新一代城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

王建文 唐 敏

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，510010，廣州∥第一作者，工程師)

自2002年中國(guó)大陸地區(qū)第一條城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(SICS)——廣州地鐵3號(hào)線SICS成功投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，SICS已走過(guò)了其第一個(gè)起步的10年，進(jìn)入了新的發(fā)展周期。SICS的引入和應(yīng)用使城市軌道交通自動(dòng)化水平達(dá)到了一個(gè)新的高度。SICS已成為當(dāng)今城市軌道交通控制系統(tǒng)建設(shè)的首選。

SICS從業(yè)人員在這10多年的設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)施、使用、維護(hù)的過(guò)程中，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，進(jìn)行了大量的創(chuàng)新、試驗(yàn)和總結(jié)等工作。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)的SICS在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)上存在的問(wèn)題及需要深入分析和優(yōu)化完善之處。為此，本文提出新一代SICS的設(shè)計(jì)和建設(shè)理念應(yīng)重點(diǎn)考慮的幾個(gè)方面:

1)注重系統(tǒng)的功能定位與運(yùn)營(yíng)需求相融合;

2)注重安全性、可靠性和實(shí)用性相結(jié)合;

3)注重先進(jìn)性與成熟性相協(xié)調(diào);

4)注重全壽命周期成本為最低;

5)注重可持續(xù)發(fā)展;

6)采用先進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)，為企業(yè)提供增值的解決方案和服務(wù);

7)為企業(yè)向數(shù)字化、信息化和智能化方向發(fā)展提供解決方案和基礎(chǔ)平臺(tái)。

基于上述幾點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)新一代SICS的發(fā)展提出以下若干優(yōu)化設(shè)計(jì)思路和方向。

1 新一代SICS的信息共享和數(shù)據(jù)挖掘

SICS接口眾多、數(shù)據(jù)完備，是一個(gè)多專業(yè)關(guān)聯(lián)的大型監(jiān)控系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)技術(shù)水平的不斷提高，新一代SICS應(yīng)在傳統(tǒng)規(guī)模上適當(dāng)擴(kuò)大其集成互聯(lián)范圍的深度和廣度，充分發(fā)揮其在地鐵信息化平臺(tái)中的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)(Data Warehouse)的作用，為信息共享和數(shù)據(jù)挖掘工作提供基礎(chǔ)。

1.1 拓展SICS內(nèi)部的聯(lián)動(dòng)功能

地鐵中圍繞車輛運(yùn)行和旅客服務(wù)的各機(jī)電系統(tǒng)是彼此關(guān)聯(lián)的。隨著地鐵運(yùn)營(yíng)管理的發(fā)展，導(dǎo)致各專業(yè)之間的關(guān)聯(lián)性日益加強(qiáng)。

傳統(tǒng)的SICS已具備的基本聯(lián)動(dòng)功能可分為2大類:一類是對(duì)日常事務(wù)的響應(yīng)(比如列車到站自動(dòng)廣播等功能);另一類是針對(duì)事故和災(zāi)害的措施(比如火災(zāi)模式、緊急疏散等)。但其在面向乘客服務(wù)、節(jié)能措施等方面并未充分發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)。因此，在設(shè)計(jì)新一代SICS的聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，除滿足運(yùn)營(yíng)基本的需求外，還應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題:一是發(fā)揮聯(lián)動(dòng)在節(jié)能措施方面的作用;二是重視聯(lián)動(dòng)在提高乘客服務(wù)質(zhì)量方面的作用;三是功能模塊對(duì)后期需求擴(kuò)展的適應(yīng)性。

SICS集成互聯(lián)的范圍廣，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)豐富，在充分了解運(yùn)營(yíng)需求的前提下，通過(guò)深度的數(shù)據(jù)挖掘，便可實(shí)現(xiàn)地鐵眾多自動(dòng)化子系統(tǒng)的多種協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。圖1提出的新一代SICS子專業(yè)聯(lián)動(dòng)關(guān)系，相比傳統(tǒng)的SICS聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景數(shù)量增加了10%～20%。

圖1 新一代SICS子專業(yè)的聯(lián)動(dòng)關(guān)系

1.2 實(shí)現(xiàn)SICS與上級(jí)指揮系統(tǒng)的信息交互

大城市的軌道交通系統(tǒng)隨著換乘樞紐數(shù)量的逐漸增加，都會(huì)最終形成一個(gè)較密集的線網(wǎng)。為了解決城市軌道交通線網(wǎng)運(yùn)能匹配、線網(wǎng)客流引導(dǎo)、維修綜合調(diào)度、緊急事件協(xié)調(diào)處理、線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)信息統(tǒng)一發(fā)布等一系列問(wèn)題，線網(wǎng)指揮中心(NOCC)的概念應(yīng)運(yùn)而生，旨在對(duì)全市的軌道交通線路進(jìn)行集中調(diào)度管理。

在廣州、北京、上海等一線城市的地鐵建設(shè)初期，未充分考慮線路與線網(wǎng)間的數(shù)據(jù)共享問(wèn)題。如北京，為了解決線網(wǎng)指揮中心的建設(shè)問(wèn)題，后在小營(yíng)新建了1座容納14條線路規(guī)模的控制中心，并將在其它地點(diǎn)已建成投運(yùn)的控制中心搬遷至小營(yíng)，造成了追加投資和資源浪費(fèi);又如廣州，在建設(shè)線網(wǎng)應(yīng)急指揮中心時(shí)，由于前期線路建設(shè)時(shí)沒有充分考慮到與線網(wǎng)平臺(tái)的接口問(wèn)題，在實(shí)現(xiàn)信息互通的過(guò)程中也費(fèi)了一番周折。因此，保證NOCC實(shí)現(xiàn)其功能的前提除了線路級(jí)SICS具備充足的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)外，新一代SICS還必須具備與NOCC的通信接口，將SIG、SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)、BAS、FAS、FG(防淹門)、PSD等專業(yè)的信息統(tǒng)一上傳，并確保這類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的全面性和可規(guī)劃性。同時(shí)，針對(duì)NOCC的功能特點(diǎn)，新一代SICS應(yīng)具備可對(duì)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)做第一階段的甄選處理的功能，只上傳與管理、決策行為相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型。

1.3 實(shí)現(xiàn)SICS的對(duì)外信息發(fā)布

當(dāng)在正常工況下運(yùn)營(yíng)時(shí)，站級(jí)的車控室、線路控制中心、線網(wǎng)指揮中心作為SICS的監(jiān)控管理層應(yīng)對(duì)日常事務(wù)進(jìn)行協(xié)調(diào)管理;當(dāng)發(fā)生運(yùn)營(yíng)事故或重大事件時(shí)，往往需要高層領(lǐng)導(dǎo)來(lái)對(duì)其進(jìn)行決策。但緊急和重大事件的發(fā)生往往沒有征兆，決策者受到時(shí)間和空間條件的限制難以從現(xiàn)場(chǎng)獲取信息來(lái)源。因此，新一代SICS應(yīng)能提供通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)的功能。

近年來(lái)，基于Internet(因特網(wǎng))Intranet(企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng))的WEB技術(shù)已在眾多控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用并日趨成熟，企業(yè)可通過(guò)Intranet方式和公眾數(shù)據(jù)交換網(wǎng) Internet方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程瀏覽實(shí)時(shí)畫面、報(bào)表、事件記錄、保護(hù)定值等現(xiàn)場(chǎng)信息。SICS結(jié)合WEB訪問(wèn)功能為更高一級(jí)管理者直接了解和參與現(xiàn)場(chǎng)管理提供了條件。通過(guò)基于服務(wù)器/瀏覽器技術(shù)，決策者即便遠(yuǎn)離控制中心，亦可隨時(shí)獲取運(yùn)營(yíng)的實(shí)時(shí)信息。

1.4 通過(guò)SICS組建異構(gòu)交通信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智慧交通

城市中除了建設(shè)軌道交通外，還并存有多種類型的交通系統(tǒng)，如快速公交系統(tǒng)(BRT)等，并與地鐵接駁。在現(xiàn)代化城市中，多種交通形式相輔相成、互相配合，形成了一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)體系。如果能實(shí)現(xiàn)多種交通系統(tǒng)的信息共享、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，對(duì)提高整個(gè)城市的綜合管理水平、運(yùn)營(yíng)效率等都有著非凡的意義。因此，近年來(lái)提出了異構(gòu)交通信息平臺(tái)這一概念，這個(gè)平臺(tái)也是國(guó)家智慧城市的概念設(shè)計(jì)中有關(guān)智慧交通領(lǐng)域內(nèi)的重要一環(huán)。

地鐵，作為城市公共交通的主干，是擔(dān)當(dāng)落實(shí)智慧城市智能交通概念的最好角色。新一代SICS信息平臺(tái)將著眼于多種交通模式(如地鐵、輕軌、道路公交、出租車、火車、機(jī)場(chǎng)等)的換乘與銜接。比如，可在多種交通模式間(如地鐵與道路公交)統(tǒng)一協(xié)調(diào)時(shí)刻表，提供實(shí)時(shí)的交通、路況、天氣、突發(fā)事件等信息，為乘客提供動(dòng)態(tài)出行計(jì)劃。

這種數(shù)據(jù)共享帶來(lái)的是面向市民服務(wù)的社會(huì)效益最大化，從而提高市民生活的便捷度與生活質(zhì)量。如果說(shuō)NOCC的線網(wǎng)客流引導(dǎo)還只是基于城市軌道交通自身的話，那么異構(gòu)交通信息平臺(tái)可同時(shí)考慮地面和地下交通的擁堵狀態(tài)、潛在客流高峰、出租車空載率和可用度、道路公交線路的時(shí)刻表等。相應(yīng)地，每個(gè)出行的市民也可作為一個(gè)傳感器來(lái)反饋城市交通的信息，比如利用智能手機(jī)迅速上傳某件事故或突發(fā)事件的報(bào)警信息。這也是新一代ISCS的發(fā)展方向。

2 新一代ISCS與運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)和管理

傳統(tǒng)的ISCS受到系統(tǒng)成熟度、設(shè)計(jì)理念、投資規(guī)模甚至工期等因素的影響，往往是重監(jiān)控，輕管理。事實(shí)上，ISCS是一個(gè)巨大的設(shè)備信息平臺(tái)，為各相關(guān)系統(tǒng)提供信息資源共享。因此，ISCS在企業(yè)管理方面有著天然的優(yōu)勢(shì)。發(fā)揮這種優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)ISCS的管控一體化也是新一代ISCS發(fā)展的趨勢(shì)之一。

2.1 整合維修網(wǎng)絡(luò)，引入資產(chǎn)管理

在集成維修管理系統(tǒng)中，ISCS有著天然的優(yōu)勢(shì)。ISCS從集成或互聯(lián)的各子系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)包含設(shè)備在線/離線信息、故障與異常信息、設(shè)備關(guān)鍵信息(如電壓、電流、溫度)等。日常的運(yùn)營(yíng)可以在ISCS終端上對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)的設(shè)備故障與異常信息進(jìn)行分析，合理地安排維修。另一方面，ISCS的歷史數(shù)據(jù)記錄功能可有效地記錄設(shè)備動(dòng)作次數(shù)、連續(xù)工作時(shí)間等信息，可以據(jù)此安排合理的預(yù)防性檢修，提高各系統(tǒng)的安全性與可靠性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

基于ISCS平臺(tái)的集成維修管理系統(tǒng)可以直接利用現(xiàn)有的ISCS設(shè)備(服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)，無(wú)需額外投入過(guò)多的硬件設(shè)備，因此節(jié)省了設(shè)備成本。集成維修管理系統(tǒng)可提供設(shè)備管理、狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、設(shè)備維修計(jì)劃、維修工作流管理及報(bào)表等功能。所有的功能均可由ISCS提供統(tǒng)一風(fēng)格的人機(jī)界面(HMI)。

2.2 實(shí)現(xiàn)能源管理，貫徹節(jié)能減排

地鐵是城市公用設(shè)施中最大的耗電用戶之一，解決地鐵節(jié)電問(wèn)題是目前國(guó)際上正在大力攻關(guān)的一個(gè)課題。ISCS擁有較全面的地鐵設(shè)備及環(huán)境的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如何利用其提高地鐵能效管理的水平，也是目前ISCS重要的應(yīng)用發(fā)展方向。

基于ISCS平臺(tái)的電能管理系統(tǒng)功能應(yīng)包括全面采集各場(chǎng)所用電量及電能質(zhì)量信息，分析各供用電子系統(tǒng)的電能質(zhì)量，持續(xù)跟蹤諧波治理及無(wú)功補(bǔ)償后的系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，建立環(huán)境溫度、客流、列車上線情況和能耗的模型，分析運(yùn)營(yíng)方式與能耗關(guān)系，從而改變用電習(xí)慣，建立協(xié)調(diào)能耗聯(lián)動(dòng)控制機(jī)制，以達(dá)到節(jié)能目的。

2.3 優(yōu)化培訓(xùn)系統(tǒng)，做到物盡其用

在對(duì)若干條國(guó)內(nèi)已開通運(yùn)營(yíng)的地鐵線路的回訪中了解到，運(yùn)營(yíng)人員對(duì)培訓(xùn)管理系統(tǒng)(TMS)的利用情況并不理想，究其原因有以下3點(diǎn):

1)在設(shè)計(jì)期間，對(duì)TMS的用戶需求不明確，導(dǎo)致軟件集成廠家開發(fā)的平臺(tái)不適用于用戶;

2)每條線路ISCS均設(shè)置有TMS，但其規(guī)模和對(duì)真實(shí)情況的模擬程度有限，達(dá)不到理想的培訓(xùn)效果;

3)運(yùn)營(yíng)單位自身對(duì)培訓(xùn)的組織和重視程度不高，也是導(dǎo)致TMS閑置的原因。

由于運(yùn)營(yíng)單位的培訓(xùn)工作具有較為集中、定期等特點(diǎn)，因此新一代ISCS的TMS功能定位和建設(shè)，可以考慮從分散性設(shè)置思路轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺皆O(shè)置，全線ISCS、FAS、BAS、ACS等集中設(shè)置于一處線路實(shí)訓(xùn)中心。其具有和正線相同的IBP(應(yīng)急后備操作盤)、大屏幕(使用投影模擬)、調(diào)度臺(tái)及其配套設(shè)備，并搭建FAS、BAS等子專業(yè)的仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最大程度的真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)還原。

另外，TMS的建設(shè)初期應(yīng)明確面向的對(duì)象，對(duì)不同職能的人群(如車站站務(wù)人員、中央調(diào)度人員、維修人員等)訂制有針對(duì)性的功能模塊，并能最終形成一套完整的考核系統(tǒng)，使得運(yùn)營(yíng)管理正規(guī)化、完整化。

2.4 升級(jí)決策支持功能，適應(yīng)運(yùn)營(yíng)需求

運(yùn)營(yíng)管理中，對(duì)緊急事件響應(yīng)速度的要求與站務(wù)、調(diào)度人員處理能力之間存在矛盾。因此，運(yùn)營(yíng)部門會(huì)事先針對(duì)不同的緊急情況制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，這一行為促進(jìn)了ISCS決策支持功能的發(fā)展應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)以運(yùn)營(yíng)應(yīng)急預(yù)案為基礎(chǔ)的決策支持系統(tǒng)，在緊急情況下給調(diào)度人員的行動(dòng)作指引。

決策支持系統(tǒng)是一種輔助決策者通過(guò)數(shù)據(jù)、模型和知識(shí)，以人機(jī)交互方式進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它是信息管理系統(tǒng)(MIS)在向更高一級(jí)發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的，可為決策者提供分析問(wèn)題、建立模型、模擬決策過(guò)程和方案的環(huán)境?？赏ㄟ^(guò)該系統(tǒng)調(diào)用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質(zhì)量。

新一代綜合監(jiān)控決策支持系統(tǒng)應(yīng)發(fā)揮其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急事件處置的可視化指揮。決策支持系統(tǒng)可提供預(yù)案分析工具，用于對(duì)選定預(yù)案的執(zhí)行效果進(jìn)行預(yù)覽。

伴隨著ISCS平臺(tái)的資源共享，數(shù)據(jù)也從單純的交通領(lǐng)域逐步延伸到其他相關(guān)領(lǐng)域。比如:決策支持系統(tǒng)可以融合地理信息系統(tǒng)(GIS)，對(duì)應(yīng)急組織、救援設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施等進(jìn)行快速查詢、定位;決策支持系統(tǒng)可為應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急組織、應(yīng)急物資、危險(xiǎn)源等提供綜合展現(xiàn)的平臺(tái)。

3 提高ISCS的靈活性

傳統(tǒng)的ISCS軟件平臺(tái)中，不論是數(shù)據(jù)庫(kù)還是上位組態(tài)畫面，其客戶端大都為固化和封裝的，這給用戶的使用、調(diào)整和維護(hù)帶來(lái)不便。以廣州地鐵為例，若某車站名稱發(fā)生了變更，則相關(guān)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件平臺(tái)的界面也應(yīng)修改，但此軟件并未開放界面的修改權(quán)限，因此一個(gè)簡(jiǎn)單的修改行為，會(huì)花費(fèi)較大的變更費(fèi)用。

針對(duì)運(yùn)營(yíng)需求具有動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，新一代ISCS軟件平臺(tái)宜將一部分的功能模塊可編輯化，比如聯(lián)動(dòng)功能模塊、PSCADA(電力監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)程控卡片功能模塊、決策支持功能模塊等。

聯(lián)動(dòng)功能模塊除了一些缺省和預(yù)定義的聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景之外，運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員還可以跟隨平臺(tái)界面的指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)觸發(fā)方式、執(zhí)行方式、聯(lián)動(dòng)步驟等內(nèi)容做一系列的定義，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景自設(shè)計(jì)和編排，使其能更靈活地滿足運(yùn)營(yíng)需求。

PACADA程控卡片功能模塊也宜具備可編輯程控卡片內(nèi)容的功能，通過(guò)申請(qǐng)、審核等運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制的配合，電力調(diào)度可以自行編輯并定義其需要的程控卡片內(nèi)容。

功能的靈活性與平臺(tái)的安全性存在一定矛盾，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)不能單方面地因靈活性而忽視了安全性，可以通過(guò)功能的面向?qū)ο?比如面向使用者還是維修者)，加入一些審核機(jī)制來(lái)達(dá)到靈活性與安全性并存。

4 新一代ISCS的標(biāo)準(zhǔn)化研究

近年來(lái)國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)的特點(diǎn)之一是線路數(shù)量多、工期緊、缺乏資深的專業(yè)人員，因此，模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化與開放性的設(shè)計(jì)理念，有利于提高項(xiàng)目完成的質(zhì)量和效率。

針對(duì)ISCS，其標(biāo)準(zhǔn)化研究可以分為:面向信息及傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)(包括數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化、信息傳輸模式標(biāo)準(zhǔn)化、與相關(guān)專業(yè)接口及協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化等)，面向硬件及工程實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)(包括設(shè)備選型 、生產(chǎn)制造 、施工、測(cè)試、調(diào)試及驗(yàn)收等標(biāo)準(zhǔn)化)，以及面向用戶的信息標(biāo)準(zhǔn)(包括人機(jī)界面、操作模式、權(quán)限管理等標(biāo)準(zhǔn)化)等。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)10多年的應(yīng)用和發(fā)展，ISCS已成為當(dāng)今城市軌道交通建設(shè)中不可或缺的一部分。在新的發(fā)展階段，新一代ISCS應(yīng)在技術(shù)方案上具有前瞻性，在功能方面更加適應(yīng)運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)和管理的需要，并能有效提高乘客服務(wù)水平;在新一代ISCS搭建的各個(gè)階段應(yīng)注重其標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，以利于工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。作為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，ISCS必將在城市軌道交通行業(yè)中繼續(xù)穩(wěn)步邁進(jìn)，大放光彩。

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［2］張慎明，王軍.新一代綜合監(jiān)控系統(tǒng)若干問(wèn)題的研究和探討［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2010(1):18.

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