近些年來，計算機(jī)軟硬件技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展給地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐，而不斷提升的調(diào)度與運(yùn)營管理需求也直接推動了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能提升。筆者有幸在城市軌道交通的快速發(fā)展歷程中參與了諸多城市的綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展深深感慨，并對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展充滿期翼。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的起源與發(fā)展

20年前，計算機(jī)及自動化控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，大大提升了軌道交通自動化監(jiān)控管理水平，并直接推動形成了諸多分散自律的機(jī)電控制系統(tǒng)，如BAS（環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）、FAS（火災(zāi)報警系統(tǒng)）、SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)等。最典型的就是采用調(diào)度主站及變電所兩級計算機(jī)控制的應(yīng)用符合IEC（國際電工委員會）電力規(guī)約控制體系的SCADA系統(tǒng)，以及采用PLC（可編程邏輯控制器）及遠(yuǎn)程I/O的BAS系統(tǒng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展絕大多數(shù)也以這兩個系統(tǒng)的成熟為基礎(chǔ)。這些分立的機(jī)電系統(tǒng)大多數(shù)各自為政，在一定程度上進(jìn)行簡單而重要的信息溝通，如火災(zāi)信息會通過干接點或總線形式告知并觸發(fā)其余系統(tǒng)啟動災(zāi)害模式。

由于分立系統(tǒng)信息關(guān)聯(lián)度不夠且調(diào)度效率不高，15年前國內(nèi)開始向集成系統(tǒng)方向嘗試。2002年的北京城鐵13號線采用了統(tǒng)一的IT結(jié)構(gòu)及軟件，初步集成了BAS、FAS和SCADA三個系統(tǒng)，雖然規(guī)模小且只有一個地下站，但不失為一次成功的探索；深圳地鐵1號線一期工程也基于此種模式做了集成，并互聯(lián)了一些其它系統(tǒng)信息。這些都可算作綜合監(jiān)控系統(tǒng)的初探。而廣州地鐵3號線主控系統(tǒng)的設(shè)計與實施，則基本標(biāo)志著綜合監(jiān)控系統(tǒng)的形成，并以此為基礎(chǔ)向前發(fā)展。該系統(tǒng)集成互聯(lián)了幾乎所有的機(jī)電系統(tǒng)。應(yīng)該說，還是計算機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)步與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展使得系統(tǒng)的深度“集成-互聯(lián)”成為可能，并有效打破了各分立系統(tǒng)建設(shè)所導(dǎo)致的信息孤島。此階段，BAS、FAS和SCADA是深度集成的幾個關(guān)鍵系統(tǒng)，并有效互聯(lián)了CCTV（視頻監(jiān)控）系統(tǒng)、PA（廣播）系統(tǒng)和PIS（乘客信息系統(tǒng)）等功能。除了有效的監(jiān)控功能外，聯(lián)動成為綜合監(jiān)控系統(tǒng)最重要的功能之一。綜合監(jiān)控系統(tǒng)開始向機(jī)電系統(tǒng)的一體化調(diào)度指揮方向發(fā)展，并提供到站廣播、視頻控制、信息播報等與乘客服務(wù)相關(guān)的內(nèi)容。此階段，行業(yè)專家魏曉東先生主編的《城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術(shù)》成為了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的導(dǎo)論，也影響了業(yè)內(nèi)一代綜合監(jiān)控系統(tǒng)的探索者和實踐者。

隨著調(diào)度管控及運(yùn)營需求的不斷提升，不斷促使綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行更加有效的前臺數(shù)據(jù)處理（調(diào)度功能）和后臺數(shù)據(jù)應(yīng)用（數(shù)據(jù)分析及運(yùn)維支持）。綜合監(jiān)控系統(tǒng)不再糾結(jié)于對各子系統(tǒng)是集成還是互聯(lián)，而是更有效地提升系統(tǒng)應(yīng)用功能及使用效率。在此過程中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)除了聯(lián)動功能的不斷完善之外，還在以下幾方面做了大量的嘗試：集成多媒體系統(tǒng)以提供更加一致的調(diào)度服務(wù)、集成車載信息及視頻以有效監(jiān)視車輛狀況、應(yīng)用電力并行程控卡片以提升停送電效率、建設(shè)調(diào)度-維護(hù)數(shù)據(jù)的分級處理及設(shè)備管理系統(tǒng)以支撐運(yùn)維管理等，均取得了較好的成果。

除了IT技術(shù)的進(jìn)步及運(yùn)營需求的推動之外，主流系統(tǒng)集成商對于綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)需求把握度的提升以及軟件平臺的國產(chǎn)化也是此期間最重要的推動力。軟件平臺是實現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能的核心，其國產(chǎn)化不僅打破了國外產(chǎn)品對該系統(tǒng)早期的壟斷，更重要的是：國外產(chǎn)品的應(yīng)用無法滿足中國自身的國情和管理特點，同時其產(chǎn)品更新和發(fā)展也跟不上國內(nèi)軌道交通建設(shè)的節(jié)奏。國產(chǎn)化軟件平臺的應(yīng)用則很自然地解決了這些問題。一方面，它使得綜合監(jiān)控系統(tǒng)面向調(diào)度指揮更加順暢和高效，功能更加豐富，尤其是涉及電力調(diào)度、各種模式下的環(huán)境控制，以及應(yīng)急指揮、聯(lián)動等方面；另一方面，它使得系統(tǒng)面向設(shè)備管理更加清晰自如，綜合監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠靈活進(jìn)行分系統(tǒng)分車站采用點控、順控、模式控制等控制策略，同時還能夠靈活地分拆應(yīng)用系統(tǒng)中的調(diào)度指揮數(shù)據(jù)及運(yùn)營維保數(shù)據(jù)，有效地支撐設(shè)備在線監(jiān)測及后臺的系統(tǒng)運(yùn)維；同時，對CCTV、PA、PIS等系統(tǒng)的功能集成及聯(lián)動也使之能夠更好地提供乘客服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，綜合監(jiān)控系統(tǒng)由單純的調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)向著以調(diào)度監(jiān)控為主，并支撐線路運(yùn)營管理功能及乘客服務(wù)功能的綜合自動化系統(tǒng)方向快速發(fā)展。同時，也有力地解決了各城市運(yùn)營管理的個性化需求問題。

此種模式維系了大約8年時間，使綜合監(jiān)控系統(tǒng)成為一個成熟、有效的系統(tǒng)，其兩級管理、三級控制體系至今仍然沿用，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的綜合監(jiān)控體系結(jié)構(gòu)

2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的效率提升

業(yè)內(nèi)一直爭論的焦點是，如何使綜合監(jiān)控系統(tǒng)更好地發(fā)揮出其最佳的管理效率。毛宇豐先生認(rèn)為：綜合監(jiān)控系統(tǒng)承載了線路大量的設(shè)備數(shù)據(jù)，雖然其發(fā)揮著重要作用，但其數(shù)據(jù)的有效性仍然未能得到充分利用，管理的有效性也未能得到充分施展。筆者深深贊同此觀點，筆者所在的團(tuán)隊根據(jù)所參與的十多個城市、數(shù)十個軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗和運(yùn)營需求，根據(jù)普渡模型也大致勾勒出軌道交通信息系統(tǒng)模型，如圖2所示。

其中，L1—L2為過程自動化控制層，由車站及線路運(yùn)行控制所設(shè)置的生產(chǎn)系統(tǒng)（包括綜合監(jiān)控系統(tǒng)）來把控，L3—L4為線網(wǎng)管理和集團(tuán)管控的管理系統(tǒng)。L3為生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)，下達(dá)L1/L2層的作業(yè)計劃，向上傳達(dá)生產(chǎn)實績，并通過技術(shù)與管理手段保障和優(yōu)化L1/L2層的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；L4為企業(yè)ERP（企業(yè)資源計劃）及DSS（決策支持系統(tǒng)）層面，保障企業(yè)運(yùn)營并為企業(yè)中長期發(fā)展進(jìn)行宏觀調(diào)控。

隨著各大城市地鐵運(yùn)營線路的增多，單靠人力、物力難以高效支撐線網(wǎng)化運(yùn)營管理和集團(tuán)化管控，需要體系化的系統(tǒng)管控實現(xiàn)自上而下的管理支撐，并得到自下而上的實績反饋，從而不斷進(jìn)行系統(tǒng)改善。在實際的操作過程中，圖2所示的L2層與L3層的數(shù)據(jù)與管理聯(lián)系則至關(guān)重要。近些年行業(yè)內(nèi)在不斷推進(jìn)線網(wǎng)管理系統(tǒng)以及信息化系統(tǒng)建設(shè)，但其根本還是要根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)所管控的現(xiàn)場實際運(yùn)營情況來盡量量化地調(diào)節(jié)和規(guī)范。

圖2 軌道交通信息系統(tǒng)模型

基于云計算的IT建設(shè)模式為此種應(yīng)用及管理的融合提供了有想象力的技術(shù)手段。2016年溫州市域鐵路S1線在業(yè)內(nèi)率先進(jìn)行了探索，采用了基于云計算的綜合監(jiān)控體系。這是一個典型的“大拆小”的虛擬化技術(shù)應(yīng)用。筆者認(rèn)為，它的價值不在于硬件結(jié)構(gòu)的精簡或者基于硬件成本的考量（事實上也并非如此），更重要的是它使基于云桌面的移動監(jiān)控、智能運(yùn)維（系統(tǒng)自身的集中維護(hù)以及對運(yùn)維信息化系統(tǒng)的支撐）、集中部署（有力地支撐系統(tǒng)功能改善及延伸線建設(shè)）、L2與L3層次數(shù)據(jù)的有機(jī)融合成為最大的可能?！胺稚⒆月伞钡能囌緳C(jī)電系統(tǒng)也為云計算技術(shù)的應(yīng)用提供了可靠性保障。當(dāng)然，隨之而來的是系統(tǒng)的安全設(shè)計和管控，筆者認(rèn)為對于此類重要的生產(chǎn)系統(tǒng)適合采用私有云。

同時，近兩年快速興起的無人駕駛技術(shù)模式，也將有力地推動綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，推動整條線路的運(yùn)營管控效率提升。長期以來，行車監(jiān)控系統(tǒng)、車輛信息系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)等均分而治之，這些系統(tǒng)同屬于線路調(diào)度及運(yùn)營管理系統(tǒng)的重要組成部分，雖然有著橫向的信息交互和聯(lián)動，但卻難以做到數(shù)據(jù)和管理的高效融合。無人駕駛模式下，行車指揮、車輛、關(guān)聯(lián)機(jī)電設(shè)備以及對乘客的管理和響應(yīng)將融為一體，車輛也將成為移動的車站來統(tǒng)一管控。對此，上海申通地鐵集團(tuán)有限公司提出的無人駕駛系統(tǒng)的三個維度的參考標(biāo)準(zhǔn)非常有價值，即行車自動化、運(yùn)維智能化、乘客服務(wù)自主化。在以此為目標(biāo)的建設(shè)模式下，將極大限度地推動幾個系統(tǒng)之間的有機(jī)融合并實現(xiàn)更高效的一體化的線路調(diào)度指揮和場景聯(lián)動控制。除此之外，對影響行車和乘客安全的關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備的在線監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)應(yīng)用、基于圖像識別的人工智能技術(shù)應(yīng)用或許也將隨著運(yùn)營要求的提升逐步登上綜合監(jiān)控的舞臺。這些也是無人駕駛模式下的重要保障和支撐功能。

3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)依舊面臨的問題

隨著行業(yè)的快速發(fā)展及運(yùn)營效率的不斷提升，綜合監(jiān)控系統(tǒng)依舊面臨著不少挑戰(zhàn)。最重要的當(dāng)然就是如何與行車監(jiān)控系統(tǒng)、車輛信息系統(tǒng)的有機(jī)融合，并在調(diào)度中心實現(xiàn)對線路運(yùn)營的一體化管控，提升管控效率和乘客服務(wù)質(zhì)量。其次，綜合監(jiān)控系統(tǒng)接入了絕大多數(shù)車站機(jī)電設(shè)備，從設(shè)備管控及數(shù)據(jù)應(yīng)用的角度而言，如何全面與運(yùn)維及信息化系統(tǒng)貫通，在對大數(shù)據(jù)分析的同時，從根本上理順設(shè)備、物資、資產(chǎn)這幾個維度的屬性關(guān)系，做到數(shù)據(jù)與管理的深度融合，從而真正實現(xiàn)設(shè)備或系統(tǒng)的全生命周期管理，最大限度支撐調(diào)度指揮與運(yùn)維管理。同時，對于乘客服務(wù)能力的提升，除了管理體系的保障，也需要更多的從線網(wǎng)管理系統(tǒng)、線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)上做文章。比如通過高效的前端視頻處理并結(jié)合大數(shù)據(jù)分析的人工智能技術(shù)應(yīng)用，不僅可對客流進(jìn)行實時監(jiān)控和疏導(dǎo)，也能夠?qū)Π卜捞峁┯辛Φ闹?。最后，就是如何能夠更加有效地支撐線網(wǎng)管控系統(tǒng)，正如筆者前面所述：脫離實際生產(chǎn)系統(tǒng)的管理系統(tǒng)是不切實際的。而綜合監(jiān)控系統(tǒng)、指揮行車的信號系統(tǒng)、AFC（自動售檢票）及清分系統(tǒng)是線網(wǎng)管控最重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)源，也是最直接的管控對象。這幾個系統(tǒng)的接入標(biāo)準(zhǔn)也將直接影響線網(wǎng)系統(tǒng)的成敗。

4 結(jié)語

作為近10多年來的行業(yè)新系統(tǒng)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)更新和運(yùn)營管理需求的推動下不斷發(fā)展和完善。究其根源，“面向調(diào)度、面向設(shè)備、服務(wù)乘客”依舊是其內(nèi)在的幾個根本要素和價值所在，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)步也將圍繞這幾個要素不斷深入。而云計算技術(shù)模式、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)智能感知技術(shù)的不斷更新、基于視頻分析的人工智能技術(shù)應(yīng)用以及無所不在的網(wǎng)絡(luò)所提供的移動應(yīng)用，也將為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供更好的技術(shù)支撐。近期網(wǎng)絡(luò)上風(fēng)靡一時的李金龍先生的一張基于云化、線網(wǎng)化的全機(jī)電系統(tǒng)一體化集成管控設(shè)計圖也是對綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的最佳展望。屆時，無論是線路層面的深入，還是線網(wǎng)化的延伸，綜合監(jiān)控系統(tǒng)也必將包含更豐富、更有價值的內(nèi)涵。