國內外地鐵綜合監控系統比較及技術發展分析

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

國內外地鐵綜合監控系統比較及技術發展分析

施小敏

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

通過比較已建成的國內外地鐵綜合監控系統類型，結合計算機技術、網絡信息處理技術、大數據采集處理技術的發展方向，分析地鐵等城市軌道交通工程監控元素的業務特點，提出地鐵綜合監控系統及相關信息化建設的理念。

地鐵；綜合監控系統；信息化

隨著專業技術領域的發展，我國的地鐵建設相繼裝備了乘客信息顯示系統（PIS）、自動售檢票系統（AFC）、環境與設備監控系統（BAS）、火災自動報警系統（FAS）等眾多高新技術裝備。由于各個系統需要協同動作時，一般操作都是通過人工方式溝通協調，顯示出操控速度慢、效率低、人為錯誤幾率高的問題,所以，跨系統集成的綜合系統呼之欲出。21世紀初，供電系統與機電系統整合為統一平臺的監控系統在我國地鐵行業首現，實現了以電調、環調為核心的綜合監控系統，并與廣播系統、閉路電視系統、火災自動報警系統、列車自動監控系統、時鐘系統、乘客信息顯示系統、自動售檢票系統、門禁系統進行接口,實現信息互聯。

由于國內的綜合監控系統建設，受系統研發單位自身成熟傳統技術的發展制約，使得綜合監控系統的技術概念在國內城軌領域建設發展，甚至運營崗位配屬上顯得很模糊。因此，需借助“人工智能”、“云存儲”、“云處理”等其他領域先進技術，對國內外地鐵綜合監控系統的技術概念做一些對比分析，以利于該項技術的快速發展。

1 國外綜合監控系統建設方式分析

1.1 系統軟硬件架構

國外綜合監控系統通常包含控制中心綜合監控系統、車站綜合監控系統和車輛段綜合監控系統3個部分。

1）控制中心綜合監控系統自組內部網絡，連接所有設備；配置2套服務器，分別用于全線的實時運算和歷史數據存儲，并根據運營需要，配設相應的監控終端及大屏幕；位于控制中心的各機電子系統通過直連或FEP連接的方式，接入控制中心綜合監控系統網絡，完成控制中心機電子系統的監控數據交換。

2）車站綜合監控系統通過自組站內網絡，連接所有設備；配置1套服務器，完成站內的實時運算和歷史數據存儲；根據運營需要配設必要的監控終端；位于車站的各機電子系統，通過直連或FEP連接的方式接入車站綜合監控系統網絡，進行車站機電子系統的監控數據交換。

3）車輛段綜合監控系統的架構與各車站綜合監控系統基本相似，僅在監控終端數量以及接口子系統的數量和數據交換內容上有所區別。

國外綜合監控系統采用的是統一、面向地鐵運營的軟件平臺，而非通用組態平臺。通過專用面向地鐵的軟件平臺，解決地鐵信息系統建設的“信息孤島”問題。因為在統一的軟件平臺上可以完全以地鐵運營的目的、功能來構架，實現所有關聯系統的日常運營管理功能，完成對地鐵系統運行的統籌管理，實現功能的“全面整合”，完成聯動。

雖然在通用組態平臺上堆建綜合監控系統是不理想的，但是組態平臺仍然是綜合監控系統的一個基礎組成部分。即該面向地鐵運營的平臺應包括一個高效、穩定、大容量的組態平臺，對各子系統的設備狀態監控實現統一管理。該面向地鐵運營的平臺還應該具備多系統集成能力，把各個子系統有機地結合在一起，實現“互聯、互通、互操作”。

1.2 整合方式

國外綜合監控系統對于機電系統整合原則是，盡可能由綜合監控系統來完成該機電系統的日常監控管理操作，即深度集成方式最為優先，其次為全部互聯方式和界面互聯方式，最后為部分互聯方式。國外典型綜合監控系統的整合方案如表1所示。

表1 國外典型綜合監控系統的整合方案

1.3 接口方式

國外綜合監控系統與各機電子系統的接口，根據子系統不同特點分別進行定義，沒有統一的模式。

對于電力監控系統、環境與設備監控系統和火災自動報警系統，由于其設備數量眾多、數據量大、接口方式較為復雜，通常采取通過FEP/RTU連接的方式，由FEP/RTU負責完成協議解析、數據隔離和防火墻工作；對于其他子系統，則進行直接聯系，由服務器完成相應的協議解析、數據隔離以及防火墻工作。國外典型綜合監控系統接口方案如表2所示。

表2 國外典型綜合監控系統接口方案

2 國內綜合監控系統建設方式分析

國內綜合監控系統的建設方式，基本存在4種形式。

2.1 深度集成子系統

這種方案中，被集成子系統只有末端硬件設備，不存在1套獨立計算機管理子系統的應用程序。末端硬件設備完全依賴綜合監控系統管理，一旦綜合監控系統失效，將導致被集成子系統無法工作。

2.2 全面互聯子系統

在這種方案中，被關聯子系統由1套完整的應用程序來管理。綜合監控系統與被關聯子系統的應用程序（服務器端）相連，完成2個系統間的雙向數據交互。綜合監控系統完成被關聯子系統的全部日常功能，日常調度管理工作在綜合監控系統的終端完成。只有在綜合監控系統失效時，可通過被關聯子系統的終端完成日常工作。

2.3 界面互聯子系統

在這種方案中，被關聯子系統由1套完整的應用程序來管理。綜合監控系統與被關聯子系統的應用程序（服務器端）相連，完成2個系統間的雙向數據交互，實現聯動功能。在綜合監控系統的終端，嵌入被關聯子系統的應用程序，完成被關聯子系統的全部日常功能。只有在綜合監控系統失效時，可通過被關聯子系統的終端完成日常工作。

2.4 部分互聯子系統

在這種方案中，被關聯子系統由1套完整的應用程序來管理。綜合監控系統與被關聯子系統的應用程序（服務器端）相連，完成2個系統間的雙向數據交互，實現聯動功能。在綜合監控系統中，只完成關聯子系統的設備監視功能以及部分被關聯子系統的日常功能，不具備對關聯系統的完全管理功能。被互聯子系統的全部日常功能，通過被關聯子系統的終端完成。

上述4種建設方案，是對機電系統頂層監控系統的集成或整合，成為不同的系統建設方式。其各自的機電系統分類，與國外相同。

在國內綜合監控系統構建上，硬件結構基本同于國外，但軟件結構卻有所差別。國內系統軟件結構多適用于組態平臺的應用，對于閉路電視、廣播、列車運行監控和無線電系統，則出于組態平臺的處理能力，選擇了信息必要部分的互聯。而大多利于運營動態狀況的機電設備信息，則未進入國內綜合監控系統范圍。

3 國內外已建成綜合監控系統對比分析

國內的綜合監控系統架構與國外基本相同，但在基礎軟件平臺的選擇上，具有較大的差異。

國內綜合監控系統通常的實現形式為在通用組態平臺上搭建，所謂通用組態平臺,即SCADA，是一個面向設備點控制的平臺。但是，對于列車自動監控系統、廣播系統、閉路電視系統等非面向設備點控制的系統時，SCADA因自身的業務邏輯和功能局限，將使這類系統被整合的功能受到限制。因此，國內在建設綜合監控系統時，對這類業務系統多采取部分互聯的整合方式，由此因環節的增加，可靠性有所降低；同時，硬件設備的增加，也將導致實現功能系統的運營功耗增高。

國內外地鐵綜合監控系統的整合方案比較如表3所示，從中可以看出，國內地鐵綜合監控系統由于缺乏同等業務層數據的共享及同一處理器處理，多采用部分互聯或者人工介入信息，導致數據信息共享的不全面，自動鏈路的不完整，因此在針對地鐵運營的一致性、完整性方面，還有技術進步完善的空間。

表3 國內外典型綜合監控系統集成方案比較

4 分析結論及技術發展

綜上所述，國內的地鐵綜合監控系統建設從理念角度講，與國外的先進理念仍有不小的差距。在建設目的上，仍舊以整合電力及設備遙控為目的，沒有真正引入以行車為核心，面向地鐵運營的概念。

學習吸收國外先進系統建設理念，能夠更好地幫助加速地鐵運營的信息化建設，達到提高地鐵運營效率，實現減員增效，保障安全，妥善應急的目的。

具體的系統技術發展實施措施建議如下。

1）構建性能穩定，具備處理能力強的城軌綜合控制業務專用平臺

作為業務功能的承載環境軟件平臺，城軌綜合控制業務專用平臺有著遠大的未來意義，沒有Windows、DOS等操作系統的原始根基性質操作系統的神秘，而擁有著支撐城軌綜合控制業務功能應用軟件邏輯運算、信息共享及程序單元同步、異步運算的重要意義。

國內城市軌道交通綜合監控系統的軟件平臺，多為引進型SCADA組態平臺，是國外綜合監控系統供應商的二流技術平臺。雖然部分國內系統供應商歷經多年實現引進、消化、吸收及再創新，但無法突破組態平臺對非組態業務功能的承載，直至今日，在該專業領域技術上，受制于平臺工作穩定性的困難，難有長足發展。

國內城市軌道交通機電系統的工程設計日漸成熟，業務功能描述和聯動需求逐漸清晰，業務知識足以支持平臺構建之初的目標對象量化、運算數據量統計及邏輯流程推導，在充分準備及合理分工的前提下，清晰定義平臺研制需求，基于穩定可開發操作系統、通用軟件協議構建城軌綜合控制業務專用平臺，只是時間的問題。

2）中國制造2025時代技術發展催生新廣域集成城軌綜合監控系統

中國制造2025時代的城軌綜合監控系統是工業4.0時代的中國版城軌綜合監控，其實現的措施途徑在于工業4.0時代的信息技術、控制技術的普遍和廣泛，以及中國城市軌道交通運營監控領域的智能化技術需求。

中國制造2025時代的工業控制乃至自動控制系統的技術發展平臺是國家戰略，平臺技術以國家技術進步為依托，必將使中國制造的計算機網絡及其控制系統應運而生，滿足智能化、網絡信息需求的平臺業務將由此不斷在各個領域產生。

城市軌道交通的發展代表著科學技術的不斷進步，城軌機電系統控制、客流疏導監控也將是未來工業4.0時代智能化控制的行業領域課題，借助中國制造2025時代智能平臺技術的成熟，新廣域集成城軌綜合監控系統也將日益廣泛應用。

3）功能需求的數據挖掘

中國制造2025城軌綜合監控系統的研制，不應簡單拼湊現今的監控系統，而應結合信息共享、智能控制技術的應用，對城市軌道交通運營綜合監控業務的需求，開展更多的功能拓展。在正常運營條件的節能智能控制、設備工況趨勢監測分析、數據安全防范上，深度實施；在運營事故或突發事件條件下，由實現應對選項措施的智能選判，適應型多重預案的實施。

上述這些功能，需要在系統平臺開發初期及系統應用軟件開發時，實施概念設計和需求設計，結合當前綜合監控業務功能及其功能拓展，更高功能等級的實施定義，以完善系統結構及功能構成。

具體措施在于，由城市軌道交通風、水、電等常規設備監控系統、強電控制系統、弱電控制系統的工程設計人員，開展中央監控功能的現狀窮舉及智能化拓展，由系統定義及概念設計的架構師采集需求，挖掘數據。

4）綜合監控運營崗位業務適應調整

新型城軌綜合監控系統的應用，也將導致城軌中央調度崗位人員及職責因功能深度集成、信息共享平臺的建立而出現必要的適應性調整，調度人員的綜合業務要求更加廣泛，打破以往的“行調、電調、客調、維調”種類劃分和界限，向中央集中式綜合運營調度技術發展，調度崗位也隨之適應調整。

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Through comparison among existing metro comprehensive monitoring systems at home and abroad, the paper analyzes monitoring elements characteristics of urban mass transit in consideration of developing trends of computer technologies, network information processing technologies and big data acquisition and processing technologies, and puts forward the concepts of metro comprehensive monitoring systems and relevant information construction.

metro; comprehensive monitoring systems; informatization

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.017

2016-07-01）