浅谈地铁综合监控系统的网络应用

陆天成

摘 要：本文首先简要介绍了轨道交通发展的背景。通过介绍综合监控系统发展阶段及意义，提出安全稳定的计算机网络对综合监控系统的运行至关重要。接着介绍了综合监控系统网络组成，包括主干层、局域层和现场层网络；接着在组网方式中对单环网与独立双环网组网方式进行了比较分析，给出了综合监控系统采用纯以太网交换机组成独立双环网的组网方案的优点，最后介绍了综合监控系统的结构。结尾引出对系统网络性能的思考，综合监控系统的网络可靠性，直接关系着轨道交通系统的安全运行。为了保证网络稳定安全需要进行网络通断及设备状态更新来检测验证。

关键词：地铁；综合监控；计算机网络

二十世纪以来，随着现代城市化建设的飞速发展，还有城市人口的迅猛增长，导致世界上有许多城市都存在着不同程度的“行路难”和“乘车难”的问题。因此发展城市公共交通、缓解城市交通压力成为了现代化城市建设进程中的两大难题。地铁对城市的地下空间进行了充分的利用，由于在地下空间实施，因此不会阻碍各种地面建筑物，也不会破坏地面景观，并且用高速、便捷的方式解决了城市内大客流运输的难题。地铁，相比于其他城市交通工具而言，具有运量大、速度快、无污染等巨大优势，因此地铁已经变成了城市交通现代化的标志之一。

第一章 综合监控系统的发展阶段

高水平的自动化系统是实现城市轨道交通安全、高效的运行的重要保证。自动化系统随着城市轨道交通技术的不断发展，也相应经历了大概三个发展阶段；人工监控系统、分立监控系统、综合监控系统。

地铁综合监控系统，是采用统一的计算机硬件、软件平台，将地铁各专业自动化子系统集成到一起，通过统一的计算机网络平台，用统一的软件系统支持，将所有子系统进行集成化管理。综合监控系统基本框图如下图所示。

在轨道交通综合监控系统的发展历程中，综合监控系统类型按照集成方式与深度分为三类：信息综合管理系统、顶层集成的综合监控系统、深度集成的综合监控系统。

信息综合管理系统是在轨道交通运营指挥中心（Depot Control Center，OCC）建立一个局域网，将已建好的轨道交通各子专业分立自动化系统的必要信息综合在一起，实现信息共享但只监视不控制。这类系统一般是在原有分立系统建好的基础上采用的补充措施，集成的范围与深度有限，难于实现全面的综合监控系统功能，国内早期线路如南京地铁二号线综合监控系统采用此种结构，但近期新建的线路思路已基本淘汰了此种结构。

顶层信息集成综合监控系统是在 OCC 和车站的监控层将部分子系统集成和互联起来构成综合监控系统。虽然，在车站将被集成子系统拦腰截为两截，在纵向原来的系统分为两个不同软件平台支持的两部分，降低了系统的性能，但这类系统可实现信息共享，实现综合监控功能，深度集成的综合监控系统时采用同一软件平台将被集成的子系统完全集成在一起。被集成子系统的中央层、车站监控层和控制层被集成在综合监控平台上，它们的功能都由综合监控软件来实现，以数个被集成子系统的集成平台为基础再将被互联子系统接入，构建起一个功能强大，体系结构完整的综合监控系统。但由于综合监控系统首要目标是要求运行稳定，深度集成基于现有的技术水平要求太高，特别是信号系统。目前，国内新建的地铁线路综合监控系统多采用技术比较成熟的 BAS 系统功能、SCADA 系统功能集成，其余系统互联的结构，如广州地铁。

总的来看，轨道交通综合监控系统伴随着软、硬件技术的成熟，深度集成的综合监控系统是必然的发展趋势。计算机网络作为各系统之前数据交换的基础承载网，是重要的综合监控系统基础网络。一个结构清晰、容量充足、性能安全稳定的计算机网络对综合监控系统的运行至关重要。

第二章 综合监控系统网络构架

计算机网络系统是综合监控系统的数据传输通道，综合监控系统网络从物理结构的角度，综合监控网络系统可以分为就地级网络、车站局域网、中央级局域网和骨干网。综合监控系统网络结构图。

从应用类型的角度，综合监控网网络系统可分为现场层、局域层和主干层。现场层网络将各个监控对象连接起来汇集到车站级局域网，各个车站局域网将车站设备连接起来通过主干网汇集到控制中心。

2.1 综合监控系统主干层

地铁专用通信系统是一个相对独立的、专用的综合业务数字网，能与市域的功用通信网络互连互通。专用通信系统连接通道主要依靠通信传输系统。传输系统采用的是一种基于光纤技术的光传送网（Optical Transport Network，OTN），将各种不同业务类型集成到一个网络。它能实现几乎所有的的语音、数据、以太网以及图像业务的接入和传输，对于像轨道交通类型的采用混合业务的延伸性网络，OTN是一种非常理想的解决方案。

传输系统支持1000Mb/s、100Mb/s、10Mb/s、E1、RS-422等业务接口。为专用电话系统、无线通信系统、公务电话系统、时钟和同步系统、信息网络系统、集中告警系统、自动售检票系统、列车自动控制系统、门禁系统、综合监控系统（包含广播、闭路电视监视、乘客信息、防灾报警、机电设备监控、电力监控等系统的信息）等各类系统提供语音、数据及图像信息传送服务。专用通信配备96芯光缆，上下行区间各敷设1根。专用通信光缆也为信号系统、综合监控系统、火灾自动报警系统、自动售检票系统、民用通信系统等提供节点间互联用的光纤。

2.2 综合监控系统局域层

局域层网络即控制中心、各车站、车辆段的局域网。中央级局域网（控制中心）采用冗余的工业级交换式 100/1000Mbps 以太网，车站、车辆段、培训中心采用冗余的工业级交换式 100Mbps 以太网。 在控制中心，BAS、PA、CCTV、SCADA、FAS、门禁系统（Access Control system ，ACS）、自動售检票系统（Automatic Fare Collection ，AFC）、乘客信息系统（Passenger Information System ，PIS）、时钟系统（Clock ，CLK）等系统直接或通过通信服务器接入综合监控系统控制中心局域网。在车站，BAS、PA、CCTV、SCADA、屏蔽门系统（Platform Screen Door ，PSD）等直接或通过通信服务器接入综合监控车站级局域网。

第三章 综合监控系统组网方案

综合监控系统承载网络规模庞大，在确定组网方案之前，应从最根本的网络结构开始考虑，并结合网络自身必须具备一定的故障排除及快速自愈功能等首先明确网络的基本架构。这涉及到网络今后的施工、调试难度及运行状况。相对于轨道交通建设行业，各系统专业在建设时期存在着密切的关联，例如，通信系统 OTN 主干网尚未建设好，就无法给综合监控系统划拨带宽，综合监控系统无法调试。然而综合监控系统无法调试会影响到与之集成、互联的 CCTV、PA（广播）、SCADA（电力监控）等系统的运转，所以一个好网络架构的确定，有助于提高网络的运行效率，降低网络的建设、运行和维修成本，便于今后网络的扩展和互联，同时还对于工期进度的影响起着至关重要的影响。当然，网络架构的确定一定要本着节约、实用的原则，要考虑到运营后人工维护、扩容、或故障修复时影响范围，做到维护及扩容是产生影响最小，否则失去了网络建设的实际意义。

3.1 主干系统

综合监控系统骨干传输网一般由纯以太网主干系统和光传输主干系统两类组网构成，采用光传输主干系统由于网络数据的骨干传输依赖光传输网，光传输网宽带目前应用于适合轨道交通行业的品种很少，宽带利用率不高，并且在平日对设备维护时，对各种不同厂家的网络设备维护困难，增加了作业工作量的同时，对于讲求高效的轨道交通行业来说中间环节多，故障不便于诊断也是重点困扰，所以国内轨道交通行业目前一般采用以太网单独组网的主干系统，各车站综合监控网络交换机之间不经过第三方传输平台，采用独立的光纤线路作为骨干传输通道，利用综合监控网络交换机自身的协议组建环网。

3.2 组网方式

采用纯以太网交换机组成主干网络一般有两种组网方式，即单环网组网方式与独立双环网组网方式，由于单环网组网適用于所连接设备较少的类型，而综合监控系统是一个集成、互联多系统的平台，承载网络规模庞大，并且单环网的冗余能力低。现在国内轨道交通线路一般采用独立双环网组网方式，各车站共享带宽，进一步提高了系统可用性，增强系统的自愈能力，不仅具有单环网所有的优点，还可以灵活地对网络进行扩容，同时对多点故障也能顺利地收敛，保证数据顺利传输，冗余性能好，虽然前期投资相应加大，但作为重点工程，安全、可靠、高效应该是轨道交通工程重点恒量的指标。

3.3 综合监控系统结构

综合监控系结构可分为两大部分；硬件与软件。

综合监控系统的硬件分为三层，第一层中央级综合监控系统，是由各种服务器、网络设备、工作站、打印机、综合显示屏等构成。第二层车站级综合监控系统位于各车站、车辆段，是由服务器、网络设备、工作站、打印机、综合后备盘等构成。第三层现场级包括各集成系统的控制层设备。

综合监控系统的软件构成包括数据接口层、数据处理层、人机接口层。数据接口层主要是通过C306前段处理器机器软件完成数据采集和协议转换；数据处理层对收集到的各集成互联系统数据进行分析处理、人机接口层通过HMI人机界面系统处理人机交互，从车站和中央服务器获取数据，在操作站上显示人机界面，完成各种监控操作。

第四章 综合监控系统网络性能思考

轨道交通综合监控系统监控着所有系统的设备运转以及各种数据，直接关系着轨道交通系统的安全运行。因此，综合监控系统的网络可靠性非常关键，是轨道交通综合监控系统在建设的时候主要考虑的因素。综合监控系统如果发生网络瘫痪，将会直接影响轨道交通的正常运行，甚至有可能导致安全事故的发生。对这个系统影响较大，因此要提前去测试综合监控系统网络是否能经得住极限或灾害情况的需求。当有突发状况发生时，要保证设备运行不会因为网络问题造成重大故障。

综合监控系统是否处于正常运作情况，最基本的是通过各层网络通断来判断，所以首先要通过计算网络最大流量与最大设计带宽进行分析。但有的时候网络性能并不能仅仅通过通断来评价，如果网络延迟很高，综合监控系统从与相关系统的接口接收信号延迟就高，设备状态更新时间就长，调度人员或车站控制室人员很有可能通过工作站屏幕观察到的是非正确设备状态信息，易造成判断错误。所以通过网络通断及设备状态更新时间来进行网络评价具有可行性。

第五章 结语

安全运行是轨道交通运行的核心需求，也是最重要的需求。综合监控系统不仅要在设计阶段保证结构合理，更要关注系统的安全问题，保证市民乘坐轨道交通的安全。

综合监控系统的稳定直接影响着轨道交通的安全运营，系统在日常运行中会出现各类故障，一般情况下，这些故障不会在同一时间、地点发生，但灾害或极端情况下一旦发生，如果系统自身不具备处理突发情况的能力，那后果将非常严重，因此设计一套综合监控系统网络稳定性测试方案，通过分析和测试来验证系统性能。这将是我们接下来应该重点关注的课题。

参考文献：

[1]阳若宁，城市轨道交通综合监控系统的组成与应用[N].湖南广播大师大学学报，2011.3：53-56.

[2]叶浪，我国地铁现状及发展的必要性研究[J].才智，2013.3：57-59.