地铁综合监控系统应用的技术研究

　　以往国内地铁各机电系统一般是分立设置，独立治理，存在系统资源共享难题，不利于维护治理等缺点。跟着自动化技术的发展，越来越多的地铁线路开始考虑和实施综合监控系统；通过综合监控系统同一的软硬件平台，实现资源共享、互联互通、设备集中治理和维护，以及对子系统故障的监测，并为紧急情况下事件的处理提供全面而及时的信息和控制能力，进步地铁整体运营调度治理水平。
　　
　　1车站运行治理机制
　　
　　根据车站运营使用的需要，车站治理一般有两种方式：一种为车站平行运营模式，其车站设备之间的联接多采用双环网结构；另一种为车站组群运营模式，即中心级治理轴心站、轴心站治理卫星站方式，其车站设备之间的联接多采用两层星型网结构。深圳地铁3号线两层星型网结构如图1所示。车站组群运营模式既可节省运营职员，进步运营工作效力，还可降低建设本钱。如深圳地铁3号线车站组群运营模式设计，选取规模大、客流量高的车站为轴心站。每一轴心站将会治理2～3个临近卫星站。轴心站设有冗余服务器。卫星站不设置服务器，功能由所属轴心站服务器实现。
　　
　　一般情况下，轴心站综合监控系统具有本站及所管辖卫星站设备的监督、确认报警和控制功能；而卫星站综合监控系统只对本站设备进行监督，不能进行控制及确认报警。在特殊情况下，当轴心站授予控制权给卫星站后，卫星站综合监控系统可监督和控制本站设备以及确认报警，而轴心站综合监控系统对该卫星站设备只有监督功能，不能进行控制及确认报警。轴心站综合监控系统可个别选取本站及所管辖的卫星站的车站控制权；而卫星站综合监控系统只可选取本站的车站控制权，并需要轴心站先授予控制权。这样可确保操纵员的正当独一性，可避免不同地点的操纵员同时操纵而产生冲突。
　　
　　2系统硬件组成
　　
　　系统主要由中心综合监控系统、车站综合监控系统（包括综合后备盘）及综合监控骨干网等组成。
　　
　　2.1中心综合监控系统中心综合监控系统由中心监控网络、运营控制中央（OCC）冗余实时服务器、冗余历史服务器、磁盘阵列、磁带记实装置、各类操纵员工作站（总调工作站、电调工作站、环调工作站、维调工作站）、冗余的互联系统的网关装置（FEP前端处理器或通讯控制器）、不中断电源、打印机、网络治理系统（NMS）、大屏幕系统（OPS）等组成，用于监督全线各车站（包括车辆段）的各个子系统的运行状态，完成中心级的操纵控制功能。地铁综合监控系统在中心监控中央设立中心级监控网络治理工作站。中心级监控网络的核心是冗余配置的以太网交换机。中心监控网络为冗余1000／10000Mbit／s交换机构成的以太网，符合IEEE802.3尺度，采用TCP／IP协议。
　　
　　2.2车站综合监控系统
　　
　　车站级监控系统与车辆段监控系统分别位于车站、车辆段。车站综合监控系统由车站监控网络、车站服务器、车站（或车辆段）操纵员工作站、前端处理器、双屏值班站长操纵站、双屏值班员操纵站、车站互联系统的网关装置（FEP）、打印机、综合后备盘（IBP）等组成，用于监督车站各子系统的运行状态，完成车站级的操纵控制功能。车站监控网络为冗余1000Mbit／s交换机构成的以太网，符合IEEE802.3尺度，采用TCP／IP协议。
　　
　　2.3综合监控骨干网
　　
　　通讯骨干网是连接车站级监控系统和中心级监控系统的主干传输通道，它将中心级监控系统、车站级监控系统和车辆段监控系统连接为一有机整体。早期海内地铁监控网络大多基于同步数字分级（SDH）或异步传输模式（ATM）通讯方式。而今跟着通信技术的发展，大多采用单独光纤通道组建综合监控系统骨干网，即开放式传输网（OTN）通讯方式。根据地铁综合监控系统的数据传输要求，现地铁综合监控系统的骨干网络节点。
　　
　　2.4综合后备盘
　　
　　车站车控室设置综合后备盘（IBP），实现紧急情况下（劫难及梗阻）相关重要设备的后备控制功能。根据不同站设备配置和车控室布置不同，宜采用一站一设计构思。每个车站控制室IBP柜、工作台的外形尺寸都应根据房间尺寸专门定制，控制室不仅要有高效的车站控制功能，而且在整体美观方面也有很高的尺度。
　　
　　3系统集成方案
　　
　　早期地铁车站控制室的各系统都有自己的治理工作站，一般包括常规机电设备监控系统、信号系统、自动售检票系统、门禁系统、旅客信息系统（PIS）、防灾报警系统、广播系统（PAS）等的工作站。而一般的地铁车站通常只设置2名车站值班职员，要负责监管如斯多的机电设备，需要不断在各系统工作站的液晶显示（LCD）间切换，工作强度大。为了利便运营的集中操纵，产生了地铁综合监控系统的运用需求。地铁综合监控系统采用集成和互联的体系结构通常，采用集成的子系统主要有：电力监控系统（SCADA），环境与设备监控系统（BAS），火灾报警系统（FAS），屏蔽门（PSD）或安全门（SD）系统，门禁系统（ACS）；采用互联的子系统主要有：信号（SIG）系统，自动售检票（AFC）系统，闭路电视（CCTV）系统，广播（PA）系统，PIS，车载信息与安全防灾系统，无线通讯系统，时钟（CLK）系统。
　　
　　根据笔者对目前海内轨道交通综合监控系统实施情况的调研来看，从集成系统的范围和集成深度，系统集成方案可分为以下4种。可根据建
　　
　　设规模、本钱控制以及运营模式的需要选择实施不同的方案。
　　
　　3.1信息集成方案
　　
　　信息集成就是留存目前各系统的分立局面，利用各系统提供的开放式数据接口，增加相应的数据收集、存储、分发和处理系统，实现信息共享和系统间的快速指挥。如南京地铁2号线采用信息集成方案，暂考虑只监督不控制。
　　
　　3.2部门浅集成方案
　　
　　该方案对部门软硬件平台接近的系统进行集成，其长处是技术成熟、轻易实施、工程投资增加不大。该方案以知足各集成系统的正常功能为主，但因为集成的范围有限，对进步地铁系统整体运营操纵利便效果不大。如重庆轻轨的FAS、BAS系统，深圳地铁一期工程的FAS＋机电设备监控系统（EMCS）＋SCADA都可以看做这种集成方式。
　　
　　3.3准集成方案
　　
　　准集成是将除通讯、信号和自动售检票系统外的大多数支撑系统集成为一个系统。
　　
　　该集成方案中各设备系统的软硬件平台接近，轻易实施，改善了目前各系统分散零乱的局面。如广州市轨道交通3、4号线已采用了这种集成方式，为这种集成方式提供了实施经验。
　　
　　3.4深度集成方案
　　
　　该集成将地铁的全部配套系统和支撑系统集成为一个系统，是一种理想的集成方式，但涉及面太广，工程实施难度大。该方案中综合监控系统完成各子系统的操纵、治理功能，使各子系统真正融入综合监控系统，简化了各子系统与综合监控系统的传输环节和系统间的接口，有利于系统的接口尺度化和保证明时性。正在实施中的广州地铁5号线、北京地铁5号线、成都地铁1号线、深圳地铁3号线等均采用这种集成模式，但目前还未建成投入运营。香港地铁、新加坡地铁有较成功的完全深度集成实施运用经验，可供内地地铁建设鉴戒。
　　
　　对于以上4种集成方案，笔者以为：与安全有关的系统宜采用准集成或深度集成的方式，在一个工作站界面上报警时弹出图形界面并有声光提示，能完成相关的操纵；只与运营治理有关的系统人机界面，宜采用信息集成或部门浅集成的方式，用辅助工作站实现对地铁全局各子系统实时信息的把握。