地鐵綜合監控系統的數據流向及同步方法研究

吳思

摘 ?要：地鐵綜合監控系統具有數據流量大，冗余度高，數據流向繁雜等特點，合理的數據流向及同步策略至關重要。文章結合福州地鐵6號線ISCS系統架構，主要研究了地鐵綜合監控系統數據流向、冗余設計方案及數據同步方法。

關鍵詞：地鐵;綜合監控;數據流向;數據同步

中圖分類號：TP277 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）13-0146-03

Abstract： The integrated monitoring system of metro has Characteristics of big data flux， redundant and miscellaneous data flow direction， a reasonable data flux and synchronization strategy is very important. Based on the architecture of ISCS in Fuzhou Metro Line 6， this paper mainly studies the data flow direction， scheme of redundant design and method of data synchronization in integrated monitoring system of the subway.

Keywords： metro; integrated monitoring system; data flow direction; data synchronization

1 概述

地鐵綜合監控系統（ISCS）是通過集成或互聯各主要的弱電系統（包括PSCADA、BAS、FAS、ACS、AFC、CCTV、PA、PIS、能源管理系統、安防等），搭建統一的軟件及硬件平臺，實現對地鐵的關鍵弱電設備的統一管控，對列車的運行情況、客流統計數據進行集中監視，用以實現各相關系統之間的聯動以及數據共享。鑒于ISCS集成或互聯的專業數量較多，常規線路ISCS系統的數據處理已逾數百萬點，數據流量較大，且系統冗余性較高，數據流向繁雜，因此合理的數據流向和數據同步策略對綜合監控系統來說至關重要。本文結合福州市軌道交通6號線ISCS系統的實施情況分析ISCS系統數據流向及數據同步策略。

2 福州地鐵綜合監控系統架構

福州地鐵6號線工程綜合監控系統通過千兆骨干傳輸環網將中央級綜合監控系統、車站級綜合監控系統（含車站及場段）和相關的輔助子系統（包含培訓系統、維護管理系統、仿真平臺及網絡管理系統等）串聯起來，構成一個有機整體。全線綜合監控系統按中央、車站兩級調度管理，中央、車站、就地三級監控的方式設置，在控制中心設置中央級冗余服務器及調度工作站實現對全線機電設備的集中管控。各站點綜合監控系統設置站級冗余服務器、值班員工作站實現對本站點及相鄰半個區間的機電設備監控（圖1）。

3 ISCS系統數據流向

3.1 實時數據流向

本項目ISCS采用大型分布式實時數據庫作為整個系統的實時數據處理節點。實時數據庫部署在中央級冗余實時服務器、車站冗余服務器、場段冗余服務器、DMS服務器、NMS服務器、TMS服務器、STP服務器等服務器中。ISCS系統實時數據流包含兩部分：實時數據的上傳及控制命令的下發（圖2）。

3.1.1 實時上傳數據流向

（1）部分子系統設備實時數據通過FEP傳入對應實時服務器;另一部分子系統設備實時數據直接接入對應實時服務器，是否通過FEP接入通常取決于系統接口設計;（2）各級工作站直接從對應的實時服務器獲取實時數據并進行顯示;（3）中央歷史服務器的實時數據歷史來源于相對應中央實時服務器。

3.1.2 控制命令的下發數據流向

（1）車站工作站下發控制命令，經車站冗余服務器和車站FEP，下發至接口子系統控制器;（2）中心工作站下發控制命令，經中央冗余服務器至對應車站FEP，由車站FEP下發至接口子系統控制器，控制車站級設備;（3）中心工作站下發控制命令，經中央冗余服務器至中央FEP，下發至中央接口子系統控制器，控制中央級子系統接口設備。

3.2 歷史數據流流向

本項目綜合監控系統的站級不再獨立設置歷史服務器，所有的歷史趨勢數據、報警數據和事件數據初始時分別存儲在控制中心/車站/車輛段的實時服務器，最終數據都將通過服務器到服務器的通訊傳送至控制中心的歷史服務器進行存檔（圖3）。

操作員通過客戶端工作站的各類操作會作為歷史事件記錄，以本地文件的形式存儲在工作站上，并通過程序轉存至車站實時服務器數據庫里，最終存儲到中央歷史服務器中;歷史數據通過軟件自帶的轉儲程序存儲在車站服務器上，再通過專用程序轉存至中央歷史服務器中。

對于站級3個月內的歷史數據，ISCS以歷史文件的形式存儲在本地，并且可以通過查詢工具進行數據查詢。對于站級存儲、查詢3個月之前的歷史數據以及中央級的存儲、查詢功能，可通過訪問配置在中央冗余歷史服務器上的歷史數據庫。歷史數據庫是一種高性能數據存檔系統，用于有效地收集，存儲和檢索任何基于時間的信息。采集器從ISCS的實時服務器收集信息，采集完信息之后，數據采集器（通過API）把信息傳送至歷史數據庫服務器。該服務器再把信息壓縮并存儲在歸檔數據庫里。

在一個分布式環境中，如果采集器和歷史數據庫服務器之間通信發生中斷，則遠程數據采集器會自動地緩存收集到的各類數據。再次建立網絡連接時，數據采集器會自動重新建立數據流并將所有緩存的數據發送到服務器。

4 ISCS數據同步

4.1 ISCS系統冗余結構

綜合監控系統應用平臺按系統結構可劃分為子系統層、鏈路層、網絡層以及應用層。

（1）子系統層冗余。所有接入ISCS的子系統，采用兩路獨立的信號線接入，且兩路信號必須同時在線交換數據，以此保證子系統級數據的冗余切換不受上層的影響。

（2）鏈路層冗余。鏈路層的冗余功能由鏈路或其它通信模塊實現，鏈路級由兩臺互為冗余的鏈路設備組成。在每一個數據采集周期內，各鏈路均獨立對各子系統的數據進行采集和協議轉換。在子系統通信的數據鏈路故障時，主鏈路檢測到該故障后，即通過主備鏈路通信程序向備用鏈路請求該部分子系統數據。若備用鏈路也檢測到該數據鏈路的故障，主鏈路即可判斷出子系統故障同時向車站實時數據服務器發出告警信息。若備用鏈路中該子系統無故障狀態，主鏈路將備用鏈路中的數據作為正常數據對外發布。對于主備鏈路而言，接入子系統的數據通信鏈路故障并不引起其主備切換。通過鏈路數據通信服務程序，冗余鏈路可以實現對外數據發布的一致性，即若某子系統連接到鏈路的兩條數據鏈路中的其中任意一條發生故障，該鏈路仍然可以通過數據交換服務程序獲得該子系統冗余數據鏈路上的數據，其所提供的數據也仍然有效。

（3）網絡層冗余。整個ISCS網絡均采用雙環結構，作為常用的高級工業冗余網絡系統結構，雙環網絡可保證較快的網絡鏈路切換時間，且具有較強的容錯能力，可允許交換機、鏈路、網卡等故障。綜合監控主干網與設備環網都采用環網冗余技術實現設備環網與主干網的冗余連接。

（4）應用層冗余。應用層冗余是指服務器之間的冗余以及調度工作站的冗余。為有效實現應用級冗余，通信鏈路均采用國際標準協議，兩路通信鏈路采用主備形式同時以該協議對外進行數據通信。站級實時服務器支持雙網卡冗余鏈接，通過分別與兩個鏈路相連，可以保證任一鏈路發生故障，都不影響該實時服務器進行數據采集及數據交換。此外，兩臺實時服務器之間通過監控平臺自身的技術實現了冗余，當主實時服務器由于系統故障不能正常運行時，應用服務自動切換到另外一臺正常服務器上運行，對監控工作站而言，任意時刻都能與服務器進行數據交換，保證了監控工作站的高可靠性和高可用性，實現系統的全冗余功能。

4.2 數據同步

ISCS平臺的數據同步主要包含：實時數據同步、歷史數據同步、報警數據同步、控制輸出的唯一性等幾個方面。主服務器作為監視和控制的唯一的數據源，網絡上所有的工作站都必須通過主服務器進行監視和控制;備服務器保證同主服務器的數據同步。

4.2.1 實時數據的同步主要依靠驅動程序數據的同步來實現

兩臺互為冗余服務器同時從子系統采集數據，通信對象相同，所以通信數據完全一致。

4.2.2 中央冗余歷史數據庫實現中央歷史數據的同步，在車站服務器節點上建立歷史數據恢復的功能來實現歷史數據的同步

（1）車站數據采集器具備冗余同步和數據緩存功能。

（2）如果車站服務器與歷史服務器之間發生中斷，車

站數據采集器會自動地緩存采集到的數據。當連接再次建立時，采集器會自動把所有緩存的數據發送到歷史服務器。

（3）在一臺車站服務器與網絡連接丟失并且重建后，

在連續的數據中會有一段由于網絡錯誤而引起的數據中斷。此時，ISCS系統將檢查故障服務器的數據完整性并從另一臺服務器獲取丟失的數據來恢復這段中斷區域。

4.2.3 ISCS報警同步器實現報警的同步

在系統配置中為冗余服務器配置好冗余后，ISCS自動啟動報警啟動隊列服務，該服務確保了在連接丟失和連接重建時報警不會丟失。同時同步報警確認，當主、備服務器都運行時，確保只需確認一次報警。

4.2.4 主服務器是唯一數據源，保證了控制輸出的唯一性

在控制輸出的時候，客戶端的控制命令僅通過當前活動的服務器發送到子系統設備，非活動服務器僅接收數據，保證了控制輸出是唯一的。

5 結束語

綜合監控系統（ISCS）作為一個高度集成的綜合管控平臺，具有數據流量大，冗余度高，數據流向繁雜等特點，合理的數據流向和數據同步策略可優化ISCS系統結構，保證ISCS系統的穩定性，完善地鐵系統的運營維護水平。

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