城市軌道交通專用通信綜合網絡管理系統的方案設計

辛 鑫，李 潔，張致宏

（1.北京市地鐵運營有限公司 技術創新研究院分公司，北京 100082；2.地鐵運營安全保障技術北京市重點實驗室，北京 100082；3.北京市地鐵運營有限公司 供電分公司，北京 100082）

城市軌道交通專用通信系統是為運營管理和設備維修提供通信條件、傳輸各種調度命令信息、為旅客提供必要的信息服務的綜合系統，主要包括傳輸、無線通信、公務電話、專用電話、視頻監視、時鐘、廣播、電源、乘客信息等9 個子系統[1-3]。每個子系統均有獨立的網管系統，分別負責各自線路系統設備的故障管理、性能管理、數據配置管理等。截至2022 年底，北京市軌道交通運營總里程797.3 km，運營線路27 條。隨著軌道交通規模的不斷擴大，對設備的運營管理需求也在不斷提升，管理系統按照“一線一中心”的建設模式難以支撐運行管理的新需求[4]。為加強設備的集中管理，有必要建設綜合管理系統對專用通信各子系統設備進行集中監視、管理和控制。本文以北京地鐵專用通信系統為研究對象，設計城市軌道交通專用通信綜合網絡管理系統方案，實現對各子系統設備的有效管理。

1 系統總體架構

本文采用標準統一的接口設計、組件化設計、分層架構設計思想，將城市軌道交通專用通信綜合網絡管理系統架構設計為4 層，系統總體架構如圖1所示。

圖1 專用通信綜合網絡管理系統總體架構

1.1 采集層

通過不同的采集手段設計相應的功能組件[5]，實現對專用通信各子系統、各線路設備的資源數據、性能數據、告警數據、各子系統登錄日志和操作日志的采集。

1.2 數據層

采用數據轉換、信息完善、數據標準化等數據處理技術，將采集到的性能數據轉換為標準數據，實現對采集原始數據的存儲、處理和轉發。

1.3 應用層

搭建服務網關、數據庫，實現系統管理、資源管理、性能管理、告警管理、拓撲管理、業務監視、音源管理、能耗分析、播放監視等各類業務功能，為資源管理人員掌握信息資源，提供分析決策的支撐。

1.4 展現層

采用B/S 架構，向用戶提供可視化界面，實現各線路設備運行狀態信息和告警信息的實時呈現。

2 系統功能

城市軌道交通專用通信綜合網絡管理系統可根據用戶實際需求，擴展設計相應的功能[6-8]。系統功能如圖2 所示。

圖2 專用通信綜合網絡管理系統功能

2.1 系統管理

（1）用戶管理、角色管理：具備用戶和角色的增加、刪除、修改、查詢操作。

（2）權限管理：為不同級別的用戶分配相應的功能操作權限和數據管理范圍權限。

（3）登錄管理：對登錄系統的用戶進行鑒權。

（4）日志管理：對用戶的登錄信息和操作信息進行記錄并生成訪問日志和操作日志。

2.2 資源管理

（1）資源采集：可以周期性采集各子系統設備資源信息的功能，同時可對資源數據采集周期進行配置。

（2）資源維護：具備線路、機房、車站等資源數據的新增、修改和刪除功能。

（3）資源查詢：通過對設備所屬設備廠商、設備名稱、設備型號等條件進行組合查詢，獲得系統設備的詳細屬性。

2.3 性能管理

（1）性能數據采集：可以周期性采集各子系統設備性能指標的功能，同時可對性能指標采集周期進行配置。

（2）性能數據處理：將采集到的原始數據進行格式轉換，生成標準格式的數據文件并上傳至服務器。

（3）性能數據存儲：通過網絡采集到的性能數據在系統性能數據庫，保留期間可由系統靈活設定并修改。

（4）性能數據呈現：通過設備名稱、數據采集開始時間、性能參數名稱等查詢條件進行歷史性能數據的查詢，以表格或直方圖、趨勢圖等形式呈現查詢結果；

（5）性能門限管理：可以設置和修改性能指標的閾值門限，門限設置支持三級（緊急、主要、次要）告警；

（6）性能越限處理：根據設置的門限和采集的性能數據值，自動產生性能告警，通過圖形或表格等方式進行呈現，提示進行處理；

（7）性能分析：可對設備歷史性能數據進行統計以及趨勢分析。

2.4 告警管理

（1）告警采集：實時采集各子系統設備的告警，支持專用通信綜合網絡管理系統與各子系統網絡管理系統告警的同步；

（2）告警處理：具備告警數據格式轉換、信息完善和告警轉發的功能，系統接收到告警后，調取發生告警設備的相關資源信息，擴充完善告警的關鍵屬性信息，如廠商信息、設備所屬的區域信息、設備型號信息等，經過數據適配、過濾、分揀和存儲，用圖表、顏色、聲音等向運營維護人員提示有關告警信息和告警統計信息；

（3）告警存儲：可以對告警信息的存儲、備份；

（4）告警標準化：根據業務需求，對各線路設備告警進行告警標準化信息重定義，包括告警級別、告警名稱、告警類別、對業務的影響等；

（5）告警呈現：通過聲音、拓撲圖圖標顏色變化呈現系統的實時告警信息，并將告警名稱、設備名稱、IP 地址等信息及時通知相關運維人員；

（6）告警清除：具備自動清除和手動清除信息功能；

（7）告警查詢：通過對線路名稱、車站名稱、時間、廠商、設備類型、告警名稱等條件進行組合查詢，獲得系統歷史、當前的告警信息數據；

（8）告警知識庫：知識提交、知識檢索和知識庫可以聯動，運維人員可以通過知識庫查找解決故障方法。

2.5 拓撲管理

（1）拓撲展示：通過城市軌道交通線網組織圖和設備拓撲圖，顯示系統管理范圍內的站點、設備分布和各站點設備的告警狀態。

（2）拓撲監視：通過拓撲圖圖標的顏色變化實現系統設備告警狀態監視、性能狀態監視和告警數量監視功能。

（3）拓撲圖操作：具備視圖的顯示控制功能，可以實現視圖的放大、縮小、移動和還原，具備基本信息查詢功能，在拓撲圖上顯示所查詢設備的基本屬性信息、告警信息和性能指標。

2.6 業務監視

支持全線路攝像頭的任意點播、實時視頻預覽，支持單畫面、多畫面的點播切換；支持攝像頭的分線路、站點的樹狀展示、搜索定位，支持故障攝像頭的關聯告警查看。

2.7 音源管理

可呈現廣播線路網絡管理系統保存的音頻文件列表，并根據需要按時間段查詢、下載、試聽其中某個音頻文件，例如車站實時錄制的廣播文件、話筒音頻文件等。

2.8 能耗分析

通過列表方式呈現能耗單價信息，用戶可在列表上增加、刪除、修改能耗單價信息。系統根據能耗單價可計算出各類用電的能耗費用；可通過列表和圖形（如：柱圖、餅圖、曲線）方式呈現站點用電量統計數據；可按照不同的空間粒度（線路、站點類型）和不同的時間粒度（日、月、季），生成站點用電量TOP 排名和站點用電量統計報表。

2.9 播放監視

支持監視播放器發布狀態及實際顯示效果的功能，實時顯示指定車站指定顯示終端的當前播出畫面。

3 關鍵技術

城市軌道交通專用通信綜合網絡管理系統涉及專業、線路、設備較多，且不同建設時期的線路網絡管理系統采用的品牌、型號不一，不同廠商網絡管理系統的北向接口數據格式、接口協議不盡相同。

3.1 數據采集

通過收集資源數據、性能數據、告警數據和操作指令數據等各子系統不同類型的數據信息，系統可制定統一的數據接口，保證接口的規范性、易擴展和易維護性。資源數據接口用于采集各子系統設備資源對象和屬性數據量小、時延要求低，可采用文件傳輸協議或安全文件傳輸協議；性能數據接口用于采集各子系統設備性能對象和性能指標，數據量大、時延要求較低，可采用文件傳輸協議或安全文件傳輸協議；告警數據接口用于采集各子系統設備告警信息，時延要求較高，可采用傳輸控制協議；操作指令接口用于下發相關操作指令，時延要求較高，可采用超文本傳輸協議。

3.2 數據處理

對上傳的數據進行分類、匯總、分析、加工和處理。數據處理模塊對線路、機房、車站等資源數據的新增、修改與刪除；因為廠商設備采集的數據不一致，要對采集到的原始數據進行格式轉換，映射為與廠商無關的測量參數，并將標準格式數據上傳到指定服務器；實現對告警信息進行標準化處理，對各專業設備告警進行告警標準化信息重定義。

3.3 數據可視化

通過表格或圖形（如：直方圖、趨勢圖）等方式對設備所屬設備廠商、設備型號、設備名稱等資源數據，數據采集開始時間、性能參數名稱等性能數據進行組合查詢；告警數據可通過告警監視窗的形式呈現設備的實時告警信息，系統可對告警級別進行區分，進行聲音和顏色的提示。

4 應用案例

目前，北京市地鐵運營有限公司在分析城市軌道交通多條線路專用通信系統建設現狀與運營現狀，以及網絡化運營對專用通信路網綜合網絡管理系統需求的基礎上，對專用通信路網綜合網絡管理系統數據采集、數據分析進行了系統化研究，并以視頻監視系統和電源系統為例，開發了城市軌道交通專用通信視頻監視綜合網絡管理系統和電源綜合網絡管理系統，如圖3、圖4 所示。

圖3 視頻監視綜合網絡管理系統界面

圖4 電源綜合網絡管理系統界面

5 結束語

目前，各線路采用“一線一中心”的網管設計建設模式，不同專業網管系統采用煙囪式分散建立，設備種類、數量多，管理分散，數據集成度低、互聯互通性差，維護成本高。本文基于城市軌道交通專用通信系統各條線路網絡管理現狀，提出了專用通信綜合網絡管理系統的設計方案，有效地降低軌道交通運營維護成本、提高運營維護效率、提升運營安全性和穩定性。