轨道交通异构技术防范系统集成方案的设计与研究

樊 颖 徐 鹏 何 伟

（1．上海申通地铁集团有限公司，上海 200237；2．公安部第三研究所，上海 200031）

随着城市发展的需要，大容量的公共交通工具——城市轨道交通建设正在如火如荼的进行中。城市轨道交通的安全运行始终是各地政府、运营单位和公安机关极为关心的事情，国家和各地也先后颁发或正在制定有关的标准和法规。

技术防范系统作为轨道交通保障安全运行中最为直观的系统之一，越来越被各相关部门所重视。然而随着安全运营实践的深入，技术防范系统资源的使用已不能局限于某一条线路、某一个部门。鉴于轨道交通的架构和不同的建设时期，导致技术防范系统必定是分布式、分散化的形式。所谓分布式指技术防范系统通常为分布式结构，所谓分散化指各控制中心的分散化。众所周知，中国的轨道交通建设已有四十多年的历史，就是上海轨道交通的建设也有十多年的历史。每条轨道交通建设的时间不同，采用的技术也不尽相同，如何尽可能地利用既有设备，将各种异构、分布式的技术防范系统资源与各职能不同、分散式的控制中心需求进行有机整合，建成城市级的轨道交通技术防范系统是摆在各地政府面前的一个棘手问题。本文将阐述上海城市级轨道交通技术防范系统的整合方案，并对整合过程中遇到的问题进行探讨。

1 上海城市级轨道交通技术防范系统设计方案

1.1 大型分布式异构技术防范系统集成的提出

截止到2011年12月底，上海共建设了420 km轨道交通，名列世界前三，覆盖的区县达到16个（上海共有17个区、1个县）。随着线路里程的增加，影响力的加大，如果仅靠一个轨道交通总队指挥中心是没有办法做到及时有效地处理各种突发事件。由于轨道交通线路有几十公里长，以线路为管理单位建设分控中心也同样不能做到及时处置突发事件。只有打破按线路控制的模式，建立按区域集中控制与多部门协调管理相结合的技术防范系统的新模式，将各条轨道交通异构技术防范系统进行集成，建成多个可依据实际工作需要对管辖范围、管理权限进行动态调整的分控制中心。

1.2 实现方案

上海轨道交通自1995年建设至今已建设了11条线和1段世博线，由于建设时间的不同，采用的技术、设备和方式也不相同，要保留既有的系统设备，不影响既有线路的正常运行，又要实现集中控制，这就给系统的建设带来了很大的困难。

现有的轨道交通是一个大型分布式异构系统，经过调研，发现以下问题。

1）轨道交通在建设的过程中经常预敷设备用光纤，如果没有多余的光纤，利用轨道交通的线路走向，也比较容易敷设。

2）轨道交通的一些较早线路预留给技术防范系统的通信带宽明显不足，而改造既有通信链路，代价不菲且风险较高。

3）对于一些较新的线路，已采用了准数字化的系统，在采取一定限制措施的情况下，带宽基本能满足各控制用户的需求。

鉴于上述情况，在系统设计时，根据不同的线路采用不同的传输方案，主要有模拟及模拟数字相结合的方式。将来在新线的接入过程中，如果带宽允许，还可采用全数字的方式。

1）车站系统构成

车站系统通常会有两种实现方式，一种是通过模拟光端机将图像传送至线路的OCC，控制信令走既有的IP通道，由车站服务器接收来自各分控中心的指令，并控制车站矩阵，将所需的图像切换至模拟光端机的输入端，系统结构如图1所示。

另一种在本地进行图像的数字化编码，在本地解码或各分控中心解码，通过既有的网络通道实现图像的传输，各分控中心与车站视频服务器完成图像调用指令的交互，典型系统结构如图2所示。

2）线路控制中心系统构成

对于各线路的控制中心可以根据车站情况分别进行设计，对于模拟为主的监控系统，可以通过中心矩阵及光端机完成至各分控中心的图像传输，而对于准数字系统可以在线路中心进行图像的解码并通过光端机进行传输或直接在各分控中心进行图像的解码，线路中心仅仅起到信令传输的作用，图3是模拟系统线路中心的系统构成图。

3）分控中心和其他上层控制中心系统构成

在带宽资源不足的线路，每个车站均有4路视频信号通过模拟光端机传送各自线路控制中心的矩阵，而对于一些带宽资源相对较好的线路，可以在OCC或上层控制中心进行图像的解码调用。各分控中心的指令经本中心的视频服务器发出，一是控制本地的视频矩阵，二是以统一的协议，经光端机或其他的IP通道至所控线路的安防服务器，由该服务器将指令转换成线路既有的协议，实现对车站设备控制和切换；控制云台和镜头指令通道也是如此，只是多了一个控制优先级的判断。各车站的入侵报警系统则与电视监控系统进行联动，当某一个车站发生入侵事件时，报警探测器向本地的报警主机发出报警信号。该主机收到报警信息后，一是将报警信息送报警键盘显示，驱动打印机记录报警发生的时间、地点等信息，驱动现场警灯和警号；二是将报警信息送本地视频服务器，联动相关摄像机图像信号，在图像上叠加报警字符；三是通过传输系统，由本地的视频服务器向线路控制中心的安防视频服务器输送报警信息，向相关分控中心的安防服务器输送报警信息，将相关图像切换至指定监视器上显示，并在图像上叠加报警字符。系统框图如图4所示。

2 异构技术防范系统集成方案的关键

由上述的集成方案可见，完成一个城市级的轨道交通异构技术防范系统集成的关键如下。

1）统一的控制协议

对于绝大多数的异构技术防范系统来讲，视频服务器通常是一个系统的核心，它负责图像资源、设备状态等的控制和管理。而由于设计时间的不同、实施单位的差异等，各技术防范系统内部采用的协议各不相同。因此必须在各分散的控制中心与异构技术防范系统之间定义一套统一的控制协议，根据这套统一的控制协议完成中间件的开发。

2）统一的数据来源

由于系统的分布式、分散性，必然造成对数据统一性的要求非常高。而轨道交通内摄像机的数量已达到相当大的级别，光靠人工手段来解决已经变得相当困难，同时各异构技术防范系统内各子系统也相对较多，子系统间数据的关联性又普遍较弱，因此，需通过网管之类的系统来实现数据的单进→分发(包含各应用子系统)→单出(至各分控中心 )。

3）合理的实施方案

在实施过程中，由于设备种类、网络环境有差异，因此各种异构系统的集成方案应该有着具体的针对性，如在上海的方案中传输就采用了模拟、模数结合、数字等方式。同时在软件的配置过程中，也充分考虑环境的影响，根据线路的实际情况，制定合理的实施方案。

4）可靠的交互性设计

当单一摄像机的信息被发散至各分布式异构环境中，系统间的耦合性及整个系统的鲁棒性就变得极为重要，这就需要在各子系统之间、各控制界面之间有可靠的交互性设计。这种设计不仅仅体现在车站—线路中心—上层分控中心3层之间的信息交互及容错能力上，还应该体现在各人机界面之间，图像叠加信息内容等方面的设计等，如人机界面之间的信息同步、球机控制信息在图像上的实时动态显示等。

3 结束语

随着我国城市轨道交通的发展，随着反恐防暴等级的不断提高，轨道交通的安全已是各地政府、公安管理部门、运营部门越来越重视的问题。如何最经济化的将技术防范系统的资源共享给各个相关部门，为安全运营提供有力技术支撑，就一定要考虑在保留既有系统设备的基础上建设大型分布式异构环境下的技术防范系统，用最小的投入，获得最大的效益，为建设“平安城市”、“平安轨道交通”奠定良好的基础。