺。本文從地鐵綜合監控系統的概念出發，論述了綜合監控系統的組成和結構，并結合長沙軌道交通1號線的綜合監控系統的建設經驗，探討了綜合監控系統中控制權限移交、聯動功能設計、接口主備路徑探測等關鍵技術問題，并給出相應的實現方法，為其他地鐵綜合監控系統項目的設計與實施提供參考。

關鍵詞：地鐵；綜合監控；系統結構；關鍵技術

中圖分類號：U231.92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0090-02

1 前言

由于地鐵分立式自動化系統具有各專業信息孤立[1]、不利于運營管理與統一調度的缺點，近年來已逐漸由綜合監控系統所取代。地鐵綜合監控系統是一個大型分層分布監控系統，通過與各專業系統集成與互聯的方式，實現統一監控、互聯互通、設備集中管理和維護、資源共享、以及緊急與突發情況下事件的及時處理與控制，從而提高地鐵的整體運營管理和調度水平。

2 地鐵綜合監控系統結構

2.1 總體結構

綜合監控系統總體上分為中心級、車站級（含車輛段）和現場級三層結構[2]。中心級負責全線車站設備的監控、以及對全線車站各專業的統一調度和控制。車站級負責本車站或相鄰車站設備的監視與操控，根據運營的管理需求不同，又分為車站平行模式和車站組群模式。車站平行模式中，各車站系統之間相互獨立、地位平等，通過環網連接；車站組群模式是群組內車站采用星型結構，由一個軸心站和若干衛星站組成，群組內車站主要監視和控制功能由軸心站完成。現場級通過各專業子系統內部監控和車控室的IBP操作盤監控的方式來實現。

長沙軌道交通1號線綜合監控系統采用三級結構設計，車站級采用車站平行模式，該模式結構簡單，各車站服務器負載均衡，有助于降低設備故障風險。

2.2 硬件系統

綜合監控系統的硬件部分主要分為系統主干網、車站綜合監控系統和中心綜合監控系統三大部分。

2.2.1 主干網結構

綜合監控主干網是連接各車站、車輛段綜合監控系統和中心綜合監控系統的紐帶，是各系統之間數據傳輸的通道，也是整個系統結構的基礎。為了提高系統的穩定性，目前綜合監控主干網通常都采用單獨光纖通道傳輸。

考慮到整個系統網絡的穩定性，綜合監控主干網通常采用冗余的雙環網結構，以便當某部分網絡出現故障時，系統能夠及時通過網絡冗余切換來保障整個系統的網絡通暢。雙環網冗余結構一般有兩種，一種是相互獨立的雙環網結構，一種是級聯雙環網結構。

獨立的雙環網將車站和中心設備分別連接至兩個獨立的主干環網，兩個環網內設備采用相互獨立網段的IP地址，在各節點處雙網交換機沒有關聯。該結構在單個環網中設備故障時，通過軟件切換到另一個環網上進行數據傳輸。

級聯雙環網的結構是在各節點處雙網交換機之間進行級聯，兩個環網內設備采用同一網段的IP地址。這種結構的好處是設備的IP規劃比較簡單，但是對網絡風暴的應對性較差。

根據實際需求，長沙軌道交通1號線采用獨立雙環網結構，兩個環網分別為A網和B網，車站和中心分別設置A、B網交換機，各節點的綜合監控設備采用雙網卡分別與A、B網的交換機相連。長沙軌道交通1號線綜合監控系統環網拓撲圖如圖1所示。每個環網內部設置物理上連接、邏輯上斷開的虛擬斷點，防止成環。當某個環網內的交換機故障時，綜合監控的平臺軟件通過網絡探測和和切換機制，切換到另一個環網上進行數據傳輸，從而保證系統通訊不受影響。

2.2.2 車站綜合監控系統結構

車站（含車輛段）監控系統負責車站系統內于之相連接的各子系統數據的采集及監控，主要包括車站雙網交換機、冗余服務器、冗余前置機、冗余雙屏值班員工作站及打印機等設備。這些設備通過車站子網連接在一起，組成一個有機整體完成對車站設備的監控，并通過交換機連接綜合監控主干網，與控制中心進行通訊。

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急操作。一般適用于綜合監控系統或操作界面故障情況下的臨時操作或者火災等其他特殊緊急情況下的人工干預操作。IBP盤的盤面布置根據需求來確定，一般包含BAS隧道系統、大、小系統、扶梯；FAS系統消防水泵；屏蔽門、門禁、閘機的緊急開門；信號的緊急停車等操作按鈕。

2.2.3 中心綜合監控系統結構

中心綜合監控系統不僅監控與本系統連接的子專業系統設備，還需要監控整條線路所有車站設備的運行情況，并增加了與調度管理相關的其他功能要求，因此系統硬件配備更高、更完備。一般配置有雙網交換機、冗余實時服務器、冗余前置機、冗余歷史服務器、磁盤陣列、磁帶記錄裝置、調度員工作站（總調、電調、環調、信調等）、大屏幕系統（OPS）等設備。

2.3 軟件結構

綜合監控軟件結構總體上說可分為數據采集與轉換層、數據處理與存儲層、數據應用顯示層。數據采集與轉換層作用為采集各接口專業的數據并進行協議轉換，轉換為軟件平臺數據內部統一的數據結構，并將上次發送的控制命令轉化為報文發送到對應的接口；數據處理與存儲層對數據進行二次處理，例如取反、賦值等計算，然后將數據存放于實時數據庫及歷史數據庫供數據應用顯示層調用或查詢；數據應用顯示層將數據值以可視化的方式通過界面呈現給監控人員，并將操作員的控制操作信息反饋給下層。如圖2所示。

3 關鍵技術分析與實現

3.1 控制權限移交技術方案及實現

為防止不同操作員操作同一設備時造成的設備損壞以及引發其他故障，綜合監控系統需要對控制權限進行管理[3]。從綜合監控的角度看，對于某個設備來說，通常控制級別分為中心控制、車站控制和就地控制，這三者當中，中心控制和車站控制屬于互斥關系，而就地控制又和中心控制或車站控制屬于互斥關系。出于設備檢修、維護以及應急情況處理的需要，設就地控制擁有最高控制權，當設備出于就地狀態時，中心與車站均不能進行操作。正常情況下，設備處于遠方位，供操作員在綜合監控界面進行操作。endprint

綜合監控通常對電力（PSCADA）和環控（BAS）專業設定控制權移交方案。

（1）根據需求，長沙軌道交通1號線PSCADA系統，就地級權限分為整站變電所控制和單個設備就地控制。單個設備就地控制擁有最高控制權限，其次是變電所控制，變電所有權控制整所的控制權是在本所還是在綜合監控（中心控或車站控）。這樣，綜合監控系統僅需對設備的就地和變電所控制的狀態進行判斷并對界面控制操作加以限制，而對中心、車站兩級權限做移交功能即可。PSCADA權限默認在中心，由電調操作員進行控制，在調試等特殊情況下，電調可將權限由中心移交給車站，中心可對控制權強行收回。當綜合監控系統故障時，電調給變電所下達命令，變電所操作員將權限收回至變電所操作。如圖3所示。

（2）對于BAS系統，就地級權限分為環控室控制和單個設備就地控制。同樣設備就地控制控制權最高，其次是環控室控制。由于中心和車站操作員對環控設備都需要進行操作，因此中心和車站兩地都可以對控制權進行移交，并分別可以具有強制收回。

3.2 聯動技術方案及實現

綜合監控系統可以跨越各子系統進行信息交互，因此可以實現不同系統間的聯動功能。聯動按類型分有日常運營聯動、火災聯動和阻塞聯動；按觸發類型又可分為自動、半自動和手動[4]。

長沙軌道交通1號線的聯動主要有車站火災聯動、區間火災或阻塞聯動、到站廣播聯動幾種。

（1）車站火災聯動設計方法是當車站任何區域火災時，火災報警系統（FAS）探測設備發出信號，綜合監控收到信號以半自動方式觸發本站的火災聯動，車控室操作員收到界面的提示信息確認執行聯動后，觸發廣播（PA）和乘客信息（PIS）系統播放疏散提示信息。與此同時FAS系統將火災信息傳送給BAS系統執行相應火災模式，通過硬線連接方式傳給門禁及閘機系統釋放客流疏散。災情消除后，FAS探測設備復位并將信息傳給綜合監控，綜合監控以自動方式聯動PA停止。

（2）區間火災或阻塞聯動設計在控制中心由環調操作員監視操作。區間火災時，由區間FAS探測設備發出信號給BAS系統觸發某個區間火災模式，此時中心綜合監控界面上或出現相應火災提示，環調收到提示在當前界面可快速通過按鈕手動觸發相應模式執行。區間阻塞時，ATS系統發出信號給綜合監控，同樣環調手動相應的阻塞提示時，通過手動方式觸發模式執行。

（3）到站廣播聯動設計在各車站的綜合監控系統執行。ATS系統將各站臺的列車“即將到站”和“已到站”信號傳送給中心綜合監控系統，中心綜合監控系統再將各站臺的到站信息傳送的相應各車站，車站綜合監控系統收到信號后自動觸發對應站臺廣播區播放到站廣播信息。

3.3 接口通訊狀態監視技術方案及實現

對于綜合監控系統，接口的通訊狀態直接關系著對應子系統的監控功能的實現。綜合監控系統一般是通過數據接口層的軟件進程來判斷與子系統的接口狀態。對于擁有主備冗余通道的接口來說，除了必須要監視主通道的通訊狀態，還應盡可能監視備通道狀態，以便維護人員及時發現通道上問題。

長沙軌道交通1號線采用在主通道正常收發報文、在備通道的發送探測報文的方式來監測主、備用通道的通訊狀態。該方式與網管系統的單純在物理鏈路層面探測主備通道連接狀態的方式相比，不僅能探測物理鏈路的通斷，還能探測對方通訊服務以及通訊格式方面的異常，方面維護人員管理。

4 結語

隨著綜合監控在國內地鐵系統中的廣泛應用，其相關技術也變得越來越成熟，在未來擁有廣闊的發展空間。長沙軌道交通1號線于2016年6月28日開通試運營，至今已有半年有余，綜合監控系統整體運行狀態良好。長沙1號線綜合監控項目的實施，體現了我國地鐵綜合監控系統已擁有較高的技術水平，并為日后綜合監控系統的發展起到了推動作用。

參考文獻

[1]徐杰，賈利民，秦勇，王艷輝，王卓.城市軌道交通綜合監控平臺系統集成的研究.自動化與儀器儀表，2015，（10）：107-112.

[2]張芳.蘇州地鐵綜合監控系統集成關鍵技術研究.科學之友，2013，（02）：135-137，139.

[3]鐘輝.綜合監控系統控制權限移交方案分析.電氣化鐵道，2014，（05）：41-43.

[4]李強.地鐵綜合監控系統應用發展研究.自動化與儀器儀表.2015，（10）：112-113，116.endprint