城市軌道交通新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究與分析

盧 靜

綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）是城市軌道交通線網(wǎng)/路運(yùn)營(yíng)管理的核心組成部分，與城市軌道交通多種應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行集成與互聯(lián)，例如電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、信號(hào)系統(tǒng)（ATS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）等。綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建統(tǒng)一的信息監(jiān)管平臺(tái)，通過群組控制、模式控制和點(diǎn)動(dòng)控制的方式，保障多系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效、協(xié)調(diào)穩(wěn)定的自動(dòng)化工作，有益于提高軌道交通的運(yùn)營(yíng)管理效率和智慧化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［1-3］。

近幾年，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的傳統(tǒng)技術(shù)方案已在多個(gè)城市廣泛應(yīng)用，但是系統(tǒng)層級(jí)架構(gòu)仍存在一定的不足。傳統(tǒng)的技術(shù)方案中通常采用線路級(jí)、車站級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)3 級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)。一般具有多條軌道交通線路的城市，通常按線路分時(shí)序建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)營(yíng)管理，分別構(gòu)建綜合監(jiān)控系統(tǒng)的多層級(jí)架構(gòu)。而單條線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在線路級(jí)系統(tǒng)和車站級(jí)系統(tǒng)，分別設(shè)置應(yīng)用服務(wù)器，設(shè)備數(shù)量較多且資源利用率低，部分應(yīng)用功能重疊，存在相同數(shù)據(jù)在線路級(jí)、車站級(jí)重復(fù)處理，數(shù)據(jù)流向復(fù)雜等問題［4-5］。為此，本文在分析傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出一種新型線網(wǎng)/路綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，該新型綜合監(jiān)控系統(tǒng)已在呼和浩特城市軌道交通1、2號(hào)線應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)典型的系統(tǒng)架構(gòu)采用分層、分布的處理模式，分為線路級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備［6-7］。線路級(jí)和車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)均部署應(yīng)用資源，承擔(dān)被集成和互聯(lián)系統(tǒng)的監(jiān)控和聯(lián)動(dòng)控制業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 線路級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

線路級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)本條線路多個(gè)車站被控設(shè)備的狀態(tài)信息采集和報(bào)警、相關(guān)聯(lián)動(dòng)設(shè)備的控制、應(yīng)急情況下的設(shè)備監(jiān)視、系統(tǒng)維護(hù)和診斷、權(quán)限管理等業(yè)務(wù)。主要由線路級(jí)冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器、線路級(jí)歷史服務(wù)器、調(diào)度員工作站、冗余前端通信處理器、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、培訓(xùn)管理系統(tǒng)、仿真測(cè)試平臺(tái)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)軟件等組成［8］。

1.2 車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)本車站被控設(shè)備的監(jiān)視與控制，報(bào)警管理與報(bào)表生成，系統(tǒng)組態(tài)等業(yè)務(wù)。主要由車站冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器、前端通信處理器、調(diào)度員工作站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)軟件等組成。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備

綜合監(jiān)控就地集成系統(tǒng)，如FAS、BAS、SCADA等構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備。這些系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)可由綜合監(jiān)控實(shí)現(xiàn)集成式的系統(tǒng)組態(tài)，將其作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一部分。

2 新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)也采用3 級(jí)架構(gòu)，包括線網(wǎng)中心級(jí)系統(tǒng)、站段級(jí)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備。與傳統(tǒng)3 級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)相比，新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)線網(wǎng)中心級(jí)和站段級(jí)系統(tǒng)的功能及應(yīng)用部署重新定位。其中，線網(wǎng)中心級(jí)系統(tǒng)分為主用中心級(jí)系統(tǒng)和災(zāi)備級(jí)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)全線網(wǎng)范圍內(nèi)各站段級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)集中處理；站段級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)本站段范圍內(nèi)的被控設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和聯(lián)動(dòng)控制操作。新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

圖2 新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用中心集中處理的應(yīng)用架構(gòu)，取消了傳統(tǒng)架構(gòu)下的車站冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器，在線網(wǎng)中心集中設(shè)置歷史服務(wù)器和實(shí)時(shí)服務(wù)器，集中處理線網(wǎng)管轄范圍內(nèi)多條線路和車站的各類數(shù)據(jù)信息。簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的層級(jí)和步驟，精簡(jiǎn)了多層級(jí)分布式的業(yè)務(wù)處理模式，使相同數(shù)據(jù)在不同層級(jí)之間的處理流向更為清晰。

2.1 線網(wǎng)中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

線網(wǎng)中心級(jí)系統(tǒng)承擔(dān)該區(qū)域內(nèi)所有線路及其所轄站段的全部數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，將多條線路的站段級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中到線網(wǎng)中心級(jí)層面，設(shè)置線網(wǎng)主用中心級(jí)系統(tǒng)和線網(wǎng)災(zāi)備中心級(jí)系統(tǒng)雙中心系統(tǒng)架構(gòu)見圖3。

圖3 線網(wǎng)中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

2.1.1 線網(wǎng)主用中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

線網(wǎng)主用中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)由冗余中心級(jí)應(yīng)用服務(wù)器（集群化部署）、冗余中心級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、冗余中心級(jí)前端通信處理器、線網(wǎng)級(jí)調(diào)度員工作站、網(wǎng)管系統(tǒng)、冗余中心級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)及系統(tǒng)軟件構(gòu)成。網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)置于主用控制中心，由網(wǎng)管服務(wù)器和網(wǎng)管工作站等設(shè)備構(gòu)成。其中，冗余中心級(jí)前端通信處理器、冗余中心級(jí)應(yīng)用服務(wù)器、冗余中心級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器需配置操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件；線網(wǎng)級(jí)調(diào)度員工作站和網(wǎng)管工作站需配置操作系統(tǒng)、人機(jī)接口界面應(yīng)用軟件和人機(jī)接口界面組態(tài)數(shù)據(jù)等。

2.1.2 線網(wǎng)災(zāi)備中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

線網(wǎng)災(zāi)備中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)由集群化部署的單機(jī)線網(wǎng)中心級(jí)應(yīng)用服務(wù)器、單機(jī)線網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、主備冗余的前端通信處理器、災(zāi)備工作站、打印機(jī)、培訓(xùn)管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、主備冗余的中心級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)及系統(tǒng)軟件構(gòu)成。培訓(xùn)管理系統(tǒng)設(shè)置于災(zāi)備中心，由仿真測(cè)試平臺(tái)、培訓(xùn)管理服務(wù)器、培訓(xùn)管理工作站等設(shè)備構(gòu)成；設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)置于災(zāi)備中心，由設(shè)備管理服務(wù)器、設(shè)備管理工作站等構(gòu)成。相關(guān)軟件中，前端通信處理器、中心級(jí)應(yīng)用服務(wù)器、線網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、培訓(xùn)管理服務(wù)器和設(shè)備管理服務(wù)器需配置操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)軟件；災(zāi)備工作站、設(shè)備管理工作站和培訓(xùn)管理工作站需配置操作系統(tǒng)、人機(jī)接口界面應(yīng)用軟件和人機(jī)接口界面組態(tài)數(shù)據(jù)等。

與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器配置方式相比，新型線網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用扁平化的部署方案，改變了傳統(tǒng)線路級(jí)和車站級(jí)系統(tǒng)均部署應(yīng)用服務(wù)器的分層、分布式處理部署方式，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理的層級(jí)和步驟，提高了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的資源利用率，便于統(tǒng)一管理和降低運(yùn)維成本。為保證線網(wǎng)中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，根據(jù)被監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備點(diǎn)數(shù)，對(duì)線網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行集群化部署，按照區(qū)域劃分，以3～5 個(gè)車站數(shù)量為單位，每區(qū)域配置1對(duì)雙機(jī)熱備的實(shí)時(shí)服務(wù)器［9-11］。

2.2 站段級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

站段級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要由主備冗余的前端通信處理機(jī)、接入以太網(wǎng)交換機(jī)、車站值班員工作站和系統(tǒng)軟件構(gòu)成，系統(tǒng)架構(gòu)見圖4。站段級(jí)系統(tǒng)不設(shè)應(yīng)用服務(wù)器，僅保留設(shè)置值班員工作站。站段級(jí)直接與線網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)互聯(lián)，負(fù)責(zé)本站段范圍內(nèi)監(jiān)控設(shè)備的聯(lián)動(dòng)功能和緊急情況下的后備控制功能。

圖4 站段級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

站段級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用傳輸系統(tǒng)連接線網(wǎng)主用中心級(jí)系統(tǒng)和災(zāi)備中心級(jí)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)上傳站段級(jí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和接收中心級(jí)的控制命令。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備

綜合監(jiān)控就地集成系統(tǒng)如FAS、BAS、SCADA 等，作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備，可根據(jù)運(yùn)營(yíng)部門對(duì)于集成模式的要求進(jìn)行調(diào)整，也可與傳統(tǒng)模式保持一致。

3 數(shù)據(jù)流向分析

為保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和正常運(yùn)維，新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了正常模式、災(zāi)備模式和車站后備模式的不同數(shù)據(jù)采集和恢復(fù)機(jī)制。

3.1 正常模式

新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)正常模式下的數(shù)據(jù)流向，如圖5 中黑色實(shí)線箭頭所示。站段級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用傳輸系統(tǒng)搭建的通道，將數(shù)據(jù)上傳至線網(wǎng)主中心和災(zāi)備中心。線網(wǎng)范圍內(nèi)的全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)均在線網(wǎng)主中心應(yīng)用服務(wù)器中運(yùn)算，處理后的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至線網(wǎng)主中心的線網(wǎng)調(diào)度員工作站和各車站值班員工作站。同時(shí)，災(zāi)備中心實(shí)時(shí)復(fù)制線網(wǎng)主中心的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)展示在災(zāi)備工作站。

3.2 災(zāi)備模式

新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)災(zāi)備模式下的數(shù)據(jù)流向，如圖5 中黑色空心箭頭所示。在線網(wǎng)主中心出現(xiàn)故障，無(wú)法正常工作的情況下，為確保線網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的連續(xù)正常運(yùn)行，由線網(wǎng)災(zāi)備中心接替主中心的工作，將站段級(jí)前端通信處理機(jī)獲取到的數(shù)據(jù)，經(jīng)線網(wǎng)災(zāi)備中心服務(wù)器實(shí)時(shí)運(yùn)算處理后，發(fā)送至災(zāi)備工作站和各車站值班員工作站，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

3.3 車站后備模式

新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的車站后備模式下的數(shù)據(jù)流向僅限于獨(dú)立車站內(nèi)，如圖5 中黑色虛線箭頭所示。當(dāng)線網(wǎng)主中心和災(zāi)備中心均發(fā)生故障時(shí)，采用站段后備工作模式。站段級(jí)系統(tǒng)中車站值班員工作站具有車站后備功能，可獨(dú)立承擔(dān)本站段范圍內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)。為確保數(shù)據(jù)的完整性，當(dāng)主中心和災(zāi)備中心恢復(fù)正常時(shí)，后備車站工作站將故障區(qū)間數(shù)據(jù)上傳至線網(wǎng)主中心和災(zāi)備中心。

圖5 新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市軌道交通信息化和智能化的發(fā)展，新型線網(wǎng)級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)線網(wǎng)架構(gòu)的全面融合，減少了中心級(jí)和站段級(jí)系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)中服務(wù)器配置的數(shù)量，提高了系統(tǒng)硬件設(shè)備的運(yùn)行效率，降低了系統(tǒng)能耗，有效地減少了建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本，為智慧軌道交通系統(tǒng)融合和云計(jì)算部署打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。