城市轨道交通ISCS软件质量控制的监理方法

郑旭日，吴永威

（华铁工程咨询有限责任公司， 北京 100055）

城市轨道交通ISCS软件质量控制的监理方法

郑旭日，吴永威

（华铁工程咨询有限责任公司， 北京 100055）

摘 要：城市轨道交通综合监控系统是通过网络和集成软件构建的一个信息共享平台，是实现各系统信息共享、业务关联和事件联动等功能的“大脑中枢系统”。虽然软件开发企业大都通过了质量管理体系认证并具有一定的相关经验，但监理现场验收时仍会发现很多问题，软件总要进行大量的修改工作。北京某地铁工程在综合监控系统软件开发过程中委托了监理服务，监理工程师运用丰富的项目管理经验，规范软件开发质量过程控制，显著提高了开通功能实现率。

关键词：城市轨道交通综合监控；软件开发质量控制；监理方法

0 引 言

城市轨道交通是采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、有轨电车、单轨系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统及磁悬浮系统。城市轨道交通系统凭借其快速、便捷、安全、可靠和高效的特性，已成为人们日常生活中重要的交通出行方式之一。

综合监控系统(Integrated Supervision Control System，简称ISCS）就是将彼此孤立的各类设备控制系统通过网络和集成软件有机地连接在一起，建成一个信息共享平台，实现不同工况下各系统的联动、信息高度共享和系统的自主决策。

1 北京某地铁综合监控系统工程概述

北京某地铁综合监控系统对所接入的深度集成、界面集成及互联的全线各系统设备进行监视和控制。综合监控系统存储、处理从被控、互联系统读取的数据，实时反映现场状态变化，同步更新中心实时数据库，存储和同步全线的事件、报警、采样数据等至中心历史数据库，并提供报警查询、事件查询、趋势显示、各类统计和日志报表等系统功能。

1.1 综合监控的体系结构

1.1.1 多域管理结构

北京某地铁 ISCS 系统采用多域管理结构，将全线 ISCS划分为不同的“域”。域是一个自治软件系统，一个域内的服务器、工作站共同使用一份数据实体，可以不依赖于其他域独立运行。域之间可以通过网络连接，形成一个地理分散的大型实时分布式控制系统。综合监控系统的多域管理结构布置见图 1。

图 1 综合监控系统多域结构图

北京某地铁的 ISCS 按照地理上的各个车站、车辆段、中心和备用中心共分为 15 个域。其中控制中心和备用中心为同一个中心域，其余各车站、车辆段为独立的域。每个域内的实时与历史服务器为冗余配置，而各域的 ISCS 软件的冗余粒度则按照软件模块进行 1+N 的冗余方式运行。

1.1.2 综合监控系统软件结构

综合监控的软件结构从应用层次的角度，分为系统软件、支撑软件和应用软件三层；从数据流程的角度，分为数据接口层、数据处理层和人机接口层。

为了提高轨道交通监控软件的适应性和可移植性，该综合监控系统引入了支撑软件平台的概念，即在应用软件和系统软件之间增加支撑软件层，屏蔽系统软件的差异并为应用软件提供统一的服务工具。综合监控系统分为支撑平台软件和应用软件。

应用软件由多个处理具体应用逻辑的软件模块组成，不同的软件模块相互独立，提供相应接口系统的数据处理及控制功能。以各集成、互联系统的数据监控、前置处理等环节来划分应用软件，包括 PSCADA、BAS、ATS、FEP 等。

北京某地铁综合监控系统的平台及应用层次结构如图 2所示。

图 2 综合监控系统平台和应用层次结构图

1.2 综合监控的系统结构

1.2.1 控制中心的ISCS结构

控制中心操作员通过工作站的主要监控职能有：实现集成系统的原有调度工作的全部功能；监视各互联子系统的信息；监视全线环境、灾害、乘客、供电及车站主要设备的运行情况；根据不同的情况启动相应的预设工作模式实现全线各子系统的联动控制；具有网络管理功能和设备维护管理功能。因为以域来划分和管理全线 ISCS，因而当其他 ISCS 域节点或 MBN 发生故障时，CISCS 仍可独立工作，继续对本域内的集成互联系统进行设备监控。

控制中心 ISCS 集成 PA、CCTV，互联 ATS、CLK、TELALM、MLC、PIS、TCC。通过全线主干网将各车站级的ISCS 信息汇集到控制中心，从而实现多系统的综合监控，其系统结构如图 3 所示。

图 3 控制中心综合监控系统结构图

1.2.2 车站的ISCS结构

车站 ISCS 对本站监控对象的状态、性能数据进行实时收集和处理，通过操作员工作站以图形、图像、表格和文本的形式显示出来，供车站值班人员控制和监视。车站局域网络将现场级的信息汇集到车站 ISCS，从而实现车站级的综合监控，以及车站级联动功能。车站 ISCS 还配置 IBP 盘用于紧急后备操作。因为以域来划分和管理全线 ISCS，因而当其他ISCS 域节点或 MBN 发生故障时，SISCS 仍可独立工作，继续对本域内的集成互联系统进行设备监控。

车站 ISCS 深度集成 PSCADA、BAS，界面集成 PA、CCTV、PSD，互联 CLK、FAS。车站 ISCS 的系统结构如图4 所示。

图 4 车站综合监控系统结构图

2 监理对综合监控系统软件开发的质量控制

综合监控系统软件的质量控制一般分为三个阶段。第一阶段准备阶段，主要监理工作是参与审核软件设计文件。第二阶段是实施过程控制，重点是检查和规范软件开发质量控制流体系，及时纠正出现的偏差和问题。第三是检查验收阶段，重点是接口质量的控制、系统测试及联调工作。

2.1 监理参与审核ISCS软件设计文件

2.1.1 软件设计文件的编审流程

城市轨道交通综合监控系统软件设计文件的主要依据是招标文件、投标文件、合同文件中的技术文件，以及国家、行业及地方标准、规范等。首先由综合监控系统软件承包商向业主和设计提交《综合监控系统软件设计文件》报审稿，然后由业主主持召开设计联络会，对《综合监控系统软件设计文件》进行审查、讨论，定稿后由各方签字确认。

综合监控系统软件的设计联络会主要由业主、设计、监理、承包商及运营单位参加，各方从系统方案设计、技术设计到施工设计提出修改优化意见，明确需进一步完善的系统功能和系统需求。对《软件设计文件》修改补充完善后，成为软件承包商软件开发的依据。

2.1.2 监理对设计文件的审查内容

监理参加设计联络会审查《软件设计文件》时重点把控两个内容。一是《软件设计文件》所涉及的标准、规范必须完全符合国家及行业强制性条款的要求。主要包括 GB/T 50732—2011《城市轨道交通综合监控系统工程施工与质量验收规范》、GB 50157—2013《城市轨道交通设计规范》、GB 50490—2009《城市轨道交通技术规范》等国标中的强制性条款。二是《软件设计文件》必须符合合同文件中的《系统技术规格书》、《系统需求文件》和《设计联络会会议纪要》等文件的要求。其中《系统技术规格书》详细明确了系统通用功能、接口功能及性能的技术要求，《系统需求文件》定义了综合监控系统结构、系统功能及功能分配等，《设计联络会会议纪要》是各方对软件设计、系统方案、系统功能补充和完善确定的事项记录。

监理通过参加设计联络会和《软件设计文件》审查过程，不但能够结合以往工程的现场经验提出监理意见，而且为做好软件开发过程的质量控制奠定了基础。

2.1.3 监理在设计联络阶段的主要工作

(1）第一次设计联络会：主要重点为讨论 ISCS 系统与各专业的接口，确认合同设备的接口关系处理及配置形式，制定接口协议。

监理工作重点和控制要点：核查 ISCS 与各子系统接口协议的完整性、接口通讯协议、数据传输格式；审查合同中规定的接口功能的符合性；督促接口协议签订和测试进度编制测试计划。

(2）第二次设计联络会：主要重点为技术论证，完成部分系统的详细设计。

监理工作重点和控制要点：核对设计单位对设计图纸和软件功能的确认情况，跟踪设计修订要求；对技术规格书的符合性和现场实施的可行性提出监理意见；审查接口协议测试大纲。

(3）第三次设计联络会：主要工作是完成全部系统的详细设计。

监理工作重点和控制要点：根据工程总体进度安排、工程实施的客观规律及现场调研情况，审查集成商的工期节点和关键工期实施计划，对制定的工程实施方案提出监理意见。检查接口协议测试环境、测试条件、测试设备、测试方法和程序，满足测试需要。

2.2 监理推动质量管理体系规范化

2.2.1 检查督促承包商健全质量管理体系

在综合监控系统工程建设中，系统承包商是控制软件开发质量的责任主体，体现在其对软件架构的把握程度、应用环境的把握程度和开发应用能力。一般情况下，系统承包商自身的质量管理体系不够完善，其软件开发部门各专业之间、开发部门与现场项目部之间的沟通协助机制不很规范、到位，导致软件开发前期没有问题暴露，后期集中处理问题。所以，监理要求承包商开工前健全质量管理系统，包括组建一个技术能力强、管理水平高的团队，明确岗位责任并制定管理制度。

项目管理文件、质量检验计划及质量管理体系文件要提交监理进行审查，监理重点审查承包商项目组织机构的合理性、项目人员的资质、能力，项目管理的机制的科学性和质量管理体系的完备性。监理通过审查提出修改意见，承包商进行修订和补充。上述文件通过监理审核后到项目业主备案，作为软件开发过程质量控制的主要依据。

2.2.2 规范技术文件传递流程

综合监控系统软件的开发需要接口专业各车站、控制中心系统图纸和这些专业监控点表(一般有几十万个点）的支持，才能完成综合监控系统人机界面(HMI）绘制及数据库的组态配置，所以说接口专业的设计图纸和监控点表是系统软件开发的重要输入文件。

由于各种原因，设计图纸和监控点表在工程建设中并不稳定，常发生一些变化。一些参建单位不严守变更流程而使变更信息传递不到位，导致工程初期开发的软件版本与工程后期图纸和监控点表不同。因此在工程实施期间经常出现不同专业设计单位、软件集成商、设备厂家、施工单位之间互相扯皮、拖延工程进度，影响联合调试和验收。

监理工作的重点是要求参建各方采使用的软件版本、图纸和监控点表始终保持一致，各方不但要在变更前进行充分的沟通调研，而且要严格遵守变更流程，所有流程都要经过综合监控系统设计单位这个关键环节，包括发生变更的相关接口的设计图纸和监控点表等。

2.2.3 规范质量检验控制流程

承包商依据质量检验计划在软件开发各个阶段进行自检，自检合格后准备自检报告和测试记录报监理验收。监理按规定比例进行抽检验证，验收通过后方可进入下道工序。

主要内容包括各模块的功能、人机界面组态、拓扑着色、数据库数据点的配置、软件编码等。承包商通过自检和监理验收，查找出软件开发中存在的问题，针对问题提出解决方案，不断提高软件开发的质量。每道工序都是一个质量控制节点，依靠承包商的质量管理体系运行来保证这些质量控制节点的质量。这些质量控制节点逐个控制到位，确保了整个软件产品的质量。

2.3 监理对软件的检查及验收方法

2.3.1 监理对软件接口质量控制

从国内城市轨道交通建设情况看，综合监控系统接口专业众多，一般与 10 多个自动化系统专业有接口，而这些子系统又分别与众多的底层设备相关联。软件接口的质量，是确保软件功能、性能的重要基础，而接口测试是验证接口质量的一项非常重要的基础工作。

综合监控系统接口测试主要用于检测与接口专业系统之间数据的交换、传递和控制管理过程，以及与接口系统间的相互逻辑依赖关系等。接口测试根据软件开发不同阶段分为协议测试、点对点测试、现场端到端及功能测试，各阶段的测试是检验软件开发过程是否达到不同的质量标准要求。

监理对各阶段实施的测试过程进行跟踪检查并进行必要的抽测检查，重点检查测试环境是否按照测试方案进行，是否按测试大纲进行，是否进行 100% 点对点测试，是否进行端到端测试以及功能、性能要求等实现情况。测试是监测软件缺陷和质量监督的重要手段，在测试过程发现问题时监理要求承包商进行分析、及时纠正，测试双方对测试结果进行确认并保存好测试资料。对不同阶段的测试软件版本要单独备份和编号，以保证后期现场软件安装与测试软件最终版本保持一致。

2.3.2 监理对施工过程的检查验收

综合监控系统软件开发后的安装质量需要硬件安装的支持配合。硬件设备主要是各车站和控制中心机柜，机柜内配置服务器、交换机、前置机、KVM 及 PDU 等。

监理对施工过程的检查验收涵盖了几个环节。一是机柜内服务器、交换机、网线和光缆的规格型号和数量配置是否与合同、设计的符合性；二是机柜安装、线缆敷设等工艺与标准的符合性；三是设备安装完成后还必须进行上电试验，验证设备的电气性能、功能的符合性。

2.3.3 系统测试、联调阶段的监理方法

首先，综合监控系统与各接口专业进行协议测试，协议测试是检验接口双方按通信规约开发的软件是否符合设计要求。协议测试通过后进行实验室点对点测试，点对点测试是检验从 ISCS 的人机界面(HMI）到相关接口系统的控制器/终端的所有点的正确性。其次，监理按测试计划进行了跟踪检查并抽测，检查测试过程可以发现系统软件开发中存在的问题，以督促软件承包商进行整改。最后，在测试基础上再进行现场联合调试。现场联合调试目的之一是检验综合监控系统软件开发最终质量，监理核查调试过程和结果。调试中按照调试大纲和设计确认的监控点表进行对点调试及功能验证。通过测试及联调工作共形成有各方签字的测试、联调记录。

2.3.4 监理预验收的情况

监理的预验收工作分为两个阶段。首先系统承包商根据《软件设计文件》编制功能预验收大纲，验收大纲需提交业主和监理进行审查批准；其次按经批准的预验收大纲在现场逐条进行通用功能和专业功能进行测试，通过的为合格，未通过的作为问题记录。

北京某地铁综合监控系统顺利通过了各阶段的验收，其中综合监控系统功能一次验收通过，其功能实现率达到100%。

表 1 北京某地铁综合监控系统功能实现率

3 结 语

城市轨道交通综合监控系统提供为运营管理者提供了功能强大、性能稳定、安全可靠的智能化的服务，但在建设阶段，由于综合监控系统工程接口众多、参建单位众多、开发条件变化多等诸多因素，单靠软件开发企业自身的质量管理体系，无法做好软件开发各个过程的质量控制，前期存在的问题到现场调试验收时才暴露，对工程的质量和进度产生了一定的负面影响。事实证明，在软件开发阶段引入监理服务后，监理凭借专业化的项目管理知识、丰富的现场监理经验和多专业的技术水平，能够对软件开发的全过程进行系统化、科学化的管控，既确保了工程质量，又能够保证工程工期。城市轨道交通综合监控系统软件开发阶段引入监理服务，是值得推广的做法。

参考文献：

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[3]李国宁，刘伯鸿.城市轨道交通综合监控系统及集成[M].成都：西南交通大学出版社，2011.

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[5]中铁电气化局集团有限公司.城市轨道交通设备系统综述[M].北京：中国铁道出版社，2012.

[6] GB 50490—2009，城市轨道交通技术规范[S].

中图分类号：F407.9

文献标识码：B

文章编号：1007-4104(2014)11-0039-05

收稿日期：2014-07-18

作者简介：郑旭日(1966—），男，大学本科，教授级高级工程师；吴永威(1955—），男，大学本科，高级工程师。

通信地址：北京市丰台区丰台北路36号 华铁工程咨询有限责任公司，E-mail：ht_zxr@126.com