淺談城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向

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一、引文

近年來，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)在計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動化控制技術(shù)、大型SCADA軟件技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上，在國內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域得到大規(guī)模的應(yīng)用，通過對機電、供電、通信、信號等子系統(tǒng)的集成和互聯(lián)，有效的加強了各個分立系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)動作，提高了軌道交通整體的自動化水平和應(yīng)急處理能力，降低了用戶的整體維護(hù)成本，取得良好的應(yīng)用效果。

但是，對城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，甚至是否要在城市軌道交通設(shè)置綜合監(jiān)控系統(tǒng)，國內(nèi)仍然有不同的聲音。一是隨著現(xiàn)階段綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)應(yīng)用的逐漸成熟，認(rèn)為城市軌道交通應(yīng)普遍采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為核心的運營控制管理模式；二是隨著城市軌道交通與民眾的密切程度、關(guān)注度越來越高，出現(xiàn)故障或事故后承受的壓力越來越大，對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的安全應(yīng)用表現(xiàn)出謹(jǐn)慎、懷疑甚至完全否定的態(tài)度。出現(xiàn)這種聲音的原因是對綜合監(jiān)控的概念還未理解清楚，目前的綜合監(jiān)控系統(tǒng)還不完善，導(dǎo)致用戶在使用綜合監(jiān)控系統(tǒng)時，不能真正意義上做到降低設(shè)備投資和人力資源成本，提高運營效率，再加上人的觀念還沒跟上科技的發(fā)展。

二、城市軌道交通綜合監(jiān)控的概念

監(jiān)控包括二層意思：一是監(jiān)視，二是控制。

城市軌道交通的監(jiān)控包括以下三個方面：

1、機電設(shè)備監(jiān)控：對機電設(shè)備的所有狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，如風(fēng)、水、電等設(shè)備，并根據(jù)運營需求和設(shè)備特性、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。按目前的技術(shù)水平，這一方面可以做到自動監(jiān)視和自動控制、自動調(diào)控。

2、環(huán)境監(jiān)控：對城市軌道交通的環(huán)境、空間進(jìn)行監(jiān)視，如火災(zāi)、溫濕度、可燃?xì)怏w等。這方面還沒有任何技術(shù)可以完全直接控制，只能通過相關(guān)的機電設(shè)備監(jiān)控來達(dá)到控制環(huán)境的目的。

3、人員監(jiān)控：對進(jìn)入城市軌道交通所屬范圍或空間的人員進(jìn)行監(jiān)視，一些特定場所可采用門禁等措施進(jìn)行人員進(jìn)出控制，但對人員的異常等暫時沒有任何技術(shù)能進(jìn)行控制，因此，這方面主要以監(jiān)視為主，異常事件還是靠人來解決。

綜合監(jiān)控的概念就是以上三方面的有機集成，集成的深度、廣度就是未來考慮城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的依據(jù)。

三、目前國內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

綜合監(jiān)控系統(tǒng)是大型的計算機IT集成系統(tǒng)，系統(tǒng)集成的核心目標(biāo)是降低成本，提高效率。用戶采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)是為了降低整體投資成本、提供統(tǒng)一的操作平臺、實現(xiàn)分立系統(tǒng)的信息共享、提升運營管理效率和應(yīng)急指揮能力。從廣州地鐵3號線開始，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)應(yīng)用和發(fā)展了近10年的時間，其系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)應(yīng)用和主要功能都有成熟的經(jīng)驗。但離真正的綜合監(jiān)控概念還有很大的差距：

1、對子系統(tǒng)的集成深度不夠。根據(jù)國內(nèi)軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)情況統(tǒng)計，目前綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成的子系統(tǒng)主要在PSCADA、BAS、FAS、PSD、FG之間選擇；對于 ATS、AFC、CCTV、PA、PIS、CLK、ALARM、ACS等基本采用互聯(lián)方式接入。在集成的子系統(tǒng)中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)對FAS、PSD、FG正常運營時都是只監(jiān)不控。因此實際上，綜合監(jiān)控系統(tǒng)只實現(xiàn)了對PSCADA、BAS兩個專業(yè)子系統(tǒng)的集成，而且這種集成仍然保持分立系統(tǒng)的運營模式，很多還擁有獨立的操作終端和操作方式。

2、系統(tǒng)集成模式單一，設(shè)備設(shè)置冗繁。綜合監(jiān)控系統(tǒng)在每個節(jié)點設(shè)置多重冗余（服務(wù)器、工作站、FEP、網(wǎng)絡(luò)）以保證系統(tǒng)的可靠性和可用性，與原來分立系統(tǒng)相比較，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)置冗繁，大大增加了建設(shè)期的投資成本。系統(tǒng)的可用性并不僅僅取決于系統(tǒng)硬件架構(gòu)的可用性，跟運營人員素質(zhì)、培訓(xùn)、運行管理與軟件系統(tǒng)等因素都有密切關(guān)系。同時，地鐵車站根據(jù)地理位置、行車調(diào)度、運營指揮的需求分為區(qū)域中心站和普通車站。普通車站由于點數(shù)規(guī)模較小，完全可以對設(shè)備進(jìn)行精簡和優(yōu)化。

3、實時運營數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)沒有實現(xiàn)很好的分離，一定程度上影響了系統(tǒng)的性能。地鐵日常的數(shù)據(jù)可以分為基于實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控應(yīng)用和基于歷史數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用。這兩種數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲和顯示機制都有很大的區(qū)別，在性能指標(biāo)上也有所區(qū)分。目前軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)沒有對這兩類數(shù)據(jù)的采集、存儲和應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格的分立，大量的設(shè)備運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)充斥了各級服務(wù)器的實時數(shù)據(jù)庫，許多地鐵線路達(dá)到單站15000點的規(guī)模，導(dǎo)致系統(tǒng)的性能有所降低。盡管服務(wù)器等硬件技術(shù)的發(fā)展一定程度上緩解了這些數(shù)據(jù)的處理壓力，但是綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺實時數(shù)據(jù)的處理機制（基于消息處理）約束了系統(tǒng)性能并不會與硬件性能的提升完全成正比例，總有一定的瓶頸。此外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在實現(xiàn)運營管理范疇中的工作單流程管理、出入庫管理、備品備件管理等功能上仍然與EMS等資產(chǎn)管理系統(tǒng)存在比較大的差距，導(dǎo)致用戶在采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)之外，仍然需要投資建設(shè)EMS系統(tǒng)，以實現(xiàn)對設(shè)備和資產(chǎn)的管理維護(hù)。

基于各地城市軌道交通建設(shè)、運營這二個職能部門分設(shè)的特殊性，綜合監(jiān)控系統(tǒng)目前主要根據(jù)建設(shè)部門的需求設(shè)置，以面向操作員工作站的值班人員的監(jiān)視、控制為主，而對運營部門的設(shè)備管理、維護(hù)維修管理等涉及不深，重監(jiān)控、輕管理，使得綜合監(jiān)控系統(tǒng)在實際建設(shè)和運營使用中，不能完全利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)的資源來提高運營效率。

綜上所述，目前國內(nèi)軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)在整合廣度、深度和降低用戶投資成本、提升運營效率等方面仍然存在問題和待改善的地方，這些成為綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的內(nèi)在推動力。

三、綜合監(jiān)控系統(tǒng)未來的發(fā)展方向

1、集成廣度和深度的擴展

綜合監(jiān)控系統(tǒng)對于子系統(tǒng)的集成廣度和集成深度將會得到進(jìn)一步的發(fā)展，在考慮AFC（涉及運營的財務(wù)結(jié)算）和ATO、ATP（安全系統(tǒng)）的特殊性，綜合監(jiān)控系統(tǒng)對于其他子系統(tǒng)可以做到完全的深度集成，如圖1所示。

當(dāng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對子系統(tǒng)完全實現(xiàn)深度集成后，將從以設(shè)備監(jiān)控為主的運營功能向旅客服務(wù)、行車調(diào)度方向發(fā)展。從技術(shù)和應(yīng)用的成熟度上分析，國外軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)提高了很好的案例和經(jīng)驗。目前北京地鐵6號線嘗試將ATS系統(tǒng)集成到綜合監(jiān)控系統(tǒng)，邁出了發(fā)展的第一步。如圖2所示。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成FAS、門禁、CCTV、入侵檢測等相關(guān)子系統(tǒng)后，將會提供強大的安防一體化（安防集成平臺）功能，保證旅客的人身和財產(chǎn)安全，實現(xiàn)安防一體的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化和集成化發(fā)展。如圖3所示。

2、集成模式的多樣化發(fā)展

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成模式可以根據(jù)線路的實際情況采用多樣化的模式：區(qū)域中心式、無人值守式。對于普通車站尤其是非信號集中連鎖站，可以考慮通過中心站進(jìn)行管理，縮減服務(wù)器等設(shè)備投資，甚至采用無人值守方式。國內(nèi)杭州地鐵1號線率先采用了區(qū)域中心+普通車站的集成模式，節(jié)省了70%車站級服務(wù)器設(shè)備的投資。國外多條線路均采用了無人值守的集成模式，在普通車站僅設(shè)置EMP設(shè)備（緊急后備計算機）作為緊急備用。采用區(qū)域式管理模式，可以有效的降低前期投資，但需要地鐵的運營單位管理思路和方式及時跟進(jìn)。如圖4所示。

3、面向管控一體化方向的發(fā)展

綜合監(jiān)控系統(tǒng)除具備目前的運營監(jiān)控功能，需要在管理功能上進(jìn)一步加強，這些功能都基于歷史數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，具體包括：設(shè)備信息存儲、設(shè)備運行信息統(tǒng)計、設(shè)備故障信息、設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)信息、設(shè)備保養(yǎng)管理、設(shè)備維護(hù)管理、設(shè)備維修管理、設(shè)備維護(hù)維修流程、設(shè)備操作票、工作票管理、維護(hù)維修許可證管理如動火證、動土證等、備品備件管理以及通過設(shè)備正常運行參數(shù)分析進(jìn)行設(shè)備運行預(yù)警等。

由于目前綜合監(jiān)控系統(tǒng)管控功能分工不清晰，導(dǎo)致大量實時性要求不高的數(shù)據(jù)也同樣采集到實時數(shù)據(jù)庫中，導(dǎo)致系統(tǒng)的性能受到很大影響。另外一方面，基于歷史數(shù)據(jù)的應(yīng)用功能不強大，基本無法滿足用戶進(jìn)行日常設(shè)備管理、維修的要求。因此，切實的將綜合監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)分離，實時應(yīng)用和歷史應(yīng)用分離，是綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的必然要求。

在綜合監(jiān)控系統(tǒng)管控一體化發(fā)展的基礎(chǔ)上，可以將歷史數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用從日常的運營分離，僅保留短時間段的日志供調(diào)度人員使用。所有基于歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析完全由運營單位的后臺人員完成，包括日常報表、維修管理等。綜合監(jiān)控系統(tǒng)面向管控一體化方向的發(fā)展，對于系統(tǒng)的軟件平臺、數(shù)據(jù)流向提出了更高的要求。

4、面向線網(wǎng)化和異構(gòu)交通方向的發(fā)展

隨著系統(tǒng)集成深度和廣度的發(fā)展，單純一條線路內(nèi)的集成將不能滿足多線運營的管理模式（如：換乘管理，線網(wǎng)列車調(diào)度，多線路信息共享等）。多線和線網(wǎng)集成將成為發(fā)展趨勢，甚至整區(qū)域內(nèi)的異構(gòu)線路系統(tǒng)也將進(jìn)行集成和全局監(jiān)控。因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)必須適應(yīng)線網(wǎng)化的發(fā)展需求。

此外，國外軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺已經(jīng)應(yīng)用于鐵路、城軌、地鐵、機場、公交及公路信息等多種交通方式的異構(gòu)交通方向。例如：GE公司Railedge在北美的應(yīng)用。目前，國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域在深圳等地也設(shè)置了大型樞紐站，對地鐵、高鐵、公交等進(jìn)行統(tǒng)一管理。綜合監(jiān)控系統(tǒng)在大型樞紐站，實現(xiàn)異構(gòu)交通的對接和管理成為進(jìn)一步發(fā)展的方向之一。

四、結(jié)論和展望

地鐵運營的自動化、信息化、智能化發(fā)展需求決定了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，綜合監(jiān)控系統(tǒng)必然從設(shè)備管理為主向運營管理、乘客服務(wù)、行車調(diào)度方向發(fā)展；系統(tǒng)深度集成的范圍向運營管理系統(tǒng)、乘客服務(wù)系統(tǒng)擴展；系統(tǒng)集成模式與系統(tǒng)配置向服務(wù)于運營管理、降低整體擁有成本方向發(fā)展；系統(tǒng)集成面向線網(wǎng)化和異構(gòu)交通方向發(fā)展。

圖1

圖2

圖3

圖4