摘要：為了滿足城市軌道交通線路分期建設(shè)投運(yùn)、統(tǒng)一運(yùn)營管理的建設(shè)模式需求，文章提出了一種綜合監(jiān)控系統(tǒng)分階段調(diào)試和割接技術(shù)。根據(jù)分期建設(shè)過程時(shí)間跨度大、與運(yùn)營同步進(jìn)行的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了綜合監(jiān)控系統(tǒng)3個(gè)階段的施工、調(diào)試、運(yùn)營流程；提出了一種滿足分期建設(shè)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，重點(diǎn)研究了調(diào)試過程中數(shù)據(jù)同步和數(shù)據(jù)隔離技術(shù)、割接過程中數(shù)據(jù)合并和完整性校驗(yàn)技術(shù)。實(shí)踐證明，割接階段可以順利生成全線路的運(yùn)營數(shù)據(jù)，滿足地鐵建設(shè)和運(yùn)營的安全性、穩(wěn)定性要求。

關(guān)鍵詞：綜合監(jiān)控系統(tǒng)；城市軌道交通；分期建設(shè)；數(shù)據(jù)隔離；數(shù)據(jù)同步

中圖分類號：U231+.92

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

城市軌道交通作為快捷便利的綠色交通方式，已然成為公共交通發(fā)展的主流。然而，由于城市軌道交通建設(shè)具有周期性長、成本較高、建成后調(diào)整難度大等特性^［1］，為了盡快使工程投入運(yùn)行以緩解市政壓力，國內(nèi)多家地鐵單位逐漸采用了分期建設(shè)、分期投運(yùn)，最終統(tǒng)一運(yùn)營的建設(shè)模式^［2］。

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為一種大型的分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠?qū)⒎稚ⅹ?dú)立的各類自動(dòng)化系統(tǒng)（如電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)等）整合在一起，有效促進(jìn)城市軌道交通中各專業(yè)之間的信息互通與資源共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的高效聯(lián)動(dòng)機(jī)制^［3-4］。綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為城市軌道交通的監(jiān)控平臺，其穩(wěn)定性和可靠性對于確保運(yùn)營安全、提高運(yùn)輸效率至關(guān)重要，因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施也要滿足分期建設(shè)投運(yùn)的建設(shè)模式需求。

在這種新的建設(shè)模式下，傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施方案面臨著諸多風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。分階段調(diào)試與割接技術(shù)是針對城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)分期建設(shè)過程提出的一種新的技術(shù)手段，該技術(shù)通過合理規(guī)劃階段流程，管理各階段的配置數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的一致性和完整性。不僅可以降低綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試與割接的難度和風(fēng)險(xiǎn)，還可以確保系統(tǒng)在各個(gè)階段都能保持相對穩(wěn)定和可靠的狀態(tài)，對于分期投運(yùn)城市軌道交通線路具有重要意義。

1 流程設(shè)計(jì)

如圖1所示，以分2期建設(shè)的運(yùn)營地鐵線路為例，展示了分階段建設(shè)的軌道交通線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)的施工、調(diào)試、運(yùn)營流程場景，各階段主要工作包括如下。

第一階段：此階段和常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)一致，要完成一期線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)的安裝部署、安裝調(diào)試、交付運(yùn)營。

第二階段：此階段中，由于一期線路已交付運(yùn)行，不僅要完成二期線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)施工調(diào)試，還要同步完成已交付綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化完善。

第三階段：統(tǒng)一運(yùn)營階段，該階段要完成一、二期綜合監(jiān)控系統(tǒng)所有功能的割接和數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)全線配置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運(yùn)營。

按照上述流程，綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用分階段建設(shè)投運(yùn)模式，與傳統(tǒng)一次性建設(shè)投運(yùn)模式相比，實(shí)施難點(diǎn)主要集中在第二階段與第三階段，第一階段與常規(guī)一次性建設(shè)過程完全相同。綜合監(jiān)控系統(tǒng)分期建設(shè)實(shí)施過程須解決以下技術(shù)難題：

（1）在第一階段和第二階段建設(shè)過程中，“綜合監(jiān)控系統(tǒng)中心+車站”的分布式架構(gòu)，包括硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都須額外考慮分期調(diào)試和運(yùn)營的特點(diǎn)。

（2）由于第一階段綜合監(jiān)控系統(tǒng)已投入運(yùn)營，第二階段綜合監(jiān)控增加了施工難度，應(yīng)該在施工過程中將對第一階段的影響降至最低，以保證不影響第一階段已投運(yùn)部分的安全運(yùn)營^［5］。

（3）統(tǒng)一交付階段須對割接后綜合監(jiān)控系統(tǒng)的配置數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)完整性以及軟件的功能正確性進(jìn)行驗(yàn)證。

2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了在二期綜合監(jiān)控施工過程中避免對一期既有系統(tǒng)造成干擾和影響，確保一期已運(yùn)營線路的穩(wěn)定，二期綜合監(jiān)控系統(tǒng)不與一期共用控制中心，而是設(shè)立了調(diào)試服務(wù)器作為臨時(shí)控制中心，臨時(shí)中心所需設(shè)備均可從二期的站級設(shè)備臨時(shí)調(diào)用，并不會(huì)造成建設(shè)成本的增加，二期的所有調(diào)試工作站均與臨時(shí)控制中心連接。整體上看，施工線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)與已運(yùn)營線路硬件架構(gòu)保持一致，可以有效降低割接交付階段的實(shí)施難度。

此外，在如圖2所示的方案中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用VLAN+靜態(tài)路由配置方式，實(shí)現(xiàn)一期系統(tǒng)與二期系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)訪問的隔離和連通，一期系統(tǒng)中心特定服務(wù)器與二期臨時(shí)中心服務(wù)器之間通過特定網(wǎng)段或端口建立TCP連接。二期系統(tǒng)臨時(shí)中心、車站服務(wù)器、工作站自成獨(dú)立系統(tǒng)，與一期已投運(yùn)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)訪問隔離^［6］，只通過單向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，通過上述特定網(wǎng)段或端口，實(shí)現(xiàn)將一期系統(tǒng)中心全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到二期系統(tǒng)臨時(shí)中心，方便二期系統(tǒng)調(diào)試。

二期系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)庫采用一期系統(tǒng)當(dāng)前配置數(shù)據(jù)庫版本并繼續(xù)更新，之后即使一期已運(yùn)營系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)再發(fā)生修改時(shí)，也可以通過特定工具將增量的更改內(nèi)容合并到二期配置庫，二期系統(tǒng)依然可以通過接收到的一期系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試。如此一來，已投運(yùn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)與未投運(yùn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)均可在各自的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立運(yùn)行，而且由于二者之間設(shè)置了專用網(wǎng)絡(luò)通道，允許實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步功能經(jīng)過該通道進(jìn)行單向的數(shù)據(jù)通信，也能保證一、二期系統(tǒng)配置和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的一致性。同時(shí)，二期系統(tǒng)的任何配置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修改、控制命令都不會(huì)對一期已投運(yùn)線路產(chǎn)生影響。

3 數(shù)據(jù)管理

3.1 配置數(shù)據(jù)管理

綜合監(jiān)控系統(tǒng)全線配置數(shù)據(jù)可以根據(jù)車站或用途分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)分區(qū)，全部數(shù)據(jù)分區(qū)可以歸類為公共分區(qū)、一期專用分區(qū)、二期專用分區(qū)3類。其中：公共分區(qū)存放一期和二期系統(tǒng)共同使用數(shù)據(jù)，包括程序運(yùn)行設(shè)置、全局配置信息、畫面圖元模板等；一期專用分區(qū)存放一期系統(tǒng)接入的車站或?qū)I(yè)的采集數(shù)據(jù)、監(jiān)控畫面、實(shí)時(shí)計(jì)算配置、報(bào)警信息配置；二期專用分區(qū)存放二期系統(tǒng)接入的車站或?qū)I(yè)的采集數(shù)據(jù)、監(jiān)控畫面、實(shí)時(shí)計(jì)算配置、報(bào)警信息配置等。在整個(gè)分期交付建設(shè)過程中應(yīng)該使用統(tǒng)一的配置數(shù)據(jù)庫，才能保證全部交付后的統(tǒng)一管理和運(yùn)營。

如圖3所示，一期綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分區(qū)包含公共分區(qū)和一期專用分區(qū)，一期專用分區(qū)指的是若干個(gè)一期車站獨(dú)立的數(shù)據(jù)分區(qū)以及一期車站共有的數(shù)據(jù)分區(qū)；二期系統(tǒng)則在一期系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上增加二期專用分區(qū)，二期專用分區(qū)指的是若干個(gè)二期車站獨(dú)立的數(shù)據(jù)分區(qū)以及二期車站共有的數(shù)據(jù)分區(qū)。

為了進(jìn)一步提高配置數(shù)據(jù)庫的安全性，應(yīng)使用分區(qū)權(quán)限管理功能對各個(gè)數(shù)據(jù)分區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)操作權(quán)限進(jìn)行限制。分區(qū)權(quán)限與機(jī)器節(jié)點(diǎn)綁定，各機(jī)器應(yīng)記錄當(dāng)前機(jī)器節(jié)點(diǎn)具有操作的數(shù)據(jù)分區(qū)，不同的機(jī)器節(jié)點(diǎn)可以具有不同的數(shù)據(jù)分區(qū)操作權(quán)限。權(quán)限劃分原則如下：一期的控制中心機(jī)器節(jié)點(diǎn)或者用戶僅允許對公共數(shù)據(jù)分區(qū)、一期所有車站數(shù)據(jù)分區(qū)進(jìn)行配置修改；二期臨時(shí)控制中心機(jī)器節(jié)點(diǎn)或者用戶僅允許對二期所有車站數(shù)據(jù)分區(qū)進(jìn)行配置修改；一、二期車站機(jī)器節(jié)點(diǎn)和用戶僅允許對當(dāng)前車站的數(shù)據(jù)分區(qū)進(jìn)行配置修改。

由于一、二期系統(tǒng)會(huì)存在公共的配置數(shù)據(jù)，且一期已投運(yùn)系統(tǒng)在二期調(diào)試期間也可能進(jìn)行少量的配置數(shù)據(jù)調(diào)整，比如增加一些公共數(shù)據(jù)或者子專業(yè)數(shù)據(jù)，發(fā)生調(diào)整后應(yīng)利用分區(qū)數(shù)據(jù)對比工具將一期系統(tǒng)對一二期公共數(shù)據(jù)的修改部分同步給二期系統(tǒng)，保證不會(huì)丟失一期系統(tǒng)運(yùn)營期間的額外配置數(shù)據(jù)。

3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理

通過將已運(yùn)營系統(tǒng)和調(diào)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分別基于不同的數(shù)據(jù)分區(qū)構(gòu)建后，一期系統(tǒng)和二期系統(tǒng)使用時(shí)可以分別加載各自的數(shù)據(jù)分區(qū)。在實(shí)時(shí)運(yùn)行態(tài)，車站節(jié)點(diǎn)僅加載公共分區(qū)和本車站分區(qū)數(shù)據(jù)，不僅降低了系統(tǒng)運(yùn)行壓力，還實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的隔離。

由于一、二期系統(tǒng)都可以獨(dú)立運(yùn)行，一期綜合監(jiān)控系統(tǒng)和二期綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是隔離的，正常情況下不同步，兩邊的系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不須要時(shí)刻保持一致。只須每隔一段時(shí)間連通一次，兩段連通之后，將一期綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)斷面單向同步至二期綜合監(jiān)控系統(tǒng)。單向同步支持通過配置文件配置黑名單和白名單，當(dāng)進(jìn)行斷面同步時(shí)，黑名單中的數(shù)據(jù)對象會(huì)自動(dòng)過濾，白名單中的數(shù)據(jù)對象只同步配置文件中配置的屬性，其余該對象的屬性均不同步。同時(shí)配置文件中還可以對分區(qū)進(jìn)行配置，即只同步配置文件中配置的分區(qū)，其余分區(qū)均不同步。

對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的操作不僅要對分區(qū)權(quán)限進(jìn)行校驗(yàn)，還要進(jìn)行責(zé)任區(qū)的判斷。責(zé)任區(qū)管理指的是將數(shù)據(jù)庫對象劃分為多個(gè)管理單元，用戶只須關(guān)注自己管理范圍內(nèi)的信息處理，實(shí)現(xiàn)按責(zé)分工的管理模式。通過責(zé)任區(qū)的劃分，實(shí)時(shí)的報(bào)警、畫面信息也會(huì)根據(jù)不同的節(jié)點(diǎn)和用戶進(jìn)行區(qū)分顯示，遙控、置數(shù)、封鎖、掛牌等控制操作也只對責(zé)任區(qū)域內(nèi)的設(shè)備有效。在二期綜合監(jiān)控增加若干二期車站的責(zé)任區(qū)，二期用戶和節(jié)點(diǎn)只擁有二期系統(tǒng)的責(zé)任區(qū)，責(zé)任區(qū)判斷和分區(qū)權(quán)限判斷屬于“與”的關(guān)系，雙重保險(xiǎn)，在進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修改時(shí)更加安全。

4 割接驗(yàn)證

割接驗(yàn)證階段是綜合監(jiān)控系統(tǒng)分階段建設(shè)的最后階段，也是整個(gè)流程最關(guān)鍵的步驟，是軌道交通線路全線運(yùn)營的前提。此階段須要將一期所有配置數(shù)據(jù)都合并至二期配置中并以二期配置數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)生成全線完整的運(yùn)營環(huán)境。由于一期線路正在運(yùn)行，本階段實(shí)際操作時(shí)間窗口很短，一般只有地鐵停運(yùn)后的幾個(gè)小時(shí)，為了保證合并后系統(tǒng)的完整性和正確性，須嚴(yán)格按照以下方法進(jìn)行數(shù)據(jù)合并和驗(yàn)證^［7］。

首先，利用分區(qū)導(dǎo)入/導(dǎo)出功能，在一期系統(tǒng)中依次將公共數(shù)據(jù)分區(qū)、一期車站數(shù)據(jù)分區(qū)導(dǎo)出成文件，同樣在二期系統(tǒng)中依次將公共數(shù)據(jù)分區(qū)、一期車站分區(qū)、二期車站分區(qū)導(dǎo)出成文件。利用分區(qū)對比工具比較兩邊系統(tǒng)相同數(shù)據(jù)分區(qū)的數(shù)據(jù)一致性和完整性，如果存在不一致信息，需要工程人員查看并處理。只有通過驗(yàn)證后，二期配置庫才可以用作全線運(yùn)行環(huán)境的配置數(shù)據(jù)。

其次，通過單向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊在運(yùn)營系統(tǒng)中心服務(wù)器與臨時(shí)中心服務(wù)器建立單向通信，將已運(yùn)營系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到二期系統(tǒng)，觀察二期系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是否正常，驗(yàn)證調(diào)試系統(tǒng)整體配置數(shù)據(jù)作為全線系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)的正確性和完整性。

最后，將通過驗(yàn)證的二期配置數(shù)據(jù)庫完整導(dǎo)入一期系統(tǒng)生成全線運(yùn)營數(shù)據(jù)庫，同時(shí)只須在一期運(yùn)營系統(tǒng)中心服務(wù)器加載對應(yīng)二期數(shù)據(jù)分區(qū)，開放對二期線路車站的網(wǎng)絡(luò)訪問即可實(shí)現(xiàn)割接合并運(yùn)行，有效降低了調(diào)試系統(tǒng)與運(yùn)營系統(tǒng)割接時(shí)的工作復(fù)雜度和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)^［8］。

5 結(jié)語

本文所提出的城軌綜合監(jiān)控系統(tǒng)分階段調(diào)試與割接技術(shù)方案，能夠滿足現(xiàn)代城市軌道交通線路分期建設(shè)投運(yùn)、統(tǒng)一運(yùn)營管理的需求。該方案中提出的分期建設(shè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)同步和數(shù)據(jù)隔離技術(shù)、數(shù)據(jù)合并和完整性校驗(yàn)技術(shù)，在嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)完整性和一致性的前提下，降低了割接的操作難度，有效解決了城軌綜合監(jiān)控系統(tǒng)分期交付的難題，提高了城市軌道交通線路分期建設(shè)過程的安全性和穩(wěn)定性。此方案已在南京地鐵7號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目上成功實(shí)施，證明了其可行性和安全性。

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（編輯 沈 強(qiáng)）

A staged debugging and cutover technology for urban rail integrated supervisory control system

DOU Gang， WANG Zhixin， MENG Nana

（Guodian Nanjing Automation Co.，Ltd.， Nanjing 211100， China）

Abstract：In order to meet the requirements of the construction mode of phased construction and operation and unified operation and management of urban rail transit lines， a phased commissioning and cutover technology of integrated monitoring system is proposed. According to the characteristics of the phased construction process with a large time span and synchronous operation， the three-stage construction， commissioning and operation processes of the integrated monitoring system were designed. The hardware architecture of a comprehensive monitoring system to meet the phased construction is proposed， and the data synchronization and data isolation technology in the debugging process， the data merging and integrity verification technology in the cutover process are emphatically studied. It has been proved in practice that the operation data of the whole line can be successfully generated in the cutover stage， which can meet the safety and stability requirements of subway construction and operation.

Key words：integrated supervisory control system; urban rail transit; staged construction; data isolation; data synchronization