地鐵替換綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的方案分析

高亮 鄭聰 梁峰毓

摘? 要：地鐵分期建設(shè)時(shí)延伸線和既有線綜合監(jiān)控系統(tǒng)為不同平臺時(shí)，需要重點(diǎn)處理如何與既有線進(jìn)行貫通，最終要呈現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)供運(yùn)營人員使用。通過對集成方案的分析，提出了一個(gè)建議方案。以該方案為基礎(chǔ)，分析了權(quán)限、數(shù)據(jù)、控制命令等要素在系統(tǒng)替換中對系統(tǒng)一致性的影響，并給出了符合運(yùn)營安全性的實(shí)施策略。在同一軟件平臺上對既有線和延伸線進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控與管理，避免了因系統(tǒng)耦合度低給運(yùn)營維護(hù)帶來問題。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;綜合監(jiān)控系統(tǒng);系統(tǒng)替換

中圖分類號：U231+.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）16-0119-03

Analysis on Replacement Scheme of the Metro Integrated Supervisory Control System

GAO Liang，ZHENG Cong，LIANG Fengyu

（Baosight Software （Chengdu） Co.，Ltd.，Chengdu? 610041，China）

Abstract：It is necessary to focus on how to connect with the existing line，and finally present a unified monitoring system for operators When the extension line and the existing line integrated monitoring system are different platforms in the subway phased construction. Through the analysis of the integration scheme，a proposal is put forward. Based on the scheme，the influence of authority，data，control command and other elements on system consistency in system replacement is analyzed，and the implementation strategy in line with operation security is given. The unified monitoring and management of existing lines and extension lines on the same software platform can avoid the operation and maintenance problems caused by low coupling degree of the system.

Keywords：urban rail transit;ISCS;system replacement

0? 引? 言

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)（integrated supervisory control system，ISCS）是線路運(yùn)行管控的重要系統(tǒng)。因項(xiàng)目投資、工期、社會(huì)效益等原因，較多線路采取了分期建設(shè)的模式。目前地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件大體可以分為兩類：一類是獨(dú)立軟件廠家（ISV）的商品化軟件;另一類是由系統(tǒng)集成商提供的軟件[1]。延伸線由不同集成商建設(shè)時(shí)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)往往與既有線是不同的軟件平臺。此時(shí)就需要處理如何與既有線綜合監(jiān)控系統(tǒng)的貫通集成。本文首先給出三種貫通集成方案，討論優(yōu)缺點(diǎn);然后對替換既有線綜合監(jiān)控的方案進(jìn)行技術(shù)分析，以期為類似工程提供參考。

1? 延伸線與既有線集成的方案

延伸線ISCS平臺（下稱新平臺）和既有線ISCS平臺（下稱舊平臺）不同時(shí)，新平臺貫通集成有如下幾種方案：方案一為新平臺在中央級平臺接入到舊平臺;方案二為舊平臺在中央級平臺接入到新平臺;方案三為替換既有線車站級平臺、中央級平臺，統(tǒng)一為新平臺。

在使用方案一或方案二的情況下，屬于兩個(gè)平臺共存，需要兩家集成商共同協(xié)作，涉及兩個(gè)平臺的耦合和數(shù)據(jù)交互，均需要進(jìn)行定制開發(fā)，雙方分工界面難以梳理清晰;一方必須對另一方平臺進(jìn)行適配，兩個(gè)軟件平臺在中央級平臺將存在大量非標(biāo)準(zhǔn)接口。

實(shí)時(shí)性是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)[2]。設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量減少數(shù)據(jù)傳輸層級，縮短數(shù)據(jù)傳遞路徑，提高各層級網(wǎng)絡(luò)通信效率[2]。線路運(yùn)營過程中，方案一和方案二在兩個(gè)平臺間將有一定量的數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)寫入。人為增加一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)，將使整條線路的子系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息上送、控制中心命令下發(fā)產(chǎn)生時(shí)滯，因此不推薦這兩種方案。

方案三中，舊平臺將被新平臺所替換，實(shí)施后將只有一個(gè)平臺，僅需要一家集成商介入，系統(tǒng)可靠性優(yōu)于方案一和方案二。

三個(gè)運(yùn)維分工界面如表1所示，表中（1）表示舊平臺集成商，（2）表示新平臺集成商。

方案一和方案二均需要兩個(gè)集成商共同參與，也要求了運(yùn)營維保人員必須掌握兩個(gè)軟件平臺的運(yùn)維操作，增加了工作復(fù)雜度。綜合考慮，推薦方案三作為首選方案。

2? 替換平臺方案考慮要素

2.1? 數(shù)據(jù)接口

根據(jù)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，ISCS和集成/互聯(lián)系統(tǒng)之間的接口，可以劃分為基于點(diǎn)數(shù)據(jù)的接口和基于過程數(shù)據(jù)的接口。當(dāng)前基于點(diǎn)數(shù)據(jù)的接口，較多的采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)協(xié)議，如與電力監(jiān)控子系統(tǒng)之間采用IEC61870-5-104規(guī)約，與BAS子系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus TCP規(guī)約;基于過程數(shù)據(jù)的接口，如與廣播系統(tǒng)（PA）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS），采用的是雙方約定的數(shù)據(jù)接口形式。

2.1.1? 車站級、中央級各集成互聯(lián)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入

中央級綜合監(jiān)控平臺位于線路控制中心，直接與各個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)監(jiān)控中心及車站、場段綜合監(jiān)控系統(tǒng)相聯(lián)系[3]。中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)與業(yè)務(wù)子系統(tǒng)中心之間通常為定制協(xié)議，新平臺應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行接口開發(fā)與調(diào)試。

車站級綜合監(jiān)控平臺直接繼承車站級各監(jiān)控系統(tǒng)的信息，使全站的各個(gè)系統(tǒng)成為有機(jī)整體[3]。對于車站和場段而言，集成互聯(lián)系統(tǒng)的接口協(xié)議為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的，新平臺直接接入;接口協(xié)議為定制協(xié)議的，新平臺應(yīng)進(jìn)行接口開發(fā)、接口協(xié)議測試。需要對舊平臺的架構(gòu)特性進(jìn)行分析，確定兩個(gè)平臺的架構(gòu)耦合度;有地鐵運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的集成商大都有能力該完成架構(gòu)分析。點(diǎn)類表可參考舊平臺點(diǎn)類表，開發(fā)自動(dòng)轉(zhuǎn)換工具，達(dá)到批量制作點(diǎn)類表的目的。

2.1.2? 與線網(wǎng)級系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口

新平臺應(yīng)實(shí)現(xiàn)與線網(wǎng)級系統(tǒng)（如線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)、線網(wǎng)智能運(yùn)維系統(tǒng)、施工調(diào)度系統(tǒng)等）的數(shù)據(jù)交互接口。

線網(wǎng)級系統(tǒng)通常會(huì)建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對于各線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)行統(tǒng)一的接入標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。不同綜合監(jiān)控系統(tǒng)均應(yīng)按照這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行與線網(wǎng)級系統(tǒng)的交互。

線網(wǎng)級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，從鏈路冗余上一般要求綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供兩路冗余接口供線網(wǎng)級系統(tǒng)調(diào)用，綜合監(jiān)控系統(tǒng)需保證兩路數(shù)據(jù)完全一致，線網(wǎng)級系統(tǒng)的控制命令只從一路下發(fā)。該限制要求新平臺接入線網(wǎng)級系統(tǒng)要一次到位。

2.2? 原綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)倒切

數(shù)據(jù)倒切需關(guān)注用戶權(quán)限數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制命令數(shù)據(jù)、歷史記錄。

2.2.1? 用戶權(quán)限

綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)交互系統(tǒng)通過責(zé)任區(qū)分機(jī)制分配給每個(gè)級別、每個(gè)用戶類一定的權(quán)限，這些權(quán)限包括操作模式、控制權(quán)力、控制范圍等[4]。該數(shù)據(jù)屬于非實(shí)時(shí)配置數(shù)據(jù)，建議由新平臺集成商開發(fā)批量導(dǎo)入工具，將已有用戶信息導(dǎo)入新平臺中，在系統(tǒng)正式倒切上線前，再將舊平臺數(shù)據(jù)同步至新平臺。

2.2.2? 設(shè)備狀態(tài)

設(shè)備狀態(tài)屬于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由新平臺自行從子系統(tǒng)讀取，并在人機(jī)界面上進(jìn)行展示。因線路屬于運(yùn)營線路，設(shè)備狀態(tài)對點(diǎn)過程可采用如下方式：（1）使用舊平臺人機(jī)界面作為參照，觀察各設(shè)備狀態(tài)是否一致;（2）申請單獨(dú)的作業(yè)點(diǎn)，操作就地設(shè)備，上送不同的設(shè)備狀態(tài);（3）對于現(xiàn)場無法上送的狀態(tài)值，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下替換下位系統(tǒng)為數(shù)據(jù)模擬器，在模擬器中進(jìn)行置值。

2.2.3? 控制命令

控制命令屬于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由新平臺向子系統(tǒng)寫入。系統(tǒng)調(diào)試既可以通過申請作業(yè)點(diǎn)，直接控制到子系統(tǒng)再到末端設(shè)備的方式進(jìn)行，也可以在新平臺中啟用超馳域（啟用后，控制命令僅記錄到數(shù)據(jù)庫，不再到子系統(tǒng)側(cè)，設(shè)備實(shí)際不動(dòng)作），驗(yàn)證控制命令從人機(jī)界面到與子系統(tǒng)的接口分界面的功能完整性。宜安排風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較低的子系統(tǒng)和設(shè)備采用日間調(diào)試，而對風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高的系統(tǒng)、影響乘客服務(wù)的系統(tǒng)和設(shè)備，采用夜間調(diào)試，既保證安全，又可提高效率。

系統(tǒng)上線后，新平臺對子系統(tǒng)的控制權(quán)限優(yōu)先級應(yīng)與舊平臺保持一致，在雙系統(tǒng)并行運(yùn)行時(shí)，宜通過中央級/車站級平臺的調(diào)度管理手段，保證操作員同時(shí)只從一個(gè)平臺進(jìn)行相同設(shè)備的控制。

應(yīng)注意時(shí)間表控制、順序控制、并行控制等控制邏輯;對于自動(dòng)定時(shí)執(zhí)行的控制指令，應(yīng)保證新舊平臺同時(shí)只有一個(gè)平臺設(shè)置啟用。在功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，尤其要注意操作事件的生成，便于后續(xù)通過操作事件進(jìn)行事件追溯、故障分析。

2.2.4? 歷史記錄

從存儲(chǔ)位置上可以將歷史記錄劃分為存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的歷史記錄和存儲(chǔ)于綜合監(jiān)控平臺的歷史記錄。

存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的歷史記錄一般包含：歷史操作事件、歷史報(bào)警、歷史電力事件順序記錄（Sequence of Event，SOE）等;歷史記錄屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)，可由新平臺集成商開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)至新平臺的歷史庫中;也可由新平臺集成商開發(fā)適配接口，直接訪問舊平臺歷史數(shù)據(jù)庫。存儲(chǔ)于綜合監(jiān)控平臺的歷史記錄一般為歷史趨勢，在無法導(dǎo)出的情況下，此類歷史數(shù)據(jù)可做舍棄處理。

2.3? 運(yùn)營安全性

替換平臺時(shí)不應(yīng)使既有線運(yùn)營產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，宜采用“新老系統(tǒng)并行、先典型后全線”的策略。即利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)的冗余體系，在既有線車站級、中央級利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)的冗余特性，完成新平臺的系統(tǒng)調(diào)試;新平臺功能性能穩(wěn)定后，然后再向全線路進(jìn)行全部替換。

為達(dá)到并行運(yùn)行的目標(biāo)，需要增加和替換硬件設(shè)備：在中央級增加新平臺的臨時(shí)工作站、臨時(shí)實(shí)時(shí)服務(wù)器，增加新平臺的通信前置機(jī)（FEP）;在車站級增加新平臺的臨時(shí)工作站、臨時(shí)實(shí)時(shí)服務(wù)器，增加新平臺的FEP。因成熟綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商的軟件平臺通常為跨平臺產(chǎn)品，可以假定新平臺軟件在舊平臺所屬設(shè)備上能夠兼容運(yùn)行，這樣臨時(shí)設(shè)備就可在正式運(yùn)行時(shí)撤除。在實(shí)際替換前，應(yīng)利用舊平臺的備品備件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室兼容性驗(yàn)證，出具驗(yàn)證報(bào)告。

并行運(yùn)行時(shí)，將舊平臺接入的兩路數(shù)據(jù)鏈路中的一路分至新平臺，保持兩系統(tǒng)同時(shí)保持運(yùn)行狀態(tài)。對系統(tǒng)功能、性能進(jìn)行100%全覆蓋驗(yàn)證，保證新舊平臺同時(shí)運(yùn)行，并形成最優(yōu)的調(diào)試組織方法、技術(shù)方法。此時(shí)，對線路的各種控制操作，既可以從舊平臺發(fā)起，也可以從新平臺發(fā)起。

并行運(yùn)行的構(gòu)成圖如圖1所示。

系統(tǒng)穩(wěn)定后，進(jìn)行全線替換并拆除臨時(shí)設(shè)備。替換后綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2所示。

3? 結(jié)? 論

本文闡述了替換既有線綜合監(jiān)控平臺的技術(shù)方案與實(shí)施要點(diǎn)，適用于地鐵延伸線接入、地鐵老線路改造等場景。成都市已形成了城市軌道交通ISCS系統(tǒng)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);根據(jù)本文推薦的方案，在成都軌道交通中選擇了兩條運(yùn)營線進(jìn)行了實(shí)施，系統(tǒng)替換過程有序、穩(wěn)定進(jìn)行，替換后運(yùn)行穩(wěn)定，可為類似工程提供借鑒意義。

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作者簡介：高亮（1987.06—），男，漢族，江蘇宿遷人，工程師，碩士研究生，研究方向：城市軌道交通線網(wǎng)指揮系統(tǒng)。