淺談地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

陸天成

摘 要：本文首先簡要介紹了軌道交通發(fā)展的背景。通過介紹綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展階段及意義，提出安全穩(wěn)定的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要。接著介紹了綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成，包括主干層、局域?qū)雍同F(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)；接著在組網(wǎng)方式中對單環(huán)網(wǎng)與獨(dú)立雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式進(jìn)行了比較分析，給出了綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用純以太網(wǎng)交換機(jī)組成獨(dú)立雙環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)方案的優(yōu)點(diǎn)，最后介紹了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。結(jié)尾引出對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的思考，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可靠性，直接關(guān)系著軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為了保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定安全需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通斷及設(shè)備狀態(tài)更新來檢測驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：地鐵；綜合監(jiān)控；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

二十世紀(jì)以來，隨著現(xiàn)代城市化建設(shè)的飛速發(fā)展，還有城市人口的迅猛增長，導(dǎo)致世界上有許多城市都存在著不同程度的“行路難”和“乘車難”的問題。因此發(fā)展城市公共交通、緩解城市交通壓力成為了現(xiàn)代化城市建設(shè)進(jìn)程中的兩大難題。地鐵對城市的地下空間進(jìn)行了充分的利用，由于在地下空間實(shí)施，因此不會阻礙各種地面建筑物，也不會破壞地面景觀，并且用高速、便捷的方式解決了城市內(nèi)大客流運(yùn)輸?shù)碾y題。地鐵，相比于其他城市交通工具而言，具有運(yùn)量大、速度快、無污染等巨大優(yōu)勢，因此地鐵已經(jīng)變成了城市交通現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。

第一章 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展階段

高水平的自動化系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通安全、高效的運(yùn)行的重要保證。自動化系統(tǒng)隨著城市軌道交通技術(shù)的不斷發(fā)展，也相應(yīng)經(jīng)歷了大概三個發(fā)展階段；人工監(jiān)控系統(tǒng)、分立監(jiān)控系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)，是采用統(tǒng)一的計算機(jī)硬件、軟件平臺，將地鐵各專業(yè)自動化子系統(tǒng)集成到一起，通過統(tǒng)一的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺，用統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)支持，將所有子系統(tǒng)進(jìn)行集成化管理。綜合監(jiān)控系統(tǒng)基本框圖如下圖所示。

在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)類型按照集成方式與深度分為三類：信息綜合管理系統(tǒng)、頂層集成的綜合監(jiān)控系統(tǒng)、深度集成的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

信息綜合管理系統(tǒng)是在軌道交通運(yùn)營指揮中心（Depot Control Center，OCC）建立一個局域網(wǎng)，將已建好的軌道交通各子專業(yè)分立自動化系統(tǒng)的必要信息綜合在一起，實(shí)現(xiàn)信息共享但只監(jiān)視不控制。這類系統(tǒng)一般是在原有分立系統(tǒng)建好的基礎(chǔ)上采用的補(bǔ)充措施，集成的范圍與深度有限，難于實(shí)現(xiàn)全面的綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能，國內(nèi)早期線路如南京地鐵二號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用此種結(jié)構(gòu)，但近期新建的線路思路已基本淘汰了此種結(jié)構(gòu)。

頂層信息集成綜合監(jiān)控系統(tǒng)是在 OCC 和車站的監(jiān)控層將部分子系統(tǒng)集成和互聯(lián)起來構(gòu)成綜合監(jiān)控系統(tǒng)。雖然，在車站將被集成子系統(tǒng)攔腰截為兩截，在縱向原來的系統(tǒng)分為兩個不同軟件平臺支持的兩部分，降低了系統(tǒng)的性能，但這類系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)信息共享，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控功能，深度集成的綜合監(jiān)控系統(tǒng)時采用同一軟件平臺將被集成的子系統(tǒng)完全集成在一起。被集成子系統(tǒng)的中央層、車站監(jiān)控層和控制層被集成在綜合監(jiān)控平臺上，它們的功能都由綜合監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)，以數(shù)個被集成子系統(tǒng)的集成平臺為基礎(chǔ)再將被互聯(lián)子系統(tǒng)接入，構(gòu)建起一個功能強(qiáng)大，體系結(jié)構(gòu)完整的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。但由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)首要目標(biāo)是要求運(yùn)行穩(wěn)定，深度集成基于現(xiàn)有的技術(shù)水平要求太高，特別是信號系統(tǒng)。目前，國內(nèi)新建的地鐵線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)多采用技術(shù)比較成熟的 BAS 系統(tǒng)功能、SCADA 系統(tǒng)功能集成，其余系統(tǒng)互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，如廣州地鐵。

總的來看，軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)伴隨著軟、硬件技術(shù)的成熟，深度集成的綜合監(jiān)控系統(tǒng)是必然的發(fā)展趨勢。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為各系統(tǒng)之前數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)承載網(wǎng)，是重要的綜合監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。一個結(jié)構(gòu)清晰、容量充足、性能安全穩(wěn)定的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要。

第二章 綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道，綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)從物理結(jié)構(gòu)的角度，綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以分為就地級網(wǎng)絡(luò)、車站局域網(wǎng)、中央級局域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

從應(yīng)用類型的角度，綜合監(jiān)控網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可分為現(xiàn)場層、局域?qū)雍椭鞲蓪印，F(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)將各個監(jiān)控對象連接起來匯集到車站級局域網(wǎng)，各個車站局域網(wǎng)將車站設(shè)備連接起來通過主干網(wǎng)匯集到控制中心。

2.1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)主干層

地鐵專用通信系統(tǒng)是一個相對獨(dú)立的、專用的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，能與市域的功用通信網(wǎng)絡(luò)互連互通。專用通信系統(tǒng)連接通道主要依靠通信傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)采用的是一種基于光纖技術(shù)的光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN），將各種不同業(yè)務(wù)類型集成到一個網(wǎng)絡(luò)。它能實(shí)現(xiàn)幾乎所有的的語音、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)以及圖像業(yè)務(wù)的接入和傳輸，對于像軌道交通類型的采用混合業(yè)務(wù)的延伸性網(wǎng)絡(luò)，OTN是一種非常理想的解決方案。

傳輸系統(tǒng)支持1000Mb/s、100Mb/s、10Mb/s、E1、RS-422等業(yè)務(wù)接口。為專用電話系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、時鐘和同步系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、列車自動控制系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)（包含廣播、閉路電視監(jiān)視、乘客信息、防災(zāi)報警、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、電力監(jiān)控等系統(tǒng)的信息）等各類系統(tǒng)提供語音、數(shù)據(jù)及圖像信息傳送服務(wù)。專用通信配備96芯光纜，上下行區(qū)間各敷設(shè)1根。專用通信光纜也為信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、民用通信系統(tǒng)等提供節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)用的光纖。

2.2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)局域?qū)?/p>

局域?qū)泳W(wǎng)絡(luò)即控制中心、各車站、車輛段的局域網(wǎng)。中央級局域網(wǎng)（控制中心）采用冗余的工業(yè)級交換式 100/1000Mbps 以太網(wǎng)，車站、車輛段、培訓(xùn)中心采用冗余的工業(yè)級交換式 100Mbps 以太網(wǎng)。 在控制中心，BAS、PA、CCTV、SCADA、FAS、門禁系統(tǒng)（Access Control system ，ACS）、自動售檢票系統(tǒng)（Automatic Fare Collection ，AFC）、乘客信息系統(tǒng)（Passenger Information System ，PIS）、時鐘系統(tǒng)（Clock ，CLK）等系統(tǒng)直接或通過通信服務(wù)器接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制中心局域網(wǎng)。在車站，BAS、PA、CCTV、SCADA、屏蔽門系統(tǒng)（Platform Screen Door ，PSD）等直接或通過通信服務(wù)器接入綜合監(jiān)控車站級局域網(wǎng)。

第三章 綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案

綜合監(jiān)控系統(tǒng)承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，在確定組網(wǎng)方案之前，應(yīng)從最根本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始考慮，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)自身必須具備一定的故障排除及快速自愈功能等首先明確網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)。這涉及到網(wǎng)絡(luò)今后的施工、調(diào)試難度及運(yùn)行狀況。相對于軌道交通建設(shè)行業(yè)，各系統(tǒng)專業(yè)在建設(shè)時期存在著密切的關(guān)聯(lián)，例如，通信系統(tǒng) OTN 主干網(wǎng)尚未建設(shè)好，就無法給綜合監(jiān)控系統(tǒng)劃撥帶寬，綜合監(jiān)控系統(tǒng)無法調(diào)試。然而綜合監(jiān)控系統(tǒng)無法調(diào)試會影響到與之集成、互聯(lián)的 CCTV、PA（廣播）、SCADA（電力監(jiān)控）等系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以一個好網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的確定，有助于提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，降低網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、運(yùn)行和維修成本，便于今后網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和互聯(lián)，同時還對于工期進(jìn)度的影響起著至關(guān)重要的影響。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的確定一定要本著節(jié)約、實(shí)用的原則，要考慮到運(yùn)營后人工維護(hù)、擴(kuò)容、或故障修復(fù)時影響范圍，做到維護(hù)及擴(kuò)容是產(chǎn)生影響最小，否則失去了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)際意義。

3.1 主干系統(tǒng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干傳輸網(wǎng)一般由純以太網(wǎng)主干系統(tǒng)和光傳輸主干系統(tǒng)兩類組網(wǎng)構(gòu)成，采用光傳輸主干系統(tǒng)由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的骨干傳輸依賴光傳輸網(wǎng)，光傳輸網(wǎng)寬帶目前應(yīng)用于適合軌道交通行業(yè)的品種很少，寬帶利用率不高，并且在平日對設(shè)備維護(hù)時，對各種不同廠家的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備維護(hù)困難，增加了作業(yè)工作量的同時，對于講求高效的軌道交通行業(yè)來說中間環(huán)節(jié)多，故障不便于診斷也是重點(diǎn)困擾，所以國內(nèi)軌道交通行業(yè)目前一般采用以太網(wǎng)單獨(dú)組網(wǎng)的主干系統(tǒng)，各車站綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間不經(jīng)過第三方傳輸平臺，采用獨(dú)立的光纖線路作為骨干傳輸通道，利用綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)自身的協(xié)議組建環(huán)網(wǎng)。

3.2 組網(wǎng)方式

采用純以太網(wǎng)交換機(jī)組成主干網(wǎng)絡(luò)一般有兩種組網(wǎng)方式，即單環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式與獨(dú)立雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式，由于單環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)適用于所連接設(shè)備較少的類型，而綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個集成、互聯(lián)多系統(tǒng)的平臺，承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，并且單環(huán)網(wǎng)的冗余能力低?，F(xiàn)在國內(nèi)軌道交通線路一般采用獨(dú)立雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式，各車站共享帶寬，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可用性，增強(qiáng)系統(tǒng)的自愈能力，不僅具有單環(huán)網(wǎng)所有的優(yōu)點(diǎn)，還可以靈活地對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容，同時對多點(diǎn)故障也能順利地收斂，保證數(shù)據(jù)順利傳輸，冗余性能好，雖然前期投資相應(yīng)加大，但作為重點(diǎn)工程，安全、可靠、高效應(yīng)該是軌道交通工程重點(diǎn)恒量的指標(biāo)。

3.3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜合監(jiān)控系結(jié)構(gòu)可分為兩大部分；硬件與軟件。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的硬件分為三層，第一層中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)，是由各種服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工作站、打印機(jī)、綜合顯示屏等構(gòu)成。第二層車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)位于各車站、車輛段，是由服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工作站、打印機(jī)、綜合后備盤等構(gòu)成。第三層現(xiàn)場級包括各集成系統(tǒng)的控制層設(shè)備。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成包括數(shù)據(jù)接口層、數(shù)據(jù)處理層、人機(jī)接口層。數(shù)據(jù)接口層主要是通過C306前段處理器機(jī)器軟件完成數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)處理層對收集到的各集成互聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、人機(jī)接口層通過HMI人機(jī)界面系統(tǒng)處理人機(jī)交互，從車站和中央服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，在操作站上顯示人機(jī)界面，完成各種監(jiān)控操作。

第四章 綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能思考

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控著所有系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)以及各種數(shù)據(jù)，直接關(guān)系著軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可靠性非常關(guān)鍵，是軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)在建設(shè)的時候主要考慮的因素。綜合監(jiān)控系統(tǒng)如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)癱瘓，將會直接影響軌道交通的正常運(yùn)行，甚至有可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。對這個系統(tǒng)影響較大，因此要提前去測試綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是否能經(jīng)得住極限或?yàn)?zāi)害情況的需求。當(dāng)有突發(fā)狀況發(fā)生時，要保證設(shè)備運(yùn)行不會因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問題造成重大故障。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)作情況，最基本的是通過各層網(wǎng)絡(luò)通斷來判斷，所以首先要通過計算網(wǎng)絡(luò)最大流量與最大設(shè)計帶寬進(jìn)行分析。但有的時候網(wǎng)絡(luò)性能并不能僅僅通過通斷來評價，如果網(wǎng)絡(luò)延遲很高，綜合監(jiān)控系統(tǒng)從與相關(guān)系統(tǒng)的接口接收信號延遲就高，設(shè)備狀態(tài)更新時間就長，調(diào)度人員或車站控制室人員很有可能通過工作站屏幕觀察到的是非正確設(shè)備狀態(tài)信息，易造成判斷錯誤。所以通過網(wǎng)絡(luò)通斷及設(shè)備狀態(tài)更新時間來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)評價具有可行性。

第五章 結(jié)語

安全運(yùn)行是軌道交通運(yùn)行的核心需求，也是最重要的需求。綜合監(jiān)控系統(tǒng)不僅要在設(shè)計階段保證結(jié)構(gòu)合理，更要關(guān)注系統(tǒng)的安全問題，保證市民乘坐軌道交通的安全。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定直接影響著軌道交通的安全運(yùn)營，系統(tǒng)在日常運(yùn)行中會出現(xiàn)各類故障，一般情況下，這些故障不會在同一時間、地點(diǎn)發(fā)生，但災(zāi)害或極端情況下一旦發(fā)生，如果系統(tǒng)自身不具備處理突發(fā)情況的能力，那后果將非常嚴(yán)重，因此設(shè)計一套綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性測試方案，通過分析和測試來驗(yàn)證系統(tǒng)性能。這將是我們接下來應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的課題。

參考文獻(xiàn)：

[1]陽若寧，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的組成與應(yīng)用[N].湖南廣播大師大學(xué)學(xué)報，2011.3：53-56.

[2]葉浪，我國地鐵現(xiàn)狀及發(fā)展的必要性研究[J].才智，2013.3：57-59.