城市軌道交通綜合監控系統頂層設計中的GWQS-ISCS理念

盧萌萌 安俊峰 高元軍

(1. 山東勞動職業技術學院， 250022， 濟南； 2. 濟南軌道交通集團有限公司， 250101， 濟南//助理講師)

1 綜合監控系統頂層設計目標

頂層設計的理念是，采用全局思想，對某項任務進行全面、深度的統籌和規劃，以實現高效性的目標。借鑒頂層設計的相關概念和理論，在城市軌道交通綜合監控系統(ISCS)的設計中，從動力、能力和方法論幾個層級進行充分考慮，做好ISCS的頂層設計。

ISCS的頂層設計應該站在整條線路以及整個城市的軌道交通建設角度上，做好合理、詳細、科學的規劃設計，實現開通順利、投資節省、調試順利、運營便捷的目標。建設規劃階段是做好頂層設計的關鍵時期，因此，要做好ISCS的頂層設計，就要重視運營需求，做好整體規劃；同時，遵循“設計為建設服務，建設為運營服務”的理念。頂層設計的范疇理應囊括城市軌道交通全生命周期，而最長時間周期是在運營階段，運營安全又是運營階段的核心內容，因此，頂層設計的理念要圍繞運營安全的宏觀主題開展，同時要重視原始設計時系統品質的因素和系統運維保障的因素，把運維保障的實現與應用作為一個重要層面。

ISCS頂層設計的目標是：提升信息化的先進水平，實現互聯互通、智能化和安全化的信息架構，構建更加智能的ISCS，提高ISCS的服務質量、監管效能、管理效益，為后期運營、后期新線建設及換乘站設置做好規劃，確保系統品質、運營安全、運維保障等關鍵環節順利實施。

2 ISCS規劃與設計的通用需求

通過ISCS頂層設計的實施，ISCS將在現有信息化基礎上充分發揮信息互聯互通的作用，通過一系列傳感器、硬件交換設備、傳輸通道等，實現對設備信息、狀態、模式等的全面感知、有效傳輸，實現系統和系統之間的互聯互通，使城市軌道交通工作人員能夠及時發現相關信息，并為運營提供便捷、實時的信息服務。實現面向服務、面向運營、面向安全的安全兼容綜合模型。

在ISCS的頂層設計中，ISCS就像一張網，先將城市軌道交通信息化建設工作中已經取得良好成效的做法和措施“連成線”，再通過構建頂層設計的信息系統和基礎設施構架模型，將整個信息化建設工作“連成面”。這樣一張“信息網”由車站級別的ISCS、車站與車站之間的傳輸通道、中央級(中央級控制中心)ISCS等組成，實現中心級的調度和控制功能，實現全線多系統監控的目標。

國內ISCS的具體實施規劃中主要包含以下內容：

(1) 實現中央級、車站級、就地級三級控制，并且制定好傳輸通道、組網模式、網絡構架等相關內容[5-7]。

(2) 綜合考慮實現多系統的互聯互通，在設計初期制定好ISCS需要互聯互通的系統，并且規定準確無誤的接口和傳輸協議。

(3) 規劃好換乘站的實施方案，換乘站ISCS的建設既要考慮各條線路的連續性，又要考慮換乘站的完整性。建議遵循以下原則：同期建設、站廳共用，車控室與ISCS合設，集成或者互聯的BAS(環境與設備監控系統)、FAS(火災自動報警系統)的設備最好采用同一型號，正常情況下各線路獨立運營，災害情況下實現聯動功能。

(4) 在城市軌道交通建設初期，做好HMI(人機界面)的標準化規劃工作，制定HMI標準，圖庫統一。

(5) 交換機、服務器等關鍵設備的選型，既要滿足系統功能需求，又要滿足國產化率的要求，確保系統設備能在城市軌道交通環境中可靠運行。

(6) 規劃控制中心設置方案，可以采用單一中心、主備中心和無主中心等設置方案。選擇合適的配置方案。

(7) 充分考慮各相關系統的接入方式。ISCS與各個子系統間通常采用交換機或FEP(前端處理器)兩種接入方案。根據具體的情況，選擇合適的接入方案。

3 頂層設計在ISCS建設中的發展前景

目前，國內ISCS建設中仍存在的一些全局性、系統性問題，因此應重視ISCS的頂層設計,這將會使后期的建設和運維受益匪淺。為確保ISCS這張“網”不出現任何的“斷線”情況，要統籌管理ISCS的全面建設，提升信息化建設水平，增強建設合力；要通過統一的思路、統一的管理體制，激發整個車站、整條線路，乃至整個城市的軌道交通信息資源的綜合效能。為使ISCS這張“網”不出現任何的“斷線”情況，需要把握三個基本點：關鍵核心設備的安全性和可靠性，系統構架的合理性，監控平臺的穩定性。

3.1 國內ISCS的發展前景

(1) ISCS與無人駕駛模式相結合。無人駕駛技術可以提高城市軌道交通系統的可靠性、安全性、可用性、可維護性，有助于提升運營應急處置水平。無人駕駛技術具有眾多優點：① 可縮短運行時間間隔，可以減少因運營人員的參與而對運營效率造成的影響；② 可減少人員配置，相應地減少運營成本；③ 有助于提高運營安全和服務質量；④使運營組織更加靈活。

(2) ISCS與線網控制中心調度指揮相結合。線網控制中心具有綜合監視城市軌道交通網絡的功能，具有運營協調、應急指揮、信息共享等作用；在非正常情況下，尤其是當2條及以上軌道交通線路發生緊急災害情況時，線網控制中心將代表政府行使指揮權。線網控制中心的出現給整個城市的軌道交通運維帶來很大的便捷性，從頂層設計角度看有較大的必要性。搭建線網控制中心，對全網絡軌道交通線路進行監控，協調各條線路的控制中心及各運營主體。

3.2 GWQS-ISCS理念

從一個城市的軌道交通建設伊始，就應站在城市規劃和軌道交通建設規劃的基礎上進行頂層設計，這對于整個城市的軌道交通建設具有指導作用。本文從綠色ISCS、智慧ISCS、品質ISCS、安全ISCS四個方面提出ISCS頂層設計中的相關理念，簡稱GWQS-ISCS(Green， Wisdom， Quality， Security-ISCS)。綠色ISCS，是指在ISCS頂層設計中充分考慮綠色節能、環保的問題，做到節電、節水、節地、節材、環保，從ISCS的系統到設備，從控制中心到車站，從設計到建設等方方面面達到綠色的要求；智慧ISCS，是指在ISCS的頂層設計中，充分發揮各種信息和數據的作用，利用先進的技術和熱點問題，提高ISCS的智慧程度和智能水平；品質ISCS，是指在ISCS的頂層設計中，建設設備穩定可靠、用戶滿意、運營方便、乘客舒適度高的ISCS；安全ISCS，是指在ISCS的頂層設計中，達到安全系數高、不易被攻擊、持續安全可靠的網絡環境和系統運維環境。GWQS-ISCS構架如圖1所示。

圖1 GWQS-ISCS構架圖

3.3 GWQS-ISCS理念的具體內容

3.3.1 綠色ISCS頂層設計的主要內容

(1) 避免信息孤島，實現服務器、工作站、網絡信息的全面共享。如何縮減設備數量也是頂層設計的一個方面。

(2) 在保證質量和可靠性的前提下，設備的制造和使用優先考慮國產化，以節約進口設備需要的運費等成本。

(3) 打造智能節能理念，全面貫徹落實“綠色地鐵”的設計方案，加強節能策略的落實，積極采用先進技術(如再生能源制動等)。

(4) 共享空間，節約土地。比如換乘站公用車控室、多條線路共用一個OCC(運營控制中心)等，以提高設備房的利用率。

3.3.2 智慧ISCS頂層設計的主要內容

(1) 從硬件、軟件設計等方面逐步演變、升級，為ISCS提供發展空間。建造一個“智能化綜合監控系統平臺”。

(2) 實現智能化ISCS，進而實現信息互聯互通、信息交互、大數據分析和診斷的智能化，以及智能運維等，用機器學習代替人腦實現智慧ISCS。

(3) 將BIM(建筑信息模型)技術運用到ISCS的建設和運營環節，利用BIM進行施工進度和施工質量的監督，利用BIM對物資進行管理。

(4) 建設智能化系統平臺，加入模式識別分析理念和算法，實時采集數據信息，進行設備的在線檢測和診斷。

3.3.3 品質ISCS頂層設計的主要內容

3.3.3.1 線網層級的設計

(1) 實現子系統與ISCS的深度集成，而不是簡單的互聯互通。

(2) 規劃好ISCS中線網IP地址的劃分，做到整齊劃一、科學實用。

(3) 建立門禁系統的線網平臺，解決門禁基礎數據管理混亂、效率低下、難以共享、重復初始化、跨線用卡難等問題。建立統一的門禁線網管理中心，實現線網級、線路級、車站級三級門禁的操作及監控。

(4) 建立門禁和一卡通線網平臺，實現售票、員工購物、門禁、考勤、食堂就餐等功能的綜合統一。做好充分的預留工作，所選產品要符合國家和國際標準，做到接口、維護和擴展三個層次上的簡單易行，并且達到功能靈活擴展的目的。

3.3.3.2 統一化的設計理念

(1) 關于設備統一的頂層設計理念，在設備安全可靠、價格合理的前提下，要做好如下幾點：工作站的顏色、容量、配置要與其他專業的工作站統一，開關柜、機柜的顏色需要與其他專業匹配。

(2) 制定統一的標準化建設要求。具有多條線路和線網綜合監控需求的城市，要做到標準先行，制定統一的ISCS建設標準，以制約后續工程中的ISCS建設，更好地服務于運營。城市軌道交通行業應該統一ISCS建設、運維、設計等方面的需求，制定一套標準化建設要求。

3.3.3.3 提高系統的可靠性和運維的便利性

通過采用各種有益手段，增加ISCS的可靠性，使運維更加便捷。就ISCS子系統BAS的組網模式而言，長期以來，BAS組網模式采用的是以太網和總線兩種模式，在國內大多數城市的軌道交通系統中，BAS的兩種模式都有采用；有個別城市存在一條線路采用兩種組網模式、兩個廠家的PLC(可編程邏輯控制器)的情況，這種混搭模式可能會對運營期的網絡通信、運營維護造成一些影響。

為了確保運維的便利性、備品配件的一致性，建議整個城市采用統一的、某種固定的組網模式，充分比選發展趨勢、系統配置、網絡穩定性、網絡可靠性、網絡協議、組網便捷性、網絡復雜程度，以及傳輸速率、傳輸距離等，選擇固定的組網模式，做到統一化。

3.3.3.4 采用先進技術

通過采用先進技術，使ISCS的整個生命周期協調、和諧、美好。在進行ISCS頂層設計時，就應考慮采用先進技術，提高系統的整體技術水平，降低外界干擾，提高運營管理效率。比如，在UPS(不間斷電源)的整合方案中，要具體考慮電池的容量選擇方案、UPS的電源供電運行模式、電池容量計算與配置、UPS電源的后備時間等。

3.3.4 安全ISCS頂層設計的主要內容

(1) 參考標準GB/T 21562—2008，安全ISCS需要滿足相應的指標要求。ISCS的安全性是由系統的可用性和可靠性定量指標來保證的，可用性指標A=tMTBF/(tMTBF+tMTTR)。其中，tMTBF為系統平均無故障時間，tMTTR為系統平均修復時間。

(2) 充分考慮關鍵設備的先進性和系統安全性，按照RAMS(可靠性、可用性、可維修性、安全性)理論的安全性指標，產品要具有不導致人員傷亡、系統損壞、重大財產損失、不危害員工健康與環境的能力。只有保證ISCS設備的可靠運行、設備處于先進的水平，才能為ISCS的安全運維保駕護航。因此，選擇ISCS設備時要以安全可靠為重，同時要充分考慮關鍵設備的先進性。

(3) 采用人工智能、互聯網、大數據等先進技術，以及信息化的安全技術手段，使ISCS更加安全可靠。用技術手段為ISCS的安全保駕護航。

4 GWQS-ISCS理念在濟南地鐵的應用

濟南地鐵R1線的ISCS擬采用多種頂層設計方案，主要方案見表1。

表1中的內容為濟南地鐵R1線建設擬采用的頂層設計方案，以達到節約資源、便捷運維的目的。可以肯定的是，隨著技術的發展和更新，在城市軌道交通的建設過程中，會出現更有意義的方案和策略。

表1 GWQS-ISCS擬在濟南地鐵R1線的應用情況

5 結語

本文從綠色ISCS、智慧ISCS、品質ISCS、安全ISCS四個方面提出了ISCS頂層設計中的相關理念，即GWQS-ISCS理念。在城市軌道交通行業發展中，對ISCS還會有更多、更高、更深的要求，主要有以下幾點：

(1) 實現車站無人值守，設備和系統代替人工完成值守工作，但是實現困難，需要從網絡設備、軟件等方面進行深入研究；

(2) 實現設備故障自診斷和自愈功能，實現專家診斷和維護功能；

(3) 一方面要加強ISCS安全等級措施，另一方面ISCS要能真正實現對設備的控制功能。

相信隨著技術的進步和科學的發展，ISCS將更加智能，更加人文，更加便捷。