地鐵綜合監控系統的構成及優化

胡松斌

摘要：隨著城市化進程的加快，地鐵在人們日常生活中的地位也在不斷提升。在地鐵建設過程中，地鐵綜合監控系統扮演著十分重要的角色。本文立足于地鐵綜合監控系統的構建現狀，首先探討了地鐵綜合監控系統的構成情況，其次對地鐵綜合監控系統的優化策略進行了探討，提出了優化方案與解決策略，希望可以有效改進地鐵運行安全性與穩定性，滿足人們的乘坐需求。

Abstract： With the acceleration of urbanization， the status of the subway in people's daily lives is also constantly improving. In the subway construction process， the subway comprehensive monitoring system plays a very important role. Based on the construction status of the subway integrated monitoring system， this paper first discusses the composition of the subway integrated monitoring system， and then discusses the optimization strategy of the subway integrated monitoring system， and proposes the optimization plan and solution strategy， hoping to effectively improve the subway operation safety and stability to meet people's needs.

關鍵詞：地鐵綜合監控;系統構成;優化

Key words： comprehensive monitoring of subway;system composition;optimization

0? 引言

地鐵綜合監控系統屬于復雜性很強的綜合理想系統，其包括了網絡、信息、計算機以及自動化等多個技術類型，通過大型計算機集成系統來進行控制和輸出。在地鐵綜合監控系統的施工設計過程中，需要考慮到運行的整體外部環境，考慮到地鐵的運行因素，同時做好地鐵運行安全的保障工作。為了進一步探討地鐵綜合監控系統的構建策略，現就地鐵綜合監控系統的定義與構成簡單介紹如下。

1? 地鐵綜合監控系統概述

地鐵綜合監控系統借助于互聯模式來綜合多種子系統，以此來完善子系統各個設備的運行狀態，對其進行實時監控與管理，從而實現地鐵信息互通、資源共享，同時也實現了自動化水平的有效提升，得到了很好的可靠性與響應性。不過，即使是有數據處理還是運行空間的儲備，如果沒有很好的選擇、采集和優化管理，那么運行效率也依然得不到滿意。所以，監控系統的關鍵任務在于信息的采集優化以及管理升級，這樣才能夠最大限度的發揮地鐵綜合監控系統的功能與價值。

2? 地鐵綜合監控系統構成

2.1 常見結構類型

地鐵綜合監控系統的常見結構包括基于數據服務模式的結構，叫做集中式地鐵綜合監控系統以及基于分布式數據服務的模式結構，叫做分布式地鐵綜合監控系統。其中，集中式地鐵綜合監控系統的優勢在于以中央級為核心的服務模式特征，所以其大部分的數據都是通過中央服務器負責處理的，所以這些數據需要從各個分布平臺以及監控體系收集到中央系統當中再進行處理，所以這個過程中數據的顆粒度較大，信息也大多都是高層決策，所以屬于集權管理的模式體系。分布式地鐵綜合監控系統的特征是基于網絡進行的數據服務，所以整個服務環節中系統的數據核心相對比較獨立，網絡僅僅進行數據的傳播，而數據處理是分別進行的。這樣一來，車站級系統會講收集的信息進行分析、處理，中央綜合監控設備需要集中處理，而分布式則可以各自解決，通過實時數據進行分析控制，效率也相對較高。

2.2 兩種結構分析對比

地鐵綜合監控系統在形式上可以劃分為兩種模式，其各自都具有不同的優點與特色。隨著信息技術的快速發展，目前分布式作為最為主要的應用模式，在地鐵綜合監控系統中應用較為廣泛。實際上，集中式地鐵綜合監控系統具有數據整體性強的特征，所以對于提升中央資源的共享水平具有一定的幫助。不過，由于集中式地鐵綜合監控系統需要將數據集中在中央系統進行處理，當地鐵的建設規模較大、設備眾多的時候，難免會導致中央處理器的功能受到阻礙，或者承受過大的壓力，從而導致信息處理效率低下。除此之外，中央系統還需要進行各個服務器的連接，這樣的連接規模大、成本高，導致建設方面的不適應。在中央系統以及周邊通信系統出現問題的時候，很有可能會導致系統死機和癱瘓。相比之下，分布式系統并不存在這個問題，各個系統獨自運行，所以即使單個出現故障，影響面也很小。不過，分布式系統也存在維護困難、難以管理的問題，當規模較小的時候，不如集中式管理靈活，成本以及效率都不如集中式管理模式。

3? 地鐵綜合監控系統可靠性分析

地鐵綜合監控系統按照功能可分為以下幾個小系統：監控工作站系統、車站網絡系統、現場總線系統、串口通訊系統等。現在主要對監控工作站系統和現場總線系統的可靠性進行分析。

3.1 監控工作站系統

系統功能：在車站綜合控制室內安裝的地鐵工程師站應具備車站級的監控系統維護與檢修管理功能，并具有對全部車站級監控對象予以監控操作管理功能。在正常運行及出現事故情況下，地鐵內的綜合監控工作站會對車站級監控系統設備予以高度的監視、控制與管理。通過以太網或總線接口與車站級監控主控制器相連接，可以有效對不同現場設備狀態所產生的數據進行接受、存儲與梳理;而且在地鐵工程師站可以顯示出車站內所有設備的運行狀態及模式控制。并且還可以在工作站上對所有車站級的軟件功能進行操作、控制系統組態、設定參數并生成相應數據庫等。另外，在車站級工程師站上能夠監視到該站級向綜合監控系統所發送的數據信息;同時實現不同故障及報警信息所具有的聲光報警功能。

可靠性分析：車站內的監控工作站現階段所采用的方式主要有：將1臺工業計算機當作監控工作站，或是將2臺工業計算機并聯當作監控工作站。按照1臺工業計算機進行計算時，其失效率為6.7×10-6。

采用2臺工作站以并聯的方式進行監控，可以增強其可靠性，但是從造價、安裝實施以及風險分散等多個因素上綜合考慮，最好采取在車站兩端分別安裝1臺觸摸屏的方式替代在綜控室內并聯2臺工業計算機的做法，利用此種方式可以避免工作站因同種原因產生故障問題，而且在兩端分別安裝觸摸屏，對設備進行針對性監控，可以分散故障風險，提升系統運行的可靠性與可行性。

3.2 現場級控制網絡可靠性分析

現場總線屬于一種網絡系統與控制系統，其網絡節點具有分散化、智能化以及數字化的特征，而且節點之間運用了數字通信總線方式進行連接，可以實現信息交換與自動控制功能的發揮。大規模的集成電路建設推動了智能儀表與相關執行機構的快速發展，并且其通信技術的發展又促進了連續生產過程中所需的現場總線技術發展，依照相關協議，控制器需要以串行數字通信的方式對現場設備進行監控。

現場總線具備以下幾種特征，可以確保其現場級功能具有較強的可靠性。

首先，實時性。數據傳輸率高，總線資源的分配合理，各個節點都能夠及時收發信息。其次，確定性。對于現場總線控制的數據而言，可預測其傳輸時間。然后，開放性。開放系統所述的通信協議處于公開狀態，不同設備廠家之間可以互連并交換信息。而且現場總線屬于工廠底層的開放系統。此開放系統能夠和遵守相同標準協議的所有設備或是系統相連。有關用戶可按自身實際需要與對象將來自各個地區的供應商產品組合成不同大小的系統。最后，適應性。現場總線能適應惡劣環境，抗干擾能力強。除此之外，現場總線的接線十分簡單，只需一對雙絞線或是一條電纜上就能夠與多臺設備相連接，極大的減少了電纜與端子等使用量，還降低了系統復雜性及其不可靠因素的產生幾率，系統可靠性得以增加。

4? 地鐵綜合監控系統優化策略應用分析

4.1 工況概述

選擇某地鐵項目作為分析對象，該地鐵項目的地鐵綜合監控系統采用了中央存儲模式，信息過多導致存儲容量不足，設備的一些關鍵信息被篩除，這主要是由于服務器長期高負荷導致的結果，特別是滑動門狀態事件出現時占用了綜合監控磁盤的空間，通過收集數據的方式可以在各個點位進行管理，以此來對監控數據的管理模式進行優化、改善。該地鐵綜合監控系統的控制模式如圖1所示。

4.2 優化方案

結合地鐵綜合監控系統中數據記錄的模式以及問題，選擇合適的優化解決方案。首先，結合聯調期間的具體情況進行狀態的調試，確保信息的合理性與安全性;然后，采用專業的現場設備進行管理與規劃;其次，結合綜合監控系統中滑動門有圖元的顯示情況，對于PSD中的各種重要事件的控制情況進行分析，在不影響到操作人員觀看的情況下進行調度、分析。最后，通過結合聯調過程中的運營數據對比分析，事件的需要程度和減輕服務器數據的處理方法以及不影響PSD正常監視的情況下對數據進行調取，這樣一來才能夠制定更為合理的技術方案來解決滑動門狀態失常導致數據量過大的問題。在制定方案過程中可以對一部分數據進行處理，或者僅保留圖元顯示，這樣就可以優化系統空間。在系統存儲的過程中，需要形成一個更長區間內的運行趨勢圖，通過直觀反應設備運行情況的方式來提供更為合理有效的技術支持。

4.2.1 電源監控優化措施

地鐵行業電力監控子系統與地鐵行業的綜合監控系統（ISCS）緊密集成，實現PSCADA子系統功能，共同完成變電站主要供電設備與接觸網（軌）等多個電力設備的運行情況及其分層分布遠程實時監視與控制，還可處理供電系統所產生的各種異常事故與報警事件，確保系統能夠正常運行。與此同時，供電系統調度及其管理維修自動化程度提升，供電質量得以保障，系統能夠安全、可靠地運行。圖2為PSCADA系統典型結構。

4.2.2 相關應用技術方面優化策略

針對綜合監控系統當中所分布的相關子系統而言，在對冗余故障進行切換的過程當中，所需要遵循的原則是：遵循優先原則，盡量不切換FEP以及總控單元，故障分析中僅納入對單點故障的考慮。圖3為監控系統正常運行下的數據流流向。結合圖3流向，分析如下常見故障：

在FEP（a）出現運行故障后，（b）切換為工作機，通過激活通訊連接的方式，實現與工作端口的通訊功能，同時在FEP心跳報文的支持下實現對整個集群的故障冗余。若后背FEP無法及時收到主模塊發送的心跳報文，則判定其發生失效問題，后備模塊會在一定延時基礎之上切換至主模塊。

4.3 優化成果

技術優化升級后，地鐵綜合監控系統的工作效率得到了明顯改善，也沒有再次出現過類似的問題。開門的狀態不會再繼續記錄，直接減少了對于存儲量的需求。從整體事件的比例上來看，由于這一項優化，使得整體比例從74%下降到了22%。與此同時，其他設備的關鍵信息得到了補充，整體的平衡性得到了滿足，也沒有再次出現過存儲量不充足的情況。通過這樣的優化，操作的便利性也得到了優化改善。具體地鐵綜合監控系統的整合方案優化成果如表1所示。

5? 總結

綜上所述，地鐵綜合監控系統在地鐵自動化進程中扮演著十分重要的角色，其不但需要完善行車、電力管理以及票務和信號服務等功能，同時還需要保障行車基本安全，提供必要的乘車服務，以此來確保行業的進步與發展。立足于現狀，地鐵綜合監控系統需要根據實際情況選擇相應的結構類型，通過對比優化，選擇合適的技術方案，以此來實現數據服務為核心的監控系統建設目標，處理并傳遞服務信息，確保服務效果。

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