軌道交通異構(gòu)技術(shù)防范系統(tǒng)集成方案的設(shè)計(jì)與研究

樊 穎 徐 鵬 何 偉

（1．上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，上海 200237；2．公安部第三研究所，上海 200031）

隨著城市發(fā)展的需要，大容量的公共交通工具——城市軌道交通建設(shè)正在如火如荼的進(jìn)行中。城市軌道交通的安全運(yùn)行始終是各地政府、運(yùn)營(yíng)單位和公安機(jī)關(guān)極為關(guān)心的事情，國(guó)家和各地也先后頒發(fā)或正在制定有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。

技術(shù)防范系統(tǒng)作為軌道交通保障安全運(yùn)行中最為直觀的系統(tǒng)之一，越來(lái)越被各相關(guān)部門(mén)所重視。然而隨著安全運(yùn)營(yíng)實(shí)踐的深入，技術(shù)防范系統(tǒng)資源的使用已不能局限于某一條線路、某一個(gè)部門(mén)。鑒于軌道交通的架構(gòu)和不同的建設(shè)時(shí)期，導(dǎo)致技術(shù)防范系統(tǒng)必定是分布式、分散化的形式。所謂分布式指技術(shù)防范系統(tǒng)通常為分布式結(jié)構(gòu)，所謂分散化指各控制中心的分散化。眾所周知，中國(guó)的軌道交通建設(shè)已有四十多年的歷史，就是上海軌道交通的建設(shè)也有十多年的歷史。每條軌道交通建設(shè)的時(shí)間不同，采用的技術(shù)也不盡相同，如何盡可能地利用既有設(shè)備，將各種異構(gòu)、分布式的技術(shù)防范系統(tǒng)資源與各職能不同、分散式的控制中心需求進(jìn)行有機(jī)整合，建成城市級(jí)的軌道交通技術(shù)防范系統(tǒng)是擺在各地政府面前的一個(gè)棘手問(wèn)題。本文將闡述上海城市級(jí)軌道交通技術(shù)防范系統(tǒng)的整合方案，并對(duì)整合過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 上海城市級(jí)軌道交通技術(shù)防范系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 大型分布式異構(gòu)技術(shù)防范系統(tǒng)集成的提出

截止到2011年12月底，上海共建設(shè)了420 km軌道交通，名列世界前三，覆蓋的區(qū)縣達(dá)到16個(gè)（上海共有17個(gè)區(qū)、1個(gè)縣）。隨著線路里程的增加，影響力的加大，如果僅靠一個(gè)軌道交通總隊(duì)指揮中心是沒(méi)有辦法做到及時(shí)有效地處理各種突發(fā)事件。由于軌道交通線路有幾十公里長(zhǎng)，以線路為管理單位建設(shè)分控中心也同樣不能做到及時(shí)處置突發(fā)事件。只有打破按線路控制的模式，建立按區(qū)域集中控制與多部門(mén)協(xié)調(diào)管理相結(jié)合的技術(shù)防范系統(tǒng)的新模式，將各條軌道交通異構(gòu)技術(shù)防范系統(tǒng)進(jìn)行集成，建成多個(gè)可依據(jù)實(shí)際工作需要對(duì)管轄范圍、管理權(quán)限進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的分控制中心。

1.2 實(shí)現(xiàn)方案

上海軌道交通自1995年建設(shè)至今已建設(shè)了11條線和1段世博線，由于建設(shè)時(shí)間的不同，采用的技術(shù)、設(shè)備和方式也不相同，要保留既有的系統(tǒng)設(shè)備，不影響既有線路的正常運(yùn)行，又要實(shí)現(xiàn)集中控制，這就給系統(tǒng)的建設(shè)帶來(lái)了很大的困難。

現(xiàn)有的軌道交通是一個(gè)大型分布式異構(gòu)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題。

1）軌道交通在建設(shè)的過(guò)程中經(jīng)常預(yù)敷設(shè)備用光纖，如果沒(méi)有多余的光纖，利用軌道交通的線路走向，也比較容易敷設(shè)。

2）軌道交通的一些較早線路預(yù)留給技術(shù)防范系統(tǒng)的通信帶寬明顯不足，而改造既有通信鏈路，代價(jià)不菲且風(fēng)險(xiǎn)較高。

3）對(duì)于一些較新的線路，已采用了準(zhǔn)數(shù)字化的系統(tǒng)，在采取一定限制措施的情況下，帶寬基本能滿足各控制用戶的需求。

鑒于上述情況，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)不同的線路采用不同的傳輸方案，主要有模擬及模擬數(shù)字相結(jié)合的方式。將來(lái)在新線的接入過(guò)程中，如果帶寬允許，還可采用全數(shù)字的方式。

1）車站系統(tǒng)構(gòu)成

車站系統(tǒng)通常會(huì)有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是通過(guò)模擬光端機(jī)將圖像傳送至線路的OCC，控制信令走既有的IP通道，由車站服務(wù)器接收來(lái)自各分控中心的指令，并控制車站矩陣，將所需的圖像切換至模擬光端機(jī)的輸入端，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

另一種在本地進(jìn)行圖像的數(shù)字化編碼，在本地解碼或各分控中心解碼，通過(guò)既有的網(wǎng)絡(luò)通道實(shí)現(xiàn)圖像的傳輸，各分控中心與車站視頻服務(wù)器完成圖像調(diào)用指令的交互，典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2）線路控制中心系統(tǒng)構(gòu)成

對(duì)于各線路的控制中心可以根據(jù)車站情況分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于模擬為主的監(jiān)控系統(tǒng)，可以通過(guò)中心矩陣及光端機(jī)完成至各分控中心的圖像傳輸，而對(duì)于準(zhǔn)數(shù)字系統(tǒng)可以在線路中心進(jìn)行圖像的解碼并通過(guò)光端機(jī)進(jìn)行傳輸或直接在各分控中心進(jìn)行圖像的解碼，線路中心僅僅起到信令傳輸?shù)淖饔?，圖3是模擬系統(tǒng)線路中心的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

3）分控中心和其他上層控制中心系統(tǒng)構(gòu)成

在帶寬資源不足的線路，每個(gè)車站均有4路視頻信號(hào)通過(guò)模擬光端機(jī)傳送各自線路控制中心的矩陣，而對(duì)于一些帶寬資源相對(duì)較好的線路，可以在OCC或上層控制中心進(jìn)行圖像的解碼調(diào)用。各分控中心的指令經(jīng)本中心的視頻服務(wù)器發(fā)出，一是控制本地的視頻矩陣，二是以統(tǒng)一的協(xié)議，經(jīng)光端機(jī)或其他的IP通道至所控線路的安防服務(wù)器，由該服務(wù)器將指令轉(zhuǎn)換成線路既有的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)車站設(shè)備控制和切換；控制云臺(tái)和鏡頭指令通道也是如此，只是多了一個(gè)控制優(yōu)先級(jí)的判斷。各車站的入侵報(bào)警系統(tǒng)則與電視監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)某一個(gè)車站發(fā)生入侵事件時(shí)，報(bào)警探測(cè)器向本地的報(bào)警主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。該主機(jī)收到報(bào)警信息后，一是將報(bào)警信息送報(bào)警鍵盤(pán)顯示，驅(qū)動(dòng)打印機(jī)記錄報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)等信息，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)警燈和警號(hào)；二是將報(bào)警信息送本地視頻服務(wù)器，聯(lián)動(dòng)相關(guān)攝像機(jī)圖像信號(hào)，在圖像上疊加報(bào)警字符；三是通過(guò)傳輸系統(tǒng)，由本地的視頻服務(wù)器向線路控制中心的安防視頻服務(wù)器輸送報(bào)警信息，向相關(guān)分控中心的安防服務(wù)器輸送報(bào)警信息，將相關(guān)圖像切換至指定監(jiān)視器上顯示，并在圖像上疊加報(bào)警字符。系統(tǒng)框圖如圖4所示。

2 異構(gòu)技術(shù)防范系統(tǒng)集成方案的關(guān)鍵

由上述的集成方案可見(jiàn)，完成一個(gè)城市級(jí)的軌道交通異構(gòu)技術(shù)防范系統(tǒng)集成的關(guān)鍵如下。

1）統(tǒng)一的控制協(xié)議

對(duì)于絕大多數(shù)的異構(gòu)技術(shù)防范系統(tǒng)來(lái)講，視頻服務(wù)器通常是一個(gè)系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)圖像資源、設(shè)備狀態(tài)等的控制和管理。而由于設(shè)計(jì)時(shí)間的不同、實(shí)施單位的差異等，各技術(shù)防范系統(tǒng)內(nèi)部采用的協(xié)議各不相同。因此必須在各分散的控制中心與異構(gòu)技術(shù)防范系統(tǒng)之間定義一套統(tǒng)一的控制協(xié)議，根據(jù)這套統(tǒng)一的控制協(xié)議完成中間件的開(kāi)發(fā)。

2）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來(lái)源

由于系統(tǒng)的分布式、分散性，必然造成對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一性的要求非常高。而軌道交通內(nèi)攝像機(jī)的數(shù)量已達(dá)到相當(dāng)大的級(jí)別，光靠人工手段來(lái)解決已經(jīng)變得相當(dāng)困難，同時(shí)各異構(gòu)技術(shù)防范系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)也相對(duì)較多，子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性又普遍較弱，因此，需通過(guò)網(wǎng)管之類的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單進(jìn)→分發(fā)(包含各應(yīng)用子系統(tǒng))→單出(至各分控中心 )。

3）合理的實(shí)施方案

在實(shí)施過(guò)程中，由于設(shè)備種類、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有差異，因此各種異構(gòu)系統(tǒng)的集成方案應(yīng)該有著具體的針對(duì)性，如在上海的方案中傳輸就采用了模擬、模數(shù)結(jié)合、數(shù)字等方式。同時(shí)在軟件的配置過(guò)程中，也充分考慮環(huán)境的影響，根據(jù)線路的實(shí)際情況，制定合理的實(shí)施方案。

4）可靠的交互性設(shè)計(jì)

當(dāng)單一攝像機(jī)的信息被發(fā)散至各分布式異構(gòu)環(huán)境中，系統(tǒng)間的耦合性及整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性就變得極為重要，這就需要在各子系統(tǒng)之間、各控制界面之間有可靠的交互性設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)不僅僅體現(xiàn)在車站—線路中心—上層分控中心3層之間的信息交互及容錯(cuò)能力上，還應(yīng)該體現(xiàn)在各人機(jī)界面之間，圖像疊加信息內(nèi)容等方面的設(shè)計(jì)等，如人機(jī)界面之間的信息同步、球機(jī)控制信息在圖像上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示等。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展，隨著反恐防暴等級(jí)的不斷提高，軌道交通的安全已是各地政府、公安管理部門(mén)、運(yùn)營(yíng)部門(mén)越來(lái)越重視的問(wèn)題。如何最經(jīng)濟(jì)化的將技術(shù)防范系統(tǒng)的資源共享給各個(gè)相關(guān)部門(mén)，為安全運(yùn)營(yíng)提供有力技術(shù)支撐，就一定要考慮在保留既有系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上建設(shè)大型分布式異構(gòu)環(huán)境下的技術(shù)防范系統(tǒng)，用最小的投入，獲得最大的效益，為建設(shè)“平安城市”、“平安軌道交通”奠定良好的基礎(chǔ)。