城市轨道交通综合监控集成平台策略研究

■ 梁 奕 江 平

城市轨道交通综合监控集成平台策略研究

■ 梁 奕 江 平

城市轨道交通综合监控系统和列车自动监控系统都具有监控系统的典型特点，随着标准的完善和系统开放性的提高，综合监控系统集成列车自动监控将成为发展方向。设计综合监控集成平台框架，将列车自动监控系统作为框架中的专业，研究集成策略，针对数据模型、冗余策略、安全策略进行分析，并提出解决方案。

综合监控系统；列车自动监控系统；集成平台；城市轨道交通

0 引言

近年来，随着我国城市化进程的加快，为了改善城市交通状况、减少环境污染，大中城市积极发展城市轨道大众交通体系；与此同时，以计算机、网络通信等信息通信技术为动力的信息化，改变了以往城市轨道交通的监控方式。

城市轨道交通综合监控系统（Integrated Supervisory Control System，ISCS）作为城市轨道交通的核心装备，由现场设备、现场网络、车站监控系统、通信骨干网络、中心监控系统组成，集成各分立的自动化系统，对自动化设备进行监视与控制，实现信息互通、资源共享和高效联动。然而，目前国内综合监控系统大多是机电设备的监控，主要针对电调、环调等除信号系统以外的子系统，没有真正地将信号系统有机地联系在一起进行综合。

城市轨道交通信号系统中的列车自动监控子系统（Automatic Train Supervision，ATS）实现列车监督、控制和调整，具有监控系统的典型特点。随着标准的完善和系统开放性的提高，将ATS整合进ISCS，实现真正意义上的综合，是轨道交通综合监控集成的发展方向。目前国内轨道交通正在逐步开展ATS与综合监控系统的集成。下面对城市轨道交通综合监控集成平台策略进行系统研究。

1 综合监控集成平台架构

监控系统一般分为监控层和设备层。监控层可以使用成熟的软硬件技术，实现标准或约定的协议、灵活的配置、可视化的操作；设备层只需要提供可以满足条件的调用方式即可。不管是ATS还是传统ISCS，都属于顶层的监控层，所要面对的是下面的设备层；设备层提供采集的基本数据，可以是联锁、区域控制器，也可以是供电设备、环控设备。

1.1 列车自动监控功能分析

ATS系统主要是实现对列车运行及控制的道岔、信号等设备运行状态的监督和控制，给行车调度员显示全线列车的运行状态，监督和记录运行图的执行情况，辅助行车调度人员完成对全线列车运行的管理，并为整个信号系统的故障诊断和系统维护提供帮助。

ATS功能见图1，主要包括：

（1）信号设备的监视：显示全线的线路布局、信号设备状态、进路状态、列车位置、控制模式、调整模式等。

（2）列车识别与追踪：自动完成正线控制区段内的列车识别号跟踪，采用列车识别号的移动和有关信号设备的状态来描述在线列车的实际运行。

图1 ATS功能示意图

（3）列车进路控制：根据列车的运行数据信息，按预先排列进路的原则和运营方案，进行自动或人工排列进路。

（4）列车运行调整：依据时刻表或行车间隔，自动检测和调整列车的运行。

（5）列车运行图编制及管理：根据线路的参数和行车组织要求，由运行图编制人员输入基本数据，由计算机辅助自动编制基本列车时刻表和运行图。

（6）控制命令：对信号设备发送控制命令。

（7）运营记录与统计报表：记录列车运行状况和设备工作状态，并进行统计和分析。

（8）故障报警：列车运行状态和设备运行状态报警的功能。

1.2 综合监控集成平台框架

根据上述分析，ATS功能完全可以与综合监控进行集成。根据ATS与ISCS的集成程度，可以化分为界面集成、ATS控件嵌入、完全集成3种方式。选取集成过程中必须关注的策略，设计城市轨道交通综合监控集成平台框架（见图2）。

（1）操作系统层：采用跨平台结构，支持不同厂家多种UNIX、LINUX、WINDOWS硬件服务器。

（2）平台服务层：提供通用的服务，包括提供系统管理、实时数据库、消息中间件、历史数据库、图形工具、报表工具、告警管理、事件管理、权限管理等服务，是系统稳定性和可靠性的关键环节。

（3）应用服务层：面向业务逻辑，系统功能的最终体现。包括传统的电力专业、通信专业和机电专业等，增加了信号专业，每个专业有相应的后台应用与设备层相联系。如信号专业体现为列车的追踪、控制和调整，相应的后台应用与联锁、区域控制器、车载设备等进行通信；机电专业体现在为设备状态的采集、监视和各种模式的控制，相应后台应用与机电设备通信。

图2 城市轨道交通综合监控集成平台框架

（4）界面层：实现显示和操作功能。向操作员提供设备状态信息、列车运行信息、故障信息、报警信息、统计报表信息等，同时，操作员可借助系统提供的一系列工具，在操作员工作站上对远程的设备进行监视、设置、控制等。

2 综合监控集成平台关键策略

2.1 数据建模

为了集成ATS系统，必须建立通用的数据模型。综合监控集成平台采用水平分表，结合星型模型的方式来构建数据仓库模型。具体做法为：将综合监控各个专业的数据结构以功能作为依据进行分类，其中也包含信号专业的设备数据结构。通过分类，将数据记录分散至各类事实表。每类事实表再根据具体特性，设计其私有的维度表。通过这种方式，不仅快速地将事实表的数据级别从千万级降至了百万级，且利用维度表特性，类似于垂直分表的思想，解决了大量的数据冗余问题。典型数据仓库数据模型见图3。

以码位事实表为例说明。码位事实表是实际接收数据源增量数据的数据表，而设备类型维度表、测点位置维度表及设备参数维度表都可以看作是定义表。在第一次完全加载后无特殊情况，其数据量不会产生明显变化。码位事实表中的所有增量数据可以通过数据源中的对应字段直接获取，而所属位置键、所属设备键及参数维度键，则可以通过数据源中的设备综合维度表进行获取。通过该设计可以更好地为后续的数据挖掘、联机分析等作数据支持。

图3 典型数据仓库数据模型

2.2 部署和冗余

综合监控集成平台支撑的各个专业可以灵活部署，并按专业模块进行主备划分的冗余技术。当同样使用双机冗余时，在不降低系统可靠性的基础上，可以充分提高硬件资源利用率，具有一定的先进性。由于集成平台采用模块化设计，在运行时可以将不同的模块分配在不同的服务器上运行。正常情况下，2台服务器同时处理不同任务，保证工作平均分配到2台服务器上；当1台服务器出现故障时，系统会自动将另1台服务器上工作于“备”状态的模块升级成“主”状态（见图4），保证系统正常运行。

当某个专业出现故障的时候，系统不进行整机的服务切换，只进行单个专业的主备切换（见图5）。

2.3 安全性

综合监控集成平台中的ATS功能，虽然不属于故障-安全系统，但由于它通过与列车自动保护系统和列车自动驾驶系统的协调配合，来完成对信号系统的自动化管理和全自动行车调度指挥控制，所以应该达到安全完整性等级的一定要求。安全需求如下：

图4 服务器故障切换

图5 专业故障切换

（1）道岔和信号封锁与解除封锁：包括将道岔封锁在当前位置，道岔封锁解除；终端信号机封锁，终端信号机封锁解除；轨道封锁，轨道封锁解除。

（2）列车在进路中停车与停车解除：人工即时停车功能，使1列、几列或所有列车实现停车；解除停车指令的人工功能，可以人工解除1列、几列或所有列车的停车指令。

（3）临时速度限制：可为CBTC区域内任何区段上的所有CBTC列车建立/修改/取消临时限速。

（4）工作区域：提供建立/撤销临时工作区域的功能。

除了上述的安全需求，有些系统还包括引导、总人解、总取消等。综合监控集成平台对安全需求部分依据EN50126、EN50128、EN50159等标准进行生命周期管理、安全性设计和开发。

3 结论

城市轨道交通集成平台目标是实现监控层和设备层完全分离，统一建模，灵活部署，优势在于：

（1）提高系统的配置性和扩展性，同时又不降低安全性；

（2）涵盖了庞大的、多专业的各类系统数据，可以充分利用大数据的优势更好地为运营服务；

（3）可以减少系统的硬件构成复杂度，一定程度可以缩减工程造价，减少维护工作量；

（4）多专业数据同屏显示，将关键设备数据与行车数据融合，有利于从整体上把握全线各个系统的运行情况，及早对潜在的危险进行识别，保证列车的平稳安全运行；

（5）加深行调、电调、环调及维调等各专业之间的信息融合贯通；（6）可以实现包括ATS在内的多专业之间联动功能。

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[6] 张延松．大规模可扩展数据分析技术研究[D]．北京：中国人民大学，2010．

梁奕：国电南瑞科技股份有限公司轨道交通技术分公司，高级工程师，江苏 南京，210061

江平：国电南瑞科技股份有限公司轨道交通技术分公司，研究员，江苏 南京，210061

责任编辑 王小红

U239.5；U298

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1672-061X（2015）04-0094-03