基于Web技術應用的軌道交通綜合監控系統方案探討

◎ 廣州地鐵總公司建設總部 趙 馳

1 引言

軌道交通綜合監控系統是一個大型的計算機集成系統，作為軌道交通的綜合指揮調度平臺，集成了變電所自動化系統（PSCADA）、火災報警系統（FAS）、環境與設備控制系統（BAS）、屏蔽門系統（PSD）、防淹門（FG）、門禁系統（ACS）等子系統，同時與廣播系統（PA）、閉路電視系統（CCTV）、列車信息系統（TIS）、乘客信息導向系統（PIDS）、自動售檢票系統（AFC）、信號系統（SIG）、時鐘系統（CLK）等多個子系統進行互聯。綜合監控系統可以實現對軌道交通系統中主要弱電系統的監視、控制，協調各子系統之間聯動，滿足地鐵日常運營和應急指揮的需求。

目前軌道交通綜合監控系統的建設在國內已形成了蓬勃發展的趨勢，其重要性日益得到用戶與業內專家的認可。因此，如何進一步提高綜合監控的使用價值和效益，成為當前軌道交通綜合監控系統重要的研究目標之一。在珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段工程（簡稱“廣佛線”）綜合監控系統項目設計和實施過程中，通過基于web技術的功能擴展，把兩個傳統上分離的系統-綜合監控系統與企業管理系統集成連接，實現生產調度（地鐵運營）與企業管理的管控一體化。

2 傳統的綜合監控系統架構與特點

傳統的軌道交通綜合監控系統是一個基于C/S架構的局域網計算機應用系統，分為客戶機和服務器兩層，通過把應用軟件的計算和數據合理地分配在客戶機和服務器兩端，有效地降低網絡通信量和服務器運算量。但是由于服務器連接個數和數據通信量的限制，這種結構的軟件適于在用戶數目不多的局域網內使用。 （如圖1）

由于軌道交通綜合監控是一個專有的工業級計算機監控系統，對于數據的安全性、實時性要求很高，因此，傳統的軌道交通綜合監控系統架構可以滿足數據安全性、實時性的要求。但是隨著城市信息化的發展、數字城市概念的形成，傳統的軌道交通綜合監控系統采用的局域網絡和C/S架構都不能滿足遠程訪問的需求，使得綜合監控系統與企業管理系統完全獨立，信息互通困難，形成了信息和管理孤島。因此，使用web技術對傳統的綜合監控系統進行功能擴展，通過基于B/S的軟件架構，將綜合監控系統與企業管理系統連成一體，成為軌道交通綜合監控系統的發展趨勢之一。

圖1 傳統的軌道交通綜合監控系統架構示意圖

3 基于web技術應用的綜合監控系統方案

3.1 設計原則

1）易用性

2）先進性

3）可擴展性和可升級性

3）國際標準性和開放性

4）安全性和可靠性

5）成熟性和穩定性

6）易管理和易維護性

7）高性能

3.2 架構設計

基于web應用的綜合監控系統架構，在設計時需要充分考慮架構的健壯性、可擴展性、可互操作性、穩定性、可移植性和安全性等因素。

系統的基礎硬件環境包括：應用服務器、web服務器、頁面管理發布終端機以及網絡通道等。

為保證基于web應用的功能擴展對已有的綜合監控系統實時性、數據安全性不產生影響，需要增加網絡防火墻，對運營層的局域網絡和管理層的企業網絡進行隔離。

系統架構示意圖（如圖2）

圖2 基于web應用的軌道交通綜合監控系統架構示意圖

1）應用服務器。應用服務器上安裝了ISCS信息獲取模塊：TransActiveProtal，該模塊并通過多種適配器定義的接口，獲取ISCS系統的實時、歷史數據及報警數據，保存入數據庫或內存中。同時，TransActiveProtal模塊還提供了多種WebService服務，用于實時頁面顯示和統一權限認證。

2）頁面管理發布終端。安裝頁面管理發布模塊TransActiveWeb，該模塊用于定制網頁模塊、內容、樣式，并實現網頁發布功能。此外，它具有良好的可擴展性，可從報表子系統、ISCS子系統獲取各類信息，如報表匯總信息、報警故障信息等，并及時發布到web服務上。

3）web服務器。安裝有Tomcat、 MySQl等應用軟件，用于相應用戶通過瀏覽器瀏覽和查詢相關信息，如監測地鐵運行的實時狀態、報警、故障信息等。

系統硬件和應用軟件配置清單（如表1）

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系統軟件架構采用分層設計思路，采用面向對象的技術進行系統設計和實現，三層架構，分別為數據層、業務邏輯層和表示層，構造了一個完整的三層次（3-tier）或多層次（N-tier）應用，保證了整個應用系統的總體可用性。

此架構不但能夠很好的滿足系統的業務需求，而且具有較好的擴展性和安全性，具備強大的技術升級能力，支持跨平臺，可以在各種主流硬件平臺和操作系統上運行，使用瀏覽器就可以訪問、管理整個系統平臺。

3.3 功能設計

基于web應用的綜合監控系統擴展了B/S架構方式的應用，主要包括：（如圖3）

圖3 基于web應用的綜合監控系統功能模塊示意圖

1）數據存取

通過TransActivePortal的數據處理引擎，定制各類適配器，可有效從ISCS系統及其他第三方系統獲取各類信息，如現場實時/歷史數據信息、設備報警、故障信息等。

2）遠程實時監測

TransActivePortal模塊通過ISCS適配器，可以從ISCS系統快速獲取實時數據，并通過TransActiveWeb模塊呈現在Web頁面上，遠程使用瀏覽器就可以實時監測地鐵運行情況。

3）遠程數據分析和故障偵測

通過TransActiveWeb模塊，我們可以方便在WEB頁面上訂閱和查詢歷史數據的趨勢信息，并提供必要的歷史趨勢分析，有助于故障排查和故障偵測。

4）業務查詢及報表匯總

系統提供友好的人機界面，把各類報表報表、重要報警匯總、重要故障統計匯總等信息顯示在頁面上，并可支持多維度的查詢。

5）web權限認證

TransActivePortal模塊具有權限認證適配器，與ISCS系統的權限認證系統無縫集成。同時，TransActivePortal模塊提供了權限認證WebService服務，從而對訪問網站的用戶進行權限認證和審計追蹤。

6）站點維護

通過頁面管理發布系統TransActiveWeb模塊，可對頁面、樣式、模版進行靈活定制、調整及發布，維護web站點設備及服務。

3.4 數據流向

基于web應用的綜合監控系統數據流，根據數據類型的不同，其數據調用的方式和數據流向也不相同。從WEB頁面展示給用戶的地鐵運行數據，可以分為兩大類：實時數據、歷史數據。

實時數據，是指當前時刻從地鐵運行現場獲取的數據；歷史數據是指一段時間之前從地鐵運行現場獲取的數據。

基于性能考慮和應用需求，這兩類數據的獲取方式存在一定差別。詳細數據流向如下：

1）實時數據：通過TransActivePortal模塊提供的接口，web子系統可以直接從綜合監控軟件平臺獲取實時數據，并借助于TransActiveWeb顯示在瀏覽器頁面上。

2）歷史數據：對于歷史數據，首先通過TransActivePortal模塊的數據庫處理引擎，定期把ISCS的工業歷史數據放入web網站數據庫中。當用戶通過web瀏覽報表、匯總信息時，TransActiveWeb借助于TransActivePortal，獲取并呈現web網站數據庫的相關數據。

3）歷史數據的保存。web系統通過數據轉換引擎從ISCS數據庫獲取歷史數據信息，并保存在web數據庫中。對于數據容量的大小，估算如下：按照1個數據點1天平均變化次數500次，每個信息點占的數據空間是3個字節，則1萬個數據點1年所占的數據存儲空間是5.47GB。因此對于大型數據庫如ORACLE等，只要有充足的硬盤空間，web數據庫完全滿足歷史數據的存儲要求。（如圖4）

3.5 應用效果

基于web技術應用的綜合監控系統方案在珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段工程項目中實施和應用，得到用戶的充分肯定。

用戶可以通過遠程方式登陸，對地鐵日常運營信息進行查詢、訪問，減少了人工記錄和信息傳遞環節，大大提高了日常管理效率。

4 結論與展望

隨著城市信息化的快速發展，軌道交通作為城市的重要基礎設施，需要滿足信息化、數字化的發展需求，滿足異構交通、數字城市、線網集成的信息交互要求，滿足遠程管理、遠程維護的管理要求。因此，在保證軌道交通綜合監控系統數據實時性和安全性的基礎上，采用web應用技術，對系統功能進行B/S結構的擴展，有效拓展了綜合監控的應用，實現綜合監控系統與企業管理系統進行有機結合，從而實現生產控制（調度）與企業管理的一體化管控，成為綜合監控系統發展的趨勢之一，必將在今后的軌道交通項目建設中得到更多的應用。