地铁自动化集成系统车站群组监控模式探讨

江 伟 袁矿辉

(1.广东交通职业技术学院机电控制系，510650，广州;

2.长沙市轨道交通运营有限公司车辆部，410000，长沙∥第一作者，讲师)

目前，越来越多的地铁线路开始考虑和实施综合监控系统［1-3］。随着自动化集成系统(AIS)［4］的成熟，国内地铁项目逐渐开始通过综合监控系统建立统一的软硬件平台，既实现资源共享、互联互通、设备集中管理和维护，还可对子系统进行故障监测，并为紧急情况下事件的处理提供全面、及时的信息和控制能力，提高地铁整体运营调度管理水平。

1 传统的车站监控模式

图1所示为传统车站监控模式:各个车站设置功能独立的车控室，运营管理人员在各自车站完成机电设备监控;运营控制中心(OCC)直接连接所有车站，另外加设后备控制中心与每个车站连接;当OCC设备发生故障或需紧急撤离时，后备控制中心接替OCC负责全线。该监控模式的不足之处是设备投资与维护成本较高。

图1 传统车站监控模式

2 车站群组监控模式

2.1 硬件架构

图2所示为车站群组监控模式。深圳地铁4号线采用了该监控模式。考虑到设备投资与维护成本，港铁(深圳)有限公司将深圳地铁4号线沿线车站分为若干群组，每一群组大约3～5个车站。每一群组中有一指定的轴心站，其它车站则为卫星站。卫星站不设置车站控制室，只有轴心站才设置车站控制室。

轴心站的选择尤为关键，除了考虑车站的重要性，还要进行风险评估。即列出在线路紧急运营和降级运营服务时的风险考虑因素，并进行评分，得出各站对线路运营的风险影响程度，然后比较选出轴心站。一般来说.终点站和换乘站都会被选为轴心站。

图2 群组车站监控模式

轴心站设置车站冗余服务器，并在控制室设双工作站。卫星站不设冗余服务器，只需在其他机房提供维护工作站，且卫星站不设车站控制室，故整体系统设备也减少了。卫星站的设备主要通过综合监控系统在轴心站控制。由于综合监控系统分散式处理的结构，监控内容是以控制权指派，并且全线联网，因此可将综合监控系统操作员的控制权也配置成群组的模式，由轴心站的运营人员一并控制群组内其它卫星站设备，这样，一个车站群组只需一个轴心站控制室(GSCR)就足够了。整个车站群组监控系统的结构图如图3所示。

图3 车站群组监控系统结构图

在此基础上，指定其中一个轴心站控制室充当线路的后备控制中心，当OCC设备发生故障或需紧急撤离时，可将中央控制权移交各线路指定轴心站控制室的运营人员，这样就省却了设置一个独立后备控制中心的需要。

2.1.1 中央级 AIS

中央级AIS用于监控全线各车站子系统的运行状态。在中央级AIS中，设置冗余实时服务器作为全线的信息中心，汇集各车站AIS信息，支持各调度员工作站的监管功能;设置冗余通信前置机进行数据的实时采集，各子系统之间的数据交换在通信前置机内通过各种通用协议(OPC/MODBUS/PROFIBUS/ODBC/API/CICODE/VBA等)开发完成;设置历史数据服务器存储及管理系统的历史数据，以减轻实时服务器的负担;设置电调工作站实现全线的电力监控;设置环调工作站实现全线的环境与设备监控。中央级AIS同轴心站及卫星站的AIS通过100 M/1 000 M工业以太网实现无缝连接。中央级AIS系统结构如图4所示。

2.1.2 轴心站 AIS

轴心站AIS用于监控群组中各车站子系统的运行状态。在轴心站AIS中，设置冗余通信前置机和冗余实时服务器实现群组各车站的数据采集及数据交换，并支持各操作工作站的监管功能;设置值班站长工作站和维护工作站，允许管理员进行系统信息查询和对系统进行维护操作。轴心站AIS同卫星站及中央级的AIS通过100 M/1 000 M工业以太网实现无缝连接。轴心站AIS系统结构如图5所示。

2.1.3 卫星站 AIS

卫星站AIS用于监控车站各子系统的运行状态。在卫星站AIS中，设置冗余通信前置机实现数据的采集，车站各子系统之间的数据交换在通信前置机内通过各种通用协议(OPC/MODBUS/PROFIBUS/ODBC/API/CICODE/VBA等)开发完成;设置值班员工作站，允许管理员进行系统信息查询以及对系统进行维护操作。卫星站AIS同轴心站及中央级的AIS通过100 M/1 000 M工业以太网实现无缝连接。卫星站AIS系统结构如图6所示。

图4 中央级AIS系统结构图

图5 轴心站AIS系统结构图

图6 卫星站AIS系统结构图

2.2 软件架构

监控软件采用比较成熟的Cirect。中央级AIS和轴心站AIS的冗余通信前置机、冗余实时服务器、工程师站、维护工作站、值班站长工作站均配置Citect全功能无限点服务器版软件包(每台一套)。卫星站AIS的冗余通信前置机和值班员工作站均配置Citect全功能15 000点服务器版软件包(每台一套)。整个软件架构采用C/S结构，支持TCP/IP协议，建立在3个层次上，如图7所示。

图7 AIS软件架构

现场接口层主要由冗余通信前置机构成，完成数据采集、协议转换和数据交换功能，同时实现各子系统的数据隔离。冗余通信前置机是轴心站和卫星站必不可少的设备，用于连接各个车站的子系统，包括 SCADA、BAS、FAS、AFC、PSD、PA、CCTV 等。通过各种通用协议开发完成各设备子系统的集成和数据交换。

网络层主要由冗余实时服务器、Web服务器、历史数据服务器等构成。冗余实时服务器作为冗余通信前置机的客户端，完成数据的收集、存储和处理;Web服务器用于中央级AIS向车站级AIS和各种工作站提供Web服务;历史数据服务器用于存放历史数据和事件信息，向冗余实时服务器提供历史事件查询和数据服务。

应用层主要由各种工作站构成，收集冗余实时服务器提供的数据和信息，完成各种任务指令的下达，实现用户输入、指令操作，以及设备状态、故障和报警信息显示等。接收到故障和报警信息时，可进行相应的处理操作。用户可随时查看各项操作的进度和状态。

3 运营经验及问题

目前，深圳地铁4号线和3号线都采用了车站群组监控模式。从几年的运营情况来看，车站群组监控模式相对于传统车站监控模式具有以下优势:卫星站无需设置车站控制室，也不需要设置后备控制中心，因而减少了相关系统设备的投资，降低了设备维护成本;站务员无需长时间驻守车站控制室，能有效利用资源，改善服务水平;可有效缩短列车运行调度时间和信号系统响应时间。

运营过程中也发现了一系列较突出的问题，如:系统的故障－安全性不够高，中央级AIS系统故障会造成一些子系统出现联锁故障;轴心站AIS系统出现特殊情况时，群组内相应的卫星站无法正常管理;整个系统的设备能耗较高，造成能源的极大消耗;紧急事故处理不够及时，跟城市公交的融合不够紧密等。

3.1 注重系统的安全性

地铁AIS冗余复杂、造价高，一旦出现故障，对各个子系统的正常使用存在一定的威胁。目前新建或在建的很多地铁项目中，AIS系统的集成多采用分散式的“小综合”方式来解决监控过程中的安全问题，使得系统集成的安全性和可靠性得到很大的提高。从应用的角度出发，AIS如采用基于IP的网络技术及基于工业标准的开放通信协议，将使得系统集成变得更简便。

3.2 注重系统的节能减排

发展低碳经济、大力倡导节能减排已成为我国的一项基本国策。在地铁行业，机组一般要按照建筑物最大热负荷的110% ～120%设计;冷冻水泵、冷却水泵都会按空调机组额定工况匹配，同时末端系统按总负荷量的110%～120%匹配。从目前的技术来看，采用环境整体节能控制系统，利用主机群控与能效管理中心对控制设备进行启停，对冷却水泵、空调风柜等设备进行变频控制，将有效降低地铁机电设备的耗能。

3.3 注重系统的模块化、标准化与开放性

模块化、标准化与开放性的设计理念有利于项目完成的效率。地铁综合监控系统的设计应遵循模块化与标准化，这将大大提高设备间的信息共享效率，并提升设备的可靠性。同时，设计之初应进行周全考虑，为系统预留尽量多的接口，以便在紧急情况下系统能按照预定的程序正常运行。

3.4 注重线网融合

地铁作为城市交通的重要组成部分，与其他运输方式的配合十分关键。如果地铁AIS能够与道路公交等其他公共交通系统实现安全集成，当地铁出现故障时，客流量通报、人员疏散、公交调度等问题将迎刃而解。

4 结语

地铁综合监控系统是城市轨道交通机电设备管理从单纯的面向设备管理，向面向运营管理为主、提升地铁服务理念方向发展的必然结果，也是地铁信息化建设的核心内容。随着我国城市轨道交通线网的逐渐形成，综合监控系统或AIS必然朝着面向运营管理、面向乘客服务、面向整个城市交通综合指挥管理的方向发展。

［1］湛维昭.地铁机电系统综合集成平台的设计［J］.都市快轨交通，2006，19(2):81.

［2］许超，周秀风.全集成综合监控系统在上海地铁10号线的应用［J］.应用能源技术，2010(10):12.

［3］胡媛.天津地铁2、3号线综合监控系统及评价［J］.铁道通信信号，2010(3):44.

［4］杨琪.地铁综合自动化集成系统方案的研究［J］.城市轨道交通研究，2010(6):45.

［5］宋鸿昇，王瑞.工业以太网在地铁自动化集成系统中的应用［J］.城市轨道交通研究，2013(1):105.