地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建及發(fā)展趨勢淺談

王麗平　齊曉華

【摘 要】隨著城市軌道和自動化技術(shù)的迅猛發(fā)展，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成為城市軌道智能化和自動化發(fā)展的主要趨勢。綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)信息共享平臺，能高效管理和監(jiān)控多個子系統(tǒng)，提高地鐵的安全性和運營的高效性。目前，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)面臨著新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。本文對國內(nèi)典型綜合監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，包括軟硬件和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，并對城市軌道綜合監(jiān)控的存在問題和發(fā)展趨勢進行了介紹，這對深入研究和開發(fā)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能，提高地鐵運營效益具有參考意義。

【關(guān)鍵詞】綜合監(jiān)控；結(jié)構(gòu)組網(wǎng)；發(fā)展趨勢

0 引言

城市地鐵和輕軌是解決大城市交通緊張、市民出行困難、汽車污染環(huán)境等嚴重問題的有效交通方式。國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，促使城市軌道交通進入建設(shè)高峰期。2015年，全國已經(jīng)有39個城市建設(shè)或規(guī)劃建設(shè)軌道交通，地鐵運營線路達到3618公里，每天投資超過7.8億元。預(yù)計到2020年建地鐵城市會達到50個，運營線路接近6000公里，投資將達4萬億元。 到那個時候，城市與城際間將組建成一個交織龐大的城市軌道網(wǎng)絡(luò)。城市軌道交通的大發(fā)展推動了網(wǎng)絡(luò)、信息和監(jiān)控這三大技術(shù)的飛速融合，推動了城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)概述

綜合監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱ISCS，是指對城市軌道交通線路中所有電力和機電設(shè)備進行監(jiān)控的分層分布式計算機集成系統(tǒng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的硬件集成了服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、工控機和FEP等計算機產(chǎn)品，并采用通用開放的轉(zhuǎn)換接口，這些硬件組件符合國際或行業(yè)標準，通用型好，可靠性高；軟件采用模塊式，多層化結(jié)構(gòu)，并采用開放式通信協(xié)議，實現(xiàn)各個機電子系統(tǒng)間的信息互換和資源共享，最終實現(xiàn)對各相關(guān)機電設(shè)備的實時監(jiān)控和聯(lián)動協(xié)調(diào)功能。目前，地鐵的實際運營需要多個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，包括屏蔽門系統(tǒng)（PSD）、售檢票系統(tǒng)（AFC）、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）、門禁系統(tǒng)（ACS）、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、廣播系統(tǒng)（PA）、信號系統(tǒng)（SIG）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、時鐘系統(tǒng)（CLK）等。

2 系統(tǒng)組成

綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用冗余、分層、分布式C/S結(jié)構(gòu)，采用TCP/IP協(xié)議和有效的故障隔離及抗干擾措施。

2.1 硬件組成

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件由4部分組成：中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)（包括綜合后備盤IBP）、現(xiàn)場級以及綜合監(jiān)控骨干傳輸網(wǎng)。

2.1.1 中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)

中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)位于控制中心，由實時和歷史服務(wù)器、外部磁盤陣列、中央以太網(wǎng)交換機、各類工作站、FEP、打印機、綜合顯示屏、不間斷電源等構(gòu)成。中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成對全線重要監(jiān)控對象的狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視和控制。

2.1.2 車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)

車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)位于各車站和車輛段，由服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機、工作站、打印機、FEP、IBP、不間斷電源等構(gòu)成。車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)實時收集監(jiān)控對象的狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)，并進行處理，為了方便車站工作人員監(jiān)控調(diào)度，需要在操作員工作站上以圖像、表格和文本的方式顯示出來。當中央級和主干網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，車站級仍可對車站范圍內(nèi)繼續(xù)進行控制。圖1為鄭州地鐵1號線車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，數(shù)據(jù)通過車站內(nèi)的以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)接口和通信主干網(wǎng)連接。在車站集成、互聯(lián)的子系統(tǒng)通過100M以太網(wǎng)口或422/485/232串口接入FEP。

2.1.3 現(xiàn)場級

現(xiàn)場級綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要包括BAS、SCADA等各集成系統(tǒng)的綜合后備盤IBP。當出現(xiàn)火災(zāi)阻塞等意外工況時，IBP可以就地實現(xiàn)對重要設(shè)備的后備控制功能。需要根據(jù)每個車站控制室的房間尺寸專門定制IBP柜和工作臺，控制室不僅要實現(xiàn)高效的車站控制功能，在整體美觀方面也有較高的標準。

2.2 軟件組成

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要由三部分組成：基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件和接口軟件。基礎(chǔ)軟件的功能是數(shù)據(jù)處理、信息管理等功能；應(yīng)用軟件的功能是系統(tǒng)使用、管理、應(yīng)用維護等功能；接口軟件的功能是完成各子系統(tǒng)間、機電設(shè)備間的通信處理，并可以顯示設(shè)備狀態(tài)、運行、故障、報警和統(tǒng)計報表等信息。

現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要分兩大類：大型軌道交通綜合監(jiān)控軟件和側(cè)重于HMI功能的中小型SCADA軟件。目前在國內(nèi)工程項目中應(yīng)用廣泛的主流的軟件是第一類，國外的大型綜合監(jiān)控軟件主要有：WinCCOA（原PVSS）、SCADAsoft、Rail Edge、Systemat ICS等；國外的大型綜合監(jiān)控軟件主要有：上海寶信iCentroView、南京南瑞公司的RT21-ISCS、北京和利時公司的MACS-SCADA等。如今我國軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，鄭州地鐵1號線是采用北京和利時公司的MACS-SCADA平臺，廣州地鐵3、4、5號線采用的是SCADASOFT軟件平臺，南京地鐵2號線采用的是南京南瑞公司的 RT21-ISCS 軟件平臺。國內(nèi)首條綜合監(jiān)控系統(tǒng)在北京地鐵5號線已投入運營；成都地鐵1號線和上海地鐵10號線等多條線路也都正在建設(shè)城市軌道綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

目前，進口綜合監(jiān)控軟件平臺因為其性能穩(wěn)定可靠，功能強大的特點在在國內(nèi)軌道交通應(yīng)用較多，但其價格昂貴，且后期維護保養(yǎng)非常不便；而國內(nèi)綜合監(jiān)控軟件平臺，國內(nèi)軌道交通應(yīng)用較少，雖起步晚但發(fā)展快，維護維修方便，價格便宜，從長遠看來，國產(chǎn)綜合監(jiān)控軟件平臺會必將會逐漸取代進口軟件平臺。

2.3 網(wǎng)絡(luò)組成

綜合監(jiān)控骨干傳輸網(wǎng)是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道。從物理角度看，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由三部分組成：現(xiàn)場層網(wǎng)、局域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。車站的各個機電設(shè)備被現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)連接起來，然后匯集到車站級局域網(wǎng)，各車站局域網(wǎng)絡(luò)通過主干網(wǎng)將車站設(shè)備連接起來傳送到控制中心。目前，城市軌道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)大多采用以太網(wǎng)交換機作為信息傳輸?shù)囊粋€節(jié)點，以太網(wǎng)交換機的信息傳輸速率約為1000Mbit/s，這樣才能滿足城市軌道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸要求。

3 發(fā)展趨勢

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展先后經(jīng)歷了三個階段。第一階段半混合自動監(jiān)控系統(tǒng)：電話調(diào)度系統(tǒng)+分立電氣元件控制設(shè)備+手工操作；第二階段分立自動監(jiān)控系統(tǒng)：ATC、SCADA、EMCS（Electrical Monitoring and Control System，即電力自動化系統(tǒng)）、FAS、AFC等各專業(yè)分別建網(wǎng)的計算機多方位監(jiān)控；第三階段綜合監(jiān)控系統(tǒng)：統(tǒng)一的分層分布式計算機網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一的綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件體系，各專業(yè)資源共享、信息互聯(lián)。

由此可見，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成度越來越高，對子系統(tǒng)的集成深度也越來越廣。而現(xiàn)有的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主要實現(xiàn)機電設(shè)備、電力調(diào)度和車站運營狀況等的實時監(jiān)控功能，側(cè)重于實時設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，而在生產(chǎn)調(diào)度、工作流程處理和生產(chǎn)計劃方面的功能有所欠缺。另外，計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，在現(xiàn)有系統(tǒng)之中沒有實現(xiàn)的面向服務(wù)結(jié)構(gòu)、多核并行處理、服務(wù)器集群、負載均衡、平行擴展、移動應(yīng)用等技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，可以引入到新一代綜合信息管理系統(tǒng)之中，滿足用戶不斷增長的信息化集成要求。綜合監(jiān)控系統(tǒng)還面臨著很多挑戰(zhàn)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在新的發(fā)展階段，應(yīng)具有前瞻性，在技術(shù)方案上盡可能采用模塊化和開放集成化，在功能方面應(yīng)更加符合運營生產(chǎn)和管理的需要，并能有效提高運行的安全性和乘客的舒適性；另外在搭建城市軌道的各個階段時應(yīng)注重其符合國家標準，從而提高工程項目的經(jīng)濟性。

【參考文獻】

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