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2 地鐵綜合監控系統技術內涵分析

    隨著近年國內地鐵幾個綜合監控系統的相繼投運并成功運行，驗證了地鐵綜合監控技術的成熟。愈來愈多的綜合監控系統的設計理念與實用技術被實證成功。這些被考驗、被驗證、被工程應用成功了的技術構成了綜合監控系統的技術內涵。

2.1 綜合監控系統構架理念

    地鐵綜合監控系統狹義而言是指地鐵線路以機電設備監控為主體的綜合監控系統，它是地鐵線路的數字信息共享平臺。廣義而言，它應是以行車指揮為核心的綜合監控系統，它應集成了地鐵運營的主專業系統——ATS。

    地鐵綜合監控系統也是通過現代控制系統集成技術，采用開放系統無縫地接入地鐵各個自動化專業子系統構建起的大型自動化系統。

    開放系統既是兼容了多廠家設備的計算機工業自動化系統，又是無縫接入形態各異子系統的開放系統軟件平臺。

    綜合監控系統對子系統的無縫接入在實踐中產生了兩類方式，一類稱之為對子系統集成，一類是對子系統互聯。

    所謂對子系統集成，是指開放系統將被集成子系統完全融入系統之中，被集成子系統成為綜合監控系統的一部分，被集成子系統的全部功能都由綜合監控系統實現，除了管理意義外，被集成子系統構成了綜合監控系統主體。

    為保證被集成子系統的性能不因集成而受損，國內創新出了對被集成子系統深度集成方式。所謂深度集成是指綜合監控軟件平臺從頂到底將被集成子系統集成，中央層與車站層采用同一軟件平臺，同時，被集成子系統的性能特別是遠動性能指標不低于原來系統。

    所謂對子系統互聯，被互聯子系統是一個獨立運行的系統、具有自身的完整結構，綜合監控系統通過外部接口與互聯子系統進行必要的信息交互以支持信息共享平臺的構建。互聯子系統獨立運行實現自己的功能，也向綜合監控系統提供交互數據，支持綜合監控系統互聯功能實現。

    綜合監控系統的初步設計必須確定對哪些專業系統集成從而在綜合監控系統中全面實現這些專業功能。對哪些專業系統互聯與這些子系統進行交互，確定集成與互聯的范圍。

    地鐵綜合監控系統廣義而言，可引伸到地鐵多條線路數字信息共享平臺。一個大城市內的城市軌道交通線網調度指揮系統也就是線網的綜合監控系統。

2.2 綜合監控系統網絡結構

    地鐵綜合監控系統是一個地理分散的大型SCADA系統。它構架在分布于方圓幾十公里的廣域網上。

    綜合監控系統的中央級系統（CISCS）構建在地鐵OCC（中央運營中心）內，一般它由雙冗余的工業以太網支持。

    綜合監控系統的車站級系統（SISCS）分布于各車站，一般也采用雙冗余的工業以太網。

    被集成的底層設備一般采用現場總線或廠家的專利總線。一般與車站監控網相連，個別聯入中央監控網。

    將中央監控網與地理分散的車站監控網采用骨干網（MBN）。在地鐵綜合監控系統建設中，對MBN的設計有兩種方案：

    （1）綜合監控系統的MBN占用通信傳輸網的一定帶寬的數據共享通道，一般采用百兆以太網（雙環）。

    （2）綜合監控系統的MBN單獨組網，一般采用雙冗余雙環工業以太網。

    上述兩種組網方式都有成功的案例，哪種更好依據工程的具體的條件以及業主的應用成熟性而確定。客觀講，各有優劣。

    單獨組網。系統集成商的主動性較大，責任較明確，實施時較為方便，但骨干交換機的選擇應有地鐵應用成功案例支持。

    用通信專業的傳輸網依賴于通信專業的配合，若出現于骨干網相關的技術問題，鑒定與協調較為復雜。

    綜合監控系統骨干網屬于廣域網的范疇，一般的自動化系統集成商缺少廣域網建設經驗和應用經驗，在選擇系統集成商時應注意這方面的要求。

2.3 綜合監控系統的性能要求

    地鐵綜合監控系統的性能要求可以羅列許多，在一些項目中性能指標要求過多甚至提出許多似是而非的指標，但卻忽略了本質性的性能指標。下面說明本質性的性能指標。

2.3.1 地鐵綜合監控系統實時響應性

    地鐵綜合監控系統在系統的屬性上具有兩大特性：

    （1）地鐵綜合監控系統是廣域網內構建的大型SCADA系統。按照國際標準的定義，它的最重要特性是遠動功能，即實現實時遙控與遙信、實現快速的模式控制。地鐵綜合監控系統必須具有優良的遠動功能才可完成其集成與互聯各類子系統的任務，才可以完成綜合監控功能。

    （2）地鐵綜合監控系統又是一個分層分布的大型計算機監控系統，它包含了分布式監控能力，包含了既有離散控制又有連續控制的復雜控制。這一特點主要反映在其應用的復雜性上。

    此兩大特性確定了綜合監控系統應具備較好的實時響應性能。要求綜合監控系統遙控時間在2秒之內，返信時間在2秒之內。更一般地講要求系統下行數據傳輸時間在2秒之內，上行數據傳輸時間在2秒之內。

    為保證這一重要性能指標，惟有采用對子系統的深度集成方式才可達標。

    當系統是既有離散控制又有連續控制的復雜控制系統時，其實時性能指標也要求達到較高水平，在一個控制層面，控制響應性應小于1秒（即在中央層經車站至現場級下行或上行數據傳輸時間小于2秒；車站層下行或上行數據傳輸時間小于1秒）。綜合監控系統的環境與設備監控的一些功能（例如，隧道模式控制與車站模式控制）的實現就需要達到此項要求。

2.3.2 地鐵綜合監控系統的可靠性

    地鐵綜合監控系統的可靠性要求較高，因為它擔負著多方面的重要職責：

    （1）維護全線路重要機電設備、保持設備良好運行的重任。

    （2）擔負著出現災害條件下模式控制的重任。

    （3）擔負著正常工況下，機電設備按時間表運行的監控。

    （4）每天地鐵開啟與關停的全線停送電重任。

    （5）全線自動化各系統的聯動。

    為此，一般綜合監控系統提出了MTBF大于8000小時；MTTR小于1小時。

    像綜合監控系統這樣的大型自動化系統可靠性指標絕不是直接計算出來的，而是采用可修復系統的可靠性理論統計估算出來的。綜合監控系統可靠性絕非是計算出來的，而是在系統設計階段需進行可靠性設計，在系統軟件中采用一系列的可靠性機制，在實施中進行RAMS的可靠性、安全性的標準化管理才可以保證系統在長期運行中達到可靠性指標。

    在可靠性設計與措施中最重要的是系統重要設備的冗余機制的實現，在系統實施時，在系統運營過程保證這一機制的成功實現是衡量系統可靠性重要依據。如何保證冗余機制的真正實現，保證系統可以在單點故障時快速進行冗余切換，應是業主對系統集成商和系統的重點考核。

2.3.3 地鐵綜合監控系統的可擴展性

    地鐵綜合監控系統的可擴展性主要通過系統所經歷的擴展案例來實證，一般而言應從以下方面來考核：

    （1）系統網絡的擴展能力（交換機的可用端口數量）。

    （2）系統關鍵硬設備的容量及可擴展能力（服務器群的容量，服務器的數據容量，操作員站的最大數量等）。

    （3）系統軟件平臺的可擴展能力。

    主要是指系統軟件平臺在系統、應用與工程三個層面上的可擴展能力以及三層平臺的解耦特性；是指系統平臺的原型的可擴展性能、系統應用模塊容量以及它的擴展能力、工程開發的適應性。

    （4）軟件對功能開發的支持能力，軟件升級、優化以及兼容能力。

    地鐵綜合監控系統的可擴展性決定了系統在其生命周期內的服務能力，也是保護用戶投資利益的重要保障。業主在選擇系統集成商以及具體系統時應將此作為重點之一。

2.4 地鐵綜合監控系統的功能需求

    地鐵綜合監控系統的功能需求是綜合監控系統技術內涵的重要部分，它主要依賴于地鐵業務的需求以及對綜合監控系統的功能定位。

    地鐵綜合監控系統中央功能主要是實現子系統的原有調度工作的全部功能，包括：FAS、BAS、PSCADA 運營管理功能等；可以監視各接口系統的信息，包括：SIG、PIS、ACS、CLK、PA、CCTV、AFC、RAD及ALM等；監視全線環境、災害、乘客、供電及車站主要設備的運行情況及隧道火災的模式控制；具有網絡管理功能；具有設備維護管理功能；根據不同的情況啟動相應的預設工作模式實現全線各子系統的聯動控制；中央數據管理、存檔、報表、打印及其他服務。

    地鐵綜合監控系統車站級功能主要是實現子系統的原有車站調度管理工作的全部功能，包括：FAS、BAS、PSD及FG。可以監視各接口系統的信息，包括：SIG、PIS、PA、CCTV、AFC等。監視車站管轄范圍內的環境、災害、乘客、供電及車站主要設備的運行情況。單點或模式控制操作車站的機電設備，以維持運營，保護人身和設備安全。停止或允許時間表。 車站級數據處理、存檔、報表、打印及其他服務。 

    綜合監控系統功能定位要確立為運營服務、為設備維修、為乘客服務的原則。聯動功能要實用、要完備、要深入。

    在工程實踐中要避免兩種傾向：

    （1）功能不全，集成與互聯系統的范圍及功能考慮不周。

    （2）要求一些專業性較強、規模較小的子系統集成在綜合監控系統中，使綜合監控功能主次不分，性能受損。

2.5 地鐵綜合監控系統有效支持運營

    構建地鐵綜合監控系統的目的就是為有效支持運營。

    綜合監控系統的系統設計和工程實施主要滿足地鐵運營“調度管理”和“維護管理”兩個層面的需求。這兩個層次所面對的服務對象不同，“調度管理”面向的是地鐵控制中心調度人員及車站值班員。“維護管理”所面對的服務對象是綜合監控系統各專業維護工程師和維護人員，包括供電維護人員、機電設備（環控、屏蔽門、電扶梯、事故電源等）維護人員、火災報警維護人員等。由于所承擔的工作職責不同，對系統功能的目標要求也不同，“調度管理”側重于對系統設備的狀態監視、操作控制、工況模式選擇、事故工況處理等工作；“維護管理”側重于系統設備是否正常工作，是否出現報警，是否需要派員到現場維護等信息。在綜合監控系統設計時將針對上述兩類服務對象有區別地設計人機界面、報警分類、報表服務等功能，有效避免不同類型報警信息對操作人員的干擾，最大限度地發揮綜合監控系統的對運營支持作用。

    在系統中央級，地鐵規范要求以行車指揮為中心設立行調、電調、環調、維調和總調，要求這些調度站信息溝通。綜合監控系統必須保證實現這些要求。

    綜合監控系統必須具有支持車站統一站務監管的功能，綜合監控系統應支持車控室對車站站務的協同監管。綜合監控車站級軟件的服務對象是車站值班員和值班站長及相關維護人員。

    在目前的經濟環境下，綜合監控系統必須進行能源管理，為運營制定節能降耗措施，提供數據參考，有力支持地鐵各專業大型設備和耗能系統的節能措施。

    綜合監控系統通過發揮信息共享平臺的功用，在系統整個生命周期內，不斷地擴展功能為地鐵運營管理的進步服務。

2.6 技術內涵總結

    地鐵綜合監控系統在國內發展多年技術已日趨成熟，較為成熟的應用技術可總結如下。

    （1）地鐵綜合監控系統的總結構設計已較成熟，由開放系統集成和互聯子系統構建數字信息共享平臺的理念已為實踐證明并在繼續發展。采用可靠性設計、特別是采用行之有效的重要設備冗余實用技術，使綜合監控系統達到了較高性能指標，尤其是在廣域網上實現了優良的SCADA遠動功能和分層分布監控功能。

    （2）地鐵綜合監控系統的功能需求在工程的實證中愈來愈穩定并規范；在工程實踐中綜合監控系統的系統集成商積累了眾多的應用核心技術；ISO15745等國際標準正指導著一些系統集成商的接口開發與管理；綜合監控系統對運營的支持技術也有了實質的進步。

    （3）地鐵綜合監控系統的軟件平臺技術，在工程中被詮釋，在系統實施中被檢驗，在不斷的工程歷練中發展。國內已創新出優于國外的綜合監控系統軟件平臺。

    （4）地鐵綜合監控系統技術內涵在各層次的細節上進步。從總體結構上，地鐵綜合監控系統正向線網調度指揮系統外延。在集成子系統的內部結構上也在發展深度集成方式，特別在環境與機電設備監控之中，將MCC集成其內的技術已開始試點。在底層網絡結構上已經有了所謂以太網“一網到底”的趨勢。  

    更多內容：

    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（一）——建設綜合監控系統的第一關鍵點
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（三）——地鐵綜合監控系統軟件分析
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（四）——地鐵綜合監控系統軟件分析
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（五）——軟件國產化的問題
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（六）——綜合監控系統設計中的問題
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（七）——綜合監控系統實施風險分析
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（八）——綜合監控系統的其他問題