論述地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

論述地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

摘要：近幾年，隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步，城市化進(jìn)程不斷加快，致使交通擁堵成為各大城市的普遍問題。作為新型交通工具，地鐵飛速發(fā)展，其中綜合監(jiān)控系統(tǒng)是地鐵的重要組成部分，為地鐵車站提供了一個(gè)集中操作、運(yùn)營管理的平臺(tái)，直接關(guān)系著地鐵的正常運(yùn)行與維護(hù)。本文地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展進(jìn)行了論述。關(guān)鍵詞：地鐵；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；應(yīng)用進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著城市化進(jìn)程的加速和大中城市規(guī)模的快速擴(kuò)張，為了滿足城市內(nèi)快速方便出行的民生需求和經(jīng)濟(jì)規(guī)模穩(wěn)步提高的社會(huì)需求，城市地鐵和城軌進(jìn)入了一輪爆發(fā)式增長的過程。從2000年三個(gè)城市擁有百余公里的地鐵，發(fā)展到2014年底有22個(gè)城市超過3000公里的城市軌道交通總里程。地鐵建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了多個(gè)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，地鐵信號(hào)控制、調(diào)度和監(jiān)控等專業(yè)系統(tǒng)設(shè)備從最開始的全部進(jìn)口到現(xiàn)在的國產(chǎn)化，從眾多獨(dú)立的子系統(tǒng)到大系統(tǒng)集成融合，實(shí)現(xiàn)了安全性、可靠性、自動(dòng)化水平和效率的不斷提高，隨著通用技術(shù)的不斷升級(jí)和基于“大數(shù)據(jù)”、“云計(jì)算”的大眾用戶體驗(yàn)需求的不斷增加，專業(yè)設(shè)備的深度集成、高效快速的聯(lián)動(dòng)反應(yīng)和最大化的數(shù)據(jù)使用效率是發(fā)展的趨勢(shì)。1地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能目前，地鐵機(jī)電設(shè)備主要可分為的三大類：信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)。信號(hào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)指揮列車運(yùn)行，保證行車安全；通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)全部機(jī)電設(shè)備之間的信息傳輸，提供數(shù)據(jù)通道服務(wù)；綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力、設(shè)備、調(diào)度和通信等眾多基礎(chǔ)設(shè)備的監(jiān)督控制，監(jiān)督系統(tǒng)各結(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)局部故障情況下實(shí)現(xiàn)整體的聯(lián)動(dòng)控制，保證整個(gè)地鐵系統(tǒng)的運(yùn)行正常，提高設(shè)備故障應(yīng)急響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)共享的最大化。在地鐵發(fā)展的初期階段，存在較多獨(dú)立的監(jiān)控子系統(tǒng)，主要有電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、屏蔽門或安全門系統(tǒng)（PSD、SD），信號(hào)系統(tǒng)（SIG）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、廣播系統(tǒng)（PA）、門禁系統(tǒng)（ACS）、乘客資訊系統(tǒng)（PIS）、車載信息與安全防災(zāi)系統(tǒng)、有線電話系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)（CLK）。各系統(tǒng)采用獨(dú)立的服務(wù)器、通信接口設(shè)備和人機(jī)交互軟件，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互極少，沒有實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，更缺少故障應(yīng)急情況下的聯(lián)動(dòng)控制機(jī)制。監(jiān)控功能完整但缺少集成共享平臺(tái)的情況下，面向用戶存在多個(gè)人機(jī)界面，靠人工實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，造成基礎(chǔ)設(shè)備的重復(fù)設(shè)置、建設(shè)成本增加、使用管理頭緒復(fù)雜、效率低下，無法發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能。2地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用隨著系統(tǒng)應(yīng)用的深入和問題的提出，綜合監(jiān)控的機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)，并經(jīng)過了由淺入深、由局部到整體的應(yīng)用過程。上海明珠線最早將電力和環(huán)控兩個(gè)專業(yè)集成在一個(gè)平臺(tái)上。2002年，北京地鐵的“西直門--東直門”線實(shí)現(xiàn)了“供電、環(huán)控和防災(zāi)報(bào)警綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)”。2004年建成的深圳地鐵1號(hào)線首次采用了綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，將機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)，電力監(jiān)控系統(tǒng)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)集成在一起。廣州地鐵4號(hào)線建成了最大的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，稱為主控系統(tǒng)，集成和互聯(lián)的系統(tǒng)達(dá)到12個(gè)。初期的綜合監(jiān)控采用頂層信息集成的模式，在保留完整的原子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過專用通信通道從各子系統(tǒng)的人機(jī)交互層提取共享信息，在綜合監(jiān)控信息集成平臺(tái)進(jìn)行匯總處理和信息顯示，也可以實(shí)現(xiàn)部分的聯(lián)動(dòng)控制功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1（1）。這種信息集成的模式只是對(duì)操作用戶提供了一個(gè)統(tǒng)一的界面，并沒有實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控的實(shí)質(zhì)功能，更沒有簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和降低成本，并且兼容眾多系統(tǒng)的通信接口方式和通信協(xié)議，技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度高，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可信度大大降低。目前的系統(tǒng)應(yīng)用逐漸向深度系統(tǒng)集成模式發(fā)展，該模式對(duì)可集成的監(jiān)控子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，采用統(tǒng)一制式的采集控制終端設(shè)備，一個(gè)車站范圍內(nèi)各種類型設(shè)備的監(jiān)控信息統(tǒng)一進(jìn)行通信封包傳輸，共享使用統(tǒng)一的服務(wù)器和通信通道，綜合監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一處理和顯示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1（2）。發(fā)生異常情況時(shí)，比如發(fā)生火災(zāi)，綜合監(jiān)控中心直接控制相關(guān)設(shè)備聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，比如直接控制電動(dòng)扶梯和屏蔽門等相關(guān)設(shè)備操控到安全狀態(tài)。簡(jiǎn)單的說，深度集成模式下綜合監(jiān)控系統(tǒng)由一家企業(yè)、一套大系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力、環(huán)境、火災(zāi)、門禁等各種輔助外圍設(shè)備的監(jiān)督控制。除了對(duì)電力、環(huán)境、火災(zāi)和屏蔽門門禁系統(tǒng)的深度完全集成監(jiān)控，綜合監(jiān)控系統(tǒng)還與信號(hào)系統(tǒng)、自動(dòng)售票、旅客引導(dǎo)、閉路電視和廣播等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度互聯(lián)，作為一條地鐵線路的綜合信息平臺(tái)，獲取整條線路地鐵運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行顯示和發(fā)布。3關(guān)鍵技術(shù)3.1分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫基于地鐵系統(tǒng)運(yùn)行的高安全性和可靠性要求，綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)一般采用分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)中不僅中央服務(wù)器、域服務(wù)器作為服務(wù)器為系統(tǒng)提供部分或全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問，而且I/O站和配置了軟件進(jìn)程的操作員站都可以作為服務(wù)器為系統(tǒng)提供部分或全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分散地分布于各個(gè)層次之中。因此，軟件應(yīng)用進(jìn)程可以高速而有效地存取數(shù)據(jù)。分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫使散布在一定地理范圍的各域（即各車站）的全部信息形成一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，從而支持任何操作員站都可以訪問任一服務(wù)器，完成對(duì)本地或遠(yuǎn)程的監(jiān)控。3.2軟件總線通用軟件總線系統(tǒng)是運(yùn)用硬件總線的思想構(gòu)建的一種“支持多主服務(wù)、統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一權(quán)限控制、具有數(shù)據(jù)存取控制、易于擴(kuò)充維護(hù)的軟件平臺(tái)”。綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，因?yàn)榇嬖趯?duì)多個(gè)不同功能、不同安全限制級(jí)別和不同地域的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問，所以構(gòu)建軟件總線平臺(tái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫之間統(tǒng)一專業(yè)的數(shù)據(jù)存取處理是一種理想的技術(shù)方案，軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2。使用軟件總線可直接訪問本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)同步讀寫，軟件總線負(fù)責(zé)將應(yīng)用請(qǐng)求定位于可用的服務(wù)器。正常情況下，首先選擇本域服務(wù)器，如本域服務(wù)器故障，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)向下一級(jí)服務(wù)器。建立軟件總線平臺(tái)使得真正的客戶應(yīng)用專心于應(yīng)用本身，而不用關(guān)心數(shù)據(jù)來自哪里，也無須考慮網(wǎng)絡(luò)層的應(yīng)用協(xié)議。同時(shí)對(duì)服務(wù)器的旁路能力也使各級(jí)服務(wù)器不再成為瓶頸，即使服務(wù)器故障，也不影響人機(jī)界面對(duì)設(shè)備的直接訪問。監(jiān)控中心服務(wù)器、操作員站都可對(duì)車站服務(wù)器、操作員站直接訪問，它們又都可直接訪問底層I/O服務(wù)器。3.3監(jiān)控終端設(shè)備選擇綜合監(jiān)控系統(tǒng)與被監(jiān)控設(shè)備之間的接口設(shè)備選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)FAS控制器、屏蔽門主機(jī)、冷水機(jī)控制器、自動(dòng)扶梯、電梯、照明控制系統(tǒng)（包括應(yīng)急電源）的監(jiān)控，不同類型的被控設(shè)備，監(jiān)控接入的接口制式也不盡相同，有串口接入、現(xiàn)場(chǎng)總線接入、網(wǎng)絡(luò)接口接入、數(shù)字或模擬式的輸入輸出接入等多種方式。針對(duì)不同的接入方式選擇適當(dāng)?shù)慕K端接入設(shè)備，可以針對(duì)性的開發(fā)各種類型的電子化監(jiān)控模塊，但對(duì)于集成方來說技術(shù)難度大、工期長、通用性差。目前主流采用可編程邏輯器PLC（ProgrammableLogicController），它是一種以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并可通過各種數(shù)字、模擬和通信接口方式，控制各種類型的機(jī)電設(shè)備動(dòng)作。PLC具有高可靠性、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)使用方便、兼容性和封裝性高的特點(diǎn)，還可以提供冗余的Controlnet接口接入車站冗余控制網(wǎng)絡(luò)。PLC的使用大大簡(jiǎn)化了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)復(fù)雜度，通用設(shè)備的使用使系統(tǒng)投入應(yīng)用后的可維護(hù)性也大大提高。4發(fā)展趨勢(shì)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)無疑是高集成度、智能化和數(shù)據(jù)應(yīng)用的更加豐富。目前來看，綜合監(jiān)控系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)還是完全獨(dú)立的兩大系統(tǒng)，但系統(tǒng)之間也存在大量的數(shù)據(jù)交互共享。今后，兩大系統(tǒng)是否有可能集成融合為一個(gè)系統(tǒng)是大膽的設(shè)想，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為信號(hào)系統(tǒng)是涉及行車安全的系統(tǒng)，關(guān)乎旅客人生安全，系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)遵循最高的安全性指標(biāo)，國內(nèi)地鐵應(yīng)用的信號(hào)系統(tǒng)均通過第三方歐標(biāo)SIL4級(jí)安全認(rèn)證，如此封閉嚴(yán)苛的一個(gè)安全系統(tǒng)，完全開放與綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成是不現(xiàn)實(shí)的。信號(hào)控制需要雄厚的專業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)積累，但是由信號(hào)系統(tǒng)集成商集成綜合監(jiān)控系統(tǒng)的難度會(huì)小很多，國內(nèi)部分主流的信號(hào)系統(tǒng)集成商具備高級(jí)別的系統(tǒng)集成資質(zhì)，有能力完成這項(xiàng)大系統(tǒng)的集成。實(shí)現(xiàn)大集成的地鐵機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)完全透明，聯(lián)動(dòng)機(jī)制更加完善高效，系統(tǒng)內(nèi)部的響應(yīng)更加快速準(zhǔn)確。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、列車運(yùn)行信息、售票信息、客流信息、視頻監(jiān)控信息等等，無所不包的地鐵信息在系統(tǒng)內(nèi)的整合，不僅能提高信息使用效率，不同渠道的信息相互校核，更能提高系統(tǒng)決策的準(zhǔn)確度。綜合信息整合的平臺(tái)更可以延伸為信息發(fā)布的平臺(tái)，相關(guān)運(yùn)行信息通過平臺(tái)發(fā)布至互聯(lián)網(wǎng)，參與大數(shù)據(jù)運(yùn)作，可以通過各種應(yīng)用提供互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)，幫助旅客更準(zhǔn)確的掌握地鐵運(yùn)行狀況，可以通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)手段購票和安排出行的時(shí)間與路線。結(jié)語信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展使系統(tǒng)的深度集成成為可能，系統(tǒng)的集成度越高，人工參與指揮協(xié)調(diào)的工作量大大減少，系統(tǒng)閉環(huán)反饋聯(lián)動(dòng)控制，安全性和可靠性大幅提高，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能得以充分的發(fā)揮。但深度集成不僅只是技術(shù)問題，打破系統(tǒng)提供商原有的市場(chǎng)與產(chǎn)品布局，改變地鐵的運(yùn)營維護(hù)模式和參與者固有的思維定勢(shì)需要一定的魄力和過程。但隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大眾越來越習(xí)慣和需要通過互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)準(zhǔn)確的獲取交通相關(guān)的信息，并且可以參與其中，這種需求會(huì)促使地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建更加完整的數(shù)據(jù)信息共享和處理平臺(tái)，向下面向設(shè)備運(yùn)營，向上面向公眾用戶，系統(tǒng)之間無縫的融合和最大的效能是發(fā)展的必然。參考文獻(xiàn)：[1]王宏森.深圳地鐵三號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)[J].機(jī)電工程技術(shù).2015，44（3）：79-81.[2]王婷婷.城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)模和系統(tǒng)性能分析[J].無線互聯(lián)科技.2015，（1）：165-167.[3]李中.地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)