城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成及實施初探

楊青

（南昌市建筑科學(xué)研究所 江西南昌 330000）

引言

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)簡稱ISCS，該系統(tǒng)的組成和實施，能夠促進(jìn)城市軌道交通運營管理的順利開展，為數(shù)據(jù)傳輸提供載體，對于服務(wù)高效化與安全化的實現(xiàn)也具有重要意義。隨著城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，城市軌道交通線路建設(shè)力度也明顯加大，綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為城市軌道交通線路中的重要組成部分，其組成與實施的科學(xué)性直接關(guān)系著城市軌道交通的運行與后期管理，因此探討城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的組成與實施，具有一定現(xiàn)實意義。

1 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的價值在于，滿足軌道交通運營管理過程中的調(diào)度與維護(hù)需求，從行調(diào)、環(huán)調(diào)、維調(diào)和總調(diào)度等環(huán)節(jié)入手，增進(jìn)信息良性溝通，為行車安全提供支持條件。通過城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，來對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)控，降低報警信息所造成的不利影響，促進(jìn)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用價值的最大化發(fā)揮。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)以移動設(shè)備和固定設(shè)備作為監(jiān)控對象，移動設(shè)備是指運行中的列車，固定設(shè)備則是指車站與控制中心設(shè)備等。

從物理角度來進(jìn)行劃分，可將城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)劃分為控制中心級局域網(wǎng)、通信區(qū)間主干網(wǎng)、車輛段級局域網(wǎng)、子系統(tǒng)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)等。在整個城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，ISCS主體、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)BAS、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)CCTV、廣播系統(tǒng)PA以及門禁系統(tǒng)ACS等都是系統(tǒng)中重要的組成部分，外部系統(tǒng)專業(yè)包括電力監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、防淹門系統(tǒng)等，在控制中心的指揮下，通過各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)作用，來維護(hù)整個城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。

從應(yīng)用類型角度進(jìn)行劃分，可將城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)劃分為主干層、局域?qū)雍同F(xiàn)場控制層。其中，主干層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)對控制中心、車站以及停車場等進(jìn)行連接，由通信承包商負(fù)責(zé)實施，一般通過節(jié)點交換機(jī)千兆電口與OTN實現(xiàn)對接。局域?qū)泳W(wǎng)絡(luò)屬于中心ISCS、TMS、DMS以及NMS的局域網(wǎng)，以以太網(wǎng)交換機(jī)和FEP作為核心設(shè)備，在以太網(wǎng)口和單模光口的作用下實現(xiàn)上下有序連接。CCTV和PIS系統(tǒng)運行過程中，由于數(shù)據(jù)流量較大，因此以太網(wǎng)通道主要由通信專業(yè)來實現(xiàn)，可將CCTV、PIS和PA局域網(wǎng)增加于局域?qū)泳W(wǎng)絡(luò)中。現(xiàn)場控制層屬于子系統(tǒng)執(zhí)行層上網(wǎng)絡(luò)，其主要價值在于，在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線的作用下，通過PSCADA、BAS系統(tǒng)等來實現(xiàn)控制。

2 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)搭建

2.1 車站級局域?qū)泳W(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備組成

在城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，車站級局域?qū)泳W(wǎng)絡(luò)采取交換式以太網(wǎng)，具有冗余性，一般為100/1000m為基本模式，其中，以太網(wǎng)交換機(jī)和FEP是主要硬件設(shè)備，分別設(shè)置千兆電口、百兆電口和百兆單模光口，分別滿足主干網(wǎng)、車站服務(wù)器、BAS系統(tǒng)PLC以及ACS等的連接及傳輸需求，F(xiàn)AS、CCTV、PIS等展業(yè)的互聯(lián)需求，可通過FEP設(shè)置百兆電口及串口來實現(xiàn)。

2.2 車站級局域?qū)泳W(wǎng)絡(luò)物理線纜

網(wǎng)絡(luò)線和單模光纖是局域?qū)泳W(wǎng)絡(luò)的常用線纜狀態(tài)，其中，網(wǎng)絡(luò)線即超五類8芯屏蔽雙絞線滿足交換機(jī)與主干層網(wǎng)絡(luò)接口、服務(wù)器、FEP等之間的連接，結(jié)合路線實際長短情況，可網(wǎng)絡(luò)線來實現(xiàn)交換機(jī)與BAS系統(tǒng)PLC、復(fù)式工作站的連接，也可通過單模四芯光纜來實現(xiàn)交換機(jī)與PSCADA之間的連接。除此之外，網(wǎng)路線可滿足FEP與FAS、PA、PSD的連接需求。

2.3 車站級局域網(wǎng)搭建

為促進(jìn)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在實際搭建過程中要明確車站級局域網(wǎng)的搭建前提，確保組裝并安裝綜合監(jiān)控硬件設(shè)備后，安裝互聯(lián)系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，之后可局域網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)可通過物理線纜來實現(xiàn)。車站級局域網(wǎng)絡(luò)的搭建前提主要體現(xiàn)在以下兩方面：

（1）在安裝綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備方面，要以以太網(wǎng)交換機(jī)和FEP作為硬件設(shè)備，于車站綜合監(jiān)控設(shè)備室的ISCS網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜內(nèi)進(jìn)行組裝，確保硬件設(shè)備保持分層排列狀態(tài)。在安裝互聯(lián)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的過程中，于相應(yīng)設(shè)備室內(nèi)安裝主干網(wǎng)OTN、CCTV交換機(jī)、ACS交換機(jī)、PA接口控制器等，促進(jìn)其與車站交換機(jī)和FEP實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，從而滿足城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運行需求。相關(guān)設(shè)備所安裝具體設(shè)備室情況，如表1所示。

表1 相關(guān)設(shè)備所安裝設(shè)備室分布信息表

（2）對于外部物理線纜來說，在不同長度的線路下，車站級以太網(wǎng)交換機(jī)、FEP與互連設(shè)備接口之間的局域網(wǎng)連接主要通過超五類8芯屏蔽雙絞線來實現(xiàn)，也可通過單模四芯光纖來實現(xiàn)。

3 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實施

在城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搭建完成后，需明確具體實施過程，通過交換機(jī)VLAN劃分、IP設(shè)置、路由設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)測試這幾個流程，確保在網(wǎng)絡(luò)作用下系統(tǒng)數(shù)據(jù)流能夠有序逐層傳輸，促進(jìn)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用價值的最大化發(fā)揮。

3.1 交換機(jī)VLAN劃分

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實施過程中，網(wǎng)絡(luò)邏輯設(shè)計的價值在于改善管理成效，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全運行，因此需要對虛擬網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)劃分，也就是交換機(jī)VLAN劃分。虛擬網(wǎng)技術(shù)的原理在于，通過分離物理基礎(chǔ)設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)邏輯基礎(chǔ)設(shè)施，便于網(wǎng)絡(luò)管理人員對虛擬網(wǎng)進(jìn)行建立和重構(gòu)，并確保操作的動態(tài)新與便捷性，通過適應(yīng)局域網(wǎng)絡(luò)變動來提高網(wǎng)絡(luò)管理成效，并確保網(wǎng)絡(luò)管理的經(jīng)濟(jì)性與可行性。在城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)實施過程中，以端口為基礎(chǔ)的靜態(tài)VLAN能夠促進(jìn)交換機(jī)VLAN劃分的順利實現(xiàn)。

就主干層的雙環(huán)網(wǎng)來看，于A網(wǎng)和B網(wǎng)分別設(shè)置VLAN，二者ID存在一定差異，A環(huán)網(wǎng)與B環(huán)網(wǎng)下交換機(jī)所設(shè)置VLAN相同，通過此種方式從屋里鏈路和邏輯鏈路兩方面令A(yù)環(huán)網(wǎng)和B環(huán)網(wǎng)達(dá)到隔離狀態(tài)。局域?qū)臃矫鎂LAN的劃分過程中，為避免局域網(wǎng)內(nèi)子系統(tǒng)相互干擾，并致力于提高網(wǎng)絡(luò)交換質(zhì)量，可充分發(fā)揮以太網(wǎng)交換機(jī)的實際作用，通過縮小設(shè)備間廣播域并調(diào)整子系統(tǒng)內(nèi)廣播包數(shù)量來滿足不同規(guī)劃的VLAN需求。在這一過程中，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下，車站交換機(jī)與FEP實現(xiàn)互聯(lián)，在交換機(jī)方面，服務(wù)器、BAS PLC、打印機(jī)等端口都能夠與FEP方面的PA、PIS、FAS等端口保持相同的VLAN段，這也就是所謂的ISCS VLAN。車站交換機(jī)與FEP VLAN劃分情況，如表2所示。

3.2 IP設(shè)置

在科學(xué)劃分交換機(jī)VLAN并明確各端口VLAN狀態(tài)后，明確本VLAN內(nèi)設(shè)備網(wǎng)關(guān)，并準(zhǔn)確設(shè)置相應(yīng)IP。IP設(shè)置過程中，車站網(wǎng)段號以IP地質(zhì)中的第三位X來表示，以0表示控制中心ID，從第一個車站向后依次遞增設(shè)置，令第一個車站為1，第二個車站為2，以此類推到最后車站。就ISCS網(wǎng)絡(luò)來看，其中分為A網(wǎng)和B網(wǎng)，以A網(wǎng)IP為基礎(chǔ)，B網(wǎng)IP設(shè)置中增加100，也就是A網(wǎng)中的第三位X，B網(wǎng)中表示為1XX。就交換機(jī)上端口IP設(shè)置來看，在OTN方面，A網(wǎng)IP設(shè)置為192.168.X.254，則B網(wǎng)IP設(shè)置為192.168.1XX.254。在ISCS方面，A網(wǎng)IP設(shè)置為10.1.X.254，B網(wǎng)IP設(shè)置為10.1.1XX.254。同理，分別對ACS通道、PSCADA、主變PSCADA中的A網(wǎng)和B網(wǎng)IP進(jìn)行合理設(shè)置。在FEP方面，端口IP設(shè)置也具有一定相似性，以CCTVIP設(shè)置為例，A網(wǎng)IP為10.2.X.1，B網(wǎng)IP設(shè)置為10.2.1XX.1。同理，分別對PA、PIS、PSD、FAS中的A網(wǎng)和B網(wǎng)分別進(jìn)行IP設(shè)置，以確保城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)正常運行，促進(jìn)其使用性能的有效發(fā)揮。

3.3 路由設(shè)計

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)實施過程中，要在科學(xué)設(shè)置IP的基礎(chǔ)上，對路由進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合主干層各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的實際互訪需求開展綜合分析，以中心、車站、車輛段級停車場作為重要節(jié)點，當(dāng)節(jié)點存在互訪需求時，令OSPF保持開啟狀態(tài)，建立開啟協(xié)議，確保開放式最短路徑優(yōu)先，在構(gòu)建動態(tài)路由協(xié)議后，充分發(fā)揮協(xié)議作用來促進(jìn)節(jié)點互聯(lián)的順利實現(xiàn)。就城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)實施的整個過程來看，局域?qū)痈鞴?jié)點系統(tǒng)的相互訪問，主要通過兩種方式來實現(xiàn)：①通過ISCS系統(tǒng)與外部PSCADA的數(shù)據(jù)交換來滿足節(jié)點系統(tǒng)之間訪問需求，但由于ISCS系統(tǒng)與外部PSCADA之間VLAN存在一定差異，IP地址所處網(wǎng)段不同，因此在節(jié)點系統(tǒng)之間相互訪問的過程中，實際連接需要充分發(fā)揮三層靜態(tài)路由協(xié)議的作用，從而達(dá)到良好的相互訪問效果。②通過ISCS與其他系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換來實現(xiàn)節(jié)點系統(tǒng)之間互相方位，包括BAS、CCTV、PIS、PSD、ACS等，在節(jié)點系統(tǒng)相互訪問的條件下，VLAN相同，但I(xiàn)P地址所屬網(wǎng)段不同，因此在實際連接過程中可采取兩層直連的方式，以達(dá)到理想的局域?qū)庸?jié)點系統(tǒng)之間訪問效果。

4 結(jié)語

總而言之，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通線路建設(shè)中扮演著重要的角色，隨著城市化建設(shè)的不斷加快，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)也將受到高度重視，相關(guān)研究也將不斷深入。未來城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成將趨于安全化和合理化，為城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的順利實施提供有利條件，進(jìn)而提升后期運營管理成效。