浅谈城市轨道交通综合监控系统的总体设计

贺天龙

【摘要】随着社会经济的不断发展，城市轨道交通是解决城市交通紧张、市民出行困难、汽车污染环境等问题的有效方式之一。城市轨道交通自动化系统是整个城市轨道交通工程中的重要组成部分。城市轨道交通系统自动化的程度直接影响到整个工程的水平。而综合监控系统（ISCS）是城市轨道交通自动化系统中非常重要的系统之一，本文重点阐述ISCS的总体设计。

【关键词】城市轨道交通;综合监控系统;设计原则

引言：随着科技的发展，网络技术的进步，促进了城市轨道交通系统自动化的不断发展。本文主要内容是结合目前地铁行业所使用的监控软件的现状，对于一个完整的综合监控系统是需要考虑众多因素的，以下就“数据采集”、“设备控制”、“人机界面设计原则”等几个方面分别进行阐述。

一、数据采集：

一个完整的监控系统，数据采集的可靠性和准确性是最重要的因素，要做到对所有监控范围内的设备的运行状态及报警状态，能够及时准确的反应到综合监控系统中。

现场设备的状态分为开关量输入信号和模拟量输入信号。

开关量输入信号通过BAS系统DI模块直接接收，并且模块内部进行光电隔离，并且转换为二进制信号，用于PLC进行逻辑运算;模拟量输入信号一般来自现场的传感器，如温度、湿度、流量和压力等，PLC控制器接收输入信号并进行A/D转换、滤波、线形化等处理过程，将其转变为PLC内部可处理的浮点数值用于运算并将运算结果传输给ISCS的服务器，最终显示在HMI的人机界面上。

二、设备控制：

一个完整的控制系统是需要考虑众多因素的，要做到对各个控制部分的保护工作和在紧急状况下的可以通过手动的方式来进行操作的系统。

对设备的控制命令信号主要由现场设备完成，操作过程是，通过点击ISCS界面上的设备图符，经过用户权限的优先级别判断是否具有控制权限，如果具有控制权，那么会将控制命令下发到PLC控制器，通过现场总线或者接口模块下发给现场设备，完成了现场设备的动作。

在中央控制室，车站控制室及车辆段控制室内，各操作员的工作站上采用同一套友好的图形用户界面，实现所有地铁线路的界面图标一致，让各操作员可藉此更方便及有效率地操作及监控各系统。

HMI人机界面根据人体工程学原理，采用字母、数字、字符、彩色图表进行静态及动态显示，显示是连贯、一致和清晰的。

HMI更具有包含了各类丰富工程图形的图形库，此图形库还可按用户的具体要求进行增加和优化。

HMI采用统一的图形用户界面，用层次化、生动丰富的画面，诸如：动态画面、多层次画面等，将系统和各子系统接线图、总貌图、流程图、趋势图等显示出来。

三、人机界面设计原则

l人机界面色彩显示设计原则

人机界面的显示颜色保持一致性，如红色代表报警、亮灰色代表停止、中海绿色代表运行、背景则采用中亮度的淡蓝色（R：90 G：130 B：180）等等。

在事件发生时人机界面通过画面色彩的闪烁、声光报警、自动推图等多种手段把发生的事件迅速通知操作员，并提出相应的可选择性的处理建议和提示。

l人机界面菜单设计原则

根据ISCS层次结构、组织体系，系统的菜单结构保持逻辑性和简单性。

在紧急情况下必须使用的功能，其菜单项始终保持在屏幕固定区域，以便在任何时候都可以直接进入。

l人机界面图形显示设计原则

所有ISCS的各个操作员操作站均采用统一、标准的图形用户界面，并具有一致的显示界面和操作风格。

人机界面提供基于窗口的，友好的图形编辑器，用于建立图形显示界面。

l人机界面文字显示设计原则

在操作员操作站上出现的任何文字包括信息、提示、帮助、对象标识等都采用汉字（简体中文）表示，采用统一的国标字体。

对多步骤操作的每一步，人机界面都将通过文字信息来提供操作结果的反馈并通过文字进行下一步动作的提示。

l报警的显示及处理设计原则

当报警出现时报警系统会进行可视和发声的报警提示，并且在报警栏显示报警内容。

人机界面可以提供不同级别的报警信息查询功能。

人机界面可以将报警信息进行分层展现并通过过滤功能，在多类别报警信息出现时，系统能优先、明确、有主次地处理关键的报警信息[13]。

l人机界面安全性设计原则

每个车站的操作员站具有相同的功能，但同一时刻只能一台操作站发出指令。

在进入、退出系统以及关键的控制操作，人机界面均进行必要的权限检查和确认提示以确保操作的安全性。

根据操作人员不同的权限将对应不同的功能界面，无权访问或无必要访问的功能和数据通过预先定义予以过滤。

l人机界面操作方式设计原则

操作员与系统的交互对话通过鼠标以及键盘来完成。

对于以图形显示的任何对象，都可以通过点选设备调出相应的设备窗口，窗口中的內容包括该设备相关的动态和静态信息，如描述、标识、状态、以及保存在数据库中的数据信息。

完成一个控制命令时，操作步骤不超过5次点击。

以鼠标操作为主，采用鼠标弹起事件作为操作动作的触发。系统鼠标可以在双屏（多屏）之间自由漫游。

l信息内容显示区域设计原则

为便于操作，在任何一个在线监控界面上至少划分具有如下信息内容的区域：

当前时间区：年月日时分秒。

登录人员信息区：登录名称、操作权限。

最新紧急报警信息区：三条最新的未确认的报警。

选站线：车站选择。根据用户权限允许/禁止可选的车站。

弹出窗口：临时弹出窗口，可关闭。包括操作窗口、信息编辑窗口、紧急报警窗口等等。

人机界面合理安排各种信息区域，按照人机工程学原理设计画面，画面色调尽可能避免视觉疲劳，减少闪烁感，采用明显区分的颜色表示报警设备。

四、软件平台的设计框架及数据流层次关系

软件平台的设计框架采用“平台设计+应用设计+工程设计”三层结构，具有良好开放性。具体项目应用中软件包由平台包、应用包和工程数据三部分组成本项目对应ISCS的子系统。工程数据可直接针对ISCS系统要求进行组态，完全能够满足对ISCS系统的每项需求。

数据流的层次关系如图1所示。

结束语

总之，科技高速发展的新时代，控制技术以及计算机技术和数字技术等高度发达的时代，综合监控系统是一个系统集成方式的自动化控制系统，随着城市轨道交通事业的迅速发展，必然加速综合监控系统的发展，促进向国际高水平系统的看齐速度。因此，综合监控系统在设备控制上有着非常严格的要求，能够正视地铁综合监控系统的专业要求并能够不断的加强与世界各地之间的交流与合作，为我国的城市轨道交通综合监控系统设计注入新的生机与活力。

参考文献

[1]张发明;王颖.北京地铁10号线综合监控系统简介[J].《城市轨道交通研究》，2007-01-30 .

[2]潘慰.北京地铁二号线的环境与设备自动化监控系统应用 [J].《软件》，2009-08-10 .