地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動控制功能的應(yīng)用

馬云飛，王 錚

（同方泰德國際科技（北京）有限公司，北京 100083）

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)概述

城市軌道交通為了保證人的生命安全、設(shè)備的安全運行、列車的有效運營，設(shè)置了各種各樣的機電設(shè)備和系統(tǒng)，設(shè)備系統(tǒng)數(shù)量眾多、相互關(guān)系復(fù)雜。

以往，地鐵內(nèi)的各個機電自動化系統(tǒng)大多采用分立設(shè)置、獨立管理的方式，每個系統(tǒng)均有自己的工作站及人機交互界面；值班操作員需面對大量的子系統(tǒng)接口和各式各樣的子系統(tǒng)操作界面（圖?1）。

雖然各個不同的機電自動化系統(tǒng)是獨立運行的，但是每個系統(tǒng)都是整個地鐵線路組成的一部分，需要各個系統(tǒng)之間協(xié)同聯(lián)動工作，相互之間有著密切的聯(lián)系和依賴。

隨著自動化集成技術(shù)的成熟，信息化帶動工業(yè)化已成為發(fā)展方向，大部分的國內(nèi)城市軌道交通線路已將綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）作為各城市地鐵設(shè)備監(jiān)控和管理的首選方式（圖?2）。

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用統(tǒng)一的軟硬件平臺，將各個子系統(tǒng)整合為一個單一的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。由集成在其中的專業(yè)自動化子系統(tǒng)和互聯(lián)的獨立運行的系統(tǒng)構(gòu)成，構(gòu)建了一個城市軌道交通線路級的信息共享平臺。

1.2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用?2?級管理、3?級控制的分層分布式結(jié)構(gòu)。在中央級（控制中心）和車站級（各車站/車輛段）實現(xiàn)集成和互聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)控與信息統(tǒng)計管理功能。

圖1 分立系統(tǒng)

根據(jù)各系統(tǒng)的接口形式、接入后實現(xiàn)的功能以及人機界面的設(shè)置，可將綜合監(jiān)控系統(tǒng)與各系統(tǒng)的接入方案分為集成、互聯(lián)?2?種方式（圖?3）。

圖2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)

不同時期、不同城市、不同線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)所包含的集成和互聯(lián)的對象是有差別的，但集成和互聯(lián)系統(tǒng)的范圍正在擴大，通常情況下綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成和互聯(lián)的情況如下。

（1）集成對象：變電所綜合自動化系統(tǒng)（SCADA）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）。

（2）界面集成：站臺屏蔽門（PSD）、廣播系統(tǒng)（PA）、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、防淹門（FG）。

（3）互聯(lián)對象：列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）、時鐘系統(tǒng)（CLK）、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）、門禁系統(tǒng)（ACS）、通信集中告警系統(tǒng)（Tel-ALM）、車載信息系統(tǒng)（TIS）。

1.3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的特點

1.3.1 整合各個子系統(tǒng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)將各個子系統(tǒng)整合為一個單一系統(tǒng)，將運營人員所關(guān)心的監(jiān)控信息匯集在一起，提供統(tǒng)一的圖形化人機交互界面，使操作員可以簡單方便地處理來自各個子系統(tǒng)的信息，減少了系統(tǒng)間的直接接口數(shù)量，并提供了一個各系統(tǒng)信息共享的平臺。

1.3.2 全線宏觀監(jiān)控

綜合監(jiān)控系統(tǒng)允許在各個地點對多個車站或是全線進(jìn)行監(jiān)控（圖?4）。全線監(jiān)控不但可以優(yōu)化地鐵系統(tǒng)的日常運行管理，而且可以幫助操作人員在緊急情況下更好地了解全局情況并處理事件。

圖3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)間的接口關(guān)系

圖4 全線監(jiān)控

1.3.3 多系統(tǒng)間聯(lián)動

綜合監(jiān)控系統(tǒng)匯集各個子系統(tǒng)的信息，可實現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息互通和聯(lián)動，以及在正?；蛭＜鼻闆r下對地鐵系統(tǒng)實現(xiàn)高效率監(jiān)視和控制功能。

2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動功能

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）通過與各子系統(tǒng)的接口，可對子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并控制命令下達(dá)通道，可協(xié)調(diào)系統(tǒng)間的工作資源，實現(xiàn)多樣化、高性能、復(fù)雜的聯(lián)動控制功能，以使地鐵的運營服務(wù)更加安全、方便和高效。

ISCS?的聯(lián)動是指?ISCS?系統(tǒng)能夠根據(jù)相關(guān)邏輯判斷條件自動觸發(fā)控制命令，指揮集成和互聯(lián)的子系統(tǒng)執(zhí)行一系列的控制動作（包括現(xiàn)場設(shè)備動作、監(jiān)控畫面切換動作等），并可以對運營人員提供相關(guān)的操作提示和建議。

2.1 聯(lián)動控制的功能需求

綜合監(jiān)控系統(tǒng)建立了?1?個統(tǒng)一的運行平臺和集中監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了各系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理以及系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享；聯(lián)動控制功能實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)與事件聯(lián)動以及協(xié)調(diào)，提高了對事件的反應(yīng)能力和速度，提高了城市軌道交通的服務(wù)質(zhì)量和綜合運營效率。例如：當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，F(xiàn)AS?系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)報警信息，它將影響相關(guān)的自動化系統(tǒng)，使這些系統(tǒng)進(jìn)入火災(zāi)防災(zāi)模式，各個相關(guān)系統(tǒng)動用一切資源進(jìn)行防災(zāi)救災(zāi)。

因此，聯(lián)動控制功能是綜合監(jiān)控系統(tǒng)最重要的核心功能，是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的價值體現(xiàn)，是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的精髓所在。在正常運營過程中，簡化了值班操作人員的操作流程，減輕了值班操作人員的工作壓力，降低了操作錯誤的發(fā)生概率和勞動強度；在緊急情況下，提高了各專業(yè)子系統(tǒng)的執(zhí)行響應(yīng)速度和可靠性，提高了地鐵運營服務(wù)質(zhì)量、管理水平和應(yīng)急處理能力。

2.2 聯(lián)動設(shè)計原則

ISCS?的聯(lián)動功能應(yīng)根據(jù)運營緊急事件處理需求和日常運營管理需求進(jìn)行設(shè)計。因此，ISCS?的聯(lián)動功能設(shè)計和實施應(yīng)遵循以下原則。

2.2.1 基本原則

聯(lián)動功能既可以由系統(tǒng)自動激活執(zhí)行，也可以作為1?個控制序列由操作員手動執(zhí)行。

2.2.2 子系統(tǒng)的支持

必須得到子系統(tǒng)的支持，要求子系統(tǒng)必須能提供相應(yīng)的信息輸入，并支持必要的控制輸出。

2.2.3 啟動邏輯條件

觸發(fā)聯(lián)動功能的所有邏輯條件的計算均可以通過邏輯表達(dá)式完成。

2.2.4 明確執(zhí)行位置

需要明確該聯(lián)動的執(zhí)行位置：車站、控制中心。

2.2.5 明確結(jié)果輸出位置

聯(lián)動執(zhí)行結(jié)果輸出到子系統(tǒng)的位置應(yīng)明確，例如，輸出到子系統(tǒng)（如?PA、CCTV?等），輸出到車站或中心的操作員工作站（如?CCTV?的視頻接口、雙屏顯示器等），輸出到大屏幕等。

2.2.6 權(quán)限管理

聯(lián)動功能的執(zhí)行需要有完善的權(quán)限管理，不同的聯(lián)動功能可以設(shè)置不同的操作權(quán)限，根據(jù)不同操作人員的權(quán)限執(zhí)行不同權(quán)限的聯(lián)動功能。

2.2.7 安全性、可靠性、實時性原則

聯(lián)動功能包含的內(nèi)容因項目需求不同而有所不同。很多情況下，考慮到?ISCS?集成和互聯(lián)的子系統(tǒng)眾多，有一定的信息處理和傳輸時延，因此，ISCS?主要實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間與安全關(guān)系不大的聯(lián)動，而與安全相關(guān)的聯(lián)動則保留底層子系統(tǒng)之間的直接接口。對操作和時間有嚴(yán)格要求的聯(lián)動直接在相關(guān)子系統(tǒng)內(nèi)完成。

一般而言，重要的聯(lián)動，如火災(zāi)、阻塞等工況下的聯(lián)動功能，均需要操作人員手動確認(rèn)后，聯(lián)動功能才能被順序執(zhí)行，避免系統(tǒng)誤報或操作人員誤操作。

2.2.8 經(jīng)濟性原則

如果聯(lián)動功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)更加經(jīng)濟（比如可以減少接口等）或更便于以后的維護，或者現(xiàn)有的ISCS?與子系統(tǒng)接口功能已具備聯(lián)動功能實現(xiàn)的條件，則由?ISCS?實現(xiàn)聯(lián)動功能。

2.2.9 滿足運營需要的原則

聯(lián)動功能主要以用戶提供的功能需求為依據(jù)，通過系統(tǒng)配置實現(xiàn)。

2.3 聯(lián)動的分類

2.3.1 按聯(lián)動等級劃分

按照覆蓋范圍或區(qū)域，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動主要分為中央級聯(lián)動和車站級聯(lián)動。

中央級聯(lián)動功能主要用于需要多個車站的系統(tǒng)和設(shè)備協(xié)調(diào)動作的情況下；車站級聯(lián)動功能主要用于本站所轄的各系統(tǒng)和設(shè)備需要協(xié)調(diào)動作的情況下，同時也可以作為中央級聯(lián)動的一部分。ISCS?的聯(lián)動功能有些配置在中央級，有些配置在車站級，還有些需要中央級和車站級共同配置；中央級?ISCS?和車站級?ISCS?作為一個有機的整體，共同執(zhí)行相應(yīng)的聯(lián)動命令，以實現(xiàn)對整條線路的聯(lián)動控制功能。

2.3.2 按聯(lián)動功能劃分

按照聯(lián)動功能的執(zhí)行目的，聯(lián)動功能可分為正常聯(lián)動、緊急聯(lián)動（包括嚴(yán)重事件、災(zāi)害、阻塞、故障等）。

（1）為滿足運營管理和使用需求，提高正常運營情況下事件處理的便利性而執(zhí)行的聯(lián)動功能稱之為正常聯(lián)動。正常聯(lián)動一般可按時間表自動激活或操作員手動啟動執(zhí)行。

（2）對于處置發(fā)生在地鐵車站及線路的各類緊急事件，ISCS?需要對事件及時做出反應(yīng)，迅速進(jìn)入緊急聯(lián)動模式。緊急聯(lián)動一般由事故觸發(fā)或操作員手動觸發(fā)。

2.3.3 按觸發(fā)方式劃分

按聯(lián)動功能的觸發(fā)方式分為全自動、半自動、手動3?種類型。

（1）全自動聯(lián)動是指無需人工干預(yù)，當(dāng)觸發(fā)的邏輯判斷條件滿足時，ISCS?系統(tǒng)將自動處理并向接口系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)控制命令（控制命令還可以包括圖形或畫面自動彈出的形式）；操作員不能在人機界面（HMI）層禁止此聯(lián)動功能。例如，“列車到站自動廣播”的聯(lián)動功能（圖5）。

圖5 全自動聯(lián)動

（2）半自動聯(lián)動是指當(dāng)與預(yù)定義的聯(lián)動功能相關(guān)的信息點觸發(fā)動作后，將在人機界面上通過對話框提醒操作員有待執(zhí)行的聯(lián)動，操作員確認(rèn)后，綜合監(jiān)控系統(tǒng)自動向需要聯(lián)動的系統(tǒng)發(fā)出控制指令。例如：1?列列車在隧道中阻塞（在檢測到信號阻塞報警信號時自動激活），在操作站人機界面彈出?1?個報警窗口，操作員判斷確認(rèn)后，綜合監(jiān)控系統(tǒng)自動給相關(guān)車站?BAS?系統(tǒng)下發(fā)“啟動環(huán)控阻塞模式”的控制命令（圖?6）。

（3）手動聯(lián)動是指運營操作人員人工選擇啟動1組涉及多個系統(tǒng)的順序控制序列，綜合監(jiān)控系統(tǒng)自動按照順序和閉鎖條件向不同的子系統(tǒng)下發(fā)指令。

圖6 半自動聯(lián)動

對于正常聯(lián)動通常采用全自動方式，而對于火災(zāi)、阻塞等可能會導(dǎo)致重大影響的聯(lián)動功能則一般采用人工確認(rèn)的半自動和手動方式，即需要操作人員手動確認(rèn)后，聯(lián)動控制才能被順序執(zhí)行。

2.4 聯(lián)動功能的應(yīng)用

結(jié)合長沙地鐵?1?號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)，舉例說明在車站火災(zāi)工況下，聯(lián)動功能在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況。

車站火災(zāi)聯(lián)動屬于災(zāi)害工況下的聯(lián)動功能，關(guān)系重大，因此，采用半自動的聯(lián)動方式。

（1）車站發(fā)生火災(zāi)時，F(xiàn)AS?探測器將信息傳給?FAS主機，車控室值班人員確認(rèn)有火災(zāi)發(fā)生后，F(xiàn)AS?主機根據(jù)探測器所在的位置，將相應(yīng)防火分區(qū)火災(zāi)對應(yīng)的模式信息發(fā)給?BAS，將?FAS?探測器的信息以及火災(zāi)報警信息發(fā)送給?ISCS；同時啟動?FAS?系統(tǒng)內(nèi)的消防泵、防火閥、卷簾門等設(shè)備，并通過綜合后備控制盤（IBP）上的硬線分別控制?ACS?緊急釋放門禁和?AFC?釋放閘機，方便人員疏散。

（2）BAS?接收到防火分區(qū)火災(zāi)對應(yīng)的模式信息后，根據(jù)模式號啟動對應(yīng)的火災(zāi)模式，控制風(fēng)機、風(fēng)閥等設(shè)備動作。BAS?系統(tǒng)同時將置位“車站火災(zāi)”信號點，并將該點信息傳送給?ISCS；與此同時?BAS?控制IBP上對應(yīng)的模式燈閃亮、蜂鳴器鳴叫，并反饋模式的執(zhí)行狀態(tài)。

（3）ISCS?系統(tǒng)接收到“車站火災(zāi)”信息后，觸發(fā)“車站火災(zāi)聯(lián)動?PA-PIS?啟動”的聯(lián)動程序。該聯(lián)動程序配置為半自動模式，觸發(fā)后，操作員界面會跳出上述聯(lián)動觸發(fā)的信息提示框，下方有“立即處理”和“稍后處理”按鈕，同時操作員界面下方工具條“聯(lián)動”按鈕紅色閃爍。操作人員看到消息框彈出后，點擊消息框下部“立即處理”按鈕，此時跳出聯(lián)動執(zhí)行頁面（圖?7）。聯(lián)動列表中有待執(zhí)行的“車站火災(zāi)聯(lián)動?PIS-PA?啟動”的聯(lián)動，選中，然后點擊右側(cè)執(zhí)行所選。此時聯(lián)動觸發(fā)?PA與?PIS?啟動火災(zāi)模式，PA?系統(tǒng)在車站所有廣播區(qū)廣播火災(zāi)警示內(nèi)容，PIS?在車站所有液晶顯示屏發(fā)布緊急的火災(zāi)警示信息。

（4）火警解除后，值班員手動將?FAS?系統(tǒng)響應(yīng)設(shè)備探測器狀態(tài)復(fù)位，此時?FAS?系統(tǒng)將防火分區(qū)火災(zāi)對應(yīng)的模式復(fù)位信息發(fā)送至BAS?系統(tǒng)和?ISCS?系統(tǒng)。BAS?系統(tǒng)收到該信息后，將“車站火災(zāi)”信號復(fù)位信息發(fā)送至?ISCS。ISCS?以自動方式觸發(fā)“車站火災(zāi)聯(lián)動PA停止”聯(lián)動，將?PA?系統(tǒng)的警示廣播停掉。另外，值班員需在界面上手動停止?PIS?系統(tǒng)的警示信息，手動執(zhí)行?BAS?的災(zāi)后恢復(fù)模式。

2.5 聯(lián)動功能的配置

結(jié)合長沙地鐵?1?號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)，簡單介紹同方股份有限公司的?ezISCS?綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件的聯(lián)動功能人機界面。

聯(lián)動功能編輯的主界面如圖?8?所示，顯示目前系統(tǒng)中已經(jīng)配置好的聯(lián)動功能，可按動作類型、所屬車站進(jìn)行查找，并可以增加或刪除。

聯(lián)動定義的編輯界面如圖?9?所示，顯示目前系統(tǒng)中已經(jīng)定義的聯(lián)動內(nèi)容，并可以增加或刪除。

聯(lián)動設(shè)置的編輯界面如圖10所示，顯示目前系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)置好的聯(lián)動功能，并可以根據(jù)需要增加或刪除，包括設(shè)置觸發(fā)模式、執(zhí)行模式、表達(dá)式等內(nèi)容。

圖7 車站火災(zāi)聯(lián)動執(zhí)行頁面

圖8 聯(lián)動功能編輯主界面

圖9 聯(lián)動定義編輯界面

2.6 聯(lián)動功能的建議

隨著綜合監(jiān)控系統(tǒng)自身功能的不斷發(fā)展、集成和互聯(lián)對象的不斷增多，可以實現(xiàn)的聯(lián)動功能也越來越豐富。在使用的過程中，可以根據(jù)實際需要，配置一些便于操作人員使用的手工聯(lián)動功能。例如：節(jié)假日運行、惡劣天氣、客流量調(diào)整、定時廣播的啟停、車站節(jié)電、車站運行暫停、車站重新開始運行、維護模式等，具體的聯(lián)動內(nèi)容可根據(jù)用戶的使用需要靈活配置。

實際運營過程中，受制于用戶長久以來的使用習(xí)慣和對綜合監(jiān)控軟件平臺的熟悉程度，造成聯(lián)動功能的實際使用率較低，系統(tǒng)集成商可以根據(jù)自身軟件平臺的特點，積極引導(dǎo)用戶，培養(yǎng)用戶的使用習(xí)慣。

對于配置和使用過程中的一些具體操作，可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化以及模塊化的設(shè)置和管理，以減少用戶操作和配置的復(fù)雜程度。

例如，對于災(zāi)害情況下（火災(zāi)、阻塞、應(yīng)急等）的聯(lián)動功能，可將其作為規(guī)范化的預(yù)案，配置完成后不允許隨意修改，使聯(lián)動功能作為消防聯(lián)動控制功能的一部分；對于日常的啟運、停運等聯(lián)動功能，可做成模板供用戶選擇，使用戶可根據(jù)實際需要在模板的基礎(chǔ)上生成自定義的聯(lián)動功能配置；對于節(jié)假日、惡劣天氣等特殊情況下的聯(lián)動功能，可將其細(xì)化為不同的小模塊，并可以按需要調(diào)用模塊化的聯(lián)動功能以生成用戶需要的聯(lián)動功能。

聯(lián)動功能的執(zhí)行過程可配置為串行、并行或者分組實現(xiàn)串行與并行的結(jié)合，觸發(fā)的邏輯條件可通過邏輯表達(dá)式完成。

圖10 聯(lián)動功能設(shè)置界面

3 結(jié)束語

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的聯(lián)動功能已成為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，聯(lián)動功能深刻體現(xiàn)了綜合監(jiān)控系統(tǒng)降低人工工作強度、提高操作的速度和準(zhǔn)確率、縮短緊急事件的處理時間、提高設(shè)備控制能力的設(shè)計理念。在實際應(yīng)用中，應(yīng)充分利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)自身的信息集成優(yōu)勢，以“安全第一”為基礎(chǔ)，堅持高度集中、統(tǒng)一指揮的原則，設(shè)計出與實際運營需求緊密結(jié)合、功能完善的聯(lián)動功能，提高地鐵運營服務(wù)水平。

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