新一代城市轨道交通综合监控系统的发展趋势

王建文 唐 敏

(广州地铁设计研究院有限公司，510010，广州∥第一作者，工程师)

自2002年中国大陆地区第一条城市轨道交通综合监控系统(SICS)——广州地铁3号线SICS成功投入运营以来，SICS已走过了其第一个起步的10年，进入了新的发展周期。SICS的引入和应用使城市轨道交通自动化水平达到了一个新的高度。SICS已成为当今城市轨道交通控制系统建设的首选。

SICS从业人员在这10多年的设计、开发、实施、使用、维护的过程中，积累了丰富的经验教训，进行了大量的创新、试验和总结等工作。同时，也发现了传统的SICS在建设和运营上存在的问题及需要深入分析和优化完善之处。为此，本文提出新一代SICS的设计和建设理念应重点考虑的几个方面:

1)注重系统的功能定位与运营需求相融合;

2)注重安全性、可靠性和实用性相结合;

3)注重先进性与成熟性相协调;

4)注重全寿命周期成本为最低;

5)注重可持续发展;

6)采用先进系统技术，为企业提供增值的解决方案和服务;

7)为企业向数字化、信息化和智能化方向发展提供解决方案和基础平台。

基于上述几点，现对新一代SICS的发展提出以下若干优化设计思路和方向。

1 新一代SICS的信息共享和数据挖掘

SICS接口众多、数据完备，是一个多专业关联的大型监控系统。随着数据处理、存储技术水平的不断提高，新一代SICS应在传统规模上适当扩大其集成互联范围的深度和广度，充分发挥其在地铁信息化平台中的数据仓库(Data Warehouse)的作用，为信息共享和数据挖掘工作提供基础。

1.1 拓展SICS内部的联动功能

地铁中围绕车辆运行和旅客服务的各机电系统是彼此关联的。随着地铁运营管理的发展，导致各专业之间的关联性日益加强。

传统的SICS已具备的基本联动功能可分为2大类:一类是对日常事务的响应(比如列车到站自动广播等功能);另一类是针对事故和灾害的措施(比如火灾模式、紧急疏散等)。但其在面向乘客服务、节能措施等方面并未充分发挥出优势。因此，在设计新一代SICS的联动功能时，除满足运营基本的需求外，还应重点考虑以下几个问题:一是发挥联动在节能措施方面的作用;二是重视联动在提高乘客服务质量方面的作用;三是功能模块对后期需求扩展的适应性。

SICS集成互联的范围广，基础数据丰富，在充分了解运营需求的前提下，通过深度的数据挖掘，便可实现地铁众多自动化子系统的多种协调联动。图1提出的新一代SICS子专业联动关系，相比传统的SICS联动场景数量增加了10%～20%。

图1 新一代SICS子专业的联动关系

1.2 实现SICS与上级指挥系统的信息交互

大城市的轨道交通系统随着换乘枢纽数量的逐渐增加，都会最终形成一个较密集的线网。为了解决城市轨道交通线网运能匹配、线网客流引导、维修综合调度、紧急事件协调处理、线网运营服务信息统一发布等一系列问题，线网指挥中心(NOCC)的概念应运而生，旨在对全市的轨道交通线路进行集中调度管理。

在广州、北京、上海等一线城市的地铁建设初期，未充分考虑线路与线网间的数据共享问题。如北京，为了解决线网指挥中心的建设问题，后在小营新建了1座容纳14条线路规模的控制中心，并将在其它地点已建成投运的控制中心搬迁至小营，造成了追加投资和资源浪费;又如广州，在建设线网应急指挥中心时，由于前期线路建设时没有充分考虑到与线网平台的接口问题，在实现信息互通的过程中也费了一番周折。因此，保证NOCC实现其功能的前提除了线路级SICS具备充足的基础数据外，新一代SICS还必须具备与NOCC的通信接口，将SIG、SCADA(监控和数据采集)、BAS、FAS、FG(防淹门)、PSD等专业的信息统一上传，并确保这类基础数据的全面性和可规划性。同时，针对NOCC的功能特点，新一代SICS应具备可对各子系统的数据做第一阶段的甄选处理的功能，只上传与管理、决策行为相关的基础数据类型。

1.3 实现SICS的对外信息发布

当在正常工况下运营时，站级的车控室、线路控制中心、线网指挥中心作为SICS的监控管理层应对日常事务进行协调管理;当发生运营事故或重大事件时，往往需要高层领导来对其进行决策。但紧急和重大事件的发生往往没有征兆，决策者受到时间和空间条件的限制难以从现场获取信息来源。因此，新一代SICS应能提供通过公共网络远程访问的功能。

近年来，基于Internet(因特网)Intranet(企业内联网)的WEB技术已在众多控制系统中广泛应用并日趋成熟，企业可通过Intranet方式和公众数据交换网 Internet方式，实现远程浏览实时画面、报表、事件记录、保护定值等现场信息。SICS结合WEB访问功能为更高一级管理者直接了解和参与现场管理提供了条件。通过基于服务器/浏览器技术，决策者即便远离控制中心，亦可随时获取运营的实时信息。

1.4 通过SICS组建异构交通信息平台，实现智慧交通

城市中除了建设轨道交通外，还并存有多种类型的交通系统，如快速公交系统(BRT)等，并与地铁接驳。在现代化城市中，多种交通形式相辅相成、互相配合，形成了一个庞大的网络体系。如果能实现多种交通系统的信息共享、统筹协调，对提高整个城市的综合管理水平、运营效率等都有着非凡的意义。因此，近年来提出了异构交通信息平台这一概念，这个平台也是国家智慧城市的概念设计中有关智慧交通领域内的重要一环。

地铁，作为城市公共交通的主干，是担当落实智慧城市智能交通概念的最好角色。新一代SICS信息平台将着眼于多种交通模式(如地铁、轻轨、道路公交、出租车、火车、机场等)的换乘与衔接。比如，可在多种交通模式间(如地铁与道路公交)统一协调时刻表，提供实时的交通、路况、天气、突发事件等信息，为乘客提供动态出行计划。

这种数据共享带来的是面向市民服务的社会效益最大化，从而提高市民生活的便捷度与生活质量。如果说NOCC的线网客流引导还只是基于城市轨道交通自身的话，那么异构交通信息平台可同时考虑地面和地下交通的拥堵状态、潜在客流高峰、出租车空载率和可用度、道路公交线路的时刻表等。相应地，每个出行的市民也可作为一个传感器来反馈城市交通的信息，比如利用智能手机迅速上传某件事故或突发事件的报警信息。这也是新一代ISCS的发展方向。

2 新一代ISCS与运营生产和管理

传统的ISCS受到系统成熟度、设计理念、投资规模甚至工期等因素的影响，往往是重监控，轻管理。事实上，ISCS是一个巨大的设备信息平台，为各相关系统提供信息资源共享。因此，ISCS在企业管理方面有着天然的优势。发挥这种优势，推进ISCS的管控一体化也是新一代ISCS发展的趋势之一。

2.1 整合维修网络，引入资产管理

在集成维修管理系统中，ISCS有着天然的优势。ISCS从集成或互联的各子系统中采集的数据包含设备在线/离线信息、故障与异常信息、设备关键信息(如电压、电流、温度)等。日常的运营可以在ISCS终端上对设备进行实时监控，对出现的设备故障与异常信息进行分析，合理地安排维修。另一方面，ISCS的历史数据记录功能可有效地记录设备动作次数、连续工作时间等信息，可以据此安排合理的预防性检修，提高各系统的安全性与可靠性，延长设备使用寿命。

基于ISCS平台的集成维修管理系统可以直接利用现有的ISCS设备(服务器、工作站、网络设备等)，无需额外投入过多的硬件设备，因此节省了设备成本。集成维修管理系统可提供设备管理、状态实时监测、设备维修计划、维修工作流管理及报表等功能。所有的功能均可由ISCS提供统一风格的人机界面(HMI)。

2.2 实现能源管理，贯彻节能减排

地铁是城市公用设施中最大的耗电用户之一，解决地铁节电问题是目前国际上正在大力攻关的一个课题。ISCS拥有较全面的地铁设备及环境的运行数据，如何利用其提高地铁能效管理的水平，也是目前ISCS重要的应用发展方向。

基于ISCS平台的电能管理系统功能应包括全面采集各场所用电量及电能质量信息，分析各供用电子系统的电能质量，持续跟踪谐波治理及无功补偿后的系统电能质量情况，建立环境温度、客流、列车上线情况和能耗的模型，分析运营方式与能耗关系，从而改变用电习惯，建立协调能耗联动控制机制，以达到节能目的。

2.3 优化培训系统，做到物尽其用

在对若干条国内已开通运营的地铁线路的回访中了解到，运营人员对培训管理系统(TMS)的利用情况并不理想，究其原因有以下3点:

1)在设计期间，对TMS的用户需求不明确，导致软件集成厂家开发的平台不适用于用户;

2)每条线路ISCS均设置有TMS，但其规模和对真实情况的模拟程度有限，达不到理想的培训效果;

3)运营单位自身对培训的组织和重视程度不高，也是导致TMS闲置的原因。

由于运营单位的培训工作具有较为集中、定期等特点，因此新一代ISCS的TMS功能定位和建设，可以考虑从分散性设置思路转变为集中式设置，全线ISCS、FAS、BAS、ACS等集中设置于一处线路实训中心。其具有和正线相同的IBP(应急后备操作盘)、大屏幕(使用投影模拟)、调度台及其配套设备，并搭建FAS、BAS等子专业的仿真系统，实现最大程度的真实现场还原。

另外，TMS的建设初期应明确面向的对象，对不同职能的人群(如车站站务人员、中央调度人员、维修人员等)订制有针对性的功能模块，并能最终形成一套完整的考核系统，使得运营管理正规化、完整化。

2.4 升级决策支持功能，适应运营需求

运营管理中，对紧急事件响应速度的要求与站务、调度人员处理能力之间存在矛盾。因此，运营部门会事先针对不同的紧急情况制定相应的应急预案，这一行为促进了ISCS决策支持功能的发展应用，可实现以运营应急预案为基础的决策支持系统，在紧急情况下给调度人员的行动作指引。

决策支持系统是一种辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。它是信息管理系统(MIS)在向更高一级发展过程中产生的，可为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境。可通过该系统调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。

新一代综合监控决策支持系统应发挥其基础数据的优势，实现对应急事件处置的可视化指挥。决策支持系统可提供预案分析工具，用于对选定预案的执行效果进行预览。

伴随着ISCS平台的资源共享，数据也从单纯的交通领域逐步延伸到其他相关领域。比如:决策支持系统可以融合地理信息系统(GIS)，对应急组织、救援设施、医疗设施等进行快速查询、定位;决策支持系统可为应急预案、应急组织、应急物资、危险源等提供综合展现的平台。

3 提高ISCS的灵活性

传统的ISCS软件平台中，不论是数据库还是上位组态画面，其客户端大都为固化和封装的，这给用户的使用、调整和维护带来不便。以广州地铁为例，若某车站名称发生了变更，则相关系统的监控软件平台的界面也应修改，但此软件并未开放界面的修改权限，因此一个简单的修改行为，会花费较大的变更费用。

针对运营需求具有动态变化的特点，新一代ISCS软件平台宜将一部分的功能模块可编辑化，比如联动功能模块、PSCADA(电力监控和数据采集)程控卡片功能模块、决策支持功能模块等。

联动功能模块除了一些缺省和预定义的联动场景之外，运营调度人员还可以跟随平台界面的指导，通过对触发方式、执行方式、联动步骤等内容做一系列的定义，从而实现对联动场景自设计和编排，使其能更灵活地满足运营需求。

PACADA程控卡片功能模块也宜具备可编辑程控卡片内容的功能，通过申请、审核等运营管理机制的配合，电力调度可以自行编辑并定义其需要的程控卡片内容。

功能的灵活性与平台的安全性存在一定矛盾，因此在软件设计时不能单方面地因灵活性而忽视了安全性，可以通过功能的面向对象(比如面向使用者还是维修者)，加入一些审核机制来达到灵活性与安全性并存。

4 新一代ISCS的标准化研究

近年来国内地铁建设的特点之一是线路数量多、工期紧、缺乏资深的专业人员，因此，模块化、标准化与开放性的设计理念，有利于提高项目完成的质量和效率。

针对ISCS，其标准化研究可以分为:面向信息及传输的标准(包括数据库体系结构模块化和标准化、信息传输模式标准化、与相关专业接口及协议的标准化等)，面向硬件及工程实施的标准(包括设备选型 、生产制造 、施工、测试、调试及验收等标准化)，以及面向用户的信息标准(包括人机界面、操作模式、权限管理等标准化)等。

5 结语

通过10多年的应用和发展，ISCS已成为当今城市轨道交通建设中不可或缺的一部分。在新的发展阶段，新一代ISCS应在技术方案上具有前瞻性，在功能方面更加适应运营生产和管理的需要，并能有效提高乘客服务水平;在新一代ISCS搭建的各个阶段应注重其标准化建设，以利于工程项目的经济性。作为自动化技术发展的必然趋势，ISCS必将在城市轨道交通行业中继续稳步迈进，大放光彩。

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