城市轨道交通综合监控系统 技术路线及实现功能的探讨/压轨器

在城市轨道交通中，各机电系统对保障乘客生命和设备安全、提高城市轨道交通的管理水平和服务质量起到了非常重要的作用。但在传统管理体制中各机电系统分属于不同的专业使用和维护，并自成体系，从而使得每个系统的运行操作平台都不一样，各个系统之间信息互通困难，尤其在突发事件的情况下综合应变能力不强，要实现各系统之间复杂联动显得非常困难，从而降低了运营的整体效率和救灾水平。

　　随着计算机技术、通信技术、网络技术、数据库技术特别是大型计算机监控系统技术的长足进步，国际上一些轨道交通的自动化监控方式已不仅仅满足于单纯的分立监控系统模式，而是逐步地向更深层次的综合性自动化监控系统模式发展，通过建立一个统一的运行平台和集中监控体制，协调各个系统之间的基础数据的统一管理和共享，提供系统之间的业务关联与联动，建立处理各种紧急情况的预案，将各子系统集成为一个综合的控制、管理的调度系统已变得非常必要，综合监控系统ISCS（IntegratedSupervision&ControlSystem）由此而诞生。

　　目前国内多个城市轨道交通也正在进行综合监控方面的探索，多条线路的综合监控系统的建设正在进行中，但是，综合监控系统在国内尚没有成熟的规范、标准可以依从，集成度和功能还有待验证。本文通过对国内综合监控系统主流技术路线和综合监控系统功能实现后的优越性予以探讨和分析。

　　综合监控系统技术路线的探讨

　　系统集成的方式

　　综合监控系统集成方案直接关系到综合监控系统今后实施的难易程度，也是综合监控系统设计实施初期必须确定的问题。但在国内外轨道交通领域综合监控系统的组成形式多种多样，集成的深度也各不相同，分析国内外轨道交通综合监控系统的实施经验，按照各个轨道交通的技术发展水平，具体的管理和运营水平，以及资金、资源等综合因素，综合监控系统大致可分为三种集成方式：完全集成、准集成和部分集成。

　　完全集成，是以信号系统为基础和核心，将通信、信号、控制系统及所有弱电系统集成为一个系统。完全集成使得综合监控系统在构建中涉及的专业面太广，技术极为复杂，加之综合监控系统是在子系统建设的后期实施的，建设周期较长，系统之间的联调工作量大，实现起来将非常困难。

　　准集成，就是对信号系统、通信系统和自动售检票系统等有特殊要求的子系统仍采用分立系统模式，而将其余的电力监控、设备监控、火灾监控、屏蔽门等子系统都集成到统一的主控平台上去。综合监控系统与信号、通信、自动售检票系统仅作为互联，交换必要的数据信息。

　　部分集成，就是在以上二种构成形式上去除了更多的集成系统，只保留了部分重要的子系统，这种构建方式不够彻底，对提高运行维护的效果作用有限。

　　综合监控系统是在子系统建设的后期实施的系统，建设周期较长，系统之间的联调工作量较大，因此，综合监控系统的构建即不应该追求将信号系统、通信系统和售检票系统等全部纳入统一平台的完全集成，也不应局限于传统分立模式的将各个子系统仅仅简单接口的互联集成，而应采用在现阶段较适应国内轨道交通发展的准集成模式，其中以环调、电调为核心的准集成方式可以明显的改善轨道交通中分立系统凌乱的局面，另一方面无论是系统的开发，还是工程的实施都不会过于的复杂，资金投入较少。

　　以环调、电调为核心的准集成方式其集成、互联系统包括：

　　集成的系统：火灾自动报警系统（FAS），环境与设备监控系统（BAS），电力监控系统（SCADA），屏蔽门系统（PSD），防淹门系统（FG）。

　　同时，综合监控系统需要与下列系统互联：广播系统（PA），闭路电视监视系统（CCTV），乘客信息显示系统（PIDS），自动售检票系统（AFC），信号及控制系统（ATC），时钟系统（CLK）。

　　其主要特点有：实现集成相对容易，即使系统出现故障也不会影响行车安全；国内正在实施，有较成熟的经验可供借鉴；在一定程度上提高了供电、环境与设备的调度管理水平。

　　综合监控系统的集成方案是否满足现阶段轨道交通发展的需求，其根本出发点是系统的可实施性，即无论是系统开发，还是工程实施，均能顺利进行，在将系统造价控制在合理的范围内的同时才能充分体现出技术的先进性。

　　系统的集成深度

　　轨道交通系统各个弱电系统大都具有两级管理（车站级、中央级）和三级监控（中央级、车站级、现场级）的结构，综合监控系统也具有这种三层结构，因此从这种角度来说，综合监控系统的集成深度一般也分为中央级集成、车站级集成和现场级集成几种。

　　中央级集成：是将综合监控各子系统原分立的中央级设备（服务器、工作站等）和分立的中央级软件进行集成，设立统一的中央级服务器和中央级网络系统，采用统一的软件平台，在实现原分立系统功能的基础上，实现中央级各子系统的联动。这种方案的优点是实现简单，但仍然存在车站级设备及接口种类多、实现联动困难等缺点，这种方式的集成度较低。

　　车站级集成：仅保留各分立系统现场级的独立性，在中央集成的基础上，集成分立系统的车站级服务器、工作站以及网络设备资源。这种方式的优点是实现了统一的管理，减少设备种类，方便实现车站级的联动控制。

　　现场级集成：比车站级集成更进一步，在现场级就进行集成，所有子系统的现场级都采用一体化的软硬件平台，这也是一种理想化的方案，但实施难度太大。

　　综合监控系统的集成深度一般需要根据系统的功能要求，子系统的构建特点来确定，综合监控系统采用车站级的集成方式，相对其他方式，实现起来更为简单，既可满足系统运行的较高功能要求又能实现系统间的快速联动反应，因此，该种模式目前在在国内市场被普遍采用。

　　系统的构成形式

　　对于我国综合监控系统的实施共有两种基本构成形式，即基于集中分布式数据服务和基于区域式数据服务的综合监控系统。

　　所谓集中分布式监控系统是分布式数据服务的一种优化。系统整体采用分布式数据服务方式，各车站作为数据收集和处理的核心，同时控制中心又将所有的车站数据收集，集中存储、管理，它采用网络中被大量应用的客户/服务器（C/S）的服务模式，将整个系统分为两大部分—服务端和客户端。客户机负责处理用户界面，把用户的查询或命令变换成一个可被服务器理解的预定义语言，客户端向服务端提出请求，服务端对请求作相应的处理，将结果返回给客户端。这样的服务模式减少了客户端的处理，最优化地共享服务器资源，如CPU资源、数据存储能力等。服务器的数据库平台与客户端无关，应用程序有较好的可维护性和可移植性，同时有很好的维护服务器数据库的完整性，并且当数据库结构改变或者数据库平台更换时，客户程序将不需要或只需要极少的改变。因此，无论是车站ISCS作为实时数据的服务器、中央级ISCS作为客户端，还是中央级ISCS作为全局数据的服务器、车站ISCS作为客户端，采用C/S模式都有效的共享了各类资源并维护了平台的独立性。

　　而区域式监控系统是将系统划分为若干个相邻的区域，区域作为整体面向中央级服务器，区域内只设置一套服务器。为了将整条线路划分为区域，将车站分为区域中心站和普通站两种形式。中心站设冗余应用服务器，普通站不设置应用服务器。区域管辖的车站数量可根据车站规模来灵活划分。一般采用3～4个车站为一个区域，设一个中心站。中心站可以设在区域的中心位置，也可以设在区域内规模最大的车站。

　　集成分布式优点在于为全线每个站点皆配置有冗余服务器及实时数据库，站内功能的实现不依赖于主干传输网络，切换实时响应高，调试方便，对软件要求低，配置要求也较低。缺点是服务器配置数量较多，投资较高，设备利用率不高。区域式构成方式的优点在于节省了投资，且采用区域式设置服务器与实时数据库的方案，可与运营管理模式一致，提高设备性能。缺点是服务器故障时波及面较大，风险较高。

　　出于二种构成方案的各自特点，国内轨道交通综合监控系统一般根据自身线路的特点、车站构成形式来选择适合的方案。在长距离线路、地下车站较多的情况下综合监控所需监控系统规模较大，点数较多，采用集中分布构成方式，其实时响应速度可更高，工程整体的风险性较小。而在短距离线路，高架车站的情况下，由于系统监控点数的大规模的缩减，区域服务器完全可以胜任多个车站系统监控数据的传输和处理，采用区域式监控方式更加合理，同时还可降低系统的总体投资。

　　综合监控系统的功能分析

　　综合监控系统是以乘客、环境及设备的防灾和安全为核心，并为安全行车和调度指挥提供应急处理方案及丰富的信息，目的是为了进一步提高城市轨道交通服务质量和安全运营的管理水平。综合监控系统通过将原来独立的多个机电系统进行整合，集成为一个能够协调运行的大系统，通过资源共享和信息互通，实现了各机电系统的联动和快速反应，提高对事件的反应能力和处理速度；

　　综合监控系统在实现集成后，其优越性主要体现在以下几个方面：

　　各系统信息间实现了互通和资源共享，有利于运营的统一管理和高效、及时决策。

　　提高了自动化系统的可靠性、响应性和安全性

　　统一了各系统的软硬件平台和通信协议，减少硬件设备种类、减少各子系统之间的接口

　　实现了模式控制和群组控制，具有强大的组态功能，可以灵活快速地满足地铁运营变化的需求，实现系统联动和快速反应。

　　统一操作和维护人机界面，方便操作，提高运营管理效率、降低劳动强度。

　　能简化运营组织机构，优化人力资源配置，降低运营维护成本

　　具备了多状况下的运行模式

　　综合监控系统除了将功能单一的多个子系统集成起来外，最重要的目标之一就是实现系统间的联动和快速反应。而综合监控系统的运行模式又是系统联动和快速反应的具体体现，是综合监控系统的精髓，是综合监控系统的重点，也是综合监控系统优越于简单的系统集成的根本所在。

　　综合监控系统具备正常、灾害、阻塞、故障四种状况下的运行模式，每种运行模式对应着不同的系统功能。

　　形成了优先级控制体系

　　综合监控系统具备完善的优先级控制体系，在主控系统及相关子系统工作在正常模式时，各种状态信息全部送达中央级；依据运营指挥守则，主要控制命令由中央级下达到现场级，当主控系统工作在灾害，或设备出现严重故障时，在控制中心的统一指挥和部署下，系统控制优先级采用越靠近现场的设备控制优先级越高的设计思路。

　　具备完善的集中监视和控制功能

　　综合监控系统集成了多个机电子系统，因此必须实现这些系统既有的全部功能，通过统一的软硬件平台，实现集成子系统原有的高层管理和监控功能。

　　采用统一、通用的人机界面

　　综合监控系统在应用软件，在人机接口（MMI）上首次将各集成和互联子系统的图形用户界面进行了统一设置，用层次化、生动丰富的画面，诸如：动态画面、多层次画面、视屏画面插入、渐进画面体系等，将系统和子系统接线图、总貌图、流程图、趋势图等显示出来，方便操作人员的操作。

　　控制功能

　　综合监控系统可对全线各车站的环境进行控制，对乘客的流动进行指导，同时控制各种被集成的现场主要设备的运转，保障轨道交通的正常运营；在非正常工作模式下启动相应的预设模式控制各相关系统高效协调工作。

　　监视功能

　　综合监控系统可对乘客、列车、供电、设备、环境及灾害等进行监视，同时监视各集成系统设备、互联系统主要设备的工作状态，能够直观、快速显示系统设备的工作状态，并通过文本或静态/动态图形的方式显示出来。

　　报警功能

　　当出现灾害或重大事件时，综合监控系统可对调度员、车站工作人员及乘客进行声光报警，并能根据事件严重性以不同形式分类报警，方便操作人员优先考虑重要的报警信息。

　　管理功能

　　综合监控系统还具备强大的管理功能，具备安全认证管理、操作员工作站角色分配、文件管理、报表管理、打印管理等多项功能。

　　具备各运行模式下的联动功能

　　综合监控系统集成了多个子系统的功能，对不同类型的对象实施监控，同时也提供了在正常和非正常事件发生时的各系统之间的业务关联和联动功能，在各种情况下综合监控系统联动功能的实现是地铁正常运营和服务质量的重要保证，也直接关系到轨道交通运营中乘客生命和设备的安全。

　　联动功能包括：

　　正常情况下的联动功能

　　灾害情况下的联动功能：

　　阻塞情况下的联动功能

　　故障情况下的联动功能

　　具备辅助决策支持功能

　　综合监控系统为轨道交通增设了辅助决策支持功能，用于在事故或紧急事件情况下，为操作人员提供指导和帮助。决策支持系统采用专家系统、自学习等多种智能信息处理技术，通过预先输入的处理流程和逻辑，自动发出操作建议，帮助操作员作出正确的决策。同时还可避免操作人员在事故或紧急情况下发生的误操作。

　　主干网络具备自恢复机制

　　综合监控系统的主干网络采用了工业级的双环网络，对于每一个冗余的连接，都有主备两条连接链路。在通常的情况下用主连接链路进行数据的传输，在主连接链路发生故障的情况下，备用连接链路还可进行数据传输。当主连接链路恢复正常后，数据传输再切换到主连接链路进行。整个连接链路的切换由一端的主交换机来控制，即便其中一条链路断开后后续网络在接续时，也不会影响到整个系统的正常运行。

　　具备模拟培训、仿真功能

　　综合监控系统的模拟培训、仿真功能可使综合监控系统的学员处于模拟仿真的综合监控系统的操作环境,对学员进行各种的培训操作，提供了模拟轨道交通真实运行情况的操作平台，给出正常运行、操作、事故状态下的情况，且对系统的实际运行不产生任何影响。

　　提供了完善的后备控制机制

　　综合监控系统在各车站的车站控制室内设置了车站综合后备盘（IBP），以保证对车站内关键设备的监控功能。其目的是确保在综合监控系统的中央、车站级发生故障或在主干网发生中断时，仍保证在车站具有紧急的后备装置，紧急情况下可对关键设备进行控制。

　　综合监控系统的实现效果分析

　　运营调度方面：综合监控系统的结构分为中央和车站两层，遵循着传统的的两级调度机制，保持着延续性，控制中心的行调、电调、环调、维调、总调和车站的站长、值班员均使用同一套软件系统，通过相同的人机界面来实现操作，不同功能的工作站在授权的情况下位置可以互换，功能分布，维护和扩展便利，给调度人员的操作带来了极大的方便。而在此前的传统分立系统平台是根本无法实现的。

　　集成策略方面：采用了准集成的构建方式，结构合理，根据目前与各子系统的协调联调配合情况，综合监控系统的建设和实施都非常容易。

　　功能模块方面：中央级综合监控系统完成各个子系统的中央监控功能以及各个子系统的中央联动功能。车站综合监控系统完成车站级的监控功能以及各个子系统的车站联动功能，当系统处于降级模式时，车站综合监控系统在授权下可以实现中央综合监控系统的部分功能。辅助软件系统的设置可对综合监控系统的软、硬件进行调配、测试和管理，还可对综合监控系统的操作人员进行必要的岗前培训，使得综合监控系统的功能比以往的分立系统平台更为完善。

　　硬件结构方面：综合监控系统整合了多个子系统的硬件平台，统一了自动化的上层平台，设备维护种类大大减少，综合维护工作量大大降低，其主要硬件设备都是冗余配置，主干网也采用可靠性极高的工业级光纤双环网，各个站点的设备都与主干网连接构成了双环网，最大程度上保护了综合监控系统和各个子系统的安全运行。

　　处理能力方面：综合监控系统的在控制中心和车站都设置有主、从服务器，处理、存储中央和车站的数据，这种构架形式使得综合监控系统的处理能力增强，数据的存储和调用不局限于一点，适宜监控轨道交通中复杂的监控对象，具有极强的适应能力。

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