浅谈城市轨道交通综合监控系统现状和未来发展方向

2012-09-06◎

中国建设信息化 2012年11期

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一、引文

近年来，城市轨道交通综合监控系统在计算机技术、通信技术、自动化控制技术、大型SCADA软件技术飞速发展的基础上，在国内城市轨道交通领域得到大规模的应用，通过对机电、供电、通信、信号等子系统的集成和互联，有效的加强了各个分立系统之间的数据共享和协调动作，提高了轨道交通整体的自动化水平和应急处理能力，降低了用户的整体维护成本，取得良好的应用效果。

但是，对城市轨道交通综合监控系统的发展，甚至是否要在城市轨道交通设置综合监控系统，国内仍然有不同的声音。一是随着现阶段综合监控系统架构、技术应用的逐渐成熟，认为城市轨道交通应普遍采用综合监控系统作为核心的运营控制管理模式；二是随着城市轨道交通与民众的密切程度、关注度越来越高，出现故障或事故后承受的压力越来越大，对综合监控系统的安全应用表现出谨慎、怀疑甚至完全否定的态度。出现这种声音的原因是对综合监控的概念还未理解清楚，目前的综合监控系统还不完善，导致用户在使用综合监控系统时，不能真正意义上做到降低设备投资和人力资源成本，提高运营效率，再加上人的观念还没跟上科技的发展。

二、城市轨道交通综合监控的概念

监控包括二层意思：一是监视，二是控制。

城市轨道交通的监控包括以下三个方面：

1、机电设备监控：对机电设备的所有状态进行监视，如风、水、电等设备，并根据运营需求和设备特性、设备状态进行控制和调节。按目前的技术水平，这一方面可以做到自动监视和自动控制、自动调控。

2、环境监控：对城市轨道交通的环境、空间进行监视，如火灾、温湿度、可燃气体等。这方面还没有任何技术可以完全直接控制，只能通过相关的机电设备监控来达到控制环境的目的。

3、人员监控：对进入城市轨道交通所属范围或空间的人员进行监视，一些特定场所可采用门禁等措施进行人员进出控制，但对人员的异常等暂时没有任何技术能进行控制，因此，这方面主要以监视为主，异常事件还是靠人来解决。

综合监控的概念就是以上三方面的有机集成，集成的深度、广度就是未来考虑城市轨道交通综合监控系统发展的依据。

三、目前国内综合监控系统现状分析

综合监控系统是大型的计算机IT集成系统，系统集成的核心目标是降低成本，提高效率。用户采用综合监控系统的目标是为了降低整体投资成本、提供统一的操作平台、实现分立系统的信息共享、提升运营管理效率和应急指挥能力。从广州地铁3号线开始，综合监控系统在国内应用和发展了近10年的时间，其系统架构、技术应用和主要功能都有成熟的经验。但离真正的综合监控概念还有很大的差距：

1、对子系统的集成深度不够。根据国内轨道交通综合监控系统的建设情况统计，目前综合监控系统集成的子系统主要在PSCADA、BAS、FAS、PSD、FG之间选择；对于 ATS、AFC、CCTV、PA、PIS、CLK、ALARM、ACS等基本采用互联方式接入。在集成的子系统中，综合监控系统对FAS、PSD、FG正常运营时都是只监不控。因此实际上，综合监控系统只实现了对PSCADA、BAS两个专业子系统的集成，而且这种集成仍然保持分立系统的运营模式，很多还拥有独立的操作终端和操作方式。

2、系统集成模式单一，设备设置冗繁。综合监控系统在每个节点设置多重冗余（服务器、工作站、FEP、网络）以保证系统的可靠性和可用性，与原来分立系统相比较，综合监控系统的设备设置冗繁，大大增加了建设期的投资成本。系统的可用性并不仅仅取决于系统硬件架构的可用性，跟运营人员素质、培训、运行管理与软件系统等因素都有密切关系。同时，地铁车站根据地理位置、行车调度、运营指挥的需求分为区域中心站和普通车站。普通车站由于点数规模较小，完全可以对设备进行精简和优化。

3、实时运营数据和管理数据没有实现很好的分离，一定程度上影响了系统的性能。地铁日常的数据可以分为基于实时数据的监控应用和基于历史数据的管理应用。这两种数据的采集、处理、存储和显示机制都有很大的区别，在性能指标上也有所区分。目前轨道交通综合监控系统没有对这两类数据的采集、存储和应用进行严格的分立，大量的设备运行统计数据、维修数据、告警数据充斥了各级服务器的实时数据库，许多地铁线路达到单站15000点的规模，导致系统的性能有所降低。尽管服务器等硬件技术的发展一定程度上缓解了这些数据的处理压力，但是综合监控系统软件平台实时数据的处理机制（基于消息处理）约束了系统性能并不会与硬件性能的提升完全成正比例，总有一定的瓶颈。此外，综合监控系统在实现运营管理范畴中的工作单流程管理、出入库管理、备品备件管理等功能上仍然与EMS等资产管理系统存在比较大的差距，导致用户在采用综合监控系统之外，仍然需要投资建设EMS系统，以实现对设备和资产的管理维护。

基于各地城市轨道交通建设、运营这二个职能部门分设的特殊性，综合监控系统目前主要根据建设部门的需求设置，以面向操作员工作站的值班人员的监视、控制为主，而对运营部门的设备管理、维护维修管理等涉及不深，重监控、轻管理，使得综合监控系统在实际建设和运营使用中，不能完全利用综合监控系统的资源来提高运营效率。

综上所述，目前国内轨道交通综合监控系统在整合广度、深度和降低用户投资成本、提升运营效率等方面仍然存在问题和待改善的地方，这些成为综合监控系统进一步发展的内在推动力。

三、综合监控系统未来的发展方向

1、集成广度和深度的扩展

综合监控系统对于子系统的集成广度和集成深度将会得到进一步的发展，在考虑AFC（涉及运营的财务结算）和ATO、ATP（安全系统）的特殊性，综合监控系统对于其他子系统可以做到完全的深度集成，如图1所示。

当综合监控系统对子系统完全实现深度集成后，将从以设备监控为主的运营功能向旅客服务、行车调度方向发展。从技术和应用的成熟度上分析，国外轨道交通综合监控系统已经提高了很好的案例和经验。目前北京地铁6号线尝试将ATS系统集成到综合监控系统，迈出了发展的第一步。如图2所示。

综合监控系统集成FAS、门禁、CCTV、入侵检测等相关子系统后，将会提供强大的安防一体化（安防集成平台）功能，保证旅客的人身和财产安全，实现安防一体的网络化、智能化、数字化和集成化发展。如图3所示。

2、集成模式的多样化发展

综合监控系统的集成模式可以根据线路的实际情况采用多样化的模式：区域中心式、无人值守式。对于普通车站尤其是非信号集中连锁站，可以考虑通过中心站进行管理，缩减服务器等设备投资，甚至采用无人值守方式。国内杭州地铁1号线率先采用了区域中心+普通车站的集成模式，节省了70%车站级服务器设备的投资。国外多条线路均采用了无人值守的集成模式，在普通车站仅设置EMP设备（紧急后备计算机）作为紧急备用。采用区域式管理模式，可以有效的降低前期投资，但需要地铁的运营单位管理思路和方式及时跟进。如图4所示。

3、面向管控一体化方向的发展

综合监控系统除具备目前的运营监控功能，需要在管理功能上进一步加强，这些功能都基于历史数据的采集、分析和处理，具体包括：设备信息存储、设备运行信息统计、设备故障信息、设备维护维修保养信息、设备保养管理、设备维护管理、设备维修管理、设备维护维修流程、设备操作票、工作票管理、维护维修许可证管理如动火证、动土证等、备品备件管理以及通过设备正常运行参数分析进行设备运行预警等。

由于目前综合监控系统管控功能分工不清晰，导致大量实时性要求不高的数据也同样采集到实时数据库中，导致系统的性能受到很大影响。另外一方面，基于历史数据的应用功能不强大，基本无法满足用户进行日常设备管理、维修的要求。因此，切实的将综合监控系统实时数据和历史数据分离，实时应用和历史应用分离，是综合监控系统进一步发展的必然要求。

在综合监控系统管控一体化发展的基础上，可以将历史数据采集、处理和应用从日常的运营分离，仅保留短时间段的日志供调度人员使用。所有基于历史数据的统计、分析完全由运营单位的后台人员完成，包括日常报表、维修管理等。综合监控系统面向管控一体化方向的发展，对于系统的软件平台、数据流向提出了更高的要求。

4、面向线网化和异构交通方向的发展

随着系统集成深度和广度的发展，单纯一条线路内的集成将不能满足多线运营的管理模式（如：换乘管理，线网列车调度，多线路信息共享等）。多线和线网集成将成为发展趋势，甚至整区域内的异构线路系统也将进行集成和全局监控。因此，综合监控系统必须适应线网化的发展需求。

此外，国外轨道交通综合监控系统软件平台已经应用于铁路、城轨、地铁、机场、公交及公路信息等多种交通方式的异构交通方向。例如：GE公司Railedge在北美的应用。目前，国内轨道交通领域在深圳等地也设置了大型枢纽站，对地铁、高铁、公交等进行统一管理。综合监控系统在大型枢纽站，实现异构交通的对接和管理成为进一步发展的方向之一。