地铁替换综合自动化监控系统的方案分析

高亮 郑聪 梁峰毓

摘  要：地铁分期建设时延伸线和既有线综合监控系统为不同平台时，需要重点处理如何与既有线进行贯通，最终要呈现统一的监控系统供运营人员使用。通过对集成方案的分析，提出了一个建议方案。以该方案为基础，分析了权限、数据、控制命令等要素在系统替换中对系统一致性的影响，并给出了符合运营安全性的实施策略。在同一软件平台上对既有线和延伸线进行统一监控与管理，避免了因系统耦合度低给运营维护带来问题。

关键词：城市轨道交通;综合监控系统;系统替换

中图分类号：U231+.6      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）16-0119-03

Analysis on Replacement Scheme of the Metro Integrated Supervisory Control System

GAO Liang，ZHENG Cong，LIANG Fengyu

（Baosight Software （Chengdu） Co.，Ltd.，Chengdu  610041，China）

Abstract：It is necessary to focus on how to connect with the existing line，and finally present a unified monitoring system for operators When the extension line and the existing line integrated monitoring system are different platforms in the subway phased construction. Through the analysis of the integration scheme，a proposal is put forward. Based on the scheme，the influence of authority，data，control command and other elements on system consistency in system replacement is analyzed，and the implementation strategy in line with operation security is given. The unified monitoring and management of existing lines and extension lines on the same software platform can avoid the operation and maintenance problems caused by low coupling degree of the system.

Keywords：urban rail transit;ISCS;system replacement

0  引  言

城市軌道交通综合监控系统（integrated supervisory control system，ISCS）是线路运行管控的重要系统。因项目投资、工期、社会效益等原因，较多线路采取了分期建设的模式。目前地铁综合监控系统应用软件大体可以分为两类：一类是独立软件厂家（ISV）的商品化软件;另一类是由系统集成商提供的软件[1]。延伸线由不同集成商建设时，综合监控系统往往与既有线是不同的软件平台。此时就需要处理如何与既有线综合监控系统的贯通集成。本文首先给出三种贯通集成方案，讨论优缺点;然后对替换既有线综合监控的方案进行技术分析，以期为类似工程提供参考。

1  延伸线与既有线集成的方案

延伸线ISCS平台（下称新平台）和既有线ISCS平台（下称旧平台）不同时，新平台贯通集成有如下几种方案：方案一为新平台在中央级平台接入到旧平台;方案二为旧平台在中央级平台接入到新平台;方案三为替换既有线车站级平台、中央级平台，统一为新平台。

在使用方案一或方案二的情况下，属于两个平台共存，需要两家集成商共同协作，涉及两个平台的耦合和数据交互，均需要进行定制开发，双方分工界面难以梳理清晰;一方必须对另一方平台进行适配，两个软件平台在中央级平台将存在大量非标准接口。

实时性是综合监控系统的重要性能指标[2]。设计上应尽量减少数据传输层级，缩短数据传递路径，提高各层级网络通信效率[2]。线路运营过程中，方案一和方案二在两个平台间将有一定量的数据读取和数据写入。人为增加一个处理节点，将使整条线路的子系统实时信息上送、控制中心命令下发产生时滞，因此不推荐这两种方案。

方案三中，旧平台将被新平台所替换，实施后将只有一个平台，仅需要一家集成商介入，系统可靠性优于方案一和方案二。

三个运维分工界面如表1所示，表中（1）表示旧平台集成商，（2）表示新平台集成商。

方案一和方案二均需要两个集成商共同参与，也要求了运营维保人员必须掌握两个软件平台的运维操作，增加了工作复杂度。综合考虑，推荐方案三作为首选方案。

2  替换平台方案考虑要素

2.1  数据接口

根据数据的表现形式，ISCS和集成/互联系统之间的接口，可以划分为基于点数据的接口和基于过程数据的接口。当前基于点数据的接口，较多的采用标准工业协议，如与电力监控子系统之间采用IEC61870-5-104规约，与BAS子系统采用标准Modbus TCP规约;基于过程数据的接口，如与广播系统（PA）、乘客信息系统（PIS）、列车自动监控系统（ATS），采用的是双方约定的数据接口形式。

2.1.1  车站级、中央级各集成互联子系统数据接入

中央级综合监控平台位于线路控制中心，直接与各个业务子系统监控中心及车站、场段综合监控系统相联系[3]。中央级综合监控系统与业务子系统中心之间通常为定制协议，新平台应独立进行接口开发与调试。

车站级综合监控平台直接继承车站级各监控系统的信息，使全站的各个系统成为有机整体[3]。对于车站和场段而言，集成互联系统的接口协议为工业标准协议的，新平台直接接入;接口协议为定制协议的，新平台应进行接口开发、接口协议测试。需要对旧平台的架构特性进行分析，确定两个平台的架构耦合度;有地铁运营经验的集成商大都有能力该完成架构分析。点类表可参考旧平台点类表，开发自动转换工具，达到批量制作点类表的目的。

2.1.2  与线网级系统数据接口

新平台应实现与线网级系统（如线网指挥中心系统、线网智能运维系统、施工调度系统等）的数据交互接口。

线网级系统通常会建立技术标准，对于各线路综合监控系统实行统一的接入标准和统一的数据标准。不同综合监控系统均应按照这些标准进行与线网级系统的交互。

线网级系统的数据接入，从链路冗余上一般要求综合监控系统提供两路冗余接口供线网级系统调用，综合监控系统需保证两路数据完全一致，线网级系统的控制命令只从一路下发。该限制要求新平台接入线网级系统要一次到位。

2.2  原综合监控数据倒切

数据倒切需关注用户权限数据、设备状态数据、控制命令数据、历史记录。

2.2.1  用户权限

综合监控系统人机交互系统通过责任区分机制分配给每个级别、每个用户类一定的权限，这些权限包括操作模式、控制权力、控制范围等[4]。该数据属于非实时配置数据，建议由新平台集成商开发批量导入工具，将已有用户信息导入新平台中，在系统正式倒切上线前，再将旧平台数据同步至新平台。

2.2.2  设备状态

设备状态属于实时数据，由新平台自行从子系统读取，并在人机界面上进行展示。因线路属于运营线路，设备状态对点过程可采用如下方式：（1）使用旧平台人机界面作为参照，观察各设备状态是否一致;（2）申请单独的作业点，操作就地设备，上送不同的设备状态;（3）对于现场无法上送的状态值，在实验环境下替换下位系统为数据模拟器，在模拟器中进行置值。

2.2.3  控制命令

控制命令属于实时数据，由新平台向子系统写入。系统调试既可以通过申请作业点，直接控制到子系统再到末端设备的方式进行，也可以在新平台中启用超驰域（启用后，控制命令仅记录到数据库，不再到子系统侧，设备实际不动作），验证控制命令从人机界面到与子系统的接口分界面的功能完整性。宜安排风险系数较低的子系统和设备采用日间调试，而对风险系数较高的系统、影响乘客服务的系统和设备，采用夜间调试，既保证安全，又可提高效率。

系统上线后，新平台对子系统的控制权限优先级应与旧平台保持一致，在双系统并行运行时，宜通过中央级/车站级平台的调度管理手段，保证操作员同时只从一个平台进行相同设备的控制。

应注意时间表控制、顺序控制、并行控制等控制逻辑;对于自动定时执行的控制指令，应保证新旧平台同时只有一个平台设置启用。在功能实现时，尤其要注意操作事件的生成，便于后续通过操作事件进行事件追溯、故障分析。

2.2.4  历史记录

从存储位置上可以将历史记录划分为存储于关系数据库的历史记录和存储于综合监控平台的历史记录。

存储于关系数据库的历史记录一般包含：历史操作事件、历史报警、历史电力事件顺序记录（Sequence of Event，SOE）等;历史记录属于静态数据，可由新平台集成商开发数据转换工具，将数据转储至新平台的历史库中;也可由新平台集成商开发适配接口，直接访问旧平台历史数据库。存储于综合监控平台的历史记录一般为历史趋势，在无法导出的情况下，此类历史数据可做舍弃处理。

2.3  运营安全性

替换平台时不应使既有线运营产生安全风险，宜采用“新老系统并行、先典型后全线”的策略。即利用综合监控系统的冗余体系，在既有线车站级、中央级利用综合监控系统的冗余特性，完成新平台的系统调试;新平台功能性能稳定后，然后再向全线路进行全部替换。

为达到并行运行的目标，需要增加和替换硬件设备：在中央级增加新平台的临时工作站、临时实时服务器，增加新平台的通信前置机（FEP）;在车站级增加新平台的临时工作站、临时实时服务器，增加新平台的FEP。因成熟综合监控系统集成商的软件平台通常为跨平台产品，可以假定新平台软件在旧平台所属设备上能够兼容运行，这样临时设备就可在正式运行时撤除。在实际替换前，应利用旧平台的备品备件，进行实验室兼容性验证，出具验证报告。

并行运行时，将旧平台接入的两路数据链路中的一路分至新平台，保持两系统同时保持运行状态。对系统功能、性能进行100%全覆盖验证，保证新旧平台同时运行，并形成最优的调试组织方法、技术方法。此时，对线路的各种控制操作，既可以从旧平台发起，也可以从新平台发起。

并行运行的构成图如图1所示。

系统稳定后，进行全线替换并拆除临时设备。替换后综合监控系统构成图如图2所示。

3  结  论

本文阐述了替换既有线综合监控平台的技术方案与实施要点，适用于地铁延伸线接入、地铁老线路改造等场景。成都市已形成了城市轨道交通ISCS系统企业技术标准;根据本文推荐的方案，在成都轨道交通中选择了两条运营线进行了实施，系统替换过程有序、稳定进行，替换后运行稳定，可为类似工程提供借鉴意义。

参考文獻：

[1] 魏晓东.地铁综合监控系统建设关键问题分析 [J].现代城市轨道交通，2009（6）：34-37.

[2] 韩玉雄，丁建中.城市轨道交通综合监控系统的实时性设计 [J].城市轨道交通研究，2008（10）：18-22.

[3] 刘伯鸿.城市轨道交通综合监控系统集成研究 [J].兰州交通大学学报，2013，32（4）：109-112.

[4] 张志学，刘佩，张长开，等.城市轨道交通综合监控人机交互系统技术要点 [J].城市轨道交通研究，2019，22（11）：108-112.

作者简介：高亮（1987.06—），男，汉族，江苏宿迁人，工程师，硕士研究生，研究方向：城市轨道交通线网指挥系统。