城市轨道交通线网通信集中监视系统方案研究

吴跃?邢明帅?吴卉?李高科?李鹏航

摘要：现有的城市轨道管理信号令都是以特定的方式或特定的装置来进行传递，而且每一条线路相互之间没有任何的消息传递，都是一个独立的体系，因此不能快速、精确地掌握各个线路的运行状态，尤其是装置的故障。为了解决上述问题，结合现有的数据，进行了城市轨道交通线网信息集中监视的方案的研制。通过对现有的各个系统的故障数据的收集，对其进行了全面的分析与预报，在集中监测中添加了智能的判断功能；只需在现有的网管上增加所需的北向插孔，不会影响原网络的拓扑性，只需增加一个收集与集中监控系统，即可简化实施，降低成本。

关键词：城市轨道交通；线网通信；集中监视系统

目前，一般将传输、专用电话、公务电话、无线通信、视频监控、电源、广播、时钟等八大子系统，称为“城市轨道交通专用通信系统”。这些子系统既有自己的网管系统，也有自己的网管中心，也有自己的数据采集系统。由于缺乏统一的管理体系，因此，要想提升城市的信息化程度，可以尝试整合所有的信息来进行监测，也就是对整个铁路线进行全面的监测与治理。本文所述的办法不只是单一的一个装置，而是对每个运输线路上的八个分系统进行统一的监视与管理。该方法不仅是对各系统的参数进行简单的控制，而且可以实现对设备故障的及时监测和处理。

一、基本介绍

专用通信系统是一种能够保证城市轨道交通运营和管理工作的综合性通信网络，它包括传输系统，公务电话，专用电话，无线通信，广播，时钟，视频监视，电源系统。当前，在城市轨道交通的集中告警中，建立了一个集中监视系统，以达到对整个线网通信系统的监视和报警的目的。线网通信集中监视系统是指通过计算机的网络技术和自身的数据处理功能，对专用通信系统各个子系统进行统一的管理，并将各个子系统的告警情况统一在报警终端上进行集中展示，以便于维护人员及时准确地了解到系统整体的工作状态和故障情况。但是，由于各个区域的规模越来越大，运维体系越来越大，维护成本也越来越高，使得常规的维护工作效率低、强度大、维护成本高，很难适应今后的需求。利用大数据分析技术和人工智能技术，构建了一套智能化的通信信息管理平台，使专用通信系统由规划维修向运行检修过渡，以适应未来城市轨道交通通信运营的需求。

针对不同的体系，现有的管理网络或维修方式不尽一致。像 SDH这样的多个产品，则会涉及多个厂家的 SDH网络管理。这样的网络装置多样化，再加上一些廠商的故障上报协议并不相容，因而产生了整合路网管理的难题。因此，在对信息集中监测系统进行简单的集成时，单纯从原来的网络管理平台上进行集成是不够的。将复杂的网络管理体系统一为一个监控体系，主要有三种方式：第一种方式有三个做法，①集成式的网络管理，即在现有网络的基础上增加一个层次的管理体系；②译文，对需要交流的网络管理体系进行成对的译文；③标定化方法，现有网络管理体系均使用通用的信息模式及函数集合。第二种是现有的技术支持标准（SNMP/CMIP/CORBA）的交互，采用静态的规范说明和交互的动态转换技术。第三种是较为全面的管理方式，但是要把全部网络管理体系全部更换为一个统一的规范，所以目前还只是设想。本论文所述的资讯中心管理解决方法，是针对资讯处理，同时也是为防止各个厂家之间的沟通，使用整合方法，使网络管理与原网络管理的平稳转换；这和通过简单的集成来进行中央监视的方法很相似，也更易于集成。通过这种方式，既可以在现有的管理体系或网络管理体系上增加一个管理者，又可以在新的管理层上对新的管理者进行全面监控，有效地克服了各个部门之间"信息孤岛"的问题。

二、系统构造

在各个系统中，存在着许多的常规的网络管理方法和维护方法，其中一些可以通过对原有的系统进行重组。然而，若采用多层同步数码装置，由于涉及许多厂商，因此同步数码多级网络管理的应用较为广泛。所以，在进行集权管理的设计时，不能简单地从原有的网络管理部门进行集成。要把整个网络管理的错综复杂的网络管理体系进行统一，主要有三条途径：①规范化的通道，即利用现有网络管理的公用信息模式和职能集中化；②转换通道，即网络管理体系与有需要的数据交换；③整合的通道，即现有网络管理体系的一个层次。有一些现有的支持准则可以使用这个转换通道，当信息不多的情况下使用。标准化通道是一种较为完备的一体化网络管理方式，需要将所有的网络管理体系用一个统一的规范来代替。本文提出的是对通信系统进行集中监视，可以通过规范接口协议的方式，避免与各厂家一一谈判，也能在原有网络管理体系内平滑地进行，便于数据的收集及管理。在原有的管理制度和网络管理制度基础之上，对各级的管理进行了统一的监督和控制。

总体上，可以将体系结构分为三个层次：管理层、运行层、应用层。应用层是指数据的集中处理，包含了数据的硬件和软件。在实际的系统中，包括无线系统、传输系统在内的多种硬件系统。而管理监测则是将所有采集到的信息进行整合，使其能够生成新的商业模式。在这些不同类型的异构结构下，高层管理者是专门管理不同类型的网络，而异构子网则各自独立地维护各自的数据库。在此基础上，利用代理层次对原有的系统进行数据的界面进行协调，使其与代理层次相结合，形成一种新型的网络结构[1]。

三、系统功能

集中监视系统是根据各系统的设备网络单元的告警，对各子系统的网络单元进行告警处理，通过对其进行处理，实现对运行人员的告警通知和统计查询。从外部集成各个通信子系统的接口，可以与传输、公务电话、专用电话、无线、闭路电视、广播等服务系统进行报警和恢复。将报警报告传送给外部服务如ISCS ；与时钟系统的定时同步。从软件的设计角度来看，该系统的商业要求主要有：数据采集、数据处理、数据展示。①收集资料。完成对各个子系统的故障报警和报警的实时反馈，并对所收集到的数据进行预处理，将其转化为统一的报警系统的统一数据形式；根据系统和各个子系统之间的协议形式，对各个子接口的数据要求作出相应的回应；负责向全面监测系统提供报警信息。②资料的整理。根据系统的管理战略和数据架构，分析、加工、处理收集到的各种数据，并按照系统的体系结构存储在数据库中。③展示资料。将各个子系统的报警信息集中显示在一个统一的用户接口上，综合分析和处理各个子系统的故障报警信息，实现了对故障信息的归类和统计，并在必要时产生相应的图表和曲线；对存储在资料库中的警报进行询问；实现了对设备的实时图像显示；通过声音和光学的方式对发生的错误的警报[2]。具体功能有：

第一，系统管理。系统的管理是对集中监视系统的基本信息进行管理，其中包括：①机构结构的控制。根据轨道交通的运行方式，采用“线—站”树状的目录体系，对涉及集中监控报警和处理流程的单位和单位的信息进行了整合。②负责用户信息的添加、删除、修改、移动等。③使用权。根据用户和用户组实现权限的控制。④记录行为。完成中央报警数据采集服务，用户操作的日志。⑤设备履历采集。通过与通信系统间的设备履历数据接口或资料性文件导入等多渠道，周期性采集通信系统设备履历数据，保证系统设备履历数据与线路通信系统的一致性。⑥警报等级评估模式。每个预警信号都有警报等级，越是高级的警报，越是要迅速地处理和消除报警。该方法通过将告警权值和告警时长两个维度的矩阵形式来决定告警等级（特大、重大、一般），并对每一种类型的警报定义到对应的警报等级。⑦告警存储。系统具备告警信息的存储、备份管理功能。

第二，系统自动服务。该软件具有许多的自动化操作服务，能够处理数据、转换等实际的业务。①报警和恢复报警。集中监视系统为外部通信系统的报警和报警恢复报警器的常规操作，对报警进行处理，处理后的报警数据可以作为系统的参考。②警报和评价。基于报警等级评价模式，处理报警信息的报警等级，并依据商业准则处理。③警报。中央监控报警系统要求与外部设备进行数据交互，以完成报警的数据传输。④与时间进行协调。本机采用定时与钟表系统进行计时，并具有标准的计时和计时功能[3]。

四、解决方案

（一）硬件系统解决方案

假设A11为传输网络管理NM11执行的信息收集A11；A12是NM12的数据收集代理 PC，它包括一个A12的销售和检查管理系统；在计算机上进行了数据的收集，然后再由路由器R向数据库的 DS发送数据。其中，MIS1、MIS2、MIS3是统一的信息集中监测与管理系统。MIS1-MIS3是全面显示、报警、处理、统计和分析的综合信息。通过这些数据，可以让更多的处理器，监控更广、更完整。若装置网管理提供了一个北方的界面，而另一些则是Q3界面，以便收集时能透过网络，若为串行，则可以透过串行。该方法对硬件的处理方法是非常可靠的，从其安全性的观点来看，可以使整个网络不必经过公共网络，而网络能够为数据的安全保障[4]。

（二）对软件系统的处理措施

对于软件的处理，从两个角度进行：数据的收集与处理。这两种系统都是独立的，是由一个数据库组成的。收集数据是为了创建一个数据库，而对故障数据进行加工是为了对数据库进行管理。但是，由于系统的数据储存方法不相同，所以它的对外传输也是有区别的。所以，一些收集的资料需要按照不同的条件进行程序设计。根据所关心的资料内容，建立一个统一的数据界面，确保软件的扩充与维护。该方法的关键在于对采集到的所有资料进行归类和加工。在此，安全管理是对所有使用此系统的使用者进行严格的约束和控制，从而确保了该系统的安全性；报警系统是对所有的采集的信息进行即时的分析，可以对所有的装置存在的错误进行即时的汇报，并对那些被排除的错误发出警告；在提高设备失效报警的同时，由主管部门对专用维修部门发出的作业单进行业务办理；统计报告是指对报警数据进行统计和简单运算的一种报告；分析预报是指对故障报警的初始数据进行统计和处理。

数据采集模块是为各种独立的系统收集各种不同的数据。因为数据的存储方法是不一样的，即使是同一种产品的网络管理系统，其网络管理的接口也是不一样的，因此，将根据各个系统来进行数据的处理。不同的数据收集方法会造成系统的结构混乱。为了防止不一致性，确保软件的可伸缩性和可维护性，必须针对所关注的资料进行统一的数据界面。该方法见图1：数据收集平台会装载特殊的数据获取DLL（动态链接），以满足不同的不同系统。对于同一系统，数据采集平台与 DLL的数据界面是一样的，并且在數据收集和数据处理方面也是一样的。如此一来，当有了新的装置时，只需将 DLL写入到新的装置中，就可以使整个系统具有很强的可扩充能力。图1简要地列出了三种获取 DLL数据的方式：TCP/IP、RS232和数据库的直接读出。这种差别会在一个单一的资料接口上消除。

在此基础上，将采集到的信息进行归类和整理，从而构成新的商业逻辑。图2显示了该资料处理区的基本职能。其中，安全性管理是指对使用者进行权限的控制；这一单元将保证安全的体系。报警系统对采集到的全部信息进行即时的处理，上报全部的故障值，排除已排除的错误（恢复装置报警）。该系统是指当系统出现新的设备发生错误报警时，向主管维修的单位发出作业指令的业务流程；在完成维修后，有关部门会对接收到的工作进行回执，从而明确了职责，达到了对此项处理的“监管”目标。统计报告是通过对故障报警的历史数据进行统计和简单的运算，从而生成一种特殊的报告表格。通过对故障报警的历史数据进行统计和分析，利用经验方法和曲线拟合方法对装置近期的工作状态进行了检验，从而使对易出现故障率高的装置进行了集中维修，减少了操作中的意外[5]。

五、结束语

本文简单地利用已有的网络管理系统中的故障数据，或者从已存在的网络管理中直接抽取出数据进行集成。在现有的网管系统上增加了所需的北向接口，不会影响原网络的结构，只需增加一个集中的数据收集和监视，就能节省大量的人力成本。集中的数据处理，可以对全网的运作进行整体的设备操作，具有现有的调度系统所没有的作业单业务流程，既可以对设备的操作状况进行集中监测，又可以对设备的维修进行统筹调度。另外，该系统还具有对各种复杂数据进行智能化的分析与预测，并能够依据预报进行针对性维修，提高整体运行的安全与可靠度。

作者单位：吴跃 中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所

邢明帅 金现代信息产业股份有限公司

吴卉 李高科 中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所

李鹏航 北京经纬信息技术有限公司

参  考  文  献

[1] 吴新平，董德存. 城市轨道交通信息集中监控系统的设计与实现[J]. 城市轨道交通研究，2005，8（4）：47-49.

[2] 郝菊香. 城市轨道交通信息集中监控系统的设计与实现探讨[J]. 城市建设理论研究（电子版），2012（32）.

[3] 殷娜. 基于城市轨道交通的综合监控系统的设计[J]. 计算机与数字工程，2015（8）：1429-1434.

[4] 陈雷. 轨道交通综合监控系统中PIS子系统的设计与实现[D]. 陕西：西安电子科技大学，2017.

[5] 程舒婷. 轨道交通运营信息管理系统的设计与实现[D]. 福建：厦门大学，2016.

基金项目：依托城市轨道交通系统测试国家工程实验室-安全监控和应急系统实验室项目“城市轨道交通通信系统路网集中监视系统研究”（2152DZ5301）。

吴跃（1991.01-），男，汉族，北京，本科，助理研究员，研究方向：系统工程研究。