江 偉 袁礦輝

(1.廣東交通職業(yè)技術學院機電控制系，510650，廣州;

2.長沙市軌道交通運營有限公司車輛部，410000，長沙∥第一作者，講師)

目前，越來越多的地鐵線路開始考慮和實施綜合監(jiān)控系統(tǒng)［1-3］。隨著自動化集成系統(tǒng)(AIS)［4］的成熟，國內地鐵項目逐漸開始通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)建立統(tǒng)一的軟硬件平臺，既實現(xiàn)資源共享、互聯(lián)互通、設備集中管理和維護，還可對子系統(tǒng)進行故障監(jiān)測，并為緊急情況下事件的處理提供全面、及時的信息和控制能力，提高地鐵整體運營調度管理水平。

1 傳統(tǒng)的車站監(jiān)控模式

圖1所示為傳統(tǒng)車站監(jiān)控模式:各個車站設置功能獨立的車控室，運營管理人員在各自車站完成機電設備監(jiān)控;運營控制中心(OCC)直接連接所有車站，另外加設后備控制中心與每個車站連接;當OCC設備發(fā)生故障或需緊急撤離時，后備控制中心接替OCC負責全線。該監(jiān)控模式的不足之處是設備投資與維護成本較高。

圖1 傳統(tǒng)車站監(jiān)控模式

2 車站群組監(jiān)控模式

2.1 硬件架構

圖2所示為車站群組監(jiān)控模式。深圳地鐵4號線采用了該監(jiān)控模式。考慮到設備投資與維護成本，港鐵(深圳)有限公司將深圳地鐵4號線沿線車站分為若干群組，每一群組大約3～5個車站。每一群組中有一指定的軸心站，其它車站則為衛(wèi)星站。衛(wèi)星站不設置車站控制室，只有軸心站才設置車站控制室。

軸心站的選擇尤為關鍵，除了考慮車站的重要性，還要進行風險評估。即列出在線路緊急運營和降級運營服務時的風險考慮因素，并進行評分，得出各站對線路運營的風險影響程度，然后比較選出軸心站。一般來說.終點站和換乘站都會被選為軸心站。

圖2 群組車站監(jiān)控模式

軸心站設置車站冗余服務器，并在控制室設雙工作站。衛(wèi)星站不設冗余服務器，只需在其他機房提供維護工作站，且衛(wèi)星站不設車站控制室，故整體系統(tǒng)設備也減少了。衛(wèi)星站的設備主要通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)在軸心站控制。由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)分散式處理的結構，監(jiān)控內容是以控制權指派，并且全線聯(lián)網，因此可將綜合監(jiān)控系統(tǒng)操作員的控制權也配置成群組的模式，由軸心站的運營人員一并控制群組內其它衛(wèi)星站設備，這樣，一個車站群組只需一個軸心站控制室(GSCR)就足夠了。整個車站群組監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖如圖3所示。

圖3 車站群組監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

在此基礎上，指定其中一個軸心站控制室充當線路的后備控制中心，當OCC設備發(fā)生故障或需緊急撤離時，可將中央控制權移交各線路指定軸心站控制室的運營人員，這樣就省卻了設置一個獨立后備控制中心的需要。

2.1.1 中央級 AIS

中央級AIS用于監(jiān)控全線各車站子系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在中央級AIS中，設置冗余實時服務器作為全線的信息中心，匯集各車站AIS信息，支持各調度員工作站的監(jiān)管功能;設置冗余通信前置機進行數(shù)據(jù)的實時采集，各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換在通信前置機內通過各種通用協(xié)議(OPC/MODBUS/PROFIBUS/ODBC/API/CICODE/VBA等)開發(fā)完成;設置歷史數(shù)據(jù)服務器存儲及管理系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，以減輕實時服務器的負擔;設置電調工作站實現(xiàn)全線的電力監(jiān)控;設置環(huán)調工作站實現(xiàn)全線的環(huán)境與設備監(jiān)控。中央級AIS同軸心站及衛(wèi)星站的AIS通過100 M/1 000 M工業(yè)以太網實現(xiàn)無縫連接。中央級AIS系統(tǒng)結構如圖4所示。

2.1.2 軸心站 AIS

軸心站AIS用于監(jiān)控群組中各車站子系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在軸心站AIS中，設置冗余通信前置機和冗余實時服務器實現(xiàn)群組各車站的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)交換，并支持各操作工作站的監(jiān)管功能;設置值班站長工作站和維護工作站，允許管理員進行系統(tǒng)信息查詢和對系統(tǒng)進行維護操作。軸心站AIS同衛(wèi)星站及中央級的AIS通過100 M/1 000 M工業(yè)以太網實現(xiàn)無縫連接。軸心站AIS系統(tǒng)結構如圖5所示。

2.1.3 衛(wèi)星站 AIS

衛(wèi)星站AIS用于監(jiān)控車站各子系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在衛(wèi)星站AIS中，設置冗余通信前置機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，車站各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換在通信前置機內通過各種通用協(xié)議(OPC/MODBUS/PROFIBUS/ODBC/API/CICODE/VBA等)開發(fā)完成;設置值班員工作站，允許管理員進行系統(tǒng)信息查詢以及對系統(tǒng)進行維護操作。衛(wèi)星站AIS同軸心站及中央級的AIS通過100 M/1 000 M工業(yè)以太網實現(xiàn)無縫連接。衛(wèi)星站AIS系統(tǒng)結構如圖6所示。

圖4 中央級AIS系統(tǒng)結構圖

圖5 軸心站AIS系統(tǒng)結構圖

圖6 衛(wèi)星站AIS系統(tǒng)結構圖

2.2 軟件架構

監(jiān)控軟件采用比較成熟的Cirect。中央級AIS和軸心站AIS的冗余通信前置機、冗余實時服務器、工程師站、維護工作站、值班站長工作站均配置Citect全功能無限點服務器版軟件包(每臺一套)。衛(wèi)星站AIS的冗余通信前置機和值班員工作站均配置Citect全功能15 000點服務器版軟件包(每臺一套)。整個軟件架構采用C/S結構，支持TCP/IP協(xié)議，建立在3個層次上，如圖7所示。

圖7 AIS軟件架構

現(xiàn)場接口層主要由冗余通信前置機構成，完成數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉換和數(shù)據(jù)交換功能，同時實現(xiàn)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隔離。冗余通信前置機是軸心站和衛(wèi)星站必不可少的設備，用于連接各個車站的子系統(tǒng)，包括 SCADA、BAS、FAS、AFC、PSD、PA、CCTV 等。通過各種通用協(xié)議開發(fā)完成各設備子系統(tǒng)的集成和數(shù)據(jù)交換。

網絡層主要由冗余實時服務器、Web服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器等構成。冗余實時服務器作為冗余通信前置機的客戶端，完成數(shù)據(jù)的收集、存儲和處理;Web服務器用于中央級AIS向車站級AIS和各種工作站提供Web服務;歷史數(shù)據(jù)服務器用于存放歷史數(shù)據(jù)和事件信息，向冗余實時服務器提供歷史事件查詢和數(shù)據(jù)服務。

應用層主要由各種工作站構成，收集冗余實時服務器提供的數(shù)據(jù)和信息，完成各種任務指令的下達，實現(xiàn)用戶輸入、指令操作，以及設備狀態(tài)、故障和報警信息顯示等。接收到故障和報警信息時，可進行相應的處理操作。用戶可隨時查看各項操作的進度和狀態(tài)。

3 運營經驗及問題

目前，深圳地鐵4號線和3號線都采用了車站群組監(jiān)控模式。從幾年的運營情況來看，車站群組監(jiān)控模式相對于傳統(tǒng)車站監(jiān)控模式具有以下優(yōu)勢:衛(wèi)星站無需設置車站控制室，也不需要設置后備控制中心，因而減少了相關系統(tǒng)設備的投資，降低了設備維護成本;站務員無需長時間駐守車站控制室，能有效利用資源，改善服務水平;可有效縮短列車運行調度時間和信號系統(tǒng)響應時間。

運營過程中也發(fā)現(xiàn)了一系列較突出的問題，如:系統(tǒng)的故障－安全性不夠高，中央級AIS系統(tǒng)故障會造成一些子系統(tǒng)出現(xiàn)聯(lián)鎖故障;軸心站AIS系統(tǒng)出現(xiàn)特殊情況時，群組內相應的衛(wèi)星站無法正常管理;整個系統(tǒng)的設備能耗較高，造成能源的極大消耗;緊急事故處理不夠及時，跟城市公交的融合不夠緊密等。

3.1 注重系統(tǒng)的安全性

地鐵AIS冗余復雜、造價高，一旦出現(xiàn)故障，對各個子系統(tǒng)的正常使用存在一定的威脅。目前新建或在建的很多地鐵項目中，AIS系統(tǒng)的集成多采用分散式的“小綜合”方式來解決監(jiān)控過程中的安全問題，使得系統(tǒng)集成的安全性和可靠性得到很大的提高。從應用的角度出發(fā)，AIS如采用基于IP的網絡技術及基于工業(yè)標準的開放通信協(xié)議，將使得系統(tǒng)集成變得更簡便。

3.2 注重系統(tǒng)的節(jié)能減排

發(fā)展低碳經濟、大力倡導節(jié)能減排已成為我國的一項基本國策。在地鐵行業(yè)，機組一般要按照建筑物最大熱負荷的110% ～120%設計;冷凍水泵、冷卻水泵都會按空調機組額定工況匹配，同時末端系統(tǒng)按總負荷量的110%～120%匹配。從目前的技術來看，采用環(huán)境整體節(jié)能控制系統(tǒng)，利用主機群控與能效管理中心對控制設備進行啟停，對冷卻水泵、空調風柜等設備進行變頻控制，將有效降低地鐵機電設備的耗能。

3.3 注重系統(tǒng)的模塊化、標準化與開放性

模塊化、標準化與開放性的設計理念有利于項目完成的效率。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設計應遵循模塊化與標準化，這將大大提高設備間的信息共享效率，并提升設備的可靠性。同時，設計之初應進行周全考慮，為系統(tǒng)預留盡量多的接口，以便在緊急情況下系統(tǒng)能按照預定的程序正常運行。

3.4 注重線網融合

地鐵作為城市交通的重要組成部分，與其他運輸方式的配合十分關鍵。如果地鐵AIS能夠與道路公交等其他公共交通系統(tǒng)實現(xiàn)安全集成，當?shù)罔F出現(xiàn)故障時，客流量通報、人員疏散、公交調度等問題將迎刃而解。

4 結語

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)是城市軌道交通機電設備管理從單純的面向設備管理，向面向運營管理為主、提升地鐵服務理念方向發(fā)展的必然結果，也是地鐵信息化建設的核心內容。隨著我國城市軌道交通線網的逐漸形成，綜合監(jiān)控系統(tǒng)或AIS必然朝著面向運營管理、面向乘客服務、面向整個城市交通綜合指揮管理的方向發(fā)展。

［1］湛維昭.地鐵機電系統(tǒng)綜合集成平臺的設計［J］.都市快軌交通，2006，19(2):81.

［2］許超，周秀風.全集成綜合監(jiān)控系統(tǒng)在上海地鐵10號線的應用［J］.應用能源技術，2010(10):12.

［3］胡媛.天津地鐵2、3號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)及評價［J］.鐵道通信信號，2010(3):44.

［4］楊琪.地鐵綜合自動化集成系統(tǒng)方案的研究［J］.城市軌道交通研究，2010(6):45.

［5］宋鴻昇，王瑞.工業(yè)以太網在地鐵自動化集成系統(tǒng)中的應用［J］.城市軌道交通研究，2013(1):105.