地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向及同步方法研究

祝華淞 沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司

一、引言

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）是通過(guò)集成或互聯(lián)各主要的弱電系統(tǒng)，搭建統(tǒng)一的軟件及硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵的關(guān)鍵弱電設(shè)備的統(tǒng)一管控，對(duì)列車的運(yùn)行情況、客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)視，用以實(shí)現(xiàn)各相關(guān)系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)以及數(shù)據(jù)共享。

二、1號(hào)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

1號(hào)線工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)千兆骨干傳輸環(huán)網(wǎng)將中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)（含車站及場(chǎng)段）和相關(guān)的輔助子系統(tǒng)（包含培訓(xùn)系統(tǒng)、維護(hù)管理系統(tǒng)、仿真平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等）串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。全線綜合監(jiān)控系統(tǒng)按中央、車站兩級(jí)調(diào)度管理，中央、車站、就地三級(jí)監(jiān)控的方式設(shè)置，在控制中心設(shè)置中央級(jí)冗余服務(wù)器及調(diào)度工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)全線機(jī)電設(shè)備的集中管控。各站點(diǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置站級(jí)冗余服務(wù)器、值班員工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)本站點(diǎn)及相鄰半個(gè)區(qū)間的機(jī)電設(shè)備監(jiān)控。

三、ISCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

（一）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流向

本項(xiàng)目ISCS采用大型分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)部署在中央級(jí)冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器、車站冗余服務(wù)器、場(chǎng)段冗余服務(wù)器、DMS服務(wù)器、NMS服務(wù)器、TMS服務(wù)器、STP服務(wù)器等服務(wù)器中。ISCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流包含兩部分：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的上傳及控制命令的下發(fā)。

1.實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)流向

（1）部分子系統(tǒng)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)FEP傳入對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)服務(wù)器；另一部分子系統(tǒng)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接接入對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)服務(wù)器，是否通過(guò)FEP接入通常取決于系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)；（2）各級(jí)工作站直接從對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示；（3）中央歷史服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歷史來(lái)源于相對(duì)應(yīng)中央實(shí)時(shí)服務(wù)器。

2.控制命令的下發(fā)數(shù)據(jù)流向

（1）車站工作站下發(fā)控制命令，經(jīng)車站冗余服務(wù)器和車站FEP，下發(fā)至接口子系統(tǒng)控制器；（2）中心工作站下發(fā)控制命令，經(jīng)中央冗余服務(wù)器至對(duì)應(yīng)車站FEP，由車站FEP下發(fā)至接口子系統(tǒng)控制器，控制車站級(jí)設(shè)備；（3）中心工作站下發(fā)控制命令，經(jīng)中央冗余服務(wù)器至中央FEP，下發(fā)至中央接口子系統(tǒng)控制器，控制中央級(jí)子系統(tǒng)接口設(shè)備。

（二）歷史數(shù)據(jù)流流向

本項(xiàng)目綜合監(jiān)控系統(tǒng)的站級(jí)不再獨(dú)立設(shè)置歷史服務(wù)器，所有的歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)和事件數(shù)據(jù)初始時(shí)分別存儲(chǔ)在控制中心/車站/車輛段的實(shí)時(shí)服務(wù)器，最終數(shù)據(jù)都將通過(guò)服務(wù)器到服務(wù)器的通訊傳送至控制中心的歷史服務(wù)器進(jìn)行存檔。操作員通過(guò)客戶端工作站的各類操作會(huì)作為歷史事件記錄，以本地文件的形式存儲(chǔ)在工作站上，并通過(guò)程序轉(zhuǎn)存至車站實(shí)時(shí)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)里，最終存儲(chǔ)到中央歷史服務(wù)器中；歷史數(shù)據(jù)通過(guò)軟件自帶的轉(zhuǎn)儲(chǔ)程序存儲(chǔ)在車站服務(wù)器上，再通過(guò)專用程序轉(zhuǎn)存至中央歷史服務(wù)器中。

四、ISCS數(shù)據(jù)同步

（一）ISCS系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可劃分為子系統(tǒng)層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。（1）子系統(tǒng)層冗余。所有接入ISCS的子系統(tǒng)，采用兩路獨(dú)立的信號(hào)線接入，且兩路信號(hào)必須同時(shí)在線交換數(shù)據(jù)，以此保證子系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)的冗余切換不受上層的影響。（2）鏈路層冗余。鏈路層的冗余功能由鏈路或其它通信模塊實(shí)現(xiàn)，鏈路級(jí)由兩臺(tái)互為冗余的鏈路設(shè)備組成。在每一個(gè)數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)，各鏈路均獨(dú)立對(duì)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換。（3）網(wǎng)絡(luò)層冗余。整個(gè)ISCS網(wǎng)絡(luò)均采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，作為常用的高級(jí)工業(yè)冗余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)可保證較快的網(wǎng)絡(luò)鏈路切換時(shí)間，且具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，可允許交換機(jī)、鏈路、網(wǎng)卡等故障。綜合監(jiān)控主干網(wǎng)與設(shè)備環(huán)網(wǎng)都采用環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備環(huán)網(wǎng)與主干網(wǎng)的冗余連接。（4）應(yīng)用層冗余。應(yīng)用層冗余是指服務(wù)器之間的冗余以及調(diào)度工作站的冗余。為有效實(shí)現(xiàn)應(yīng)用級(jí)冗余，通信鏈路均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，兩路通信鏈路采用主備形式同時(shí)以該協(xié)議對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。站級(jí)實(shí)時(shí)服務(wù)器支持雙網(wǎng)卡冗余鏈接，通過(guò)分別與兩個(gè)鏈路相連，可以保證任一鏈路發(fā)生故障，都不影響該實(shí)時(shí)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)交換。對(duì)監(jiān)控工作站而言，任意時(shí)刻都能與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，保證了監(jiān)控工作站的高可靠性和高可用性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全冗余功能。

（二）數(shù)據(jù)同步

ISCS平臺(tái)的數(shù)據(jù)同步主要包含：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步、報(bào)警數(shù)據(jù)同步、控制輸出的唯一性等幾個(gè)方面。主服務(wù)器作為監(jiān)視和控制的唯一的數(shù)據(jù)源，網(wǎng)絡(luò)上所有的工作站都必須通過(guò)主服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)視和控制；備服務(wù)器保證同主服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步。

1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同步主要依靠驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)的同步來(lái)實(shí)現(xiàn)。

兩臺(tái)互為冗余服務(wù)器同時(shí)從子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，通信對(duì)象相同，所以通信數(shù)據(jù)完全一致。

2.中央冗余歷史數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)中央歷史數(shù)據(jù)的同步，在車站服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上建立歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的同步。

（1）車站數(shù)據(jù)采集器具備冗余同步和數(shù)據(jù)緩存功能。（2）如果車站服務(wù)器與歷史服務(wù)器之間發(fā)生中斷，車站數(shù)據(jù)采集器會(huì)自動(dòng)地緩存采集到的數(shù)據(jù)。當(dāng)連接再次建立時(shí)，采集器會(huì)自動(dòng)把所有緩存的數(shù)據(jù)發(fā)送到歷史服務(wù)器。（3）在一臺(tái)車站服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)連接丟失并且重建后，在連續(xù)的數(shù)據(jù)中會(huì)有一段由于網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤而引起的數(shù)據(jù)中斷。此時(shí)，ISCS系統(tǒng)將檢查故障服務(wù)器的數(shù)據(jù)完整性并從另一臺(tái)服務(wù)器獲取丟失的數(shù)據(jù)來(lái)恢復(fù)這段中斷區(qū)域。

3. ISCS報(bào)警同步器實(shí)現(xiàn)報(bào)警的同步 在系統(tǒng)配置中為冗余服務(wù)器配置好冗余后，ISCS自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警啟動(dòng)隊(duì)列服務(wù)，該服務(wù)確保了在連接丟失和連接重建時(shí)報(bào)警不會(huì)丟失。同時(shí)同步報(bào)警確認(rèn)，當(dāng)主、備服務(wù)器都運(yùn)行時(shí)，確保只需確認(rèn)一次報(bào)警。

4.主服務(wù)器是唯一數(shù)據(jù)源，保證了控制輸出的唯一性。在控制輸出的時(shí)候，客戶端的控制命令僅通過(guò)當(dāng)前活動(dòng)的服務(wù)器發(fā)送到子系統(tǒng)設(shè)備，非活動(dòng)服務(wù)器僅接收數(shù)據(jù)，保證了控制輸出是唯一的。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）作為一個(gè)高度集成的綜合管控平臺(tái)，具有數(shù)據(jù)流量大，冗余度高，數(shù)據(jù)流向繁雜等特點(diǎn)，合理的數(shù)據(jù)流向和數(shù)據(jù)同步策略可優(yōu)化ISCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證ISCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，完善地鐵系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)水平。