城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術分析

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術分析

引言:綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在城市軌道交通領域得到了廣泛應用，其應用的廣度和深度正在不斷拓展，一些新需求的提出、一些新技術在城市軌道交通領域的應用，也給綜合監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，積極應對這些挑戰(zhàn)，將給綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供新的、更大的發(fā)展機遇。隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術和自動控制技術的進步，城市軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)按照自身的技術特點，不同程度地實現(xiàn)了自動化控制和管理，形成了各自的監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡。

一、城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的任務和功能

1.1

任務

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務是滿足軌道交通運營的“調(diào)度管理”和“維護管理”兩個層面的需求。調(diào)度管理主要面向控制中心的調(diào)度人員和各車站的車站值班員，實現(xiàn)行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)、維調(diào)和總調(diào)度間的信息溝通，保證行車安全。維護管理主要面向軌道交通各專業(yè)的維護工程師和維護人員，實現(xiàn)對系統(tǒng)設備的監(jiān)控，有效避免不同類型的報警信息對操作人員的影響，最大限度地發(fā)揮綜合監(jiān)控系統(tǒng)的作用。

1.2

功能

目前，城市軌道交通系統(tǒng)中裝備了復雜多樣的機電設備和相應的監(jiān)控設備，如列車運行的通信信號、供電及電力監(jiān)控、自動售檢票（AFC）、通風空調(diào)、低壓配電及照明、給排水及消防、電扶梯、火災自動報警、屏蔽門和環(huán)控（BAS）設備等。由此可見，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括了移動設備和固定設備兩大類，運行中的列車是移動設備，其余各車站和控制中心的多種設備是相對固定的。按照這些設備信息的實時響應要求，綜合監(jiān)控系統(tǒng)應完成實時監(jiān)控和事務數(shù)據(jù)管理兩大功能，其中供電及電力監(jiān)控、列車運行的通信信號、BAS和防災報警等系統(tǒng)都是要求能實時監(jiān)控的，而如AFC、辦公自動化系統(tǒng)、火災自動報警等則是以事務性數(shù)據(jù)的處理傳輸為主。在相當長的時間，這些設備是相對獨立運行的，有自己不同結構的通信網(wǎng)絡和各不相同的控制軟件，屬于分立系統(tǒng)，信息不能互通，造成很大的資源和人員浪費。集成化綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過構建共享信息資源的平臺解決了這個問題，該系統(tǒng)具有以下五個方面的功能：一是建立了一個綜合監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了多專業(yè)的系統(tǒng)集成，信息互通，提高了工作效率；二是可完成系統(tǒng)之間的業(yè)務和事件聯(lián)動，提高了對事件的準確反應能力和速度，進而提高了服務質(zhì)量；三是通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)共享，優(yōu)化運行管理，提高了數(shù)據(jù)利用率；四是通過通信網(wǎng)絡簡化了結構布局，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性；五是為設備管理和維護集于一個平臺提供的網(wǎng)絡基礎。

二、城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)分析

2.1

分立監(jiān)控系統(tǒng)

最早的軌道交通運營由于受各種技術條件的限制，監(jiān)控管理主要靠人工監(jiān)管，隨著電氣工業(yè)PLC技術、計算機和自動控制技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，在軌道交通各專業(yè)子系統(tǒng)中逐步建立了自己的監(jiān)控系統(tǒng)，我們稱之為“分島或多島控制系統(tǒng)”。這種系統(tǒng)的特點是：各系統(tǒng)均有自己的數(shù)據(jù)采集/控制設備、遠程通信設備、實時和歷史服務器以及操作員/調(diào)度員顯示屏等，而且每個系統(tǒng)有可能使用不同的廠家設備，其通信協(xié)議和接口技術不盡相同，他們之間相互實現(xiàn)通信極其困難，因此，在突發(fā)或災難情況下，無法將運營信息溝通，綜合應變能力較差，早期建成的上海地鐵1號線、廣州地鐵1、2號線等都是這種設計，其運營和維護的成本都比較高。但隨著近年來集成技術和IT技術的不斷發(fā)展，設計者想到了通過集成技術來解決分立監(jiān)控系統(tǒng)的不足。

2.2

集成監(jiān)控系統(tǒng)

目前，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成方案主要有兩種，一是以行車指揮為核心的集成方式；二是以電調(diào)、環(huán)調(diào)為核心的集成方式。至今，深圳、廣州、北京、上海、武漢、西安、成都、重慶、天津等地鐵線路均設置了以供電設備監(jiān)控和機電設備監(jiān)控為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，屬于第二種集成方式，此方式采用二級管理三級控制的分層結構，即中央級和車站級（含車輛段、車場）二級管理，中央級、車站級和現(xiàn)場級三級控制。北京和利時公司設計出了一種典型的集成監(jiān)控系統(tǒng)，包括控制中心系統(tǒng)、各車站管理系統(tǒng)、停車場和車輛段監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)以及培訓管理系統(tǒng)等，其最大的特點是：將監(jiān)控范圍內(nèi)的供電與電力、環(huán)境與機電設備、屏蔽門和防淹門監(jiān)控系統(tǒng)的車站級功能和中心級功能進行集成統(tǒng)一到一個監(jiān)控平臺上；把火災報警、廣播、閉路電視、乘客信息、自動售檢票、列車自動監(jiān)控、時鐘等系統(tǒng)互連，在必要的情況下，由人機界面推出窗口進行顯示，而不進行控制。

2.3

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能和優(yōu)越性

采用了集成技術的兩級管理三級控制的綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有中央級、車站級、培訓、網(wǎng)絡管理、維護管理和聯(lián)動功能。位于控制中心的中央級通過全線主干網(wǎng)絡將各車站級局域網(wǎng)匯聚的監(jiān)控信息傳輸?shù)娇刂浦行?，從而實現(xiàn)多系統(tǒng)多層次的綜合監(jiān)控。其中，供電與電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）采用遠程、所內(nèi)信號屏上集中和設備本體三級控制方式并相互閉鎖，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的控制、監(jiān)視、測量、保護、自動控制、自動化管理及遠程通信等功能。環(huán)境與設備綜合監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）主要監(jiān)控軌道線路各機電設備的運行情況，并按程序、模式控制機電設備，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理功能由綜合監(jiān)控（ISCS）系統(tǒng)統(tǒng)一處理，并生成各種曲線圖，為合理運行、節(jié)能管理提供決策依據(jù)。火災自動報警系統(tǒng)（FAS）包括火災自動報警系統(tǒng)、氣體滅火報警控制系統(tǒng)、感溫光纖系統(tǒng)、應急通信系統(tǒng)。由觸發(fā)裝置、火災報警裝置、火災警報裝置以及輔助功能裝置構成，在火災初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過火災探測器變成電信號，傳輸?shù)交馂膱缶刂破?，并同時顯示出火災發(fā)生的位置、時間等。閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）由安防網(wǎng)絡子系統(tǒng)、安防集成管理子系統(tǒng)、綜合電視監(jiān)控子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、車輛段/停車場和高架區(qū)間入侵探測子系統(tǒng)以及車站緊急告警子系統(tǒng)等構成。實現(xiàn)對重點區(qū)域的出入管理、登記、實時視頻監(jiān)控和入侵探測等功能。乘客信息系統(tǒng)（PIS）主要為乘客提供乘車須知、列車到發(fā)時間、列車時刻表、管理者公告、政府公告、公益廣告、電視視頻節(jié)日等實時動態(tài)的多媒體信息；在火災、阻塞及恐怖襲擊等非正常情況下，提供動態(tài)緊急疏散提示。

綜上所述，采用了集成技術的綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個開放式系統(tǒng)，擴展性好，有統(tǒng)一的操作平臺，調(diào)度操作不受地理位置限制，還可以跨專業(yè)聯(lián)合調(diào)度，能滿足軌道交通運營可靠性、安全性和實時性的要求。

三、綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術支撐

3.1

硬件支撐

綜合監(jiān)控系統(tǒng)中涉及的硬件設備包括：各類計算機、網(wǎng)絡設備、通信鏈路和各類基礎自動化設備，按照現(xiàn)有的工業(yè)自動化和網(wǎng)絡智能化發(fā)展水平，硬件支撐條件完全能達到處理各業(yè)務系統(tǒng)信息的大容量技術要求。

3.2

數(shù)據(jù)和軟件支撐

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件包括：操作系統(tǒng)、支撐軟件和應用軟件三類，其中支撐軟件經(jīng)常被開發(fā)商集成在應用軟件中，數(shù)據(jù)主要是指支持系統(tǒng)運行的環(huán)境配置、人機界面、監(jiān)控對象的定義和通信的參數(shù)等，其實質(zhì)反應了系統(tǒng)設計的內(nèi)容，也可以認為是軟件的一種形式。2003年ISO發(fā)布了ISO15745標準，為軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成技術制定了規(guī)范，使得將多廠家設備連在一起共享信息成為可能。

四、結束語

綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在城市軌道交通領域得到了廣泛應用，其應用的廣度和深度正在不斷拓展，一些新需求的提出、一些新技術在城市軌道交通領