城市軌道交通新型線網級綜合監控系統研究與分析

盧 靜

綜合監控系統（ISCS）是城市軌道交通線網/路運營管理的核心組成部分，與城市軌道交通多種應用系統進行集成與互聯，例如電力監控系統（SCADA）、火災自動報警系統（FAS）、環境與設備監控系統（BAS）、信號系統（ATS）、自動售檢票系統（AFC）等。綜合監控系統構建統一的信息監管平臺，通過群組控制、模式控制和點動控制的方式，保障多系統實現節能高效、協調穩定的自動化工作，有益于提高軌道交通的運營管理效率和智慧化建設標準［1-3］。

近幾年，城市軌道交通綜合監控系統的傳統技術方案已在多個城市廣泛應用，但是系統層級架構仍存在一定的不足。傳統的技術方案中通常采用線路級、車站級和現場級3 級系統架構。一般具有多條軌道交通線路的城市，通常按線路分時序建設、獨立運營管理，分別構建綜合監控系統的多層級架構。而單條線路的綜合監控系統在線路級系統和車站級系統，分別設置應用服務器，設備數量較多且資源利用率低，部分應用功能重疊，存在相同數據在線路級、車站級重復處理，數據流向復雜等問題［4-5］。為此，本文在分析傳統綜合監控系統架構的基礎上，提出一種新型線網/路綜合監控系統架構，該新型綜合監控系統已在呼和浩特城市軌道交通1、2號線應用。

1 傳統綜合監控系統架構

城市軌道交通綜合監控系統典型的系統架構采用分層、分布的處理模式，分為線路級綜合監控系統、車站級綜合監控系統和現場級設備［6-7］。線路級和車站級綜合監控系統均部署應用資源，承擔被集成和互聯系統的監控和聯動控制業務。傳統綜合監控系統架構見圖1。

圖1 傳統綜合監控系統架構

1.1 線路級綜合監控系統

線路級綜合監控系統負責本條線路多個車站被控設備的狀態信息采集和報警、相關聯動設備的控制、應急情況下的設備監視、系統維護和診斷、權限管理等業務。主要由線路級冗余實時服務器、線路級歷史服務器、調度員工作站、冗余前端通信處理器、網絡管理系統、培訓管理系統、仿真測試平臺、系統網絡和系統軟件等組成［8］。

1.2 車站級綜合監控系統

車站級綜合監控系統負責本車站被控設備的監視與控制，報警管理與報表生成，系統組態等業務。主要由車站冗余實時服務器、前端通信處理器、調度員工作站、系統網絡和系統軟件等組成。

1.3 現場級設備

綜合監控就地集成系統，如FAS、BAS、SCADA等構成現場級設備。這些系統的設備狀態可由綜合監控實現集成式的系統組態，將其作為綜合監控系統的一部分。

2 新型線網級綜合監控系統

新型線網級綜合監控系統也采用3 級架構，包括線網中心級系統、站段級系統和現場級設備。與傳統3 級系統架構相比，新型線網級綜合監控系統對系統架構進行了優化，并對線網中心級和站段級系統的功能及應用部署重新定位。其中，線網中心級系統分為主用中心級系統和災備級系統，負責全線網范圍內各站段級綜合監控系統的業務集中處理；站段級綜合監控系統負責對本站段范圍內的被控設備進行數據采集和聯動控制操作。新型線網級綜合監控系統架構見圖2。

圖2 新型線網級綜合監控系統架構

新型線網級綜合監控系統采用中心集中處理的應用架構，取消了傳統架構下的車站冗余實時服務器，在線網中心集中設置歷史服務器和實時服務器，集中處理線網管轄范圍內多條線路和車站的各類數據信息。簡化了傳統綜合監控系統數據處理的層級和步驟，精簡了多層級分布式的業務處理模式，使相同數據在不同層級之間的處理流向更為清晰。

2.1 線網中心級綜合監控系統

線網中心級系統承擔該區域內所有線路及其所轄站段的全部數據處理業務，將多條線路的站段級系統數據集中到線網中心級層面，設置線網主用中心級系統和線網災備中心級系統雙中心系統架構見圖3。

圖3 線網中心級綜合監控系統架構

2.1.1 線網主用中心級綜合監控系統

線網主用中心級綜合監控系統由冗余中心級應用服務器（集群化部署）、冗余中心級數據庫服務器、冗余中心級前端通信處理器、線網級調度員工作站、網管系統、冗余中心級以太網交換機及系統軟件構成。網管系統設置于主用控制中心，由網管服務器和網管工作站等設備構成。其中，冗余中心級前端通信處理器、冗余中心級應用服務器、冗余中心級數據庫服務器、網管服務器需配置操作系統、應用軟件和數據庫軟件；線網級調度員工作站和網管工作站需配置操作系統、人機接口界面應用軟件和人機接口界面組態數據等。

2.1.2 線網災備中心級綜合監控系統

線網災備中心級綜合監控系統由集群化部署的單機線網中心級應用服務器、單機線網數據庫服務器、主備冗余的前端通信處理器、災備工作站、打印機、培訓管理系統、設備管理系統、主備冗余的中心級以太網交換機及系統軟件構成。培訓管理系統設置于災備中心，由仿真測試平臺、培訓管理服務器、培訓管理工作站等設備構成；設備管理系統設置于災備中心，由設備管理服務器、設備管理工作站等構成。相關軟件中，前端通信處理器、中心級應用服務器、線網數據庫服務器、培訓管理服務器和設備管理服務器需配置操作系統、應用軟件和數據庫數據軟件；災備工作站、設備管理工作站和培訓管理工作站需配置操作系統、人機接口界面應用軟件和人機接口界面組態數據等。

與傳統綜合監控系統服務器配置方式相比，新型線網綜合監控系統采用扁平化的部署方案，改變了傳統線路級和車站級系統均部署應用服務器的分層、分布式處理部署方式，簡化了數據處理的層級和步驟，提高了綜合監控系統的資源利用率，便于統一管理和降低運維成本。為保證線網中心級綜合監控系統的穩定性，根據被監控系統的設備點數，對線網級系統應用服務器進行集群化部署，按照區域劃分，以3～5 個車站數量為單位，每區域配置1對雙機熱備的實時服務器［9-11］。

2.2 站段級綜合監控系統

站段級綜合監控系統主要由主備冗余的前端通信處理機、接入以太網交換機、車站值班員工作站和系統軟件構成，系統架構見圖4。站段級系統不設應用服務器，僅保留設置值班員工作站。站段級直接與線網級系統互聯，負責本站段范圍內監控設備的聯動功能和緊急情況下的后備控制功能。

圖4 站段級綜合監控系統架構

站段級綜合監控系統利用傳輸系統連接線網主用中心級系統和災備中心級系統，實時上傳站段級的基礎數據和接收中心級的控制命令。

2.3 現場級設備

綜合監控就地集成系統如FAS、BAS、SCADA 等，作為綜合監控系統的現場級設備，可根據運營部門對于集成模式的要求進行調整，也可與傳統模式保持一致。

3 數據流向分析

為保障系統的穩定運行和正常運維，新型線網級綜合監控系統設置了正常模式、災備模式和車站后備模式的不同數據采集和恢復機制。

3.1 正常模式

新型線網級綜合監控系統正常模式下的數據流向，如圖5 中黑色實線箭頭所示。站段級綜合監控系統利用傳輸系統搭建的通道，將數據上傳至線網主中心和災備中心。線網范圍內的全部實時數據均在線網主中心應用服務器中運算，處理后的監控數據實時發送至線網主中心的線網調度員工作站和各車站值班員工作站。同時，災備中心實時復制線網主中心的監控數據，并將監控數據展示在災備工作站。

3.2 災備模式

新型線網級綜合監控系統災備模式下的數據流向，如圖5 中黑色空心箭頭所示。在線網主中心出現故障，無法正常工作的情況下，為確保線網級系統業務的連續正常運行，由線網災備中心接替主中心的工作，將站段級前端通信處理機獲取到的數據，經線網災備中心服務器實時運算處理后，發送至災備工作站和各車站值班員工作站，確保關鍵數據的連續性。

3.3 車站后備模式

新型線網級綜合監控系統的車站后備模式下的數據流向僅限于獨立車站內，如圖5 中黑色虛線箭頭所示。當線網主中心和災備中心均發生故障時，采用站段后備工作模式。站段級系統中車站值班員工作站具有車站后備功能，可獨立承擔本站段范圍內實時數據的計算和存儲。為確保數據的完整性，當主中心和災備中心恢復正常時，后備車站工作站將故障區間數據上傳至線網主中心和災備中心。

圖5 新型線網級綜合監控系統數據流向

4 結束語

隨著城市軌道交通信息化和智能化的發展，新型線網級綜合監控系統實現了對線網架構的全面融合，減少了中心級和站段級系統應用架構中服務器配置的數量，提高了系統硬件設備的運行效率，降低了系統能耗，有效地減少了建設投資和運營成本，為智慧軌道交通系統融合和云計算部署打下堅實基礎。