浅谈城市轨道交通综合监控系统
摘 要：通过对城市轨道交通综合监控系统的研究，详尽分析了目前地铁综合监控系统的集成方式与构成。通过比较指出了顶层信息集成方式存在的不足，并提出了将各监控子系统的控制层设备纳入综合监控系统的深度系统集成方式的设计新思路。
关键词：综合监控系统；集成；轨道交通
1 地铁综合监控系统概况
在地铁设备设施中，为了保证乘客和工作人员的生命安全，设置了各种各样的机电设备，各机电设备之间，虽然功能或作用不尽相同，但相互有着直接密切的联系和依赖。一个火灾模式的执行，往往会联动一系列的地铁机电设备以及其他非机电设备，因此需要一个集成程度较大的自动化系统将这些设备联系起来，以实现统一监控管理。广州地铁从 3 号线开始已经实现轨道交通运营的综合自动化控制及管理，综合监控系统也随之诞生。采用该系统后，实现了地铁中央控制室、地铁车站、变电所以及车辆段之间相关功能的系统集成和互联，大大提高了设备的技术水准，实现了各底层系统之间信息共享、协调以及联动，最终用户可通过设置在车站、中央控制室的图形化人机界面，方便有效地监控管理整条线路相关机电系统的运行情况。
综合自动化监控集成技术经过了近几年的发展，已经成为各城市地铁设备监控管理的首选方式，构建一个良好的综合监控信息共享平台也成为地铁自动化技术发展的主要方向。地铁综合监控系统是地铁企业由自动化向信息化和智能化发展的基础平台，是地铁企业提高运营服务水平、监控水平、防灾能力及管理水平的需要，也是地铁企业由传统企业向现代企业转变发展的需要。
2 综合监控系统的集成平台
地铁综合监控系统实现了电力监控系统（SCADA）、环境与设备监控系统（BAS）、火灾自动报警系统（FAS）、屏蔽门（PSD）等系统的集成，实现了信号系统（SIG）、自动售检票系统（AFC）、广播系统（PA）、视频监控系统（CCTV）、乘客信息系统（PIS）和时钟系统（CLK）的互联。地铁系统里各种设施设备的基本运营状态包括正常运行状态、故障状态和紧急状态 3 种情况。地铁运营服务就是在这 3 种状态下，保证人员、设备的安全，提供人性化服务，从而提高地铁运营管理效率。
在正常情况下，总调将负责综合监控系统及各子系统的调度与管理工作，协调相关业务台间的工作，共享网上各子系统的运行信息，协调完成相关调度台之间的配合工作，监视各系统设备的相关运行状态。当紧急情况下，比如火灾发生时，须根据现场的实际情况，制定相关的应急处理措施，及时决策，并监督防灾指挥台完成各项程序，有效指挥。当车站、控制中心的现场探测设备确认火灾报警信息后，中央控制中心自动转为防灾指挥中心，并自动切换到全系统的灾害模式。此时综合监控系统将综合现场报警、列车位置等有关的信息，使各有关系统协调工作。
3 现有集成方式的分类和比较
3.1 现有集成方式的分类
根据国内外地铁综合监控系统的最新发展状况，综合监控系统从集成的深度来划分，主要分为顶层集成方式和深度集成方式。
3.1.1 顶层集成方式
顶层集成方式是在 OCC 和车站的监控层将子系统集成。综合监控系统在管理层面汇集，处理各子系统的数据，实现各子系统间的信息共享、交互及联动功能。这种方式的优点是实现比较简单，但是存在车站级设备及接口种类繁多、实现联动比较困难等一些缺点。这种方式的集成度比较低，一般为早期的地铁综合监控系统所采用，广州地铁3 号线和 4 号线的主控系统即为此种集成方式。在中央、车站和车辆段将集成的各子系统和互联系统的监控信息统一汇集后再进行处理，然后在中央控制室、车站的图形化人机界面上显示出来。其本质就是将早期分散监控方式下各子系统的上位机、下位机结构分为两个独立的部分进行设计、安装和调试；其主要特点就是在各站点将原来分立的各子系统拆分为两部分，上位机监控部分的功能统一由综合监控系统来完成，下位控制器部分的功能由各子系统完成，综合监控系统通过专门的网关接口设备（FEP）来实现与各接入子系统的数据通信。
广州地铁 3 号线综合监控系统采用冗余的分层、分布式结构，中央级和车站级采用基于 TCP/IP 或 UDP/IP 的网络协议，并采用行之有效的故障隔离和抗干扰措施。硬件组成上，主要分为中央主控系统 （CMCS）、车站主控系统 （SMCS）、车辆段主控系统（DMCS），以及设置在车辆段的培训管理系统（TMS）、设置在控制中心的软件测试平台（STP）和网络管理系统（NMS）。综合监控系统的软件包括数据接口层、数据处理层、人机界面层 3 个层次。
3.1.2 深度集成方式
深度集成方式采用统一的软件平台将被集成的各个子系统完全整合在一起。被集成的各个子系统的中央层、车站监控层和控制层被统一整合在综合监控平台上，它们的功能都由综合监控系统的软件来实现。系统的应用软件则完全统一，数据处理相对简单、迅速；系统间联动的功能种类比较多，并且安全、可靠、简洁。综合监控系统与被整合的各个子系统之间配合协调工作，由综合监控系统集成商统一来完成，减少了各个厂家的接口调试。深度集成方式是由我国地铁工程在实践中自主创新出的一种新类型，基本上克服了顶层集成方式的缺点。深度集成方式由于采用同一种软件平台，将被集成的各个子系统完全融入综合监控系统中，并且软件平台可延伸至现场级别，完全可以满足实时控制与互动功能的要求，系统的有效性、响应性好。
3.2 两种集成方式的比较
3.2.1 顶层集成方式的缺陷
（1）从网络资源利用率来看，一方面采用该方式的综合监控系统在顶层独自享用网络资源，并且网络利用率也比较低。另一方面各个集成的子系统站间通信、远程访问等功能所需的网络无法由综合监控系统提供，为完成这些功能不得不另外单独组网，比如广州地铁3 号线 BAS 子系统、FAS 子系统等。采用此种方式不但造成现有的资源浪费，还大大增加了成本。
（2）从软件数据采集和处理方面来看，在该方式下，综合监控系统与其子系统是直接通过网关设备将 2 个软件平台连接在一起的，导致了本可以一次性就能完成数据采集、处理、表示的一体化方式变成了先由子系统进行数据采集、处理、表示后再通过网关转发到综合监控系统，综合监控系统再一次进行数据转换、处理和表示等过程。整个过程本质上是增加了一个转换再处理工序，影响了系统的整体实时性。在实际的系统设计中，为解决实时性问题，综合监控系统采用控制监控点数的规模的方法来解决，间接造成子系统的部分原有功能被删减。
（3）从工程实施过程来看，采用这种方式后，系统层次比较多，承包商之间接口众多、需要相互协调的工作量变得过大，导致联调次数明显增加，故障排查以及系统后期维护成本也随之增加。
3.2.2 深度集成方式的优势
深度集成方式是对顶层集成方式的一种继承、发展，基本上可以克服顶层方式存在的一些缺陷，主要实现方式就是采用同一厂商的软件集成平台来构建中间控制层与上层信息管理层。其具备以下优势：
（1）实现网络资源共享、完善系统功能。由于在该方式下，下位机的主要控制层设备直接接入综合监控系统站级局域网，控制层设备之间的站间通信功能以及远程访问、下载和维护功能皆可以通过综合监控系统构建的全线网络而得以实现。综合监控系统采用这种方式后，既满足了运营指挥调度人员的功能需求，又能兼顾运营维护管理人员的功能需求，系统功能也更加强大。同时，各个子系统也不需要再单独组网，因此整体成本也有所下降。
（2）系统性能更加良好。由于在该方式下的综合监控系统是使用了同一厂商的软件平台，使得监控数据基本上可以一次完成数据采集、处理和表示，不再需要进行顶层方式下常见的数据转换、处理等过程，减少了一些中间环节，系统实时性得到了比较好的保证。另一方面，在一定程度上也可以扩大监控规模，以使功能更加完善、强大。
（3）降低了工程的实施难度。由于采用了一体化设计思路，系统构架比较简约、层次相对简化。在施工、调试过程中，能够统一布局，更易协调，甚至部分调试工作可以在实验室进行，从而使整个系统的现场调试工作量大大减少，现场联调次数也相应减少，故障排查和后期系统维护也更加方便。
4 结语
通过以上叙述分析，两种集成方式的综合监控系统主要是在网络结构上有一定的差异。相对而言，深度集成方式的综合监控系统性能更具优势、功能上更强大，目前也逐渐被国内各地地铁所接受、采纳。广州、北京、深圳、成都等城市的地铁新线皆采用了类似的建设模式。可以预见，深度系统集成方式的综合监控系统，是地铁综合自动化系统发展的趋势和方向。
［参考文献］
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［2］广州地下铁道总公司.广州市轨道交通 3 号线首期工程技术要求［Z］，2004
［3］GB50157—2003 地铁设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2003
［4］湛维昭.地铁机电系统综合集成平台的设计［J］.都市快轨交通，2006，19（2）
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