对于云架构的地铁综合监控系统设计分析

赵越超 高昊 曹凯远

摘 要：现阶段，各地区通过大力发展地铁交通业，扩大地铁工程建设覆盖面，有效缓解城市人口增加带来的交通运输压力。为确保地铁建设及后期运行能够得到根本管控，需要利用云架构技术，设计出功能完善的地铁综合监控系统，确保该系统具有远程监控以及决策功能，可有效预防火灾等严重事故出现。基于此，本文以云平台为切入点，分析云架构下地铁综合监控系统设计思路及设计要求，提出地铁综合监测系统设计要点，以供参考。

关键词：云架构;地铁综合监控系统;设计

0 前言

综合监控系统是保障地铁安全高效运行的关键工具，在当前综合监控系统实际应用过程中，经常会受到各类因素影响，造成软件、硬件失效或故障问题，严重影响到地铁安全管控水平。因此为充分发挥出地铁综合监控系统重要作用，需要结合云架构技术，对监控系统内部功能进行不断完善。

1 概述云平台技术

云计算就是指动态伸缩虚拟化资源，借助互联网服务方式，为用户提供更加精准高效的计算服务。“云”指代运行及分布式系统，此系统由虚拟计算机构成，在服务级别协议下被动部署，成为一个或多个统一的计算资源。

云平台，是提供云计算服务的工具，可以在不受到物理资源限制的情况下，依照用户需求对资源进行计算以及动态部署。现阶段我国地铁监控系统具有更加显著的综合性特征，原有分岛控制自动化形式被打破，使地铁在线监控功能日渐完善。而通过将云计算及云平台应用在地铁综合监控系统的优化过程中，能够使火灾报警、环境监控、供电系统等多个检测子系统集中到同一平台，实现统一的监管与控制目标。

2 地铁综合监控系统设计要点

地铁运行状态综合监控工作主要就是在地铁安装在线监控装置后，依照监控数据，对地铁内部设施运行状态进行实时评估，确保地铁运行全过程能够受到科学管控。现阶段国内地铁综合监控系统大多只能够根据单个监控参数的阈值开展实时状态评估工作，评估结果较为单一。同时，地铁状态评估研究没有考虑多个因素共同作用，需要在未来地铁综合监控系统开发过程中，重点研究多属性地铁设施状态评估方式，对综合监控系统的辅助决策功能进行不断完善。

2.1 地铁综合监控系统设计目标

地铁综合监控系统需要对地铁内部各子系统进行综合管理，确保这些子系统能夠集成到同一系统界面管控。在地铁综合监控系统设计期间，该系统应具备信息处理功能，采用最优化方式采集设备运行各类信息，对这些信息进行快速分析及处理，形成一个更加综合开放的工作平台，使各系统之间的信息资源实现公开共享目标。建立起各子系统之间的联动关系，节省地铁系统日常管控成本，确保地铁能够安全高效运行。

单服务器环中，地铁综合监控系统的容积应达120万点。开关量变化反应时间与报警响应时间应小于1秒，模拟量变化响应时间需小于2秒，车站与中心控制系统发出到现场设施响应时间的返回时间也许不超过2秒。服务器可选用工业级集成专用服务器，总控中心可采用具备切换供能的中央大屏幕显示。

2.2 地铁综合监控系统设计思路

借助云架构建立起的地铁综合监控系统应当分为设备层、监控层、应用层三种形式。其中，设备层包括水平综合布线、计算机网络、电力监管以及预警等系统;控制层包括BMS计算系统;应用层属于智能化集成模块，应当具备信息共享以及应用功能，确保地铁设备运行状态能够更加直观地呈现在计算机屏幕上，用户可通过应用层对各子系统的功能进行设定，实现地铁综合管理目标。

要求地铁综合监控系统设备应采用主备冗余方式，通过中心实时服务器、历史服务器、操作工作台中使用硬件冗余方式，使系统内各故障或交叉故障均可避免对车辆正常运行造成的不利影响。

3 云架构下地铁综合监控系统设计流程

3.1 地铁综合监控系统硬件设置

在将云架构技术应用在车站综合监控系统硬件设计过程中，需要将无线传感网络终端节点、路由器节点与网络协调器节点优化组合，确保这些终端节点能够合理布置在地铁关键设备周边，由协调器节点汇总监测数据，并将数据进行压缩，传至终端。同时，在地铁综合监控系统硬件设置期间，还需要选择适宜的电源。由于无线传感网络的运行能耗较低，可以选择结构简单的蓄电池，保障供电可靠。

3.2 地铁综合监控系统软件设计

综合控制系统界面设计。在控制界面中添加工程变量数值，确保用户可以直接利用该界面更改此系统运行参数。绘制人机交互画面，要求画面中的图形、颜色、文字及数据分布清晰，方便相关操作人员使用。

报表设计系统设计。需要借助先进的BMS系统，制作自由报表，确保报表设计以及数据管理工作的功能能够结合在一起。

数据库设计。要求地铁综合监控系统内部数据库应当具有一定仿真功能，可在系统运行期间对数据进行全面统计处理。在原数据库基础上配置底层设备运行信号仿真软件，模拟监控系统底层设备反馈数据信息。配备驱动文件，确保数据库具有数据导入以及集中管控功能。借助分布式储存架构，使数据库的虚拟化功能能够被充分发挥出来，提供虚拟机HA、储存热迁移功能，确保综合监控系统数据库运行更加可靠。

3.3 地铁综合监控系统预警设计

在地铁实际运行期间，内部设备运行状态会受到运行时长、运行负荷、日常管理水平等因素影响，因此综合监控系统预测值与各影响因素之间具有多变量、非线性关联。由于此种关联较为动态，传统综合监控系统预警模型难以对此类因素进行精准预测，导致地铁在线监控功能与实际预期目标存在较大差异。

为切实提升地铁综合监控系统运行能力，可在构建预警模型过程中，应用具有先进自学习性、自适应性功能的神经网络技术，对复杂非线性关系进行高效处理，确保在线监控预测问题更加精准。

利用云平台HA、热迁移功能，缩短地铁内部设施故障发生时间，确保系统内部关键任务能够连续使用，在对故障问题进行及时预警的情况下，避免单个节点故障导致业务中断问题出现。

3.4 地铁综合监控决策功能设计

就目前来看，地铁综合监控系统在实际运行过程中存在状态预测功能不完善、状态评估功能不强、告警信息统计利用率不足等问题。为从根本上提升地铁在线监控实际运行效益，需在传统决策功能基础上，设计出更加完善的在线监控预测评估辅助决策系统，对地铁的风险进行全面预估。

借助云管理平台，负责云平台资料管理、弹性调度与操作维护等功能，确保整个系统业务均能够通过云管理平台呈现，具备用户管理、集群管理以及业务模板管理等功能，配合地铁辅助决策系统，提升综合监控系统数据利用率。

4 总结

总而言之，利用云架构技术设计出功能完善的综合监控系统，能够切实提升系统运行期间的质量及效率，帮助工作人员及时发现车站设施运行故障问题，为制定出专项的故障运维方案提供重要理论依据。为充分发挥出云架构技术的可行性，相关工作人员还积极引进先进设计理念，不断优化综合监控系统内部结构，对设计出的系统进行试验运行，增强系统运行期间的技术可行性和经济适用性。

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