地鐵綜合監控系統構建及發展趨勢淺談

王麗平　齊曉華

【摘 要】隨著城市軌道和自動化技術的迅猛發展，地鐵綜合監控系統已成為城市軌道智能化和自動化發展的主要趨勢。綜合監控系統構建數據信息共享平臺，能高效管理和監控多個子系統，提高地鐵的安全性和運營的高效性。目前，地鐵綜合監控系統面臨著新的發展機遇和挑戰。本文對國內典型綜合監控系統的結構組網，包括軟硬件和網絡構成，并對城市軌道綜合監控的存在問題和發展趨勢進行了介紹，這對深入研究和開發綜合監控系統的功能，提高地鐵運營效益具有參考意義。

【關鍵詞】綜合監控；結構組網；發展趨勢

0 引言

城市地鐵和輕軌是解決大城市交通緊張、市民出行困難、汽車污染環境等嚴重問題的有效交通方式。國民經濟的快速發展，促使城市軌道交通進入建設高峰期。2015年，全國已經有39個城市建設或規劃建設軌道交通，地鐵運營線路達到3618公里，每天投資超過7.8億元。預計到2020年建地鐵城市會達到50個，運營線路接近6000公里，投資將達4萬億元。 到那個時候，城市與城際間將組建成一個交織龐大的城市軌道網絡。城市軌道交通的大發展推動了網絡、信息和監控這三大技術的飛速融合，推動了城市軌道交通綜合監控系統的發展和應用。

1 綜合監控系統概述

綜合監控系統，簡稱ISCS，是指對城市軌道交通線路中所有電力和機電設備進行監控的分層分布式計算機集成系統。綜合監控系統的硬件集成了服務器、網絡交換機、工控機和FEP等計算機產品，并采用通用開放的轉換接口，這些硬件組件符合國際或行業標準，通用型好，可靠性高；軟件采用模塊式，多層化結構，并采用開放式通信協議，實現各個機電子系統間的信息互換和資源共享，最終實現對各相關機電設備的實時監控和聯動協調功能。目前，地鐵的實際運營需要多個子系統的協調配合，包括屏蔽門系統（PSD）、售檢票系統（AFC）、火災自動報警系統（FAS）、門禁系統（ACS）、閉路電視系統（CCTV）、廣播系統（PA）、信號系統（SIG）、乘客信息系統（PIS）、時鐘系統（CLK）等。

2 系統組成

綜合監控系統應采用冗余、分層、分布式C/S結構，采用TCP/IP協議和有效的故障隔離及抗干擾措施。

2.1 硬件組成

地鐵綜合監控系統硬件由4部分組成：中央級綜合監控系統、車站級綜合監控系統（包括綜合后備盤IBP）、現場級以及綜合監控骨干傳輸網。

2.1.1 中央級綜合監控系統

中央級綜合監控系統位于控制中心，由實時和歷史服務器、外部磁盤陣列、中央以太網交換機、各類工作站、FEP、打印機、綜合顯示屏、不間斷電源等構成。中央級綜合監控系統完成對全線重要監控對象的狀態、性能數據的實時監視和控制。

2.1.2 車站級綜合監控系統

車站級綜合監控系統位于各車站和車輛段，由服務器、以太網交換機、工作站、打印機、FEP、IBP、不間斷電源等構成。車站級綜合監控系統實時收集監控對象的狀態、性能數據，并進行處理，為了方便車站工作人員監控調度，需要在操作員工作站上以圖像、表格和文本的方式顯示出來。當中央級和主干網絡發生故障時，車站級仍可對車站范圍內繼續進行控制。圖1為鄭州地鐵1號線車站級綜合監控系統結構示意圖，數據通過車站內的以太網交換機以太網接口和通信主干網連接。在車站集成、互聯的子系統通過100M以太網口或422/485/232串口接入FEP。

2.1.3 現場級

現場級綜合監控系統主要包括BAS、SCADA等各集成系統的綜合后備盤IBP。當出現火災阻塞等意外工況時，IBP可以就地實現對重要設備的后備控制功能。需要根據每個車站控制室的房間尺寸專門定制IBP柜和工作臺，控制室不僅要實現高效的車站控制功能，在整體美觀方面也有較高的標準。

2.2 軟件組成

綜合監控系統的軟件主要由三部分組成：基礎軟件、應用軟件和接口軟件?；A軟件的功能是數據處理、信息管理等功能；應用軟件的功能是系統使用、管理、應用維護等功能；接口軟件的功能是完成各子系統間、機電設備間的通信處理，并可以顯示設備狀態、運行、故障、報警和統計報表等信息。

現有綜合監控系統軟件主要分兩大類：大型軌道交通綜合監控軟件和側重于HMI功能的中小型SCADA軟件。目前在國內工程項目中應用廣泛的主流的軟件是第一類，國外的大型綜合監控軟件主要有：WinCCOA（原PVSS）、SCADAsoft、Rail Edge、Systemat ICS等；國外的大型綜合監控軟件主要有：上海寶信iCentroView、南京南瑞公司的RT21-ISCS、北京和利時公司的MACS-SCADA等。如今我國軌道交通綜合監控系統中，鄭州地鐵1號線是采用北京和利時公司的MACS-SCADA平臺，廣州地鐵3、4、5號線采用的是SCADASOFT軟件平臺，南京地鐵2號線采用的是南京南瑞公司的 RT21-ISCS 軟件平臺。國內首條綜合監控系統在北京地鐵5號線已投入運營；成都地鐵1號線和上海地鐵10號線等多條線路也都正在建設城市軌道綜合監控系統。

目前，進口綜合監控軟件平臺因為其性能穩定可靠，功能強大的特點在在國內軌道交通應用較多，但其價格昂貴，且后期維護保養非常不便；而國內綜合監控軟件平臺，國內軌道交通應用較少，雖起步晚但發展快，維護維修方便，價格便宜，從長遠看來，國產綜合監控軟件平臺會必將會逐漸取代進口軟件平臺。

2.3 網絡組成

綜合監控骨干傳輸網是綜合監控系統的網絡數據傳輸通道。從物理角度看，網絡系統由三部分組成：現場層網、局域網和骨干網。車站的各個機電設備被現場層網絡連接起來，然后匯集到車站級局域網，各車站局域網絡通過主干網將車站設備連接起來傳送到控制中心。目前，城市軌道綜合監控系統的骨干網絡大多采用以太網交換機作為信息傳輸的一個節點，以太網交換機的信息傳輸速率約為1000Mbit/s，這樣才能滿足城市軌道綜合監控系統的信息傳輸要求。

3 發展趨勢

城市軌道交通綜合監控系統的發展先后經歷了三個階段。第一階段半混合自動監控系統：電話調度系統+分立電氣元件控制設備+手工操作；第二階段分立自動監控系統：ATC、SCADA、EMCS（Electrical Monitoring and Control System，即電力自動化系統）、FAS、AFC等各專業分別建網的計算機多方位監控；第三階段綜合監控系統：統一的分層分布式計算機網絡，統一的綜合監控系統軟件體系，各專業資源共享、信息互聯。

由此可見，綜合監控系統的集成度越來越高，對子系統的集成深度也越來越廣。而現有的城市軌道交通綜合監控系統，主要實現機電設備、電力調度和車站運營狀況等的實時監控功能，側重于實時設備監控和數據處理，而在生產調度、工作流程處理和生產計劃方面的功能有所欠缺。另外，計算機技術的迅速發展，在現有系統之中沒有實現的面向服務結構、多核并行處理、服務器集群、負載均衡、平行擴展、移動應用等技術已經趨于成熟，可以引入到新一代綜合信息管理系統之中，滿足用戶不斷增長的信息化集成要求。綜合監控系統還面臨著很多挑戰，綜合監控系統在新的發展階段，應具有前瞻性，在技術方案上盡可能采用模塊化和開放集成化，在功能方面應更加符合運營生產和管理的需要，并能有效提高運行的安全性和乘客的舒適性；另外在搭建城市軌道的各個階段時應注重其符合國家標準，從而提高工程項目的經濟性。

【參考文獻】

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[3]王芳.城市軌道交通綜合監控系統組網及集成.上海電機學院學報，2009年第2期.endprint