城市轨道交通新型线网级综合监控系统研究与分析

卢 静

综合监控系统（ISCS）是城市轨道交通线网/路运营管理的核心组成部分，与城市轨道交通多种应用系统进行集成与互联，例如电力监控系统（SCADA）、火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、信号系统（ATS）、自动售检票系统（AFC）等。综合监控系统构建统一的信息监管平台，通过群组控制、模式控制和点动控制的方式，保障多系统实现节能高效、协调稳定的自动化工作，有益于提高轨道交通的运营管理效率和智慧化建设标准［1-3］。

近几年，城市轨道交通综合监控系统的传统技术方案已在多个城市广泛应用，但是系统层级架构仍存在一定的不足。传统的技术方案中通常采用线路级、车站级和现场级3 级系统架构。一般具有多条轨道交通线路的城市，通常按线路分时序建设、独立运营管理，分别构建综合监控系统的多层级架构。而单条线路的综合监控系统在线路级系统和车站级系统，分别设置应用服务器，设备数量较多且资源利用率低，部分应用功能重叠，存在相同数据在线路级、车站级重复处理，数据流向复杂等问题［4-5］。为此，本文在分析传统综合监控系统架构的基础上，提出一种新型线网/路综合监控系统架构，该新型综合监控系统已在呼和浩特城市轨道交通1、2号线应用。

1 传统综合监控系统架构

城市轨道交通综合监控系统典型的系统架构采用分层、分布的处理模式，分为线路级综合监控系统、车站级综合监控系统和现场级设备［6-7］。线路级和车站级综合监控系统均部署应用资源，承担被集成和互联系统的监控和联动控制业务。传统综合监控系统架构见图1。

图1 传统综合监控系统架构

1.1 线路级综合监控系统

线路级综合监控系统负责本条线路多个车站被控设备的状态信息采集和报警、相关联动设备的控制、应急情况下的设备监视、系统维护和诊断、权限管理等业务。主要由线路级冗余实时服务器、线路级历史服务器、调度员工作站、冗余前端通信处理器、网络管理系统、培训管理系统、仿真测试平台、系统网络和系统软件等组成［8］。

1.2 车站级综合监控系统

车站级综合监控系统负责本车站被控设备的监视与控制，报警管理与报表生成，系统组态等业务。主要由车站冗余实时服务器、前端通信处理器、调度员工作站、系统网络和系统软件等组成。

1.3 现场级设备

综合监控就地集成系统，如FAS、BAS、SCADA等构成现场级设备。这些系统的设备状态可由综合监控实现集成式的系统组态，将其作为综合监控系统的一部分。

2 新型线网级综合监控系统

新型线网级综合监控系统也采用3 级架构，包括线网中心级系统、站段级系统和现场级设备。与传统3 级系统架构相比，新型线网级综合监控系统对系统架构进行了优化，并对线网中心级和站段级系统的功能及应用部署重新定位。其中，线网中心级系统分为主用中心级系统和灾备级系统，负责全线网范围内各站段级综合监控系统的业务集中处理；站段级综合监控系统负责对本站段范围内的被控设备进行数据采集和联动控制操作。新型线网级综合监控系统架构见图2。

图2 新型线网级综合监控系统架构

新型线网级综合监控系统采用中心集中处理的应用架构，取消了传统架构下的车站冗余实时服务器，在线网中心集中设置历史服务器和实时服务器，集中处理线网管辖范围内多条线路和车站的各类数据信息。简化了传统综合监控系统数据处理的层级和步骤，精简了多层级分布式的业务处理模式，使相同数据在不同层级之间的处理流向更为清晰。

2.1 线网中心级综合监控系统

线网中心级系统承担该区域内所有线路及其所辖站段的全部数据处理业务，将多条线路的站段级系统数据集中到线网中心级层面，设置线网主用中心级系统和线网灾备中心级系统双中心系统架构见图3。

图3 线网中心级综合监控系统架构

2.1.1 线网主用中心级综合监控系统

线网主用中心级综合监控系统由冗余中心级应用服务器（集群化部署）、冗余中心级数据库服务器、冗余中心级前端通信处理器、线网级调度员工作站、网管系统、冗余中心级以太网交换机及系统软件构成。网管系统设置于主用控制中心，由网管服务器和网管工作站等设备构成。其中，冗余中心级前端通信处理器、冗余中心级应用服务器、冗余中心级数据库服务器、网管服务器需配置操作系统、应用软件和数据库软件；线网级调度员工作站和网管工作站需配置操作系统、人机接口界面应用软件和人机接口界面组态数据等。

2.1.2 线网灾备中心级综合监控系统

线网灾备中心级综合监控系统由集群化部署的单机线网中心级应用服务器、单机线网数据库服务器、主备冗余的前端通信处理器、灾备工作站、打印机、培训管理系统、设备管理系统、主备冗余的中心级以太网交换机及系统软件构成。培训管理系统设置于灾备中心，由仿真测试平台、培训管理服务器、培训管理工作站等设备构成；设备管理系统设置于灾备中心，由设备管理服务器、设备管理工作站等构成。相关软件中，前端通信处理器、中心级应用服务器、线网数据库服务器、培训管理服务器和设备管理服务器需配置操作系统、应用软件和数据库数据软件；灾备工作站、设备管理工作站和培训管理工作站需配置操作系统、人机接口界面应用软件和人机接口界面组态数据等。

与传统综合监控系统服务器配置方式相比，新型线网综合监控系统采用扁平化的部署方案，改变了传统线路级和车站级系统均部署应用服务器的分层、分布式处理部署方式，简化了数据处理的层级和步骤，提高了综合监控系统的资源利用率，便于统一管理和降低运维成本。为保证线网中心级综合监控系统的稳定性，根据被监控系统的设备点数，对线网级系统应用服务器进行集群化部署，按照区域划分，以3～5 个车站数量为单位，每区域配置1对双机热备的实时服务器［9-11］。

2.2 站段级综合监控系统

站段级综合监控系统主要由主备冗余的前端通信处理机、接入以太网交换机、车站值班员工作站和系统软件构成，系统架构见图4。站段级系统不设应用服务器，仅保留设置值班员工作站。站段级直接与线网级系统互联，负责本站段范围内监控设备的联动功能和紧急情况下的后备控制功能。

图4 站段级综合监控系统架构

站段级综合监控系统利用传输系统连接线网主用中心级系统和灾备中心级系统，实时上传站段级的基础数据和接收中心级的控制命令。

2.3 现场级设备

综合监控就地集成系统如FAS、BAS、SCADA 等，作为综合监控系统的现场级设备，可根据运营部门对于集成模式的要求进行调整，也可与传统模式保持一致。

3 数据流向分析

为保障系统的稳定运行和正常运维，新型线网级综合监控系统设置了正常模式、灾备模式和车站后备模式的不同数据采集和恢复机制。

3.1 正常模式

新型线网级综合监控系统正常模式下的数据流向，如图5 中黑色实线箭头所示。站段级综合监控系统利用传输系统搭建的通道，将数据上传至线网主中心和灾备中心。线网范围内的全部实时数据均在线网主中心应用服务器中运算，处理后的监控数据实时发送至线网主中心的线网调度员工作站和各车站值班员工作站。同时，灾备中心实时复制线网主中心的监控数据，并将监控数据展示在灾备工作站。

3.2 灾备模式

新型线网级综合监控系统灾备模式下的数据流向，如图5 中黑色空心箭头所示。在线网主中心出现故障，无法正常工作的情况下，为确保线网级系统业务的连续正常运行，由线网灾备中心接替主中心的工作，将站段级前端通信处理机获取到的数据，经线网灾备中心服务器实时运算处理后，发送至灾备工作站和各车站值班员工作站，确保关键数据的连续性。

3.3 车站后备模式

新型线网级综合监控系统的车站后备模式下的数据流向仅限于独立车站内，如图5 中黑色虚线箭头所示。当线网主中心和灾备中心均发生故障时，采用站段后备工作模式。站段级系统中车站值班员工作站具有车站后备功能，可独立承担本站段范围内实时数据的计算和存储。为确保数据的完整性，当主中心和灾备中心恢复正常时，后备车站工作站将故障区间数据上传至线网主中心和灾备中心。

图5 新型线网级综合监控系统数据流向

4 结束语

随着城市轨道交通信息化和智能化的发展，新型线网级综合监控系统实现了对线网架构的全面融合，减少了中心级和站段级系统应用架构中服务器配置的数量，提高了系统硬件设备的运行效率，降低了系统能耗，有效地减少了建设投资和运营成本，为智慧轨道交通系统融合和云计算部署打下坚实基础。