城市轨道交通换乘站综合监控平台的构建

姚国华 张 宁 张晓军

（1.南京地下铁道有限责任公司运营分公司，210008，南京；2.东南大学教育部ITS研究中心，210018，南京；3.镇江市规划设计研究院，212004，镇江∥第一作者，工程师）

城市轨道交通的机电设备系统涉及面广、技术复杂、专业繁多，各子系统、各部门协调配合，才能确保乘客的安全、列车的有效运营和设备的正常工作。综合监控系统（ISCS）由此应运而生。从20世纪80年代开始，国外很多公司开始规划、研究以行车调度指挥为核心的综合监控系统。目前，国外地铁运营部门已逐步接受并认可了“以行车指挥为核心的综合监控系统”，而且制定了相应的运营调度组织机构。我国采用的综合监控系统均是以电调、环控为核心的综合监控系统方案，其与信号系统则通过互联的方式进行信息交换。国内对综合监控系统的研究主要集中在综合监控系统体系结构、集成方式、功能、可靠性、时钟同步等方面。

目前，国内外一些主要大城市的轨道交通已从过去的单线建设发展到了网络化建设阶段。轨道交通网络化建设过程中的最大特点，是线路与线路交叉，形成多座换乘站。网络中各线路间换乘站的便捷性和舒适性，是广大乘客关注的重点。换乘站设备系统的设置很大程度上影响了其便捷性和舒适性。目前，国内外对综合监控系统的研究多局限于单线的整个系统，为此有必要对换乘站综合监控平台作针对性研究。本文介绍了车站级综合监控系统的设置和功能需求，给出换乘站综合监控平台弱电系统的整合建议；在此基础上提出了换乘站综合监控平台构建的三种方案，并进行了对比分析。

1 车站级综合监控系统

综合监控系统采用通用开放的硬件接口及软件通信协议，以集成和互联的方式与各弱电系统实现信息交换，最终实现对各相关机电设备的集中监控功能和各系统之间的信息互通、信息共享和协调互动功能。它能快速、高效地应对火灾、阻塞等突发事件，实现各子系统间的联动，克服以往“孤岛系统”的缺点。综合监控系统多采用分层分布式结构，以车站控制为基本单位，采取控制中心、车站两级管理。因此，综合监控系统又分为中心级综合监控系统和车站级综合监控系统。

车站级综合监控平台直接集成车站级各弱电系统的信息，使全站的各个系统成为有机整体。它与中央级综合监控系统互通信息，从中央级综合监控平台的集成数据库中读取本系统所需的其他系统数据，并接收中央级综合监控平台的指令和请求（如图1）。

车站级综合监控平台是整个综合监控系统的基础，其功能主要是：实现原有车站调度管理工作的全部功能；监视各接口系统的信息；监视车站管辖范围内的环境、灾害、乘客、供电及车站主要设备的运行情况；控制操作车站的机电设备；停止或允许时间表；数据处理、存档、报表、打印及其他服务。换乘站综合监控平台的构建应确立为运营服务、为设备维修服务、为乘客服务的原则，联动功能要实用、完备、深入。换乘站综合监控平台共享方案应有利于综合监控平台发挥信息共享平台的作用，实现车站的调度管理、秩序管理、实时票务管理和车站安全管理，保障上下车和列车到发的安全准点，提高紧急工况下系统的快速反应能力，在系统整个生命周期内不断地为运营管理的进步服务。

图1 地铁综合监控系统示意图

2 弱电系统接入方式

换乘站综合监控平台接入的弱电系统主要包括：电力监控系统（Power Supervisory Control and Data Acquisition，简为P－SCADA），机电设备监控系统（EMCS），列车自动控制（ATC）系统，自动售检票（AFC）系统，屏蔽门（PSD）系统，防灾报警系统（FAS），广播（PA）系统，乘客信息系统（PIS），门禁系统（ACS）、防淹门（FG）和通信系统等。由于接入的弱电系统太多，其接入通常可采用集成和互联两种方式。

集成是指将接入的各子系统的全部功能都集中在一个统一的ISCS平台内，具有共同的人机界面，实现信息共享。互联是指ISCS只整合子系统中与运营管理相关的、必要的信息。互联子系统具有独立完整的操作界面、设备和网络，正常情况下可脱离ISCS独立运行，能够完成系统的正常和紧急操作。

换乘站综合监控平台的初步设计必须确定对哪些专业系统集成，对哪些系统互联，并确定集成与互联的范围。应从其为运营管理服务的功能定位出发，保证与运营密切相关的信息被准确采集，同时避免系统不必要的集成，减轻数据处理负担，确保系统稳定。根据以往工程实践并考虑我国综合监控系统发展现状，建议按表1将弱电系统接入ISCS。

表1 弱电系统的接入方式

城市轨道交通通信系统包括传输、公务和专用电话、无线通信、广播、乘客信息、闭路电视监视、时钟及电源等子系统。各子系统均以互联方式接入综合监控平台。

3 换乘站综合监控平台设计方案

综合监控平台监控范围大、涉及层面广，应遵循安全性、可靠性、实时性、实用性、经济性、工程化、适用性及可扩展性等设计原则。

城市轨道交通有垂直交叉、斜交、平行交织等多种换乘形式。换乘站综合监控平台对弱电系统的整合和构建，主要是进行设备和信息资源共享，提高管理及运营效率，对空间的影响较小。因此，在换乘站综合监控平台设计方案中，可不考虑换乘站的换乘形式。本文以2线换乘车站（A线和B线）为例，提出构建全新2线换乘车站综合监控平台的三种可能方案。

3.1 方案一

方案一的主旨是将换乘车站定位为一个完整的车站，在一个换乘车站建设的初期，就将该换乘车站的每一个弱电系统统一接入本站的综合监控平台并与不同的控制中心兼容；同时通过主干节点机分别接往A线、B线其他车站，以及控制中心或其他指挥中心。方案一把所有与运营有关的系统功能整合在一个人机界面上，使得换乘的2线共享一个车站传输网络（见图2）。

3.2 方案二

方案二的主旨是弱电系统按线分别布置，但仍接入统一的换乘站综合监控平台并与不同的控制中心兼容；同时通过主干节点机分别接往A线和B线其他车站，以及控制中心或其他指挥中心（见图3）。

3.3 方案三

方案三的主旨是A线和B线的弱电系统按线分别布置，接入自己的综合监控平台并与各自的控制中心兼容；同时通过主干节点机分别接往A线和B线其他车站，以及控制中心或其他指挥中心。不同线路间的监控系统通过数据转换设备FEP（前端处理器）和网关进行数据沟通并达到联动的功能（见图4）。FEP作为网关，主要围绕正常、灾害、故障、阻塞等模式进行设计。例如，从运营管理角度出发，在正常运营模式下，通过FEP网关，乘客可通过PIS了解换乘线的信息；在非正常运营模式下，FEP网关可相互提供相关报警信息，各弱电系统自动转变为相应应急模式，为防灾、救援和事故处理的指挥提供方便。

图2 方案一框架图

图3 方案二框架图

图4 方案三框架图

4 换乘站综合监控平台设计方案对比

在换乘站综合监控平台方案选用上，需考虑换乘车站的运营管理模式、集成商的能力、方案的技术难度及经济代价等因素。三种方案的各种特性对比见表2。构建换乘站综合监控平台，主要是实现外围设备处理器（控制器）、网络、人机界面、信息及空间（综合监控平台的工作站及主机设置一套并放置于同一房间）共享。如果能达到信息共享，则达到了换乘站的主要管理目标。因此，方案一、方案二和方案三都可以获得资源共享的最大优势。

表2 换乘站综合监控平台构建方案对比

每个方案的实施需要不同的前提，且实施难度不一，因此在工程实施中，应根据具体轨道交通建设的情况，采取相应的技术方案，并做好规划，以达到资源共享、增加运营效率、降低建设成本及维护成本的目的。对于全新的换乘站，当选用方案一时，2线车站土建需同期执行，且2线系统以单一招标方式设置；当选用方案二时，车站土建及2线系统的招标和设计需同期执行，并由单一承包商构建车站传输网络；当选用方案三时，车站土建同期执行，2线系统可由不同承包商提供，可先后运营，网关由后来者负责。可以看出，方案三的实施更具一定的灵活性。从系统使用效果看，方案一最好，但其集成难度最高。方案的集成难度越高，其风险越大，对承包商的要求也越高，在选择时应注重承包商的集成经验及能力。换乘站的换乘形式对方案的选择也有一定的影响。2线换乘越方便，其对联动的要求越高，此时方案一更具优势。

构建换乘站综合监控平台主要是为运营管理服务。统一管理、防灾联动等是换乘站建设的重点，要不断调整已有的运行管理模式与综合监控系统的适应性。同时，在换乘站综合监控平台构建过程中，需要业主及设计提前考虑防排烟设施及模式、给排水设施、换乘站客流组织方式和分界原则等诸多难点问题。

5 结语

换乘站机电系统包括空调及通风、给排水及消防、供电、弱电等多个系统，综合监控平台可用于监控所有的弱电系统。目前，新建轨道交通工程几乎都选择建设综合监控系统，车站综合监控平台已成为监控系统的发展方向。换乘站综合监控平台的构建，可实现换乘站设备的协调统一管理，有效提高系统的可靠性、响应性和运营效率，并实现成本的最小化和运营效益的最大化。本文针对全新2线换乘站提出了换乘站综合监控平台构建的三种方案，并进行了对比分析，为今后换乘站综合监控平台的构建方案选择提供理论依据。

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