地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及優(yōu)化

胡松斌

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，地鐵在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚灰苍诓粩嗵嵘?。在地鐵建設(shè)過程中，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)扮演著十分重要的角色。本文立足于地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建現(xiàn)狀，首先探討了地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成情況，其次對(duì)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化策略進(jìn)行了探討，提出了優(yōu)化方案與解決策略，希望可以有效改進(jìn)地鐵運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，滿足人們的乘坐需求。

Abstract： With the acceleration of urbanization， the status of the subway in people's daily lives is also constantly improving. In the subway construction process， the subway comprehensive monitoring system plays a very important role. Based on the construction status of the subway integrated monitoring system， this paper first discusses the composition of the subway integrated monitoring system， and then discusses the optimization strategy of the subway integrated monitoring system， and proposes the optimization plan and solution strategy， hoping to effectively improve the subway operation safety and stability to meet people's needs.

關(guān)鍵詞：地鐵綜合監(jiān)控;系統(tǒng)構(gòu)成;優(yōu)化

Key words： comprehensive monitoring of subway;system composition;optimization

0? 引言

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)屬于復(fù)雜性很強(qiáng)的綜合理想系統(tǒng)，其包括了網(wǎng)絡(luò)、信息、計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)化等多個(gè)技術(shù)類型，通過大型計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)來進(jìn)行控制和輸出。在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的施工設(shè)計(jì)過程中，需要考慮到運(yùn)行的整體外部環(huán)境，考慮到地鐵的運(yùn)行因素，同時(shí)做好地鐵運(yùn)行安全的保障工作。為了進(jìn)一步探討地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建策略，現(xiàn)就地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的定義與構(gòu)成簡(jiǎn)單介紹如下。

1? 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)概述

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)借助于互聯(lián)模式來綜合多種子系統(tǒng)，以此來完善子系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，從而實(shí)現(xiàn)地鐵信息互通、資源共享，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化水平的有效提升，得到了很好的可靠性與響應(yīng)性。不過，即使是有數(shù)據(jù)處理還是運(yùn)行空間的儲(chǔ)備，如果沒有很好的選擇、采集和優(yōu)化管理，那么運(yùn)行效率也依然得不到滿意。所以，監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)在于信息的采集優(yōu)化以及管理升級(jí)，這樣才能夠最大限度的發(fā)揮地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能與價(jià)值。

2? 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 常見結(jié)構(gòu)類型

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu)包括基于數(shù)據(jù)服務(wù)模式的結(jié)構(gòu)，叫做集中式地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)以及基于分布式數(shù)據(jù)服務(wù)的模式結(jié)構(gòu)，叫做分布式地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)。其中，集中式地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于以中央級(jí)為核心的服務(wù)模式特征，所以其大部分的數(shù)據(jù)都是通過中央服務(wù)器負(fù)責(zé)處理的，所以這些數(shù)據(jù)需要從各個(gè)分布平臺(tái)以及監(jiān)控體系收集到中央系統(tǒng)當(dāng)中再進(jìn)行處理，所以這個(gè)過程中數(shù)據(jù)的顆粒度較大，信息也大多都是高層決策，所以屬于集權(quán)管理的模式體系。分布式地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的特征是基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的數(shù)據(jù)服務(wù)，所以整個(gè)服務(wù)環(huán)節(jié)中系統(tǒng)的數(shù)據(jù)核心相對(duì)比較獨(dú)立，網(wǎng)絡(luò)僅僅進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳播，而數(shù)據(jù)處理是分別進(jìn)行的。這樣一來，車站級(jí)系統(tǒng)會(huì)講收集的信息進(jìn)行分析、處理，中央綜合監(jiān)控設(shè)備需要集中處理，而分布式則可以各自解決，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析控制，效率也相對(duì)較高。

2.2 兩種結(jié)構(gòu)分析對(duì)比

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)在形式上可以劃分為兩種模式，其各自都具有不同的優(yōu)點(diǎn)與特色。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，目前分布式作為最為主要的應(yīng)用模式，在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。實(shí)際上，集中式地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)整體性強(qiáng)的特征，所以對(duì)于提升中央資源的共享水平具有一定的幫助。不過，由于集中式地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要將數(shù)據(jù)集中在中央系統(tǒng)進(jìn)行處理，當(dāng)?shù)罔F的建設(shè)規(guī)模較大、設(shè)備眾多的時(shí)候，難免會(huì)導(dǎo)致中央處理器的功能受到阻礙，或者承受過大的壓力，從而導(dǎo)致信息處理效率低下。除此之外，中央系統(tǒng)還需要進(jìn)行各個(gè)服務(wù)器的連接，這樣的連接規(guī)模大、成本高，導(dǎo)致建設(shè)方面的不適應(yīng)。在中央系統(tǒng)以及周邊通信系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時(shí)候，很有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)和癱瘓。相比之下，分布式系統(tǒng)并不存在這個(gè)問題，各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)自運(yùn)行，所以即使單個(gè)出現(xiàn)故障，影響面也很小。不過，分布式系統(tǒng)也存在維護(hù)困難、難以管理的問題，當(dāng)規(guī)模較小的時(shí)候，不如集中式管理靈活，成本以及效率都不如集中式管理模式。

3? 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)按照功能可分為以下幾個(gè)小系統(tǒng)：監(jiān)控工作站系統(tǒng)、車站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)、串口通訊系統(tǒng)等?，F(xiàn)在主要對(duì)監(jiān)控工作站系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析。

3.1 監(jiān)控工作站系統(tǒng)

系統(tǒng)功能：在車站綜合控制室內(nèi)安裝的地鐵工程師站應(yīng)具備車站級(jí)的監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)與檢修管理功能，并具有對(duì)全部車站級(jí)監(jiān)控對(duì)象予以監(jiān)控操作管理功能。在正常運(yùn)行及出現(xiàn)事故情況下，地鐵內(nèi)的綜合監(jiān)控工作站會(huì)對(duì)車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備予以高度的監(jiān)視、控制與管理。通過以太網(wǎng)或總線接口與車站級(jí)監(jiān)控主控制器相連接，可以有效對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行接受、存儲(chǔ)與梳理;而且在地鐵工程師站可以顯示出車站內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及模式控制。并且還可以在工作站上對(duì)所有車站級(jí)的軟件功能進(jìn)行操作、控制系統(tǒng)組態(tài)、設(shè)定參數(shù)并生成相應(yīng)數(shù)據(jù)庫等。另外，在車站級(jí)工程師站上能夠監(jiān)視到該站級(jí)向綜合監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)送的數(shù)據(jù)信息;同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同故障及報(bào)警信息所具有的聲光報(bào)警功能。

可靠性分析：車站內(nèi)的監(jiān)控工作站現(xiàn)階段所采用的方式主要有：將1臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)當(dāng)作監(jiān)控工作站，或是將2臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)并聯(lián)當(dāng)作監(jiān)控工作站。按照1臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其失效率為6.7×10-6。

采用2臺(tái)工作站以并聯(lián)的方式進(jìn)行監(jiān)控，可以增強(qiáng)其可靠性，但是從造價(jià)、安裝實(shí)施以及風(fēng)險(xiǎn)分散等多個(gè)因素上綜合考慮，最好采取在車站兩端分別安裝1臺(tái)觸摸屏的方式替代在綜控室內(nèi)并聯(lián)2臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)的做法，利用此種方式可以避免工作站因同種原因產(chǎn)生故障問題，而且在兩端分別安裝觸摸屏，對(duì)設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)控，可以分散故障風(fēng)險(xiǎn)，提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與可行性。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)可靠性分析

現(xiàn)場(chǎng)總線屬于一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有分散化、智能化以及數(shù)字化的特征，而且節(jié)點(diǎn)之間運(yùn)用了數(shù)字通信總線方式進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)信息交換與自動(dòng)控制功能的發(fā)揮。大規(guī)模的集成電路建設(shè)推動(dòng)了智能儀表與相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速發(fā)展，并且其通信技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了連續(xù)生產(chǎn)過程中所需的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展，依照相關(guān)協(xié)議，控制器需要以串行數(shù)字通信的方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

現(xiàn)場(chǎng)總線具備以下幾種特征，可以確保其現(xiàn)場(chǎng)級(jí)功能具有較強(qiáng)的可靠性。

首先，實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)傳輸率高，總線資源的分配合理，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠及時(shí)收發(fā)信息。其次，確定性。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線控制的數(shù)據(jù)而言，可預(yù)測(cè)其傳輸時(shí)間。然后，開放性。開放系統(tǒng)所述的通信協(xié)議處于公開狀態(tài)，不同設(shè)備廠家之間可以互連并交換信息。而且現(xiàn)場(chǎng)總線屬于工廠底層的開放系統(tǒng)。此開放系統(tǒng)能夠和遵守相同標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的所有設(shè)備或是系統(tǒng)相連。有關(guān)用戶可按自身實(shí)際需要與對(duì)象將來自各個(gè)地區(qū)的供應(yīng)商產(chǎn)品組合成不同大小的系統(tǒng)。最后，適應(yīng)性。現(xiàn)場(chǎng)總線能適應(yīng)惡劣環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。除此之外，現(xiàn)場(chǎng)總線的接線十分簡(jiǎn)單，只需一對(duì)雙絞線或是一條電纜上就能夠與多臺(tái)設(shè)備相連接，極大的減少了電纜與端子等使用量，還降低了系統(tǒng)復(fù)雜性及其不可靠因素的產(chǎn)生幾率，系統(tǒng)可靠性得以增加。

4? 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化策略應(yīng)用分析

4.1 工況概述

選擇某地鐵項(xiàng)目作為分析對(duì)象，該地鐵項(xiàng)目的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用了中央存儲(chǔ)模式，信息過多導(dǎo)致存儲(chǔ)容量不足，設(shè)備的一些關(guān)鍵信息被篩除，這主要是由于服務(wù)器長(zhǎng)期高負(fù)荷導(dǎo)致的結(jié)果，特別是滑動(dòng)門狀態(tài)事件出現(xiàn)時(shí)占用了綜合監(jiān)控磁盤的空間，通過收集數(shù)據(jù)的方式可以在各個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行管理，以此來對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的管理模式進(jìn)行優(yōu)化、改善。該地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的控制模式如圖1所示。

4.2 優(yōu)化方案

結(jié)合地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)記錄的模式以及問題，選擇合適的優(yōu)化解決方案。首先，結(jié)合聯(lián)調(diào)期間的具體情況進(jìn)行狀態(tài)的調(diào)試，確保信息的合理性與安全性;然后，采用專業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行管理與規(guī)劃;其次，結(jié)合綜合監(jiān)控系統(tǒng)中滑動(dòng)門有圖元的顯示情況，對(duì)于PSD中的各種重要事件的控制情況進(jìn)行分析，在不影響到操作人員觀看的情況下進(jìn)行調(diào)度、分析。最后，通過結(jié)合聯(lián)調(diào)過程中的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，事件的需要程度和減輕服務(wù)器數(shù)據(jù)的處理方法以及不影響PSD正常監(jiān)視的情況下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取，這樣一來才能夠制定更為合理的技術(shù)方案來解決滑動(dòng)門狀態(tài)失常導(dǎo)致數(shù)據(jù)量過大的問題。在制定方案過程中可以對(duì)一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，或者僅保留圖元顯示，這樣就可以優(yōu)化系統(tǒng)空間。在系統(tǒng)存儲(chǔ)的過程中，需要形成一個(gè)更長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行趨勢(shì)圖，通過直觀反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行情況的方式來提供更為合理有效的技術(shù)支持。

4.2.1 電源監(jiān)控優(yōu)化措施

地鐵行業(yè)電力監(jiān)控子系統(tǒng)與地鐵行業(yè)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）緊密集成，實(shí)現(xiàn)PSCADA子系統(tǒng)功能，共同完成變電站主要供電設(shè)備與接觸網(wǎng)（軌）等多個(gè)電力設(shè)備的運(yùn)行情況及其分層分布遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制，還可處理供電系統(tǒng)所產(chǎn)生的各種異常事故與報(bào)警事件，確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。與此同時(shí)，供電系統(tǒng)調(diào)度及其管理維修自動(dòng)化程度提升，供電質(zhì)量得以保障，系統(tǒng)能夠安全、可靠地運(yùn)行。圖2為PSCADA系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)。

4.2.2 相關(guān)應(yīng)用技術(shù)方面優(yōu)化策略

針對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中所分布的相關(guān)子系統(tǒng)而言，在對(duì)冗余故障進(jìn)行切換的過程當(dāng)中，所需要遵循的原則是：遵循優(yōu)先原則，盡量不切換FEP以及總控單元，故障分析中僅納入對(duì)單點(diǎn)故障的考慮。圖3為監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行下的數(shù)據(jù)流流向。結(jié)合圖3流向，分析如下常見故障：

在FEP（a）出現(xiàn)運(yùn)行故障后，（b）切換為工作機(jī)，通過激活通訊連接的方式，實(shí)現(xiàn)與工作端口的通訊功能，同時(shí)在FEP心跳報(bào)文的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)集群的故障冗余。若后背FEP無法及時(shí)收到主模塊發(fā)送的心跳報(bào)文，則判定其發(fā)生失效問題，后備模塊會(huì)在一定延時(shí)基礎(chǔ)之上切換至主模塊。

4.3 優(yōu)化成果

技術(shù)優(yōu)化升級(jí)后，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的工作效率得到了明顯改善，也沒有再次出現(xiàn)過類似的問題。開門的狀態(tài)不會(huì)再繼續(xù)記錄，直接減少了對(duì)于存儲(chǔ)量的需求。從整體事件的比例上來看，由于這一項(xiàng)優(yōu)化，使得整體比例從74%下降到了22%。與此同時(shí)，其他設(shè)備的關(guān)鍵信息得到了補(bǔ)充，整體的平衡性得到了滿足，也沒有再次出現(xiàn)過存儲(chǔ)量不充足的情況。通過這樣的優(yōu)化，操作的便利性也得到了優(yōu)化改善。具體地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整合方案優(yōu)化成果如表1所示。

5? 總結(jié)

綜上所述，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)在地鐵自動(dòng)化進(jìn)程中扮演著十分重要的角色，其不但需要完善行車、電力管理以及票務(wù)和信號(hào)服務(wù)等功能，同時(shí)還需要保障行車基本安全，提供必要的乘車服務(wù)，以此來確保行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。立足于現(xiàn)狀，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)類型，通過對(duì)比優(yōu)化，選擇合適的技術(shù)方案，以此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)為核心的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，處理并傳遞服務(wù)信息，確保服務(wù)效果。

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