地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向及同步方法研究

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一、引言

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）是通過集成或互聯(lián)各主要的弱電系統(tǒng)，搭建統(tǒng)一的軟件及硬件平臺，實現(xiàn)對地鐵的關鍵弱電設備的統(tǒng)一管控，對列車的運行情況、客流統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行集中監(jiān)視，用以實現(xiàn)各相關系統(tǒng)之間的聯(lián)動以及數(shù)據(jù)共享。

二、1號地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

1號線工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過千兆骨干傳輸環(huán)網(wǎng)將中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)（含車站及場段）和相關的輔助子系統(tǒng)（包含培訓系統(tǒng)、維護管理系統(tǒng)、仿真平臺及網(wǎng)絡管理系統(tǒng)等）串聯(lián)起來，構(gòu)成一個有機整體。全線綜合監(jiān)控系統(tǒng)按中央、車站兩級調(diào)度管理，中央、車站、就地三級監(jiān)控的方式設置，在控制中心設置中央級冗余服務器及調(diào)度工作站實現(xiàn)對全線機電設備的集中管控。各站點綜合監(jiān)控系統(tǒng)設置站級冗余服務器、值班員工作站實現(xiàn)對本站點及相鄰半個區(qū)間的機電設備監(jiān)控。

三、ISCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

（一）實時數(shù)據(jù)流向

本項目ISCS采用大型分布式實時數(shù)據(jù)庫作為整個系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)處理節(jié)點。實時數(shù)據(jù)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(tǒng)實時數(shù)據(jù)流包含兩部分：實時數(shù)據(jù)的上傳及控制命令的下發(fā)。

1.實時上傳數(shù)據(jù)流向

（1）部分子系統(tǒng)設備實時數(shù)據(jù)通過FEP傳入對應實時服務器；另一部分子系統(tǒng)設備實時數(shù)據(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)并進行顯示；（3）中央歷史服務器的實時數(shù)據(jù)歷史來源于相對應中央實時服務器。

2.控制命令的下發(fā)數(shù)據(jù)流向

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

（二）歷史數(shù)據(jù)流流向

本項目綜合監(jiān)控系統(tǒng)的站級不再獨立設置歷史服務器，所有的歷史趨勢數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)和事件數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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。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(zhuǎn)存至車站實時服務器數(shù)據(jù)庫里，最終存儲到中央歷史服務器中；歷史數(shù)據(jù)通過軟件自帶的轉(zhuǎn)儲程序存儲在車站服務器上，再通過專用程序轉(zhuǎn)存至中央歷史服務器中。

四、ISCS數(shù)據(jù)同步

（一）ISCS系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)應用平臺按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可劃分為子系統(tǒng)層、鏈路層、網(wǎng)絡層以及應用層。（1）子系統(tǒng)層冗余。所有接入ISCS的子系統(tǒng)，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(shù)據(jù)，以此保證子系統(tǒng)級數(shù)據(jù)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(xiàn)，鏈路級由兩臺互為冗余的鏈路設備組成。在每一個數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)，各鏈路均獨立對各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換。（3）網(wǎng)絡層冗余。整個ISCS網(wǎng)絡均采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，作為常用的高級工業(yè)冗余網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，雙環(huán)網(wǎng)絡可保證較快的網(wǎng)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(wǎng)卡等故障。綜合監(jiān)控主干網(wǎng)與設備環(huán)網(wǎng)都采用環(huán)網(wǎng)冗余技術實現(xiàn)設備環(huán)網(wǎng)與主干網(wǎng)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(diào)度工作站的冗余。為有效實現(xiàn)應用級冗余，通信鏈路均采用國際標準協(xié)議，兩路通信鏈路采用主備形式同時以該協(xié)議對外進行數(shù)據(jù)通信。站級實時服務器支持雙網(wǎng)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(fā)生故障，都不影響該實時服務器進行數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)交換。對監(jiān)控工作站而言，任意時刻都能與服務器進行數(shù)據(jù)交換，保證了監(jiān)控工作站的高可靠性和高可用性，實現(xiàn)系統(tǒng)的全冗余功能。

（二）數(shù)據(jù)同步

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

1.實時數(shù)據(jù)的同步主要依靠驅(qū)動程序數(shù)據(jù)的同步來實現(xiàn)。

兩臺互為冗余服務器同時從子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，通信對象相同，所以通信數(shù)據(jù)完全一致。

2.中央冗余歷史數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)中央歷史數(shù)據(jù)的同步，在車站服務器節(jié)點上建立歷史數(shù)據(jù)恢復的功能來實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的同步。

（1）車站數(shù)據(jù)采集器具備冗余同步和數(shù)據(jù)緩存功能。（2）如果車站服務器與歷史服務器之間發(fā)生中斷，車站數(shù)據(jù)采集器會自動地緩存采集到的數(shù)據(jù)。當連接再次建立時，采集器會自動把所有緩存的數(shù)據(jù)發(fā)送到歷史服務器。（3）在一臺車站服務器與網(wǎng)絡連接丟失并且重建后，在連續(xù)的數(shù)據(jù)中會有一段由于網(wǎng)絡錯誤而引起的數(shù)據(jù)中斷。此時，ISCS系統(tǒng)將檢查故障服務器的數(shù)據(jù)完整性并從另一臺服務器獲取丟失的數(shù)據(jù)來恢復這段中斷區(qū)域。

3. ISCS報警同步器實現(xiàn)報警的同步 在系統(tǒng)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.主服務器是唯一數(shù)據(jù)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(fā)送到子系統(tǒng)設備，非活動服務器僅接收數(shù)據(jù)，保證了控制輸出是唯一的。

五、結(jié)束語

綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）作為一個高度集成的綜合管控平臺，具有數(shù)據(jù)流量大，冗余度高，數(shù)據(jù)流向繁雜等特點，合理的數(shù)據(jù)流向和數(shù)據(jù)同步策略可優(yōu)化ISCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證ISCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，完善地鐵系統(tǒng)的運營維護水平。