城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

辛 鑫，李 潔，張致宏

（1.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 技術(shù)創(chuàng)新研究院分公司，北京 100082；2.地鐵運(yùn)營(yíng)安全保障技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100082；3.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 供電分公司，北京 100082）

城市軌道交通專用通信系統(tǒng)是為運(yùn)營(yíng)管理和設(shè)備維修提供通信條件、傳輸各種調(diào)度命令信息、為旅客提供必要的信息服務(wù)的綜合系統(tǒng)，主要包括傳輸、無(wú)線通信、公務(wù)電話、專用電話、視頻監(jiān)視、時(shí)鐘、廣播、電源、乘客信息等9 個(gè)子系統(tǒng)[1-3]。每個(gè)子系統(tǒng)均有獨(dú)立的網(wǎng)管系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)各自線路系統(tǒng)設(shè)備的故障管理、性能管理、數(shù)據(jù)配置管理等。截至2022 年底，北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)總里程797.3 km，運(yùn)營(yíng)線路27 條。隨著軌道交通規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)管理需求也在不斷提升，管理系統(tǒng)按照“一線一中心”的建設(shè)模式難以支撐運(yùn)行管理的新需求[4]。為加強(qiáng)設(shè)備的集中管理，有必要建設(shè)綜合管理系統(tǒng)對(duì)專用通信各子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視、管理和控制。本文以北京地鐵專用通信系統(tǒng)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)設(shè)備的有效管理。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的接口設(shè)計(jì)、組件化設(shè)計(jì)、分層架構(gòu)設(shè)計(jì)思想，將城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)為4 層，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.1 采集層

通過(guò)不同的采集手段設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能組件[5]，實(shí)現(xiàn)對(duì)專用通信各子系統(tǒng)、各線路設(shè)備的資源數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、各子系統(tǒng)登錄日志和操作日志的采集。

1.2 數(shù)據(jù)層

采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信息完善、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將采集到的性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

1.3 應(yīng)用層

搭建服務(wù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、資源管理、性能管理、告警管理、拓?fù)涔芾怼I(yè)務(wù)監(jiān)視、音源管理、能耗分析、播放監(jiān)視等各類業(yè)務(wù)功能，為資源管理人員掌握信息資源，提供分析決策的支撐。

1.4 展現(xiàn)層

采用B/S 架構(gòu)，向用戶提供可視化界面，實(shí)現(xiàn)各線路設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和告警信息的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。

2 系統(tǒng)功能

城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可根據(jù)用戶實(shí)際需求，擴(kuò)展設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能[6-8]。系統(tǒng)功能如圖2 所示。

圖2 專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)管理

（1）用戶管理、角色管理：具備用戶和角色的增加、刪除、修改、查詢操作。

（2）權(quán)限管理：為不同級(jí)別的用戶分配相應(yīng)的功能操作權(quán)限和數(shù)據(jù)管理范圍權(quán)限。

（3）登錄管理：對(duì)登錄系統(tǒng)的用戶進(jìn)行鑒權(quán)。

（4）日志管理：對(duì)用戶的登錄信息和操作信息進(jìn)行記錄并生成訪問(wèn)日志和操作日志。

2.2 資源管理

（1）資源采集：可以周期性采集各子系統(tǒng)設(shè)備資源信息的功能，同時(shí)可對(duì)資源數(shù)據(jù)采集周期進(jìn)行配置。

（2）資源維護(hù)：具備線路、機(jī)房、車站等資源數(shù)據(jù)的新增、修改和刪除功能。

（3）資源查詢：通過(guò)對(duì)設(shè)備所屬設(shè)備廠商、設(shè)備名稱、設(shè)備型號(hào)等條件進(jìn)行組合查詢，獲得系統(tǒng)設(shè)備的詳細(xì)屬性。

2.3 性能管理

（1）性能數(shù)據(jù)采集：可以周期性采集各子系統(tǒng)設(shè)備性能指標(biāo)的功能，同時(shí)可對(duì)性能指標(biāo)采集周期進(jìn)行配置。

（2）性能數(shù)據(jù)處理：將采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，生成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)文件并上傳至服務(wù)器。

（3）性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集到的性能數(shù)據(jù)在系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)庫(kù)，保留期間可由系統(tǒng)靈活設(shè)定并修改。

（4）性能數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：通過(guò)設(shè)備名稱、數(shù)據(jù)采集開始時(shí)間、性能參數(shù)名稱等查詢條件進(jìn)行歷史性能數(shù)據(jù)的查詢，以表格或直方圖、趨勢(shì)圖等形式呈現(xiàn)查詢結(jié)果；

（5）性能門限管理：可以設(shè)置和修改性能指標(biāo)的閾值門限，門限設(shè)置支持三級(jí)（緊急、主要、次要）告警；

（6）性能越限處理：根據(jù)設(shè)置的門限和采集的性能數(shù)據(jù)值，自動(dòng)產(chǎn)生性能告警，通過(guò)圖形或表格等方式進(jìn)行呈現(xiàn)，提示進(jìn)行處理；

（7）性能分析：可對(duì)設(shè)備歷史性能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以及趨勢(shì)分析。

2.4 告警管理

（1）告警采集：實(shí)時(shí)采集各子系統(tǒng)設(shè)備的告警，支持專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)與各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)告警的同步；

（2）告警處理：具備告警數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、信息完善和告警轉(zhuǎn)發(fā)的功能，系統(tǒng)接收到告警后，調(diào)取發(fā)生告警設(shè)備的相關(guān)資源信息，擴(kuò)充完善告警的關(guān)鍵屬性信息，如廠商信息、設(shè)備所屬的區(qū)域信息、設(shè)備型號(hào)信息等，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)適配、過(guò)濾、分揀和存儲(chǔ)，用圖表、顏色、聲音等向運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員提示有關(guān)告警信息和告警統(tǒng)計(jì)信息；

（3）告警存儲(chǔ)：可以對(duì)告警信息的存儲(chǔ)、備份；

（4）告警標(biāo)準(zhǔn)化：根據(jù)業(yè)務(wù)需求，對(duì)各線路設(shè)備告警進(jìn)行告警標(biāo)準(zhǔn)化信息重定義，包括告警級(jí)別、告警名稱、告警類別、對(duì)業(yè)務(wù)的影響等；

（5）告警呈現(xiàn)：通過(guò)聲音、拓?fù)鋱D圖標(biāo)顏色變化呈現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)告警信息，并將告警名稱、設(shè)備名稱、IP 地址等信息及時(shí)通知相關(guān)運(yùn)維人員；

（6）告警清除：具備自動(dòng)清除和手動(dòng)清除信息功能；

（7）告警查詢：通過(guò)對(duì)線路名稱、車站名稱、時(shí)間、廠商、設(shè)備類型、告警名稱等條件進(jìn)行組合查詢，獲得系統(tǒng)歷史、當(dāng)前的告警信息數(shù)據(jù)；

（8）告警知識(shí)庫(kù)：知識(shí)提交、知識(shí)檢索和知識(shí)庫(kù)可以聯(lián)動(dòng)，運(yùn)維人員可以通過(guò)知識(shí)庫(kù)查找解決故障方法。

2.5 拓?fù)涔芾?/h3>

（1）拓?fù)湔故荆和ㄟ^(guò)城市軌道交通線網(wǎng)組織圖和設(shè)備拓?fù)鋱D，顯示系統(tǒng)管理范圍內(nèi)的站點(diǎn)、設(shè)備分布和各站點(diǎn)設(shè)備的告警狀態(tài)。

（2）拓?fù)浔O(jiān)視：通過(guò)拓?fù)鋱D圖標(biāo)的顏色變化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備告警狀態(tài)監(jiān)視、性能狀態(tài)監(jiān)視和告警數(shù)量監(jiān)視功能。

（3）拓?fù)鋱D操作：具備視圖的顯示控制功能，可以實(shí)現(xiàn)視圖的放大、縮小、移動(dòng)和還原，具備基本信息查詢功能，在拓?fù)鋱D上顯示所查詢?cè)O(shè)備的基本屬性信息、告警信息和性能指標(biāo)。

2.6 業(yè)務(wù)監(jiān)視

支持全線路攝像頭的任意點(diǎn)播、實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽，支持單畫面、多畫面的點(diǎn)播切換；支持?jǐn)z像頭的分線路、站點(diǎn)的樹狀展示、搜索定位，支持故障攝像頭的關(guān)聯(lián)告警查看。

2.7 音源管理

可呈現(xiàn)廣播線路網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)保存的音頻文件列表，并根據(jù)需要按時(shí)間段查詢、下載、試聽其中某個(gè)音頻文件，例如車站實(shí)時(shí)錄制的廣播文件、話筒音頻文件等。

2.8 能耗分析

通過(guò)列表方式呈現(xiàn)能耗單價(jià)信息，用戶可在列表上增加、刪除、修改能耗單價(jià)信息。系統(tǒng)根據(jù)能耗單價(jià)可計(jì)算出各類用電的能耗費(fèi)用；可通過(guò)列表和圖形（如：柱圖、餅圖、曲線）方式呈現(xiàn)站點(diǎn)用電量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；可按照不同的空間粒度（線路、站點(diǎn)類型）和不同的時(shí)間粒度（日、月、季），生成站點(diǎn)用電量TOP 排名和站點(diǎn)用電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

2.9 播放監(jiān)視

支持監(jiān)視播放器發(fā)布狀態(tài)及實(shí)際顯示效果的功能，實(shí)時(shí)顯示指定車站指定顯示終端的當(dāng)前播出畫面。

3 關(guān)鍵技術(shù)

城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)涉及專業(yè)、線路、設(shè)備較多，且不同建設(shè)時(shí)期的線路網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)采用的品牌、型號(hào)不一，不同廠商網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的北向接口數(shù)據(jù)格式、接口協(xié)議不盡相同。

3.1 數(shù)據(jù)采集

通過(guò)收集資源數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)和操作指令數(shù)據(jù)等各子系統(tǒng)不同類型的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)可制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，保證接口的規(guī)范性、易擴(kuò)展和易維護(hù)性。資源數(shù)據(jù)接口用于采集各子系統(tǒng)設(shè)備資源對(duì)象和屬性數(shù)據(jù)量小、時(shí)延要求低，可采用文件傳輸協(xié)議或安全文件傳輸協(xié)議；性能數(shù)據(jù)接口用于采集各子系統(tǒng)設(shè)備性能對(duì)象和性能指標(biāo)，數(shù)據(jù)量大、時(shí)延要求較低，可采用文件傳輸協(xié)議或安全文件傳輸協(xié)議；告警數(shù)據(jù)接口用于采集各子系統(tǒng)設(shè)備告警信息，時(shí)延要求較高，可采用傳輸控制協(xié)議；操作指令接口用于下發(fā)相關(guān)操作指令，時(shí)延要求較高，可采用超文本傳輸協(xié)議。

3.2 數(shù)據(jù)處理

對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總、分析、加工和處理。數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)線路、機(jī)房、車站等資源數(shù)據(jù)的新增、修改與刪除；因?yàn)閺S商設(shè)備采集的數(shù)據(jù)不一致，要對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，映射為與廠商無(wú)關(guān)的測(cè)量參數(shù)，并將標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)上傳到指定服務(wù)器；實(shí)現(xiàn)對(duì)告警信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)各專業(yè)設(shè)備告警進(jìn)行告警標(biāo)準(zhǔn)化信息重定義。

3.3 數(shù)據(jù)可視化

通過(guò)表格或圖形（如：直方圖、趨勢(shì)圖）等方式對(duì)設(shè)備所屬設(shè)備廠商、設(shè)備型號(hào)、設(shè)備名稱等資源數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集開始時(shí)間、性能參數(shù)名稱等性能數(shù)據(jù)進(jìn)行組合查詢；告警數(shù)據(jù)可通過(guò)告警監(jiān)視窗的形式呈現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)告警信息，系統(tǒng)可對(duì)告警級(jí)別進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)行聲音和顏色的提示。

4 應(yīng)用案例

目前，北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司在分析城市軌道交通多條線路專用通信系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀與運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，以及網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)對(duì)專用通信路網(wǎng)綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，對(duì)專用通信路網(wǎng)綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析進(jìn)行了系統(tǒng)化研究，并以視頻監(jiān)視系統(tǒng)和電源系統(tǒng)為例，開發(fā)了城市軌道交通專用通信視頻監(jiān)視綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和電源綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，如圖3、圖4 所示。

圖3 視頻監(jiān)視綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)界面

圖4 電源綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)界面

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，各線路采用“一線一中心”的網(wǎng)管設(shè)計(jì)建設(shè)模式，不同專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)采用煙囪式分散建立，設(shè)備種類、數(shù)量多，管理分散，數(shù)據(jù)集成度低、互聯(lián)互通性差，維護(hù)成本高。本文基于城市軌道交通專用通信系統(tǒng)各條線路網(wǎng)絡(luò)管理現(xiàn)狀，提出了專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，有效地降低軌道交通運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本、提高運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率、提升運(yùn)營(yíng)安全性和穩(wěn)定性。