城市轨道交通综合监控系统现状及构建分析

城市轨道交通综合监控系统现状及构建分析

赵磊

赵磊

杭州市地铁集团有限责任公司310007

摘要：近年来，城市轨道交通发展迅速，本文简述了目前国内地铁综合监控系统的发展现状，阐述了综合监控系统的整体构建、数据布局选择及冗余方式选择，最后对地铁综合监控系统的发展方向做了展望。

关键词：综合监控系统；系统构建；数据布局；冗余

1引言

随着地铁的发展，从运营自动化、单线路运营到线网运营管理及决策的城市轨道交通综合监控集成系统越来越成熟，可以对机电设备进行统一的监视和控制，实现资源共享、互联互通、设备集中管理和维护，同时还可对子系统进行故障监测，并为紧急情况下事件的处理提供全面、及时的信息和控制能力，符合城市轨道交通“人文交通、科技交通、绿色交通”的战略发展要求。

2综合监控系统的技术现状

现有的城市轨道交通综合监控系统，以实时监控为主要应用目的，实现各专业系统之间的信息互通、资源共享，提高各系统的协调配合能力，高效地实现系统间的联动，增强应对各种突发事件的应变能力，有利于改进轨道交通资源管理水平，提高经济效益。

现有综合监控系统在体系架构设计和接口方面主要侧重于实时设备监控和数据处理，城市轨道交通综合监控系统一般具有以下主要特性：

1）系统性能强大，管理的数据规模巨大，处理能力在30万点以上，数据类型丰富和多样化，核心是实时数据库和分布式数据通信，满足大型、复杂项目的应用要求。

2）采用统一的软硬件平台，调度操作与地理位置无关，采用分布式结构，可以进行跨专业的联合调度。

3）支持采用主备、冗余、分层、分布式C/S结构，多数支持异构环境（Windows/Unix/Linux和x86/RISC服务器）。

4）现阶段软件平台基本为通用大型SCADA系统软件平台，针对城市轨道交通进行行业化应用开发。一般分为基于电力SCADA平台及自动化控制SCADA平台两类，这两类平台侧重点不同，各有优劣，均可满足轨道交通的运用。

5）具有丰富的驱动及接口功能，并可方便扩展。在体系架构设计和接口方面主要侧重于实时设备监控和数据处理。

3、综合监控系统构建分析

轨道交通综合监控系统是一个地理分散的大型SCADA系统，构架在分布于方圆几十公里的广域网上，它的最重要的特性是实现实时遥控、遥信、遥测和遥调，实现快速的模式控制，服务于轨道交通运营管理功能。基于以上特点，笔者对综合监控系统的系统构建进行分析。

3.1整体构建

综合监控系统的整体构建应以运营管理需求为基础，系统最终目标应该为提高增强乘客舒适体验、提高运营管理服务水平和控制运营成本。因此运营需求应该是综合监控系统软件开发的首要考虑因素，从设计方案开始，具体功能的提出与实现应该以轨道交通运营经验为参考。而现有的综合监控软件平台大部分是以工业自动化或电力自动化软件做适当应用开发，从工程实践上来看，虽可满足运营基本需求，但要更好的迎合运营需求，软件平台需要进行个性化定制开发。软件体系应采用模块化结构，构建为开放的可扩展的系统，以利于系统灵活配置、功能扩展和性能提升。

作为系统的集成工具，综合监控系统软件平台的选择虽然重要，但并不是关键点，关键在于系统集成商及软件开发商的软件开发能力及软件平台的开放性。在软件开发商的软件平台基础上开发出大量综合监控应用软件，构成自己的应用核心技术，或者根据常年积累的工程及运营应用经验，自主开发综合监控软件平台，将是国内综合监控系统集成商的努力方向。

综合监控系统硬件设备选型时，应选用工业级成熟可靠的产品。必须确保所使用的设备在出厂之前就已经经过多种检测，如电磁兼容性检测、设备抗电磁干扰性检测等，以满足地铁复杂的环境。

3.2数据布局选择

城市轨道交通综合监控系统的实施有基于集中分布式数据服务和基于区域式数据服务的两种基本形式。

集中分布式监控系统采用分布式数据服务方式，各车站均设置服务器作为数据收集和处理的核心，同时控制中心又将所有的车站数据收集，集中存储、管理，将整个系统分为两大部分—服务端和客户端。这种方式优点是减少了客户端的处理，最优化地共享服务器资源，应用程序有较好的可维护性和可移植性，同时有很好的维护服务器数据库的完整性。同时站内功能的实现不依赖于主干传输网络，切换实时响应高，服务器配置要求较低。缺点是服务器配置数量较多，投资较高，设备利用率不高。

区域式监控系统是将全线路划分为若干个域，选定一个车站为区域中心站，设置区域服务器，整个区域作为一个整体面向中央级服务器，区域管辖的车站数量可根据车站规模来灵活划分，一般采用3～4个车站为一个区域，中心站可以设在区域的中心位置，也可以设在区域内规模最大的车站。这种方式的优点是节省了投资，且采用区域式设置服务器与实时数据库的方案，可与运营管理模式一致，提高设备性能。缺点是区域服务器故障时波及面较大，风险较高。

轨道交通综合监控系统需要根据自身线路的特点、车站构成形式来选择适合的数据布局方案。在综合监控所需监控系统规模较大，点数较多，主干网需要交换大量数据的情况下采用集中分布构成方式，其实时响应速度可更高，工程整体的风险性较小。而在区域服务器完全可以胜任多个车站系统监控数据的传输和处理，采用区域式监控方式更加合理，同时还可降低系统的总体投资。

3.3冗余方式选择

综合监控系统承担着对轨道交通多个大型机电系统的监控工作，是城市轨道交通正常运营和紧急救灾指挥的基本保证，涉及到人身及设备的安全。因此，综合监控系统必须具备全方位的冗余保护机制，包括硬件、软件、运行功能及数据流程均需要具备冗余保护。冗余机制需要保证任何单点及交叉故障时，不影响综合监控系统正常运行，冗余切换时须保证数据一致性及实时性。综合监控系统多层冗余包括网络冗余、服务器冗余及前置机冗余，冗余机制根据不同功能也不相同。综合监控系统专门设立IBP盘，采用硬线直接与各系统的主要设备连接，可执行相关的系统联动功能。当整个软件平台或网络瘫痪后，仍可保证对主要设备的的可控性，从而进一步保障了综合监控的可靠性。

网络冗余主要是网络交换机冗余，采用集群冗余方式，当主交换机故障时，备交换机根据网络拓扑动态切换到最短路径，保证数据完整性，但网络需要重构，数据传输可能会产生延时，网间切换时间一般为ms级。

服务器冗余一般采用热备的冗余方式，实现简便，可靠性强。主备服务器在同一时刻具备相同的行为与属性，但正常工作时仅有主服务器对外提供数据与服务，备用服务器处于热备运行。当主服务器故障时，备用服务器可以无缝切换。

前置机冗余也采用集群冗余方式，一般采用负载均衡运行，不同的接口系统分别由主用与备用前置机管理，当一台前置机故障时，由另一台全部接管。这样的运行机理可以保证故障切换时对系统影响最小。

4结束语

在轨道交通发展迅速的当前，综合监控系统的应用与发展已经从单纯的面向设备管理转变为面向运营管理为主。控制投资成本及推动国产化设备进程、使节能及全系统运营维护管理更加行之有效以及全方位提升乘客服务质量，都将成为轨道交通综合监控系统日后发展的重要准则。

随着技术的发展以及管理的日益精细化，综合监控系统需要在现有实时监控的基础上，结合迅速发展的信息技术，通过引入多核并行处理、平行扩展的服务器集群、移动应用、安全系统等成熟的IT技术，提供良好的用户体验。

参考文献：

[1]GB50157—2013地铁设计规范[S].

[2]张越，徐小燕.地铁综合自动化系统的研究[J].南京林业大学学报：自然科学版，2007(5)：97.

[3]彭辉，徐志修，周文华，等城市轨道交通智能综合监控系统设计[J].铁道工程学报，2006(1)：15.