地铁综合监控系统关键技术研究与应用

穆怀远

摘要：综合监控系统为地铁的运营提供了一个集中监控、集中调度和管理的平台。本文从地铁综合监控系统的概念出发，论述了综合监控系统的组成和结构，并结合长沙轨道交通1号线的综合监控系统的建设经验，探讨了综合监控系统中控制权限移交、联动功能设计、接口主备路径探测等关键技术问题，并给出相应的实现方法，为其他地铁综合监控系统项目的设计与实施提供参考。

关键词：地铁；综合监控；系统结构；关键技术

中图分类号：U231.92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0090-02

1 前言

由于地铁分立式自动化系统具有各专业信息孤立[1]、不利于运营管理与统一调度的缺点，近年来已逐渐由综合监控系统所取代。地铁综合监控系统是一个大型分层分布监控系统，通过与各专业系统集成与互联的方式，实现统一监控、互联互通、设备集中管理和维护、资源共享、以及紧急与突发情况下事件的及时处理与控制，从而提高地铁的整体运营管理和调度水平。

2 地铁综合监控系统结构

2.1 总体结构

综合监控系统总体上分为中心级、车站级（含车辆段）和现场级三层结构[2]。中心级负责全线车站设备的监控、以及对全线车站各专业的统一调度和控制。车站级负责本车站或相邻车站设备的监视与操控，根据运营的管理需求不同，又分为车站平行模式和车站组群模式。车站平行模式中，各车站系统之间相互独立、地位平等，通过环网连接；车站组群模式是群组内车站采用星型结构，由一个轴心站和若干卫星站组成，群组内车站主要监视和控制功能由轴心站完成。现场级通过各专业子系统内部监控和车控室的IBP操作盘监控的方式来实现。

长沙轨道交通1号线综合监控系统采用三级结构设计，车站级采用车站平行模式，该模式结构简单，各车站服务器负载均衡，有助于降低设备故障风险。

2.2 硬件系统

综合监控系统的硬件部分主要分为系统主干网、车站综合监控系统和中心综合监控系统三大部分。

2.2.1 主干网结构

综合监控主干网是连接各车站、车辆段综合监控系统和中心综合监控系统的纽带，是各系统之间数据传输的通道，也是整个系统结构的基础。为了提高系统的稳定性，目前综合监控主干网通常都采用单独光纤通道传输。

考虑到整个系统网络的稳定性，综合监控主干网通常采用冗余的双环网结构，以便当某部分网络出现故障时，系统能够及时通过网络冗余切换来保障整个系统的网络通畅。双环網冗余结构一般有两种，一种是相互独立的双环网结构，一种是级联双环网结构。

独立的双环网将车站和中心设备分别连接至两个独立的主干环网，两个环网内设备采用相互独立网段的IP地址，在各节点处双网交换机没有关联。该结构在单个环网中设备故障时，通过软件切换到另一个环网上进行数据传输。

级联双环网的结构是在各节点处双网交换机之间进行级联，两个环网内设备采用同一网段的IP地址。这种结构的好处是设备的IP规划比较简单，但是对网络风暴的应对性较差。

根据实际需求，长沙轨道交通1号线采用独立双环网结构，两个环网分别为A网和B网，车站和中心分别设置A、B网交换机，各节点的综合监控设备采用双网卡分别与A、B网的交换机相连。长沙轨道交通1号线综合监控系统环网拓扑图如图1所示。每个环网内部设置物理上连接、逻辑上断开的虚拟断点，防止成环。当某个环网内的交换机故障时，综合监控的平台软件通过网络探测和和切换机制，切换到另一个环网上进行数据传输，从而保证系统通讯不受影响。

2.2.2 车站综合监控系统结构

车站（含车辆段）监控系统负责车站系统内于之相连接的各子系统数据的采集及监控，主要包括车站双网交换机、冗余服务器、冗余前置机、冗余双屏值班员工作站及打印机等设备。这些设备通过车站子网连接在一起，组成一个有机整体完成对车站设备的监控，并通过交换机连接综合监控主干网，与控制中心进行通讯。

除此之外，车站还配备有综合后备盘（IBP）盘，用于紧急情况下的应急操作。一般适用于综合监控系统或操作界面故障情况下的临时操作或者火灾等其他特殊紧急情况下的人工干预操作。IBP盘的盘面布置根据需求来确定，一般包含BAS隧道系统、大、小系统、扶梯；FAS系统消防水泵；屏蔽门、门禁、闸机的紧急开门；信号的紧急停车等操作按钮。

2.2.3 中心综合监控系统结构

中心综合监控系统不仅监控与本系统连接的子专业系统设备，还需要监控整条线路所有车站设备的运行情况，并增加了与调度管理相关的其他功能要求，因此系统硬件配备更高、更完备。一般配置有双网交换机、冗余实时服务器、冗余前置机、冗余历史服务器、磁盘阵列、磁带记录装置、调度员工作站（总调、电调、环调、信调等）、大屏幕系统（OPS）等设备。

2.3 软件结构

综合监控软件结构总体上说可分为数据采集与转换层、数据处理与存储层、数据应用显示层。数据采集与转换层作用为采集各接口专业的数据并进行协议转换，转换为软件平台数据内部统一的数据结构，并将上次发送的控制命令转化为报文发送到对应的接口；数据处理与存储层对数据进行二次处理，例如取反、赋值等计算，然后将数据存放于实时数据库及历史数据库供数据应用显示层调用或查询；数据应用显示层将数据值以可视化的方式通过界面呈现给监控人员，并将操作员的控制操作信息反馈给下层。如图2所示。

3 关键技术分析与实现

3.1 控制权限移交技术方案及实现

为防止不同操作员操作同一设备时造成的设备损坏以及引发其他故障，综合监控系统需要对控制权限进行管理[3]。从综合监控的角度看，对于某个设备来说，通常控制级别分为中心控制、车站控制和就地控制，这三者当中，中心控制和车站控制属于互斥关系，而就地控制又和中心控制或车站控制属于互斥关系。出于设备检修、维护以及应急情况处理的需要，设就地控制拥有最高控制权，当设备出于就地状态时，中心与车站均不能进行操作。正常情况下，设备处于远方位，供操作员在综合监控界面进行操作。endprint

综合监控通常对电力（PSCADA）和环控（BAS）专业设定控制权移交方案。

（1）根据需求，长沙轨道交通1号线PSCADA系统，就地级权限分为整站变电所控制和单个设备就地控制。单个设备就地控制拥有最高控制权限，其次是变电所控制，变电所有权控制整所的控制权是在本所还是在综合监控（中心控或车站控）。这样，综合监控系统仅需对设备的就地和变电所控制的状态进行判断并对界面控制操作加以限制，而对中心、车站两级权限做移交功能即可。PSCADA权限默认在中心，由电调操作员进行控制，在调试等特殊情况下，电调可将权限由中心移交给车站，中心可对控制权强行收回。当综合监控系统故障时，电调给变电所下达命令，变电所操作员将权限收回至变电所操作。如图3所示。

（2）对于BAS系统，就地级权限分为环控室控制和单个设备就地控制。同样设备就地控制控制权最高，其次是环控室控制。由于中心和车站操作员对环控设备都需要进行操作，因此中心和车站两地都可以对控制权进行移交，并分别可以具有强制收回。

3.2 联动技术方案及实现

综合监控系统可以跨越各子系统进行信息交互，因此可以实现不同系统间的联动功能。联动按类型分有日常运营联动、火灾联动和阻塞联动；按触发类型又可分为自动、半自动和手动[4]。

长沙轨道交通1号线的联动主要有车站火灾联动、区间火灾或阻塞联动、到站广播联动几种。

（1）车站火灾联动设计方法是当车站任何区域火灾时，火灾报警系统（FAS）探测设备发出信号，综合监控收到信号以半自动方式触发本站的火灾联动，车控室操作员收到界面的提示信息确认执行联动后，触发广播（PA）和乘客信息（PIS）系统播放疏散提示信息。与此同时FAS系统将火灾信息传送给BAS系统执行相应火灾模式，通过硬线连接方式传给门禁及闸机系统释放客流疏散。灾情消除后，FAS探测设备复位并将信息传给综合监控，综合监控以自动方式联动PA停止。

（2）区间火灾或阻塞联动设计在控制中心由环调操作员监视操作。区间火灾时，由区间FAS探测设备发出信号给BAS系统触发某个区间火灾模式，此时中心综合监控界面上或出现相应火灾提示，环调收到提示在当前界面可快速通过按钮手动触发相应模式执行。区间阻塞时，ATS系统发出信号给综合监控，同样环调手动相应的阻塞提示时，通过手动方式触发模式执行。

（3）到站广播联动设计在各车站的综合监控系统执行。ATS系统将各站台的列车“即将到站”和“已到站”信号传送给中心综合监控系统，中心综合监控系统再将各站台的到站信息传送的相应各车站，车站综合监控系统收到信号后自动触发对应站台广播区播放到站广播信息。

3.3 接口通讯状态监视技术方案及实现

对于综合监控系统，接口的通讯状态直接关系着对应子系统的监控功能的实现。综合监控系统一般是通过数据接口层的软件进程来判断与子系统的接口状态。对于拥有主备冗余通道的接口来说，除了必须要监视主通道的通讯状态，还应尽可能监视备通道状态，以便维护人员及时发现通道上问题。

长沙轨道交通1号线采用在主通道正常收发报文、在备通道的发送探测报文的方式来监测主、备用通道的通讯状态。该方式与网管系统的单纯在物理链路层面探测主备通道连接状态的方式相比，不仅能探测物理链路的通断，还能探测对方通讯服务以及通讯格式方面的异常，方面维护人员管理。

4 结语

隨着综合监控在国内地铁系统中的广泛应用，其相关技术也变得越来越成熟，在未来拥有广阔的发展空间。长沙轨道交通1号线于2016年6月28日开通试运营，至今已有半年有余，综合监控系统整体运行状态良好。长沙1号线综合监控项目的实施，体现了我国地铁综合监控系统已拥有较高的技术水平，并为日后综合监控系统的发展起到了推动作用。

参考文献

[1]徐杰，贾利民，秦勇，王艳辉，王卓.城市轨道交通综合监控平台系统集成的研究.自动化与仪器仪表，2015，（10）：107-112.

[2]张芳.苏州地铁综合监控系统集成关键技术研究.科学之友，2013，（02）：135-137，139.

[3]钟辉.综合监控系统控制权限移交方案分析.电气化铁道，2014，（05）：41-43.

[4]李强.地铁综合监控系统应用发展研究.自动化与仪器仪表.2015，（10）：112-113，116.endprint