地鐵自動化集成系統車站群組監控模式探討

江 偉 袁礦輝

(1.廣東交通職業技術學院機電控制系，510650，廣州;

2.長沙市軌道交通運營有限公司車輛部，410000，長沙∥第一作者，講師)

目前，越來越多的地鐵線路開始考慮和實施綜合監控系統［1-3］。隨著自動化集成系統(AIS)［4］的成熟，國內地鐵項目逐漸開始通過綜合監控系統建立統一的軟硬件平臺，既實現資源共享、互聯互通、設備集中管理和維護，還可對子系統進行故障監測，并為緊急情況下事件的處理提供全面、及時的信息和控制能力，提高地鐵整體運營調度管理水平。

1 傳統的車站監控模式

圖1所示為傳統車站監控模式:各個車站設置功能獨立的車控室，運營管理人員在各自車站完成機電設備監控;運營控制中心(OCC)直接連接所有車站，另外加設后備控制中心與每個車站連接;當OCC設備發生故障或需緊急撤離時，后備控制中心接替OCC負責全線。該監控模式的不足之處是設備投資與維護成本較高。

圖1 傳統車站監控模式

2 車站群組監控模式

2.1 硬件架構

圖2所示為車站群組監控模式。深圳地鐵4號線采用了該監控模式。考慮到設備投資與維護成本，港鐵(深圳)有限公司將深圳地鐵4號線沿線車站分為若干群組，每一群組大約3～5個車站。每一群組中有一指定的軸心站，其它車站則為衛星站。衛星站不設置車站控制室，只有軸心站才設置車站控制室。

軸心站的選擇尤為關鍵，除了考慮車站的重要性，還要進行風險評估。即列出在線路緊急運營和降級運營服務時的風險考慮因素，并進行評分，得出各站對線路運營的風險影響程度，然后比較選出軸心站。一般來說.終點站和換乘站都會被選為軸心站。

圖2 群組車站監控模式

軸心站設置車站冗余服務器，并在控制室設雙工作站。衛星站不設冗余服務器，只需在其他機房提供維護工作站，且衛星站不設車站控制室，故整體系統設備也減少了。衛星站的設備主要通過綜合監控系統在軸心站控制。由于綜合監控系統分散式處理的結構，監控內容是以控制權指派，并且全線聯網，因此可將綜合監控系統操作員的控制權也配置成群組的模式，由軸心站的運營人員一并控制群組內其它衛星站設備，這樣，一個車站群組只需一個軸心站控制室(GSCR)就足夠了。整個車站群組監控系統的結構圖如圖3所示。

圖3 車站群組監控系統結構圖

在此基礎上，指定其中一個軸心站控制室充當線路的后備控制中心，當OCC設備發生故障或需緊急撤離時，可將中央控制權移交各線路指定軸心站控制室的運營人員，這樣就省卻了設置一個獨立后備控制中心的需要。

2.1.1 中央級 AIS

中央級AIS用于監控全線各車站子系統的運行狀態。在中央級AIS中，設置冗余實時服務器作為全線的信息中心，匯集各車站AIS信息，支持各調度員工作站的監管功能;設置冗余通信前置機進行數據的實時采集，各子系統之間的數據交換在通信前置機內通過各種通用協議(OPC/MODBUS/PROFIBUS/ODBC/API/CICODE/VBA等)開發完成;設置歷史數據服務器存儲及管理系統的歷史數據，以減輕實時服務器的負擔;設置電調工作站實現全線的電力監控;設置環調工作站實現全線的環境與設備監控。中央級AIS同軸心站及衛星站的AIS通過100 M/1 000 M工業以太網實現無縫連接。中央級AIS系統結構如圖4所示。

2.1.2 軸心站 AIS

軸心站AIS用于監控群組中各車站子系統的運行狀態。在軸心站AIS中，設置冗余通信前置機和冗余實時服務器實現群組各車站的數據采集及數據交換，并支持各操作工作站的監管功能;設置值班站長工作站和維護工作站，允許管理員進行系統信息查詢和對系統進行維護操作。軸心站AIS同衛星站及中央級的AIS通過100 M/1 000 M工業以太網實現無縫連接。軸心站AIS系統結構如圖5所示。

2.1.3 衛星站 AIS

衛星站AIS用于監控車站各子系統的運行狀態。在衛星站AIS中，設置冗余通信前置機實現數據的采集，車站各子系統之間的數據交換在通信前置機內通過各種通用協議(OPC/MODBUS/PROFIBUS/ODBC/API/CICODE/VBA等)開發完成;設置值班員工作站，允許管理員進行系統信息查詢以及對系統進行維護操作。衛星站AIS同軸心站及中央級的AIS通過100 M/1 000 M工業以太網實現無縫連接。衛星站AIS系統結構如圖6所示。

圖4 中央級AIS系統結構圖

圖5 軸心站AIS系統結構圖

圖6 衛星站AIS系統結構圖

2.2 軟件架構

監控軟件采用比較成熟的Cirect。中央級AIS和軸心站AIS的冗余通信前置機、冗余實時服務器、工程師站、維護工作站、值班站長工作站均配置Citect全功能無限點服務器版軟件包(每臺一套)。衛星站AIS的冗余通信前置機和值班員工作站均配置Citect全功能15 000點服務器版軟件包(每臺一套)。整個軟件架構采用C/S結構，支持TCP/IP協議，建立在3個層次上，如圖7所示。

圖7 AIS軟件架構

現場接口層主要由冗余通信前置機構成，完成數據采集、協議轉換和數據交換功能，同時實現各子系統的數據隔離。冗余通信前置機是軸心站和衛星站必不可少的設備，用于連接各個車站的子系統，包括 SCADA、BAS、FAS、AFC、PSD、PA、CCTV 等。通過各種通用協議開發完成各設備子系統的集成和數據交換。

網絡層主要由冗余實時服務器、Web服務器、歷史數據服務器等構成。冗余實時服務器作為冗余通信前置機的客戶端，完成數據的收集、存儲和處理;Web服務器用于中央級AIS向車站級AIS和各種工作站提供Web服務;歷史數據服務器用于存放歷史數據和事件信息，向冗余實時服務器提供歷史事件查詢和數據服務。

應用層主要由各種工作站構成，收集冗余實時服務器提供的數據和信息，完成各種任務指令的下達，實現用戶輸入、指令操作，以及設備狀態、故障和報警信息顯示等。接收到故障和報警信息時，可進行相應的處理操作。用戶可隨時查看各項操作的進度和狀態。

3 運營經驗及問題

目前，深圳地鐵4號線和3號線都采用了車站群組監控模式。從幾年的運營情況來看，車站群組監控模式相對于傳統車站監控模式具有以下優勢:衛星站無需設置車站控制室，也不需要設置后備控制中心，因而減少了相關系統設備的投資，降低了設備維護成本;站務員無需長時間駐守車站控制室，能有效利用資源，改善服務水平;可有效縮短列車運行調度時間和信號系統響應時間。

運營過程中也發現了一系列較突出的問題，如:系統的故障－安全性不夠高，中央級AIS系統故障會造成一些子系統出現聯鎖故障;軸心站AIS系統出現特殊情況時，群組內相應的衛星站無法正常管理;整個系統的設備能耗較高，造成能源的極大消耗;緊急事故處理不夠及時，跟城市公交的融合不夠緊密等。

3.1 注重系統的安全性

地鐵AIS冗余復雜、造價高，一旦出現故障，對各個子系統的正常使用存在一定的威脅。目前新建或在建的很多地鐵項目中，AIS系統的集成多采用分散式的“小綜合”方式來解決監控過程中的安全問題，使得系統集成的安全性和可靠性得到很大的提高。從應用的角度出發，AIS如采用基于IP的網絡技術及基于工業標準的開放通信協議，將使得系統集成變得更簡便。

3.2 注重系統的節能減排

發展低碳經濟、大力倡導節能減排已成為我國的一項基本國策。在地鐵行業，機組一般要按照建筑物最大熱負荷的110% ～120%設計;冷凍水泵、冷卻水泵都會按空調機組額定工況匹配，同時末端系統按總負荷量的110%～120%匹配。從目前的技術來看，采用環境整體節能控制系統，利用主機群控與能效管理中心對控制設備進行啟停，對冷卻水泵、空調風柜等設備進行變頻控制，將有效降低地鐵機電設備的耗能。

3.3 注重系統的模塊化、標準化與開放性

模塊化、標準化與開放性的設計理念有利于項目完成的效率。地鐵綜合監控系統的設計應遵循模塊化與標準化，這將大大提高設備間的信息共享效率，并提升設備的可靠性。同時，設計之初應進行周全考慮，為系統預留盡量多的接口，以便在緊急情況下系統能按照預定的程序正常運行。

3.4 注重線網融合

地鐵作為城市交通的重要組成部分，與其他運輸方式的配合十分關鍵。如果地鐵AIS能夠與道路公交等其他公共交通系統實現安全集成，當地鐵出現故障時，客流量通報、人員疏散、公交調度等問題將迎刃而解。

4 結語

地鐵綜合監控系統是城市軌道交通機電設備管理從單純的面向設備管理，向面向運營管理為主、提升地鐵服務理念方向發展的必然結果，也是地鐵信息化建設的核心內容。隨著我國城市軌道交通線網的逐漸形成，綜合監控系統或AIS必然朝著面向運營管理、面向乘客服務、面向整個城市交通綜合指揮管理的方向發展。

［1］湛維昭.地鐵機電系統綜合集成平臺的設計［J］.都市快軌交通，2006，19(2):81.

［2］許超，周秀風.全集成綜合監控系統在上海地鐵10號線的應用［J］.應用能源技術，2010(10):12.

［3］胡媛.天津地鐵2、3號線綜合監控系統及評價［J］.鐵道通信信號，2010(3):44.

［4］楊琪.地鐵綜合自動化集成系統方案的研究［J］.城市軌道交通研究，2010(6):45.

［5］宋鴻昇，王瑞.工業以太網在地鐵自動化集成系統中的應用［J］.城市軌道交通研究，2013(1):105.