南京地鐵一號線南延線綜合監控系統集成模式

彭 昶

0 引言

南京地鐵一號線南延線工程項目（以下簡稱“該項目”）線路全長17.954 km，共設12 座車站，工程范圍包括供電系統、信號系統、通信系統、旅客資訊系統、電扶梯系統、環境監控系統、火災自動報警和氣體滅火系統、通風空調給排水系統等。各子系統通過標準接口和綜合監控系統相連，實現全過程、全方位監控。在實施過程中，鑒于國內外地鐵在綜合監控系統運行中已經碰到的問題，本文就該項目在實施過程中的綜合監控系統集成模式進行闡述。

1 監控目標

在該項目中，如何將綜合監控集成技術和項目實際相結合，以達到最佳實施效果是工程前期考慮的重點。該監控系統主要包括環境與設備監控系統（BAS）、電力監控系統（SCADA）和其他監控系統，詳見表1。

表1 綜合監控系統監控目標表

2 綜合監控系統集成平臺

現代化的地鐵運營管理要求管理系統能提供一個可實現信息互通和資源共享的平臺。綜合監控系統的主要功能包括對機電設備的實時集中監控功能和各系統之間協調聯動功能2 大部分。一方面，通過綜合監控系統可實現對電力設備、火災報警信息及其設備、車站環保設備、區間環保設備、環境參數、屏蔽門設備、防淹門設備、電扶梯設備、照明設備、門禁設備、自動售檢票設備、廣播和閉路電視設備、乘客信息顯示系統的播出信息和時鐘信息等進行實時集中監視和控制的基本功能；另一方面，通過綜合監控系統還可實現晚間非運營情況下、日間正常運營情況下、緊急突發情況下和重要設備故障情況下各相關系統設備間協調互動等高級功能。

3 現有集成模式的選擇

3.1 現有集成模式的分類

根據國內外地鐵綜合監控系統的最新發展狀況，按照集成規模和深入程度分類，目前綜合監控系統的集成模式主要包括2 種：頂層信息集成模式（也稱為適度集成模式）和深度系統集成模式。

3.1.1 頂層信息集成模式

國內外早期建設的地鐵綜合監控系統皆采用頂層信息集成模式，該模式是在中央、車站和車輛段將集成系統和互聯系統的重要監控信息統一匯集處理，然后再顯示到中央和車站的圖形化人機界面上，其實質就是將早期分立監控模式下各子系統的上下位機結構拆分成2 個獨立部分進行設計、實施和調試。接口設備（如前端處理器FEP）實現與各接入系統的數據通信和信息隔離，這樣的系統劃分方式將導致綜合監控系統獨享上層已搭建的網絡資源。頂層信息集成模式下各系統劃分示意圖如圖1 所示。

圖1 頂層信息集成模式下各系統劃分示意圖

3.1.2 深度系統集成模式

深度系統集成模式是在總結國內外地鐵建設經驗教訓的基礎上，對頂層信息集成模式的一種繼承和發展。深度系統集成模式的綜合監控系統的內容也相應擴大，包括了原來頂層集成模式的綜合監控系統、電力監控子系統（PSCADA）、環境與設備監控子系統（BAS）、火災自動報警子系統（FAS）和門禁子系統（ACS）等多個部分。其主要特點是將分立監控系統上下位機結構作為一個整體進行考慮，原來分立系統的功能統一在綜合監控系統軟硬件平臺上完成。深度系統集成模式在接入方式上進行了優化設計，多個控制層設備（如PSCADA控制器、BAS 控制器、FAS 報警盤和ACS 控制器等）皆直接連接到綜合監控系統的站級局域網絡上，該設計在簡化網絡層次的同時，還滿足相關子系統設備異地通信和遠程訪問等功能需求。深度系統集成模式下各系統劃分如圖2 所示。

圖2 深度系統集成模式下各系統劃分示意圖

3.2 2 種集成模式的特點

自20 世紀90 年代中期開始，隨著網絡和計算機技術的發展，綜合監控集成技術在國外早期建設的地鐵工程中逐漸得到推廣應用。該時期的綜合監控系統的集成模式大多采用頂層信息集成模式，強調對綜合監控系統的自身性能保護，通過網關接口設備（前端處理器FEP）將各接入系統上傳的監控信息進行有選擇性的篩選，有效地控制子系統上傳點數的總體規模，從而保證自身系統的穩定性和實時性。雖然系統基本滿足運營調度指揮的需要，但在實際工程實施過程中卻發現，由于硬件構架上的限制，采用頂端信息集成模式的系統存在網絡利用率低、軟件功能不強和實施維護性差等缺陷。

相對于頂端信息集成模式而言，深度系統集成模式具備以下優勢：

（1）在控制整體投資成本的同時，強化系統功能和實現網絡資源共享。由于該模式的綜合監控系統在上下位機的連接方式上采用主要控制層設備直接接入綜合監控系統站級局域網的方式，這樣控制層設備之間的站間通信功能和遠程訪問、下載和維護功能，皆可以通過綜合監控系統構建的全線網絡來實現，這在以往頂端信息集成模式中是無法實現的。采用深度系統集成模式的綜合監控系統，既滿足運營指揮調度人員的功能需求，又兼顧運營維護管理人員的功能需求，系統實現功能更加強大。同時，由于共享網絡資源，集成子系統不再需要單獨組網，因此整體工程的投資略有下降，系統性價比也更高。

（2）系統性能更強大。從軟件數據采集和處理來看，由于該模式的綜合監控系統采用同一廠商的開放性軟件集成平臺，使得大多數監控數據可采用一次數據采集、數據處理和數據表示的處理方式，而不需進行頂端信息方式常見的數據轉換和數據再處理等過程，因此減少了中間環節，系統實時響應性得到了保證，系統監控點數的規模也可相應擴大，從而使得系統實現的功能更加完善和強大。

（3）降低了整體工程的實施難度。由于該模式的綜合監控系統采用一體化設計思路，具有系統構架簡約、層次簡化和軟件平臺一體化等特點，因此在工程實施過程中，調試工作易于協調和統籌安排，部分調試工作安排在實驗室即可進行，從而使整個系統的現場調試工作量減少，現場調試時間相應縮短，現場聯調次數也減少，故障診斷和系統維護較為方便。該特點正好與南京地鐵一號線南延線項目工期較短的建設特點相適應。

3.3 集成模式的選擇

綜合上述分析，2 種集成模式的綜合監控系統各有特點且結構各異，結合該項目的監控需求，決定采用深度集成模式的綜合監控系統。

4 基于深度集成模式的綜合監控系統方案

該項目最終綜合監控系統全系統采用分層分布式結構，監控系統分3 層：以珠江路地鐵控制中心OCC 與監控中心以太網組成的系統頂層；由12個車站和車輛段的車站綜控室與車站級以太網組成的車站監控層；供電、環控等子系統組成的基礎自動化層。

網絡分為3 層體系結構：3 層網絡的頂層網為通信骨干網支持的高速交換冗余以太網，作為全線監控中心的網絡；車站層采用100 Mb/s 交換以太網；底層是車站里的各子系統的實時控制網絡和現場總線。

系統軟件也分為3 層：I/O 接口及通信級軟件，用于子系統數據的收集；數據處理級軟件；操作級軟件，用于對現場的監視和控制命令，包括設備遙控、設定等。

硬件系統平臺設計時，充分考慮硬件平臺系統整體的平衡，避免出現薄弱環節，以保證硬件平臺的整體性能和效率。在以硬件平臺作為網絡系統組建時，充分考慮必要的冗余和系統的負荷裕量，以保證數據傳輸的暢通和效率。在單元設備選用時堅持采用成熟的產品，以適用于環境相對惡劣的場所。系統最終由中央監控系統、車站監控系統、車站設備層和骨干網組成。由于采用了開放式、模塊式的設計模式，系統平臺統一，接口完善，界面友好，運行效果良好。

5 結束語

地鐵監控系統涉及面廣，在確保人員安全、良好運行等方面發揮著至關重要的作用，而作為在此之上的綜合監控系統，又對后續的各種工作起著制約的作用，通過本文，再度說明一些復雜、規范尚未完全統一的系統，在實施前設計方和實施方需要大力合作，從效能等多方面考慮，以求得一個更好的結果。

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