基于中央一体化综合监控系统的城市轨道交通设备运维管理模式优化与创新

王悦婷

(上海申通地铁集团有限公司,201103,上海 ∥ 高级工程师)

1 上海轨道交通的运维管理现状

上海轨道交通的线网规模大、设施设备的体量也大，其设备的长期高负荷运行给设备维保工作带来巨大压力。城市轨道交通设施设备的专业众多、技术含量高，各专业之间接口关系复杂，设施设备的维保工作对运营安全、服务质量、运营成本有重要影响，维保成本也随着设施设备生命周期的消耗而日益增加。

设施设备维保主要采取自主维保、委托维保和混合维保三种模式。目前，维保工作主要面临以下问题：维保人员来自不同单位，其专业化技术能力参差不齐；部分专业设备的维保人员需持证上岗，但很多现场一线维保人员欠缺资质考核渠道；缺乏设备设施维护行业标准；维护系统所要采集的监测信息不统一；监测信息采集不全面；维护系统的集成化、综合化及智能化水平不足，不能有效支撑设备维修模式向状态修转变；数据分析功能有待进一步加强；故障处理支持较弱；等等。这些问题导致设施设备的维保管理效率低、成本高。

针对上述问题，上海轨道交通的运营单位积极探索新的维保模式，开发利用CIOS(中央一体化综合监控)系统，希望不仅能及时发现设备隐患、减少运营影响、降低故障等级，还能在完成巨大维保工作量的同时，尽量减少人工作业、降低劳动强度、减少人为影响。

2 CIOS系统及其架构

2.1 CIOS系统

CIOS系统是一个高度集成的综合自动化监控系统，其主要通过集成多个主要弱电系统，形成统一的监控层硬件平台和软件平台，从而实现对城市轨道交通主要弱电设备的集中监控和管理功能，进而实现对列车运行情况和客流统计数据的关联监视功能，最终实现相关各子系统之间的信息共享和协调互动功能。

在超大规模网络运营背景下，上海申通地铁有限公司基于对机电系统集成的深入研究，提出了车站和线路控制中心机电系统的集成优化方案，并同步将线路级机电系统接入路网控制中心。

路网控制中心设置的CIOS集成了FAS(火灾报警系统)、环境控制通风系统、电力系统、给排水系统、PIS(乘客信息系统)、PA(公共广播)系统、CCTV(视频监控)系统等专业子系统，可实现对线路级机电系统状态信息的采集和全局监视，以实现对全线机电专业系统的综合监控和一体化管理。

通过统一的用户界面，运营管理人员能更方便有效地监控管理整条线路的运营情况，维护人员可通过网管平台等辅助系统来监控后台设备的运行情况。从而提高生产自动化水平，提高线路的安全性、可靠性及高响应性。

2.2 CIOS系统架构

CIOS采用C/S(客户端/服务器)体系架构，由历史数据服务器、实时数据服务器、前端处理器(FEP)、接口服务器、光纤磁盘阵列、调度员工作站、打印机、中央网络交换机等设备构成。历史数据服务器和光纤磁盘阵列共同构成综合监控系统历史数据库系统，完成全线历史数据和记录的存储管理；实时数据服务器接收原线路OCC(运营控制中心)转发的专业数据和中央相关系统提供的机电设备状态信息，完成数据处理并更新实时数据库；在配置的两套冗余FEP中，一套FEP设置在本地，用于实现与CCTV、PA等专业的接口，另一套FEP设置在原线路的OCC，用于采集原线路OCC转发的专业数据；配置冗余的接口服务器，负责完成CIOS系统与ATS(列车自动监控)系统的全数据转发任务，以及CIOS系统与路网级管理系统的接口通信，还负责转发电力监控、机电设备监控和火灾报警等专业数据，以满足上层调度网络的全局监控需求。

CIOS系统采用双网冗余架构设计，其关键设备采用热备冗余配置方式，以确保单点故障不影响CIOS系统正常的使用。CIOS系统总体网络结构如图1所示。在环境控制通风子系统中，历史数据服务器、实时数据服务器、FEP、调度员工作站等关键设备采用了热备冗余配置方式。此外，配置了1套备用的隧道风机控制终端，用于紧急情况下对重要防灾设备的手动控制。隧道风机控制终端采用触屏控制方式，由一体化触屏工控机和隧道风机监控软件构成。隧道风机控制终端与CIOS系统相互独立，仅靠网络相连。除网络故障外的其他CIOS系统故障都不影响隧道风机控制终端的应急操作功能。

考虑到既有各子系统的现状及改造条件，CIOS系统的各子系统通过不同协议进行数据接入，从而实现操作界面的集成化，进而实现跨专业系统之间的联动，以提升线路集成化管理效率。在实现全线供电设备和车站机电设备集中监控的基础上，CIOS系统实现了与ATS系统的数据整合及界面集成。

将原先分别设立的ATS系统和PSCADA(电力监控与数据采集)子系统等机电系统的数据适当融合，建设1套集成了ATS、PSCADA子系统、EMCS(机电设备监控系统)的CIOS系统。

3 运维工作模式的优化与创新

3.1 提升运营效率

传统ATS系统在监视路网的车辆运行情况时，无法详细地监控路况的车站机电设备的实际信息。CIOS系统增设了ATS子系统数据接口，可将车站机电设备的实际信息转发至ATS系统运行界面，由ATS系统内部对相关数据进行处理，从而使调度员能更加全面地监控整个列车运行环境及状态。此外，ATS系统可通过接口将其车辆位置信息及车次号信息传送给CIOS系统；CIOS系统进行数据处理后通过专业界面展示相关信息，使调度员在日常的维护和使用过程中，能做出是否可以进行环控操作试验，能否开启隧道风机等判断。

原PA系统和CCTV系统的终端设备多样，操作繁琐，容易导致调度在日常使用的误操作。CIOS系统集成了硬件设备，通过简单的软件操作界面，可帮助调度员实现一键下发人工广播，并可轻松调取所需的监控画面。

CIOS通过对多个专业系统的集成、资源共享、信息互通，能极大地提高运营效率。其多功能的操作方式，给调度员提供了极其便捷的操作手段，充分发挥了集成系统的优势。

图1 CIOS系统总体网络结构图

3.2 提升检修维护的效率

路网控制中心设置有CIOS综合监控网络管理室。在网络管理室内，每一条线路都设有对应的网络管理工作站，维护人员可以通过网络管理工作站，对各线路的所有设备健康状态及网络通信情况了如指掌，极大地节省了维护成本。据上海地铁通号分公司统计，采用CIOS系统后，网络通信故障率下降了近5%，维护成本下降了近8%。

CIOS系统的界面还集成了人机界面，能展现各专业通道的通断情况及通道的在线情况。一旦发生网络中断或者设备故障，CIOS系统会第一时间发动声光报警来提醒相关维护人员。维护人员只需定时巡检，确认设备情况，即可很好地掌控设施设备整体情况。

城市轨道交通的夜间施工资源紧缺，FAS的月检及年检工作往往受供电专业在该区域停送电操作的影响。在传统模式中，FAS和PSCADA系统是分开独立运行的系统，两者之间未实现信息互通，需人为查阅信息平台的施工信息，十分不便。CIOS系统集成了FAS和PSCADA系统，使得调度员能同时监控两个专业的实时信息，及时下发调度指令，极大地提高了工作效率。据上海地铁维保公司统计，涉及机电及通信专业的总体工时利用率提升了0.8%。

3.3 运维管理模式的革新

CIOS系统投入使用后，每个子系统都会为维护人员提供便利。充分利用一体化监控的优势，重新调整设置控制中心班组人员的岗位和职责，使其原来的单一专业职责向多职能监控转型。岗位职责的复合进一步减少了控制中心及各线路配置的班组人员，使设备维修逐步从计划修向状态修优化，有利于减轻超大规模网络化运维的成本压力。

例如，在传统的EMCS系统中，隧道风机模式的控制和监视设备调度员按传统方式控制命令的下发和执行，如发生故障导致风机无法正常运转，则需维护人员赶往现场，并在现场查明原因和情况才能做出响应。这种处理耗时长、效率低。在CIOS系统中，维护人员使用的NMS(网络管理系统)增设了专门界面，以追踪调度员日常使用过程中控制命令的运行途径。通过该方式，维护单位可在第一时间判断故障的类型及原因，从而组织有效的修复工作。将全路网的信息集中，实现各线路维护界面的统一化和标准化，只需1个维护部门即可肩负整个路网控制中心的维护工作，真正做到了维护成本的降低和维护效率的提升。

3.4 实际应用案例

上海轨道交通8号线的设备设施维保工作应用了CIOS系统。在路网控制中心，设置了6个CIOS系统监控员席位及8台服务器。CIOS系统在网络管理工作站的NMS网络状态监视图能直观反映所有设备的健康运行状态。维护人员可通过日常对该图的检查，了解当前的设备运行状态。

CIOS系统网络管理工作站的界面还展现了全线各子系统的网络通道状态，以便维护人员直观地对各站各子系统的通断情况作出判断，做好相应的维修和防护工作。

4 结语

CIOS系统在软件平台上实现多专业、多系统的数据采集、信息集成和信息共享，为城市轨道交通科学和高效的运营组织和管理提供了先进的技术手段。新运维管理模式基于CIOS系统集成平台，能实现对多个专业的设备设施的统一监视和集中控制，实现了不同专业的信息共享和联动控制，提高了运营和维护效率，突破了行业数据处理瓶颈，能充分满足线路及线网运营精细化管理及扩展需求。