地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究摘 要 綜合監(jiān)控系統(tǒng)為地鐵車站提供了一個(gè)集中操作、運(yùn)營(yíng)管理的平臺(tái)。從地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的概念出發(fā),論述了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)集成方案。結(jié)合深圳地鐵3號(hào)線的建設(shè)和運(yùn)營(yíng),探討了綜合監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)中數(shù)據(jù)處理與協(xié)議轉(zhuǎn)換、人機(jī)界面整合、系統(tǒng)時(shí)鐘同步、系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性等問題,為地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的項(xiàng)目決策與前期設(shè)計(jì)工作提供參考。關(guān)鍵詞 地鐵;綜合監(jiān)控系統(tǒng);系統(tǒng)集成 以往國(guó)內(nèi)地鐵各機(jī)電系統(tǒng)一般是分立設(shè)置,獨(dú)立管理,存在系統(tǒng)資源共享困難,不利于維護(hù)管理等缺點(diǎn)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,越來越多的地鐵線路開始考慮和實(shí)施綜合監(jiān)控系統(tǒng);通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一的軟硬件平臺(tái),實(shí)現(xiàn)資源共享、互聯(lián)互通、設(shè)備集中管理和維護(hù),以及對(duì)子系統(tǒng)故障的監(jiān)測(cè),并為緊急情況下事件的處理提供全面而及時(shí)的信息和控制能力,提高地鐵整體運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理水平。1 車站運(yùn)行管理機(jī)制 根據(jù)車站運(yùn)營(yíng)使用的需要,車站管理一般有兩種方式:一種為車站平行運(yùn)營(yíng)模式,其車站設(shè)備之間的聯(lián)接多采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu);另一種為車站組群運(yùn)營(yíng)模式,即中央級(jí)管理軸心站、軸心站管理衛(wèi)星站方式,其車站設(shè)備之間的聯(lián)接多采用兩層星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)。深圳地鐵3號(hào)線兩層星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。車站組群運(yùn)營(yíng)模式既可節(jié)省運(yùn)營(yíng)人員,提高運(yùn)營(yíng)工作效力,還可降低建設(shè)成本。如深圳地鐵3號(hào)線車站組群運(yùn)營(yíng)模式設(shè)計(jì),選取規(guī)模大、客流量高的車站為軸心站。每一軸心站將會(huì)管理2~3個(gè)鄰近衛(wèi)星站。軸心站設(shè)有冗余服務(wù)器。衛(wèi)星站不設(shè)置服務(wù)器,功能由所屬軸心站服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。 一般情況下,軸心站綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有本站及所管轄衛(wèi)星站設(shè)備的監(jiān)視、確認(rèn)報(bào)警和控制功能;而衛(wèi)星站綜合監(jiān)控系統(tǒng)只對(duì)本站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視,不能進(jìn)行控制及確認(rèn)報(bào)警。在特殊情況下,當(dāng)軸心站授予控制權(quán)給衛(wèi)星站后,衛(wèi)星站綜合監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)視和控制本站設(shè)備以及確認(rèn)報(bào)警,而軸心站綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)該衛(wèi)星站設(shè)備只有監(jiān)視功能,不能進(jìn)行控制及確認(rèn)報(bào)警。軸心站綜合監(jiān)控系統(tǒng)可個(gè)別選取本站及所管轄的衛(wèi)星站的車站控制權(quán);而衛(wèi)星站綜合監(jiān)控系統(tǒng)只可選取本站的車站控制權(quán),并需要軸心站先授予控制權(quán)。這樣可確保操作員的合法唯一性,可避免不同地點(diǎn)的操作員同時(shí)操作而產(chǎn)生沖突。2 系統(tǒng)硬件組成 系統(tǒng)主要由中央綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)(包括綜合后備盤)及綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)等組成。2.1 中央綜合監(jiān)控系統(tǒng) 中央綜合監(jiān)控系統(tǒng)由中央監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營(yíng)控制中心(OCC)冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器、冗余歷史服務(wù)器、磁盤陣列、磁帶記錄裝置、各類操作員工作站(總調(diào)工作站、電調(diào)工作站、環(huán)調(diào)工作站、維調(diào)工作站)、冗余的互聯(lián)系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)裝置(FEP前端處理器或通信控制器)、不間斷電源、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)、大屏幕系統(tǒng)(OPS)等組成,用于監(jiān)視全線各車站(包括車輛段)的各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),完成中央級(jí)的操作控制功能。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)在中央監(jiān)控中心設(shè)立中央級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理工作站。中央級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的核心是冗余配置的以太網(wǎng)交換機(jī)。中央監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)為冗余1 000/10 000 Mbit/s交換機(jī)構(gòu)成的以太網(wǎng),符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn),采用TCP/IP協(xié)議。
2.2 車站綜合監(jiān)控系統(tǒng) 車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)與車輛段監(jiān)控系統(tǒng)分別位于車站、車輛段。車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)由車站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、車站服務(wù)器、車站(或車輛段)操作員工作站、前端處理器、雙屏值班站長(zhǎng)操作站、雙屏值班員操作站、車站互聯(lián)系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)裝置(FEP)、打印機(jī)、綜合后備盤(IBP)等組成,用于監(jiān)視車站各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),完成車站級(jí)的操作控制功能。車站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)為冗余1 000 Mbit/s交換機(jī)構(gòu)成的以太網(wǎng),符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn),采用TCP/IP協(xié)議。2.3 綜合監(jiān)控骨干網(wǎng) 通信骨干網(wǎng)是連接車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)和中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的主干傳輸通道,它將中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)、車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)和車輛段監(jiān)控系統(tǒng)連接為一有機(jī)整體。早期國(guó)內(nèi)地鐵監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)大多基于同步數(shù)字分級(jí)(SDH)或異步傳輸模式(ATM)通信方式。而今隨著通訊技術(shù)的發(fā)展,大多采用單獨(dú)光纖通道組建綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng),即開放式傳輸網(wǎng)(OTN)通信方式。根據(jù)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求,現(xiàn)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的骨干網(wǎng)大多采用數(shù)據(jù)傳輸速率為1 000 Mbit/s的以太網(wǎng)交換機(jī)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。2.4 綜合后備盤 車站車控室設(shè)置綜合后備盤(IBP),實(shí)現(xiàn)緊急情況下(災(zāi)害及阻塞)相關(guān)重要設(shè)備的后備控制功能。根據(jù)不同站設(shè)備配置和車控室布置不同,宜采用一站一設(shè)計(jì)構(gòu)思。每個(gè)車站控制室IBP柜、工作臺(tái)的形狀尺寸都應(yīng)根據(jù)房間尺寸專門定制,控制室不僅要有高效的車站控制功能,而且在整體美觀方面也有很高的標(biāo)準(zhǔn)。3 系統(tǒng)集成方案 早期地鐵車站控制室的各系統(tǒng)都有自己的管理工作站,一般包括常規(guī)機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)(PIS)、防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)(PAS)等的工作站。而一般的地鐵車站通常只設(shè)置2名車站值班人員,要負(fù)責(zé)監(jiān)管如此多的機(jī)電設(shè)備,需要不斷在各系統(tǒng)工作站的液晶顯示(LCD)間切換,工作強(qiáng)度大。為了方便運(yùn)營(yíng)的集中操作,產(chǎn)生了地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用需求。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用集成和互聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)通常,采用集成的子系統(tǒng)主要有:電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA),環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS),火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FAS),屏蔽門(PSD)或安全門(SD)系統(tǒng),門禁系統(tǒng)(ACS);采用互聯(lián)的子系統(tǒng)主要有:信號(hào)(SIG)系統(tǒng),自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng),閉路電視(CCTV)系統(tǒng),廣播(PA)系統(tǒng),PIS,車載信息與安全防災(zāi)系統(tǒng),無線通信系統(tǒng),時(shí)鐘(CLK)系統(tǒng)。根據(jù)筆者對(duì)目前國(guó)內(nèi)軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施情況的調(diào)研來看,從集成系統(tǒng)的范圍和集成深度,系統(tǒng)集成方案可分為以下4種。可根據(jù)建設(shè)規(guī)模、成本控制以及運(yùn)營(yíng)模式的需要選擇實(shí)施不同的方案。3.1 信息集成方案 信息集成就是保留目前各系統(tǒng)的分立局面,利用各系統(tǒng)提供的開放式數(shù)據(jù)接口,增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、分發(fā)和處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息共享和系統(tǒng)間的快速指揮。如南京地鐵2號(hào)線采用信息集成方案,暫考慮只監(jiān)視不控制。3.2 部分淺集成方案 該方案對(duì)部分軟硬件平臺(tái)接近的系統(tǒng)進(jìn)行集成,其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、容易實(shí)施、工程投資增加不大。該方案以滿足各集成系統(tǒng)的正常功能為主,但由于集成的范圍有限,對(duì)提高地鐵系統(tǒng)整體運(yùn)營(yíng)操作方便效果不大。如重慶輕軌的FAS、BAS系統(tǒng),深圳地鐵一期工程的FAS+機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(EMCS)+SCADA都可以看做這種集成方式。3.3 準(zhǔn)集成方案 準(zhǔn)集成是將除通信、信號(hào)和自動(dòng)售檢票系統(tǒng)外的大多數(shù)支撐系統(tǒng)集成為一個(gè)系統(tǒng)。該集成方案中各設(shè)備系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)接近,容易實(shí)施,改善了目前各系統(tǒng)分散零亂的局面。如廣州市軌道交通3、4號(hào)線已采用了這種集成方式,為這種集成方式提供了實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。3.4 深度集成方案 該集成將地鐵的全部配套系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)集成為一個(gè)系統(tǒng),是一種理想的集成方式,但涉及面太廣,工程實(shí)施難度大。該方案中綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成各子系統(tǒng)的操作、管理功能,使各子系統(tǒng)真正融入綜合監(jiān)控系統(tǒng),簡(jiǎn)化了各子系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸環(huán)節(jié)和系統(tǒng)間的接口,有利于系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)化和保證實(shí)時(shí)性。正在實(shí)施中的廣州地鐵5號(hào)線、北京地鐵5號(hào)線、成都地鐵1號(hào)線、深圳地鐵3號(hào)線等均采用這種集成模式,但目前還未建成投入運(yùn)營(yíng)。香港地鐵、新加坡地鐵有較成功的完全深度集成實(shí)施運(yùn)用經(jīng)驗(yàn),可供內(nèi)地地鐵建設(shè)借鑒。 對(duì)于以上4種集成方案,筆者認(rèn)為:與安全有關(guān)的系統(tǒng)宜采用準(zhǔn)集成或深度集成的方式,在一個(gè)工作站界面上報(bào)警時(shí)彈出圖形界面并有聲光提示,能完成相關(guān)的操作;只與運(yùn)營(yíng)管理有關(guān)的系統(tǒng)人機(jī)界面,宜采用信息集成或部分淺集成的方式,用輔助工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵全局各子系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息的掌握。4 綜合監(jiān)控系統(tǒng)需重點(diǎn)解決的問題及策略4.1 數(shù)據(jù)處理與協(xié)議轉(zhuǎn)換 綜合監(jiān)控系統(tǒng)中所有集成與互連的系統(tǒng)數(shù)據(jù)都統(tǒng)一接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)的前端處理器(FEP)。前端處理器負(fù)責(zé)綜合監(jiān)控系統(tǒng)與各相連系統(tǒng)的接口管理,完成規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)初始處理、周期訪問和協(xié)議轉(zhuǎn)換,并將不同格式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一的內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)象格式,提交到系統(tǒng)車輛段、車站級(jí)和中央實(shí)時(shí)服務(wù)器。但這樣易造成前端處理器通信瓶頸,隨著系統(tǒng)的擴(kuò)大,信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性將會(huì)受到影響。因此,對(duì)FEP的技術(shù)指標(biāo)等級(jí)要求較高,如深圳地鐵3號(hào)線前置數(shù)據(jù)處理機(jī)采用專用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品或高性能、高速度、高可靠性的知名品牌主流服務(wù)器,前置數(shù)據(jù)處理器獨(dú)立裝置不與其他設(shè)備合并。FEP應(yīng)具有支持多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、支持多種通信接口的模塊;應(yīng)具有足夠的網(wǎng)絡(luò)口、串口,以接入相應(yīng)系統(tǒng);各功能模塊應(yīng)具有自診斷功能。每個(gè)FEP通過1 000 Mbit/s以太網(wǎng)接口與綜合監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)相聯(lián)。FEP是冗余配置,單點(diǎn)故障不應(yīng)影響系統(tǒng)功能,以保證數(shù)據(jù)流的處理與傳輸。4.2 人機(jī)界面整合 綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成范圍較大,集成軟件完全取代了被集成子系統(tǒng)的軟件,并實(shí)現(xiàn)被集成子系統(tǒng)的全部功能,極大地提高了集成系統(tǒng)的性能。因此,集成軟件人機(jī)界面圖形層次多,軟件開發(fā)工作量很大,特別是數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開發(fā)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一規(guī)劃,有的專業(yè)系統(tǒng)需要建獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù),而有的專業(yè)系統(tǒng)可利用其他專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)。例如:對(duì)于信號(hào)ATS的集成,由于信號(hào)系統(tǒng)是涉及行車安全的設(shè)備,并有專用的軟件和通訊協(xié)議,如果通訊協(xié)議的開放條件許可,則可在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面中嵌入其系統(tǒng)的圖形人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)復(fù)視管理功能,方便運(yùn)營(yíng)人員在統(tǒng)一的平臺(tái)上操作人機(jī)界面。而另外一些單系統(tǒng)所特有的功能,由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)此功能需要較高的成本(無法利用成熟的軟件,需要在新平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)),因此綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作站利用串口接入,通過互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)此功能。4.3 系統(tǒng)時(shí)鐘同步 車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)需向與之集成和互聯(lián)的系統(tǒng)即時(shí)主動(dòng)發(fā)布時(shí)鐘信息,而不需要指出具體的接收者,需要這種時(shí)鐘信息的系統(tǒng)可以有選擇性地接收該時(shí)鐘信息,從而更好地保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。但監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大后,傳輸時(shí)時(shí)鐘延遲必然加大,且眾多信息通過中央路由器時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生擁塞,影響實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的故障診斷信息傳輸(如電力系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(PSCADA)等),嚴(yán)重的話還會(huì)造成數(shù)據(jù)報(bào)文的丟失,影響監(jiān)控中心做出正確及時(shí)的決策。因此,實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的系統(tǒng)(如PSCA-DA)應(yīng)接受通訊母時(shí)鐘的信息。4.4 系統(tǒng)的可靠性與容錯(cuò)性 綜合監(jiān)控系統(tǒng)一旦故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響較大,因此其服務(wù)器、交換機(jī)等應(yīng)采用冗余方式。如深圳地鐵3號(hào)線采用了后備線控站方式提高系統(tǒng)的可靠性:當(dāng)控制中心發(fā)生事故時(shí),后備線控站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作站以中央級(jí)用戶登錄使用,可監(jiān)控全線車站常規(guī)設(shè)備;后備線控站能提供與中心級(jí)系統(tǒng)同樣的功能,直至原控制中心恢復(fù),轉(zhuǎn)交控制權(quán)。此外,在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中安置多個(gè)復(fù)制的軟件模塊,可以通過“故障代碼”及“發(fā)生事件”使用這些復(fù)制的備份軟件,來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯(cuò)。4.5 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器、交換機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)預(yù)留20%~40%的容量或插槽;軟件宜采用無限點(diǎn)可擴(kuò)展軟件,為今后系統(tǒng)擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。這樣,如果是同構(gòu)系統(tǒng)的擴(kuò)展,只需簡(jiǎn)單將其數(shù)據(jù)域合并;而異構(gòu)系統(tǒng)的擴(kuò)展則建立網(wǎng)關(guān)。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)適合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展,可在線修改、擴(kuò)充子系統(tǒng)而不干擾已經(jīng)運(yùn)作的其它子系統(tǒng)。新加入的子系統(tǒng)調(diào)試通過后,可以和原有的系統(tǒng)無縫地集成,共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)地鐵的各項(xiàng)任務(wù)。參考文獻(xiàn)[1]GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].[2]張?jiān)?徐小燕.地鐵綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2007(5):97.[3]魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.[4]彭輝,徐志修,周文華,等.城市軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2006(1):15.[5]王開滿,張慎明,江平.軌道交通自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].城市軌道交通研究,2006(2):1.[6]王開滿,王軍,張慎明.城市軌道交通自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成模式[J].城市軌道交通研究,2007(3):57.
2.2 車站綜合監(jiān)控系統(tǒng) 車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)與車輛段監(jiān)控系統(tǒng)分別位于車站、車輛段。車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)由車站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、車站服務(wù)器、車站(或車輛段)操作員工作站、前端處理器、雙屏值班站長(zhǎng)操作站、雙屏值班員操作站、車站互聯(lián)系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)裝置(FEP)、打印機(jī)、綜合后備盤(IBP)等組成,用于監(jiān)視車站各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),完成車站級(jí)的操作控制功能。車站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)為冗余1 000 Mbit/s交換機(jī)構(gòu)成的以太網(wǎng),符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn),采用TCP/IP協(xié)議。2.3 綜合監(jiān)控骨干網(wǎng) 通信骨干網(wǎng)是連接車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)和中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的主干傳輸通道,它將中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)、車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)和車輛段監(jiān)控系統(tǒng)連接為一有機(jī)整體。早期國(guó)內(nèi)地鐵監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)大多基于同步數(shù)字分級(jí)(SDH)或異步傳輸模式(ATM)通信方式。而今隨著通訊技術(shù)的發(fā)展,大多采用單獨(dú)光纖通道組建綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng),即開放式傳輸網(wǎng)(OTN)通信方式。根據(jù)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求,現(xiàn)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的骨干網(wǎng)大多采用數(shù)據(jù)傳輸速率為1 000 Mbit/s的以太網(wǎng)交換機(jī)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。2.4 綜合后備盤 車站車控室設(shè)置綜合后備盤(IBP),實(shí)現(xiàn)緊急情況下(災(zāi)害及阻塞)相關(guān)重要設(shè)備的后備控制功能。根據(jù)不同站設(shè)備配置和車控室布置不同,宜采用一站一設(shè)計(jì)構(gòu)思。每個(gè)車站控制室IBP柜、工作臺(tái)的形狀尺寸都應(yīng)根據(jù)房間尺寸專門定制,控制室不僅要有高效的車站控制功能,而且在整體美觀方面也有很高的標(biāo)準(zhǔn)。3 系統(tǒng)集成方案 早期地鐵車站控制室的各系統(tǒng)都有自己的管理工作站,一般包括常規(guī)機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)(PIS)、防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)(PAS)等的工作站。而一般的地鐵車站通常只設(shè)置2名車站值班人員,要負(fù)責(zé)監(jiān)管如此多的機(jī)電設(shè)備,需要不斷在各系統(tǒng)工作站的液晶顯示(LCD)間切換,工作強(qiáng)度大。為了方便運(yùn)營(yíng)的集中操作,產(chǎn)生了地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用需求。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用集成和互聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)通常,采用集成的子系統(tǒng)主要有:電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA),環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS),火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FAS),屏蔽門(PSD)或安全門(SD)系統(tǒng),門禁系統(tǒng)(ACS);采用互聯(lián)的子系統(tǒng)主要有:信號(hào)(SIG)系統(tǒng),自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng),閉路電視(CCTV)系統(tǒng),廣播(PA)系統(tǒng),PIS,車載信息與安全防災(zāi)系統(tǒng),無線通信系統(tǒng),時(shí)鐘(CLK)系統(tǒng)。根據(jù)筆者對(duì)目前國(guó)內(nèi)軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施情況的調(diào)研來看,從集成系統(tǒng)的范圍和集成深度,系統(tǒng)集成方案可分為以下4種。可根據(jù)建設(shè)規(guī)模、成本控制以及運(yùn)營(yíng)模式的需要選擇實(shí)施不同的方案。3.1 信息集成方案 信息集成就是保留目前各系統(tǒng)的分立局面,利用各系統(tǒng)提供的開放式數(shù)據(jù)接口,增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、分發(fā)和處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息共享和系統(tǒng)間的快速指揮。如南京地鐵2號(hào)線采用信息集成方案,暫考慮只監(jiān)視不控制。3.2 部分淺集成方案 該方案對(duì)部分軟硬件平臺(tái)接近的系統(tǒng)進(jìn)行集成,其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、容易實(shí)施、工程投資增加不大。該方案以滿足各集成系統(tǒng)的正常功能為主,但由于集成的范圍有限,對(duì)提高地鐵系統(tǒng)整體運(yùn)營(yíng)操作方便效果不大。如重慶輕軌的FAS、BAS系統(tǒng),深圳地鐵一期工程的FAS+機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(EMCS)+SCADA都可以看做這種集成方式。3.3 準(zhǔn)集成方案 準(zhǔn)集成是將除通信、信號(hào)和自動(dòng)售檢票系統(tǒng)外的大多數(shù)支撐系統(tǒng)集成為一個(gè)系統(tǒng)。該集成方案中各設(shè)備系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)接近,容易實(shí)施,改善了目前各系統(tǒng)分散零亂的局面。如廣州市軌道交通3、4號(hào)線已采用了這種集成方式,為這種集成方式提供了實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。3.4 深度集成方案 該集成將地鐵的全部配套系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)集成為一個(gè)系統(tǒng),是一種理想的集成方式,但涉及面太廣,工程實(shí)施難度大。該方案中綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成各子系統(tǒng)的操作、管理功能,使各子系統(tǒng)真正融入綜合監(jiān)控系統(tǒng),簡(jiǎn)化了各子系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸環(huán)節(jié)和系統(tǒng)間的接口,有利于系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)化和保證實(shí)時(shí)性。正在實(shí)施中的廣州地鐵5號(hào)線、北京地鐵5號(hào)線、成都地鐵1號(hào)線、深圳地鐵3號(hào)線等均采用這種集成模式,但目前還未建成投入運(yùn)營(yíng)。香港地鐵、新加坡地鐵有較成功的完全深度集成實(shí)施運(yùn)用經(jīng)驗(yàn),可供內(nèi)地地鐵建設(shè)借鑒。 對(duì)于以上4種集成方案,筆者認(rèn)為:與安全有關(guān)的系統(tǒng)宜采用準(zhǔn)集成或深度集成的方式,在一個(gè)工作站界面上報(bào)警時(shí)彈出圖形界面并有聲光提示,能完成相關(guān)的操作;只與運(yùn)營(yíng)管理有關(guān)的系統(tǒng)人機(jī)界面,宜采用信息集成或部分淺集成的方式,用輔助工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵全局各子系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息的掌握。4 綜合監(jiān)控系統(tǒng)需重點(diǎn)解決的問題及策略4.1 數(shù)據(jù)處理與協(xié)議轉(zhuǎn)換 綜合監(jiān)控系統(tǒng)中所有集成與互連的系統(tǒng)數(shù)據(jù)都統(tǒng)一接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)的前端處理器(FEP)。前端處理器負(fù)責(zé)綜合監(jiān)控系統(tǒng)與各相連系統(tǒng)的接口管理,完成規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)初始處理、周期訪問和協(xié)議轉(zhuǎn)換,并將不同格式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一的內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)象格式,提交到系統(tǒng)車輛段、車站級(jí)和中央實(shí)時(shí)服務(wù)器。但這樣易造成前端處理器通信瓶頸,隨著系統(tǒng)的擴(kuò)大,信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性將會(huì)受到影響。因此,對(duì)FEP的技術(shù)指標(biāo)等級(jí)要求較高,如深圳地鐵3號(hào)線前置數(shù)據(jù)處理機(jī)采用專用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品或高性能、高速度、高可靠性的知名品牌主流服務(wù)器,前置數(shù)據(jù)處理器獨(dú)立裝置不與其他設(shè)備合并。FEP應(yīng)具有支持多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、支持多種通信接口的模塊;應(yīng)具有足夠的網(wǎng)絡(luò)口、串口,以接入相應(yīng)系統(tǒng);各功能模塊應(yīng)具有自診斷功能。每個(gè)FEP通過1 000 Mbit/s以太網(wǎng)接口與綜合監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)相聯(lián)。FEP是冗余配置,單點(diǎn)故障不應(yīng)影響系統(tǒng)功能,以保證數(shù)據(jù)流的處理與傳輸。4.2 人機(jī)界面整合 綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成范圍較大,集成軟件完全取代了被集成子系統(tǒng)的軟件,并實(shí)現(xiàn)被集成子系統(tǒng)的全部功能,極大地提高了集成系統(tǒng)的性能。因此,集成軟件人機(jī)界面圖形層次多,軟件開發(fā)工作量很大,特別是數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開發(fā)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一規(guī)劃,有的專業(yè)系統(tǒng)需要建獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù),而有的專業(yè)系統(tǒng)可利用其他專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)。例如:對(duì)于信號(hào)ATS的集成,由于信號(hào)系統(tǒng)是涉及行車安全的設(shè)備,并有專用的軟件和通訊協(xié)議,如果通訊協(xié)議的開放條件許可,則可在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面中嵌入其系統(tǒng)的圖形人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)復(fù)視管理功能,方便運(yùn)營(yíng)人員在統(tǒng)一的平臺(tái)上操作人機(jī)界面。而另外一些單系統(tǒng)所特有的功能,由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)此功能需要較高的成本(無法利用成熟的軟件,需要在新平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)),因此綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作站利用串口接入,通過互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)此功能。4.3 系統(tǒng)時(shí)鐘同步 車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)需向與之集成和互聯(lián)的系統(tǒng)即時(shí)主動(dòng)發(fā)布時(shí)鐘信息,而不需要指出具體的接收者,需要這種時(shí)鐘信息的系統(tǒng)可以有選擇性地接收該時(shí)鐘信息,從而更好地保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。但監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大后,傳輸時(shí)時(shí)鐘延遲必然加大,且眾多信息通過中央路由器時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生擁塞,影響實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的故障診斷信息傳輸(如電力系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(PSCADA)等),嚴(yán)重的話還會(huì)造成數(shù)據(jù)報(bào)文的丟失,影響監(jiān)控中心做出正確及時(shí)的決策。因此,實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的系統(tǒng)(如PSCA-DA)應(yīng)接受通訊母時(shí)鐘的信息。4.4 系統(tǒng)的可靠性與容錯(cuò)性 綜合監(jiān)控系統(tǒng)一旦故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響較大,因此其服務(wù)器、交換機(jī)等應(yīng)采用冗余方式。如深圳地鐵3號(hào)線采用了后備線控站方式提高系統(tǒng)的可靠性:當(dāng)控制中心發(fā)生事故時(shí),后備線控站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作站以中央級(jí)用戶登錄使用,可監(jiān)控全線車站常規(guī)設(shè)備;后備線控站能提供與中心級(jí)系統(tǒng)同樣的功能,直至原控制中心恢復(fù),轉(zhuǎn)交控制權(quán)。此外,在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中安置多個(gè)復(fù)制的軟件模塊,可以通過“故障代碼”及“發(fā)生事件”使用這些復(fù)制的備份軟件,來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯(cuò)。4.5 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器、交換機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)預(yù)留20%~40%的容量或插槽;軟件宜采用無限點(diǎn)可擴(kuò)展軟件,為今后系統(tǒng)擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。這樣,如果是同構(gòu)系統(tǒng)的擴(kuò)展,只需簡(jiǎn)單將其數(shù)據(jù)域合并;而異構(gòu)系統(tǒng)的擴(kuò)展則建立網(wǎng)關(guān)。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)適合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展,可在線修改、擴(kuò)充子系統(tǒng)而不干擾已經(jīng)運(yùn)作的其它子系統(tǒng)。新加入的子系統(tǒng)調(diào)試通過后,可以和原有的系統(tǒng)無縫地集成,共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)地鐵的各項(xiàng)任務(wù)。參考文獻(xiàn)[1]GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].[2]張?jiān)?徐小燕.地鐵綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2007(5):97.[3]魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.[4]彭輝,徐志修,周文華,等.城市軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2006(1):15.[5]王開滿,張慎明,江平.軌道交通自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].城市軌道交通研究,2006(2):1.[6]王開滿,王軍,張慎明.城市軌道交通自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成模式[J].城市軌道交通研究,2007(3):57.
