國內(nèi)外地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)比較及技術(shù)發(fā)展分析

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

國內(nèi)外地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)比較及技術(shù)發(fā)展分析

施小敏

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

通過比較已建成的國內(nèi)外地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)類型，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù)、大數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)的發(fā)展方向，分析地鐵等城市軌道交通工程監(jiān)控元素的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，提出地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)及相關(guān)信息化建設(shè)的理念。

地鐵；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；信息化

隨著專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，我國的地鐵建設(shè)相繼裝備了乘客信息顯示系統(tǒng)（PIS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）等眾多高新技術(shù)裝備。由于各個(gè)系統(tǒng)需要協(xié)同動(dòng)作時(shí)，一般操作都是通過人工方式溝通協(xié)調(diào)，顯示出操控速度慢、效率低、人為錯(cuò)誤幾率高的問題,所以，跨系統(tǒng)集成的綜合系統(tǒng)呼之欲出。21世紀(jì)初，供電系統(tǒng)與機(jī)電系統(tǒng)整合為統(tǒng)一平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)在我國地鐵行業(yè)首現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了以電調(diào)、環(huán)調(diào)為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并與廣播系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)進(jìn)行接口,實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)。

由于國內(nèi)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，受系統(tǒng)研發(fā)單位自身成熟傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展制約，使得綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)概念在國內(nèi)城軌領(lǐng)域建設(shè)發(fā)展，甚至運(yùn)營崗位配屬上顯得很模糊。因此，需借助“人工智能”、“云存儲(chǔ)”、“云處理”等其他領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，對國內(nèi)外地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)概念做一些對比分析，以利于該項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展。

1 國外綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方式分析

1.1 系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)

國外綜合監(jiān)控系統(tǒng)通常包含控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)和車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)3個(gè)部分。

1）控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)自組內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，連接所有設(shè)備；配置2套服務(wù)器，分別用于全線的實(shí)時(shí)運(yùn)算和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并根據(jù)運(yùn)營需要，配設(shè)相應(yīng)的監(jiān)控終端及大屏幕；位于控制中心的各機(jī)電子系統(tǒng)通過直連或FEP連接的方式，接入控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，完成控制中心機(jī)電子系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)交換。

2）車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過自組站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，連接所有設(shè)備；配置1套服務(wù)器，完成站內(nèi)的實(shí)時(shí)運(yùn)算和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；根據(jù)運(yùn)營需要配設(shè)必要的監(jiān)控終端；位于車站的各機(jī)電子系統(tǒng)，通過直連或FEP連接的方式接入車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行車站機(jī)電子系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)交換。

3）車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)與各車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)基本相似，僅在監(jiān)控終端數(shù)量以及接口子系統(tǒng)的數(shù)量和數(shù)據(jù)交換內(nèi)容上有所區(qū)別。

國外綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用的是統(tǒng)一、面向地鐵運(yùn)營的軟件平臺(tái)，而非通用組態(tài)平臺(tái)。通過專用面向地鐵的軟件平臺(tái)，解決地鐵信息系統(tǒng)建設(shè)的“信息孤島”問題。因?yàn)樵诮y(tǒng)一的軟件平臺(tái)上可以完全以地鐵運(yùn)營的目的、功能來構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)所有關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的日常運(yùn)營管理功能，完成對地鐵系統(tǒng)運(yùn)行的統(tǒng)籌管理，實(shí)現(xiàn)功能的“全面整合”，完成聯(lián)動(dòng)。

雖然在通用組態(tài)平臺(tái)上堆建綜合監(jiān)控系統(tǒng)是不理想的，但是組態(tài)平臺(tái)仍然是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)基礎(chǔ)組成部分。即該面向地鐵運(yùn)營的平臺(tái)應(yīng)包括一個(gè)高效、穩(wěn)定、大容量的組態(tài)平臺(tái)，對各子系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。該面向地鐵運(yùn)營的平臺(tái)還應(yīng)該具備多系統(tǒng)集成能力，把各個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)、互通、互操作”。

1.2 整合方式

國外綜合監(jiān)控系統(tǒng)對于機(jī)電系統(tǒng)整合原則是，盡可能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)來完成該機(jī)電系統(tǒng)的日常監(jiān)控管理操作，即深度集成方式最為優(yōu)先，其次為全部互聯(lián)方式和界面互聯(lián)方式，最后為部分互聯(lián)方式。國外典型綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整合方案如表1所示。

表1 國外典型綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整合方案

1.3 接口方式

國外綜合監(jiān)控系統(tǒng)與各機(jī)電子系統(tǒng)的接口，根據(jù)子系統(tǒng)不同特點(diǎn)分別進(jìn)行定義，沒有統(tǒng)一的模式。

對于電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，由于其設(shè)備數(shù)量眾多、數(shù)據(jù)量大、接口方式較為復(fù)雜，通常采取通過FEP/RTU連接的方式，由FEP/RTU負(fù)責(zé)完成協(xié)議解析、數(shù)據(jù)隔離和防火墻工作；對于其他子系統(tǒng)，則進(jìn)行直接聯(lián)系，由服務(wù)器完成相應(yīng)的協(xié)議解析、數(shù)據(jù)隔離以及防火墻工作。國外典型綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口方案如表2所示。

表2 國外典型綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口方案

2 國內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方式分析

國內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)方式，基本存在4種形式。

2.1 深度集成子系統(tǒng)

這種方案中，被集成子系統(tǒng)只有末端硬件設(shè)備，不存在1套獨(dú)立計(jì)算機(jī)管理子系統(tǒng)的應(yīng)用程序。末端硬件設(shè)備完全依賴綜合監(jiān)控系統(tǒng)管理，一旦綜合監(jiān)控系統(tǒng)失效，將導(dǎo)致被集成子系統(tǒng)無法工作。

2.2 全面互聯(lián)子系統(tǒng)

在這種方案中，被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)由1套完整的應(yīng)用程序來管理。綜合監(jiān)控系統(tǒng)與被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的應(yīng)用程序（服務(wù)器端）相連，完成2個(gè)系統(tǒng)間的雙向數(shù)據(jù)交互。綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的全部日常功能，日常調(diào)度管理工作在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的終端完成。只有在綜合監(jiān)控系統(tǒng)失效時(shí)，可通過被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的終端完成日常工作。

2.3 界面互聯(lián)子系統(tǒng)

在這種方案中，被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)由1套完整的應(yīng)用程序來管理。綜合監(jiān)控系統(tǒng)與被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的應(yīng)用程序（服務(wù)器端）相連，完成2個(gè)系統(tǒng)間的雙向數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的終端，嵌入被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的應(yīng)用程序，完成被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的全部日常功能。只有在綜合監(jiān)控系統(tǒng)失效時(shí)，可通過被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的終端完成日常工作。

2.4 部分互聯(lián)子系統(tǒng)

在這種方案中，被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)由1套完整的應(yīng)用程序來管理。綜合監(jiān)控系統(tǒng)與被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的應(yīng)用程序（服務(wù)器端）相連，完成2個(gè)系統(tǒng)間的雙向數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，只完成關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)視功能以及部分被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的日常功能，不具備對關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的完全管理功能。被互聯(lián)子系統(tǒng)的全部日常功能，通過被關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的終端完成。

上述4種建設(shè)方案，是對機(jī)電系統(tǒng)頂層監(jiān)控系統(tǒng)的集成或整合，成為不同的系統(tǒng)建設(shè)方式。其各自的機(jī)電系統(tǒng)分類，與國外相同。

在國內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建上，硬件結(jié)構(gòu)基本同于國外，但軟件結(jié)構(gòu)卻有所差別。國內(nèi)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)多適用于組態(tài)平臺(tái)的應(yīng)用，對于閉路電視、廣播、列車運(yùn)行監(jiān)控和無線電系統(tǒng)，則出于組態(tài)平臺(tái)的處理能力，選擇了信息必要部分的互聯(lián)。而大多利于運(yùn)營動(dòng)態(tài)狀況的機(jī)電設(shè)備信息，則未進(jìn)入國內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)范圍。

3 國內(nèi)外已建成綜合監(jiān)控系統(tǒng)對比分析

國內(nèi)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)與國外基本相同，但在基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的選擇上，具有較大的差異。

國內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)通常的實(shí)現(xiàn)形式為在通用組態(tài)平臺(tái)上搭建，所謂通用組態(tài)平臺(tái),即SCADA，是一個(gè)面向設(shè)備點(diǎn)控制的平臺(tái)。但是，對于列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)等非面向設(shè)備點(diǎn)控制的系統(tǒng)時(shí)，SCADA因自身的業(yè)務(wù)邏輯和功能局限，將使這類系統(tǒng)被整合的功能受到限制。因此，國內(nèi)在建設(shè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，對這類業(yè)務(wù)系統(tǒng)多采取部分互聯(lián)的整合方式，由此因環(huán)節(jié)的增加，可靠性有所降低；同時(shí)，硬件設(shè)備的增加，也將導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)功能系統(tǒng)的運(yùn)營功耗增高。

國內(nèi)外地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整合方案比較如表3所示，從中可以看出，國內(nèi)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)由于缺乏同等業(yè)務(wù)層數(shù)據(jù)的共享及同一處理器處理，多采用部分互聯(lián)或者人工介入信息，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息共享的不全面，自動(dòng)鏈路的不完整，因此在針對地鐵運(yùn)營的一致性、完整性方面，還有技術(shù)進(jìn)步完善的空間。

表3 國內(nèi)外典型綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案比較

4 分析結(jié)論及技術(shù)發(fā)展

綜上所述，國內(nèi)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)從理念角度講，與國外的先進(jìn)理念仍有不小的差距。在建設(shè)目的上，仍舊以整合電力及設(shè)備遙控為目的，沒有真正引入以行車為核心，面向地鐵運(yùn)營的概念。

學(xué)習(xí)吸收國外先進(jìn)系統(tǒng)建設(shè)理念，能夠更好地幫助加速地鐵運(yùn)營的信息化建設(shè)，達(dá)到提高地鐵運(yùn)營效率，實(shí)現(xiàn)減員增效，保障安全，妥善應(yīng)急的目的。

具體的系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展實(shí)施措施建議如下。

1）構(gòu)建性能穩(wěn)定，具備處理能力強(qiáng)的城軌綜合控制業(yè)務(wù)專用平臺(tái)

作為業(yè)務(wù)功能的承載環(huán)境軟件平臺(tái)，城軌綜合控制業(yè)務(wù)專用平臺(tái)有著遠(yuǎn)大的未來意義，沒有Windows、DOS等操作系統(tǒng)的原始根基性質(zhì)操作系統(tǒng)的神秘，而擁有著支撐城軌綜合控制業(yè)務(wù)功能應(yīng)用軟件邏輯運(yùn)算、信息共享及程序單元同步、異步運(yùn)算的重要意義。

國內(nèi)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，多為引進(jìn)型SCADA組態(tài)平臺(tái)，是國外綜合監(jiān)控系統(tǒng)供應(yīng)商的二流技術(shù)平臺(tái)。雖然部分國內(nèi)系統(tǒng)供應(yīng)商歷經(jīng)多年實(shí)現(xiàn)引進(jìn)、消化、吸收及再創(chuàng)新，但無法突破組態(tài)平臺(tái)對非組態(tài)業(yè)務(wù)功能的承載，直至今日，在該專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)上，受制于平臺(tái)工作穩(wěn)定性的困難，難有長足發(fā)展。

國內(nèi)城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)日漸成熟，業(yè)務(wù)功能描述和聯(lián)動(dòng)需求逐漸清晰，業(yè)務(wù)知識(shí)足以支持平臺(tái)構(gòu)建之初的目標(biāo)對象量化、運(yùn)算數(shù)據(jù)量統(tǒng)計(jì)及邏輯流程推導(dǎo)，在充分準(zhǔn)備及合理分工的前提下，清晰定義平臺(tái)研制需求，基于穩(wěn)定可開發(fā)操作系統(tǒng)、通用軟件協(xié)議構(gòu)建城軌綜合控制業(yè)務(wù)專用平臺(tái)，只是時(shí)間的問題。

2）中國制造2025時(shí)代技術(shù)發(fā)展催生新廣域集成城軌綜合監(jiān)控系統(tǒng)

中國制造2025時(shí)代的城軌綜合監(jiān)控系統(tǒng)是工業(yè)4.0時(shí)代的中國版城軌綜合監(jiān)控，其實(shí)現(xiàn)的措施途徑在于工業(yè)4.0時(shí)代的信息技術(shù)、控制技術(shù)的普遍和廣泛，以及中國城市軌道交通運(yùn)營監(jiān)控領(lǐng)域的智能化技術(shù)需求。

中國制造2025時(shí)代的工業(yè)控制乃至自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展平臺(tái)是國家戰(zhàn)略，平臺(tái)技術(shù)以國家技術(shù)進(jìn)步為依托，必將使中國制造的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，滿足智能化、網(wǎng)絡(luò)信息需求的平臺(tái)業(yè)務(wù)將由此不斷在各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生。

城市軌道交通的發(fā)展代表著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，城軌機(jī)電系統(tǒng)控制、客流疏導(dǎo)監(jiān)控也將是未來工業(yè)4.0時(shí)代智能化控制的行業(yè)領(lǐng)域課題，借助中國制造2025時(shí)代智能平臺(tái)技術(shù)的成熟，新廣域集成城軌綜合監(jiān)控系統(tǒng)也將日益廣泛應(yīng)用。

3）功能需求的數(shù)據(jù)挖掘

中國制造2025城軌綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研制，不應(yīng)簡單拼湊現(xiàn)今的監(jiān)控系統(tǒng)，而應(yīng)結(jié)合信息共享、智能控制技術(shù)的應(yīng)用，對城市軌道交通運(yùn)營綜合監(jiān)控業(yè)務(wù)的需求，開展更多的功能拓展。在正常運(yùn)營條件的節(jié)能智能控制、設(shè)備工況趨勢監(jiān)測分析、數(shù)據(jù)安全防范上，深度實(shí)施；在運(yùn)營事故或突發(fā)事件條件下，由實(shí)現(xiàn)應(yīng)對選項(xiàng)措施的智能選判，適應(yīng)型多重預(yù)案的實(shí)施。

上述這些功能，需要在系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)初期及系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)時(shí)，實(shí)施概念設(shè)計(jì)和需求設(shè)計(jì)，結(jié)合當(dāng)前綜合監(jiān)控業(yè)務(wù)功能及其功能拓展，更高功能等級(jí)的實(shí)施定義，以完善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能構(gòu)成。

具體措施在于，由城市軌道交通風(fēng)、水、電等常規(guī)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、強(qiáng)電控制系統(tǒng)、弱電控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)人員，開展中央監(jiān)控功能的現(xiàn)狀窮舉及智能化拓展，由系統(tǒng)定義及概念設(shè)計(jì)的架構(gòu)師采集需求，挖掘數(shù)據(jù)。

4）綜合監(jiān)控運(yùn)營崗位業(yè)務(wù)適應(yīng)調(diào)整

新型城軌綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，也將導(dǎo)致城軌中央調(diào)度崗位人員及職責(zé)因功能深度集成、信息共享平臺(tái)的建立而出現(xiàn)必要的適應(yīng)性調(diào)整，調(diào)度人員的綜合業(yè)務(wù)要求更加廣泛，打破以往的“行調(diào)、電調(diào)、客調(diào)、維調(diào)”種類劃分和界限，向中央集中式綜合運(yùn)營調(diào)度技術(shù)發(fā)展，調(diào)度崗位也隨之適應(yīng)調(diào)整。

[1]潘芳芳，夏洪川，鄒思杰. 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為信息共享平臺(tái)的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，5 （29）：99-101.

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Through comparison among existing metro comprehensive monitoring systems at home and abroad, the paper analyzes monitoring elements characteristics of urban mass transit in consideration of developing trends of computer technologies, network information processing technologies and big data acquisition and processing technologies, and puts forward the concepts of metro comprehensive monitoring systems and relevant information construction.

metro; comprehensive monitoring systems; informatization

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.017

2016-07-01）