地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建及發(fā)展趨勢(shì)淺談

王麗平　齊曉華

【摘 要】隨著城市軌道和自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成為城市軌道智能化和自動(dòng)化發(fā)展的主要趨勢(shì)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)，能高效管理和監(jiān)控多個(gè)子系統(tǒng)，提高地鐵的安全性和運(yùn)營(yíng)的高效性。目前，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)面臨著新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文對(duì)國(guó)內(nèi)典型綜合監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，包括軟硬件和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，并對(duì)城市軌道綜合監(jiān)控的存在問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了介紹，這對(duì)深入研究和開(kāi)發(fā)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能，提高地鐵運(yùn)營(yíng)效益具有參考意義。

【關(guān)鍵詞】綜合監(jiān)控；結(jié)構(gòu)組網(wǎng)；發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

城市地鐵和輕軌是解決大城市交通緊張、市民出行困難、汽車污染環(huán)境等嚴(yán)重問(wèn)題的有效交通方式。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，促使城市軌道交通進(jìn)入建設(shè)高峰期。2015年，全國(guó)已經(jīng)有39個(gè)城市建設(shè)或規(guī)劃建設(shè)軌道交通，地鐵運(yùn)營(yíng)線路達(dá)到3618公里，每天投資超過(guò)7.8億元。預(yù)計(jì)到2020年建地鐵城市會(huì)達(dá)到50個(gè)，運(yùn)營(yíng)線路接近6000公里，投資將達(dá)4萬(wàn)億元。 到那個(gè)時(shí)候，城市與城際間將組建成一個(gè)交織龐大的城市軌道網(wǎng)絡(luò)。城市軌道交通的大發(fā)展推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)、信息和監(jiān)控這三大技術(shù)的飛速融合，推動(dòng)了城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)概述

綜合監(jiān)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱ISCS，是指對(duì)城市軌道交通線路中所有電力和機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的分層分布式計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的硬件集成了服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、工控機(jī)和FEP等計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，并采用通用開(kāi)放的轉(zhuǎn)換接口，這些硬件組件符合國(guó)際或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通用型好，可靠性高；軟件采用模塊式，多層化結(jié)構(gòu)，并采用開(kāi)放式通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)電子系統(tǒng)間的信息互換和資源共享，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各相關(guān)機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)功能。目前，地鐵的實(shí)際運(yùn)營(yíng)需要多個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，包括屏蔽門系統(tǒng)（PSD）、售檢票系統(tǒng)（AFC）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、門禁系統(tǒng)（ACS）、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、廣播系統(tǒng)（PA）、信號(hào)系統(tǒng)（SIG）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、時(shí)鐘系統(tǒng)（CLK）等。

2 系統(tǒng)組成

綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用冗余、分層、分布式C/S結(jié)構(gòu)，采用TCP/IP協(xié)議和有效的故障隔離及抗干擾措施。

2.1 硬件組成

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件由4部分組成：中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)（包括綜合后備盤IBP）、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)以及綜合監(jiān)控骨干傳輸網(wǎng)。

2.1.1 中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)位于控制中心，由實(shí)時(shí)和歷史服務(wù)器、外部磁盤陣列、中央以太網(wǎng)交換機(jī)、各類工作站、FEP、打印機(jī)、綜合顯示屏、不間斷電源等構(gòu)成。中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)全線重要監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。

2.1.2 車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)位于各車站和車輛段，由服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機(jī)、工作站、打印機(jī)、FEP、IBP、不間斷電源等構(gòu)成。車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，為了方便車站工作人員監(jiān)控調(diào)度，需要在操作員工作站上以圖像、表格和文本的方式顯示出來(lái)。當(dāng)中央級(jí)和主干網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，車站級(jí)仍可對(duì)車站范圍內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行控制。圖1為鄭州地鐵1號(hào)線車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，數(shù)據(jù)通過(guò)車站內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)接口和通信主干網(wǎng)連接。在車站集成、互聯(lián)的子系統(tǒng)通過(guò)100M以太網(wǎng)口或422/485/232串口接入FEP。

2.1.3 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要包括BAS、SCADA等各集成系統(tǒng)的綜合后備盤IBP。當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)阻塞等意外工況時(shí)，IBP可以就地實(shí)現(xiàn)對(duì)重要設(shè)備的后備控制功能。需要根據(jù)每個(gè)車站控制室的房間尺寸專門定制IBP柜和工作臺(tái)，控制室不僅要實(shí)現(xiàn)高效的車站控制功能，在整體美觀方面也有較高的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 軟件組成

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要由三部分組成：基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件和接口軟件。基礎(chǔ)軟件的功能是數(shù)據(jù)處理、信息管理等功能；應(yīng)用軟件的功能是系統(tǒng)使用、管理、應(yīng)用維護(hù)等功能；接口軟件的功能是完成各子系統(tǒng)間、機(jī)電設(shè)備間的通信處理，并可以顯示設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行、故障、報(bào)警和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等信息。

現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要分兩大類：大型軌道交通綜合監(jiān)控軟件和側(cè)重于HMI功能的中小型SCADA軟件。目前在國(guó)內(nèi)工程項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛的主流的軟件是第一類，國(guó)外的大型綜合監(jiān)控軟件主要有：WinCCOA（原PVSS）、SCADAsoft、Rail Edge、Systemat ICS等；國(guó)外的大型綜合監(jiān)控軟件主要有：上海寶信iCentroView、南京南瑞公司的RT21-ISCS、北京和利時(shí)公司的MACS-SCADA等。如今我國(guó)軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，鄭州地鐵1號(hào)線是采用北京和利時(shí)公司的MACS-SCADA平臺(tái)，廣州地鐵3、4、5號(hào)線采用的是SCADASOFT軟件平臺(tái)，南京地鐵2號(hào)線采用的是南京南瑞公司的 RT21-ISCS 軟件平臺(tái)。國(guó)內(nèi)首條綜合監(jiān)控系統(tǒng)在北京地鐵5號(hào)線已投入運(yùn)營(yíng)；成都地鐵1號(hào)線和上海地鐵10號(hào)線等多條線路也都正在建設(shè)城市軌道綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

目前，進(jìn)口綜合監(jiān)控軟件平臺(tái)因?yàn)槠湫阅芊€(wěn)定可靠，功能強(qiáng)大的特點(diǎn)在在國(guó)內(nèi)軌道交通應(yīng)用較多，但其價(jià)格昂貴，且后期維護(hù)保養(yǎng)非常不便；而國(guó)內(nèi)綜合監(jiān)控軟件平臺(tái)，國(guó)內(nèi)軌道交通應(yīng)用較少，雖起步晚但發(fā)展快，維護(hù)維修方便，價(jià)格便宜，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，國(guó)產(chǎn)綜合監(jiān)控軟件平臺(tái)會(huì)必將會(huì)逐漸取代進(jìn)口軟件平臺(tái)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)組成

綜合監(jiān)控骨干傳輸網(wǎng)是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道。從物理角度看，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由三部分組成：現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)、局域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。車站的各個(gè)機(jī)電設(shè)備被現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，然后匯集到車站級(jí)局域網(wǎng)，各車站局域網(wǎng)絡(luò)通過(guò)主干網(wǎng)將車站設(shè)備連接起來(lái)傳送到控制中心。目前，城市軌道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)大多采用以太網(wǎng)交換機(jī)作為信息傳輸?shù)囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，以太網(wǎng)交換機(jī)的信息傳輸速率約為1000Mbit/s，這樣才能滿足城市軌道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸要求。

3 發(fā)展趨勢(shì)

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展先后經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段半混合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)：電話調(diào)度系統(tǒng)+分立電氣元件控制設(shè)備+手工操作；第二階段分立自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)：ATC、SCADA、EMCS（Electrical Monitoring and Control System，即電力自動(dòng)化系統(tǒng)）、FAS、AFC等各專業(yè)分別建網(wǎng)的計(jì)算機(jī)多方位監(jiān)控；第三階段綜合監(jiān)控系統(tǒng)：統(tǒng)一的分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一的綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件體系，各專業(yè)資源共享、信息互聯(lián)。

由此可見(jiàn)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成度越來(lái)越高，對(duì)子系統(tǒng)的集成深度也越來(lái)越廣。而現(xiàn)有的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備、電力調(diào)度和車站運(yùn)營(yíng)狀況等的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，側(cè)重于實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，而在生產(chǎn)調(diào)度、工作流程處理和生產(chǎn)計(jì)劃方面的功能有所欠缺。另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，在現(xiàn)有系統(tǒng)之中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的面向服務(wù)結(jié)構(gòu)、多核并行處理、服務(wù)器集群、負(fù)載均衡、平行擴(kuò)展、移動(dòng)應(yīng)用等技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，可以引入到新一代綜合信息管理系統(tǒng)之中，滿足用戶不斷增長(zhǎng)的信息化集成要求。綜合監(jiān)控系統(tǒng)還面臨著很多挑戰(zhàn)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在新的發(fā)展階段，應(yīng)具有前瞻性，在技術(shù)方案上盡可能采用模塊化和開(kāi)放集成化，在功能方面應(yīng)更加符合運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)和管理的需要，并能有效提高運(yùn)行的安全性和乘客的舒適性；另外在搭建城市軌道的各個(gè)階段時(shí)應(yīng)注重其符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從而提高工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

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