本文通過分析城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合自動(dòng)化、信息化、智能化在工業(yè)應(yīng)用中深度融合的趨勢(shì)，指出城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)將在現(xiàn)有以實(shí)時(shí)監(jiān)控為主要應(yīng)用目的的基礎(chǔ)上，通過引入多核并行處理、服務(wù)器集群、、移動(dòng)應(yīng)用等主流信息技術(shù)，將具備海量數(shù)據(jù)處理的能力，可滿足用戶不斷增長的信息集成要求和信息安全要求，支撐和引領(lǐng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。最后，本文提出了一種新一代城市軌道交通綜合信息管理系統(tǒng)的系統(tǒng)框架。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、綜合信息管理系統(tǒng)
1 引言
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入到城市軌道交通的大發(fā)展時(shí)期，2011年我國已建成地鐵480公里，2020年總里程將達(dá)6100公里。北京、上海、天津、武漢、大連、南京、重慶、青島、沈陽、哈爾濱、杭州、蘇州、成都、西安、長春等以及以廣州和深圳為中心的珠江三角洲、長江三角洲地區(qū)都已經(jīng)或?qū)⒁懤m(xù)開工幾十條地鐵、輕軌線。到時(shí)候城市內(nèi)甚至城市與城市之間，將組建成為一個(gè)龐大的地鐵、輕軌網(wǎng)絡(luò)。在這樣一個(gè)軌道交通大發(fā)展的背景下，推動(dòng)了各種新技術(shù)，特別是自動(dòng)化技術(shù)與信息技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用融合，有利于建成從運(yùn)營自動(dòng)化、單線路運(yùn)營到線網(wǎng)運(yùn)營管理及決策的完整的城市軌道交通自動(dòng)化集成系統(tǒng)，符合城市軌道交通“人文交通、科技交通、綠色交通”的戰(zhàn)略發(fā)展要求。
城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(Integrated Supervisory Control System，簡稱ISCS)是指對(duì)城市軌道交通線路中所有電力和機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的分層分布式計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)，包含了內(nèi)部的集成子系統(tǒng)，并與其他專業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)城市軌道交通高效率運(yùn)營。作為通用SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))系統(tǒng)在城市軌道交通行業(yè)的具體應(yīng)用，綜合監(jiān)控系統(tǒng)用系統(tǒng)化方法將各分散的自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)之間的信息互通、資源共享，提高各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合能力，高效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)，提高了軌道交通的整體自動(dòng)化水平，增強(qiáng)應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的應(yīng)變能力，提高軌道交通的運(yùn)營管理水平，提高軌道交通服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平，更好地為廣大乘客服務(wù)，為建設(shè)數(shù)字化軌道交通打好基礎(chǔ)，有利于改進(jìn)軌道交通資源管理水平，提高經(jīng)濟(jì)效益。
按照IEC 62264(GB/T 20720)企業(yè)控制系統(tǒng)集成(Enterprise-control system integration)標(biāo)準(zhǔn)推薦的層次模型，SCADA系統(tǒng)正逐步與MES(Manufacturing Execution System，即制造執(zhí)行系統(tǒng))系統(tǒng)融合，逐漸從實(shí)時(shí)監(jiān)控向工廠生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度方向延展。同時(shí)，在我國“國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十二五規(guī)劃”中，明確提出“有序推進(jìn)輕軌、地鐵、有軌電車等城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)”和“推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合”?，F(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)為工業(yè)化和信息化在軌道交通領(lǐng)域的深度融合奠定了基礎(chǔ)，通過信息化可擴(kuò)展綜合監(jiān)控系統(tǒng)的范圍和提升綜合監(jiān)控系統(tǒng)的層次，支撐和引領(lǐng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)管控一體化。
2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀
2002年，北京地鐵13號(hào)線首次實(shí)施“供電、環(huán)控和防災(zāi)報(bào)警綜合監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)”。至今，深圳、廣州、北京、上海、武漢、西安、成都、重慶、天津等地鐵線路均設(shè)置了以供電設(shè)備監(jiān)控和機(jī)電設(shè)備監(jiān)控為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)一般以電力監(jiān)控、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控為核心進(jìn)行集成;通過與屏蔽門、廣播、閉路電視等系統(tǒng)進(jìn)行界面集成，顯示其系統(tǒng)信息的同時(shí)，具備對(duì)其底層設(shè)備的控制功能;另外，還與列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、火災(zāi)防護(hù)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，只接收相關(guān)信息，在必要的情況下，由人機(jī)界面推出窗口進(jìn)行顯示，而不進(jìn)行控制。典型的綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成如下圖1所示，包括控制中心系統(tǒng)、各車站管理系統(tǒng)、停車場和車輛段監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)以及培訓(xùn)管理系統(tǒng)等組成。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用主備、冗余、分層、分布式C/S結(jié)構(gòu)，分為車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)以及骨干網(wǎng)三層，實(shí)現(xiàn)為熱備、冗余、開放、可靠、易擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)提供的主要功能有：
1)ISCS基本功能：包括數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)點(diǎn)管理、通用圖形界面、監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制和操作、聯(lián)動(dòng)、報(bào)警和事件列表、雪崩過濾、時(shí)間同步、系統(tǒng)安全與權(quán)限管理、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)存檔和查詢、歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)記錄、冗余設(shè)備切換、系統(tǒng)備份和恢復(fù)、降級(jí)模式;
2)電力監(jiān)控功能：
? 監(jiān)視電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如開關(guān)位置、故障狀態(tài)、電壓、電流等;
? 通過單控、順控命令對(duì)開關(guān)設(shè)備(例如750V、10KV開關(guān)設(shè)備)進(jìn)行分、合操作;
? 對(duì)開關(guān)保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)復(fù)歸操作;
? 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的需要，對(duì)供電系統(tǒng)設(shè)備的保護(hù)軟壓板進(jìn)行投退操作;
? SOE事件記錄、故障錄波顯示
3)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控功能
? 遠(yuǎn)程控制功能。可對(duì)單個(gè)設(shè)備或成組設(shè)備進(jìn)行單設(shè)備控制或系統(tǒng)組控，其中控制命令包括：風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止控制;風(fēng)閥開、關(guān)控制;照明回路合、分控制;電扶梯的啟、停和方向控制;系統(tǒng)組控啟動(dòng)、停止控制等。
? 模式控制。模式控制屬于一種特定的設(shè)備組控制，與基本的遙控功能相同。當(dāng)發(fā)生阻塞或緊急狀況時(shí)，通過模式的執(zhí)行使設(shè)備按照預(yù)先定義的模式表按順序啟動(dòng)響應(yīng)的風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥。例如：正常模式、阻塞模式、火災(zāi)模式、夜間模式等。
? 時(shí)間表控制。系統(tǒng)能夠按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間表的控制內(nèi)容，控制相應(yīng)設(shè)備啟動(dòng)或停止。
4)火災(zāi)監(jiān)控：監(jiān)視火災(zāi)設(shè)備的狀態(tài)信息及火災(zāi)報(bào)警信息;必要時(shí)進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，使相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)入火災(zāi)模式。
5)其它集成互聯(lián)系統(tǒng)功能，如行車監(jiān)視、廣播、乘客信息專用功能，以及網(wǎng)絡(luò)管理、培訓(xùn)開發(fā)、設(shè)備管理、決策支持等專業(yè)化應(yīng)用功能。
圖1 典型綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成
現(xiàn)有的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控為主要應(yīng)用目的，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、車站運(yùn)營狀態(tài)監(jiān)視等功能，在體系架構(gòu)設(shè)計(jì)和接口方面主要側(cè)重于實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要分為側(cè)重于HMI功能的中小型SCADA軟件和大型軌道交通綜合監(jiān)控軟件兩大類，其中目前主流的、在具體工程項(xiàng)目中廣泛使用的是第二類，這類大型綜合監(jiān)控軟件典型包括國外廠商的SCADAsoft、RailEdge、WinCC OA(原PVSS)、SystematICS等，以及國內(nèi)北京和利時(shí)公司的MACS-SCADA、南瑞的RT21-ISCS等，這些產(chǎn)品都具有以下主要特性：
1)滿足大型、復(fù)雜項(xiàng)目的應(yīng)用要求并具有實(shí)際的城市軌道交通工程項(xiàng)目應(yīng)用案例。
2)分為2大系列，一類來自于專業(yè)化軌道交通應(yīng)用，為行業(yè)化定制開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品;另一類來自于通用的大型SCADA系統(tǒng)軟件平臺(tái)，針對(duì)城市軌道交通進(jìn)行行業(yè)化應(yīng)用開發(fā)，并同時(shí)廣泛應(yīng)用于煤炭、油氣田等其他SCADA應(yīng)用中。
3)功能側(cè)重于大容量數(shù)據(jù)處理，處理能力在30萬點(diǎn)以上，核心是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和分布式數(shù)據(jù)通信。
4)支持分層分布式冗余結(jié)構(gòu)。
5)采用中間件等技術(shù)，多數(shù)支持異構(gòu)環(huán)境(Windows/Unix/Linux和x86/RISC服務(wù)器)。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件大都采用平臺(tái)化系統(tǒng)架構(gòu)，如下圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接口層、數(shù)據(jù)處理層和人機(jī)接口層組成。
圖2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件的平臺(tái)化系統(tǒng)架構(gòu)
1) 數(shù)據(jù)接口層：主要用于數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，由ISCS系統(tǒng)設(shè)備FEP完成，F(xiàn)EP對(duì)以數(shù)字信號(hào)接入的監(jiān)控子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時(shí)FEP負(fù)責(zé)對(duì)ISCS與被監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離，從而保證各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。
2) 數(shù)據(jù)處理層：用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的管理，主要由中心服務(wù)器及車站、車輛段、停車場服務(wù)器構(gòu)成，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫來提供ISCS系統(tǒng)的應(yīng)用功能。
3) 人機(jī)接口層：用于處理人機(jī)接口，主要由操作員工作站構(gòu)成，通過從中心服務(wù)器及車站、車輛段、停車場服務(wù)器來獲取數(shù)據(jù)，在操作站上顯示人機(jī)界面，來完成各種ISCS系統(tǒng)的監(jiān)控操作。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了常規(guī)通用SCADA系統(tǒng)的模塊和功能，如下圖3所示。主要組件包括分布式通信軟總線、腳本、二次開發(fā)工具、接口與采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、報(bào)警、日志、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)表、操作命令、權(quán)限、安全管理、遠(yuǎn)程管理。模塊間通過分布式通信軟總線實(shí)現(xiàn)相互通信，并且通過模塊的不同組合部署實(shí)現(xiàn)FEP、服務(wù)器和工作站的功能需求。
圖3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件的組成模塊
3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向
作為以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。綜合監(jiān)控系統(tǒng)有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)成為監(jiān)控調(diào)度不可缺少的工具。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)在開發(fā)過程中的一條重要理念應(yīng)是要為用戶提供一套易于擴(kuò)展和使用的系統(tǒng)：開始規(guī)模很小，但不論從短期和長遠(yuǎn)的角度，都可以方便地根據(jù)用戶的需求加以在線擴(kuò)充。這樣的設(shè)計(jì)理念才能保證系統(tǒng)不會(huì)過早地失去使用價(jià)值。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展、管控一體化和“信息化和工業(yè)化深度融合”以及管理的日益精細(xì)化，現(xiàn)有以實(shí)時(shí)監(jiān)控為主要應(yīng)用目的綜合監(jiān)控系統(tǒng)也無法完全滿足地鐵安全、高效運(yùn)營管理的需要，特別是系統(tǒng)軟件架構(gòu)在調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃和工作流處理方面存在的先天不足已嚴(yán)重制約了系統(tǒng)從過程控制層向生產(chǎn)執(zhí)行層和經(jīng)營管理層的擴(kuò)展，影響了從綜合監(jiān)控系統(tǒng)向智能化綜合信息管理系統(tǒng)的發(fā)展。
為解決上述問題，綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要在現(xiàn)有實(shí)時(shí)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，結(jié)合迅速發(fā)展的信息技術(shù)，通過引入面向服務(wù)架構(gòu)(Service-Oriented Architecture，簡稱SOA)、多核并行處理、平行擴(kuò)展的服務(wù)器集群、移動(dòng)應(yīng)用、安全系統(tǒng)等成熟的IT技術(shù)，構(gòu)建新一代的綜合信息智能管理系統(tǒng)，滿足國內(nèi)外用戶不斷增長的信息化集成要求，提供良好的用戶體驗(yàn)。
3.1 與信息系統(tǒng)一體化
絕大部分現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)與上層生產(chǎn)調(diào)度和計(jì)劃、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、安全管理、辦公自動(dòng)化等管理信息系統(tǒng)是分離的，或者僅有簡單的從下向上的單向簡單數(shù)據(jù)傳輸，無法與上層信息系統(tǒng)融合成為一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一體。按照發(fā)展新型工業(yè)和企業(yè)信息化的要求，自動(dòng)化應(yīng)該是集管理和控制于一體的，它包含低層的控制與高層次的管理的自動(dòng)化。企業(yè)信息化對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度提出了更高的要求，它包含了從經(jīng)營管理層、生產(chǎn)執(zhí)行層、過程控制層直到現(xiàn)場設(shè)備層的全過程，涵蓋了從傳感器開始到整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的全部低層控制及高層管理。為保證整個(gè)控制過程中的所有有用的信息不沉淀和流失，便于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)，加強(qiáng)對(duì)上層決策的輔助支持，應(yīng)建立全局化的概念，統(tǒng)一信息平臺(tái)，克服“自動(dòng)化孤島”、“信息孤島”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)管控一體化的無縫集成。
整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件體系應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，構(gòu)建為開放的可擴(kuò)展的系統(tǒng)，以利于系統(tǒng)靈活配置、功能擴(kuò)展和性能提升，支持企業(yè)可持續(xù)的業(yè)務(wù)流程重組，適應(yīng)企業(yè)的改造與升級(jí)。綜合信息管理系統(tǒng)中包含了實(shí)時(shí)控制信息和業(yè)務(wù)管理信息，系統(tǒng)應(yīng)保證兩類信息嚴(yán)格分開處理，防止互相干擾或影響?？稍诮y(tǒng)一數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)服務(wù)軟總線基礎(chǔ)上，構(gòu)建專業(yè)化的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、以實(shí)時(shí)監(jiān)控為主的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)軟總線和以運(yùn)營管理為主的管理數(shù)據(jù)軟總線，如下圖4所示。專業(yè)化應(yīng)用數(shù)據(jù)庫包括設(shè)備數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、報(bào)警數(shù)據(jù)庫、地理信息數(shù)據(jù)庫、決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫、多媒體流數(shù)據(jù)庫等，這些數(shù)據(jù)庫邏輯上形成統(tǒng)一的完整數(shù)據(jù)庫，為整個(gè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)服務(wù)功能，物理上可獨(dú)立管理和維護(hù)，互相之間通過數(shù)據(jù)軟總線進(jìn)行信息交換和協(xié)同處理。系統(tǒng)中以實(shí)時(shí)監(jiān)控為主的應(yīng)用將主要通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)軟總線進(jìn)行通信，可確保這些應(yīng)用的實(shí)時(shí)性和高可用性;以經(jīng)營管理和運(yùn)營優(yōu)化為主的應(yīng)用將主要通過管理數(shù)據(jù)軟總線進(jìn)行通信，獲取管理所需的基礎(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)和現(xiàn)場運(yùn)營數(shù)據(jù)，可確保這些應(yīng)用所需的大數(shù)據(jù)量通信和數(shù)據(jù)挖掘優(yōu)化運(yùn)算。
圖4 綜合信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與運(yùn)營管理的一體化
目前主流廠商能夠的綜合監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品大都有10年以上的歷史，較好地滿足了系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性方面的要求，但是在技術(shù)的先進(jìn)性方面有所欠缺，沒有充分發(fā)揮信息技術(shù)發(fā)展和硬件提升帶來的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致?lián)碛邢到y(tǒng)的總成本越來越高，包括系統(tǒng)更新、升級(jí)和修正錯(cuò)誤等，當(dāng)系統(tǒng)需要集成新子系統(tǒng)及功能時(shí)，在設(shè)計(jì)及測試上都十分困難。為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與運(yùn)營管理的一體化，綜合信息管理系統(tǒng)需要管理的數(shù)量規(guī)模將從現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)的30~50萬點(diǎn)擴(kuò)展到幾百萬點(diǎn)甚至千萬點(diǎn)，數(shù)據(jù)類型也將更豐富和多樣化。為適應(yīng)這種變化，作為系統(tǒng)核心的服務(wù)器應(yīng)用軟件必須改變現(xiàn)有中心和車站服務(wù)器各自相對(duì)獨(dú)立工作、中心或車站雙服務(wù)器主備冗余的設(shè)計(jì)架構(gòu)，而是采用可平行擴(kuò)展的服務(wù)器集群技術(shù)，實(shí)現(xiàn)為分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)主要的作用就是平行擴(kuò)展、海量存儲(chǔ)、高性能運(yùn)算和高并發(fā)支持，通過引入多核并行處理、可平行擴(kuò)展的服務(wù)器集群技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)將具備海量數(shù)據(jù)處理的能力，可滿足用戶不斷增長的信息集成要求。
在進(jìn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)和上層管理系統(tǒng)的一體化架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還必須考慮如何復(fù)用企業(yè)現(xiàn)有的或已有的應(yīng)用系統(tǒng)，以保護(hù)了現(xiàn)有的IT基礎(chǔ)建設(shè)投資。SOA憑借其松耦合的特性，使得系統(tǒng)可以按照模塊化的方式來添加新服務(wù)或更新現(xiàn)有服務(wù)，以解決新的業(yè)務(wù)需要。現(xiàn)有的綜合監(jiān)控系統(tǒng)大都以測點(diǎn)數(shù)據(jù)為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)，無法有效支持對(duì)視頻、流媒體、地理信息數(shù)據(jù)以及工作流數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用，這將成為構(gòu)建綜合信息管理系統(tǒng)的瓶頸。通過采用SOA架構(gòu)，可提供全面模塊化和深度集成的系統(tǒng)架構(gòu)，有利于系統(tǒng)的縱向集成，能保證底層數(shù)據(jù)按系統(tǒng)功能要求上傳，并同時(shí)保證高層信息及時(shí)準(zhǔn)確下達(dá)，不同信息都可在各應(yīng)用間以標(biāo)準(zhǔn)、可擴(kuò)展的方式進(jìn)行交換、結(jié)合和應(yīng)用，不同子系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)都可借助SOA中間件以被不同功能集成和應(yīng)用。
3.2 安全系統(tǒng)
安全是指不因人、機(jī)、媒介的相互作用而導(dǎo)致系統(tǒng)損失、人員傷害、任務(wù)受影響或造成時(shí)間的損失。目前國內(nèi)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)大都沒有按照安全相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，缺乏系統(tǒng)的安全分析、危害識(shí)別和安全管理。隨著綜合監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的安全性越來越得到重視和關(guān)注，安全問題不解決也將制約綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和提升。
IEC61508國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)軟硬件生存周期的各個(gè)階段的任務(wù)和目標(biāo)，提供一個(gè)制定安全需求規(guī)范的方法，是進(jìn)行軌道交通安全評(píng)估和論證重要的參考標(biāo)準(zhǔn)。在軌道交通領(lǐng)域，歐洲以IEC61508標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，吸收該標(biāo)準(zhǔn)的精髓，制訂鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它包括以下4個(gè)部分：
1)EN-50126鐵路應(yīng)用：可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性(RAMS)規(guī)范和說明;
2)EN-50128 鐵路應(yīng)用：鐵路控制和防護(hù)系統(tǒng)的軟件;
3)EN-50129 鐵路應(yīng)用：安全相關(guān)電子系統(tǒng);
4)EN-50159鐵路應(yīng)用：通信、信號(hào)和處理系統(tǒng)。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)參照這些標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、運(yùn)營和維護(hù)，使得系統(tǒng)的安全完整性等級(jí)達(dá)到SIL2/SIL3。
3.2 移動(dòng)智能系統(tǒng)
目前專網(wǎng)和公網(wǎng)無線通信技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并廣泛應(yīng)用各類自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)中。在城市軌道交通行業(yè)應(yīng)用中，基于TETRA(Terrestrial Trunked Radio，即陸上集群無線電)的數(shù)字集群通信技術(shù)已在列車運(yùn)營管理和控制系統(tǒng)中廣泛使用。通過融合現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)，可為城市軌道交通的日常運(yùn)營管理提供行車、電力和環(huán)控的本地和遠(yuǎn)程調(diào)度服務(wù)，以及移動(dòng)維修調(diào)度、客流分析、節(jié)能分析、無線應(yīng)急指揮等服務(wù)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過深度集成無線通信系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可移動(dòng)化和遠(yuǎn)程服務(wù)能力，從而改變以往系統(tǒng)只能在車站和中心調(diào)度室固定終端上操作和使用的缺點(diǎn)，發(fā)揮移動(dòng)增值獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，針對(duì)地鐵維修人員提供移動(dòng)維修功能，針對(duì)地鐵火災(zāi)等緊急情況下提供應(yīng)急預(yù)案管理、指揮和決策輔助功能，針對(duì)地鐵調(diào)度人員和管理人員等提供基于平板電腦、智能手機(jī)或微型面板的移動(dòng)監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公，有利于提升系統(tǒng)的智能化水平。
4 新一代城市軌道交通綜合信息管理系統(tǒng)
為適應(yīng)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，北京和利時(shí)公司作為國內(nèi)最主要的系統(tǒng)集成商和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件提供商，提出了新一代城市軌道交通綜合信息管理系統(tǒng)MACS-I2SCS的系統(tǒng)框架，從架構(gòu)上建立信息集成統(tǒng)一架構(gòu)，從技術(shù)上整合SCADA和管理系統(tǒng)，如下圖5所示，并正在香港地鐵廣深港綜合監(jiān)控系統(tǒng)(香港段)項(xiàng)目上進(jìn)行典型應(yīng)用設(shè)計(jì)。
圖5 新一代城市軌道交通綜合信息管理系統(tǒng)統(tǒng)一架構(gòu)
該系統(tǒng)平臺(tái)的技術(shù)路線主要包括：
1)采用以服務(wù)為中心的SOA系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過SOA連接器可方便地把第三方系統(tǒng)或現(xiàn)在系統(tǒng)集成起來。SOA連接器是一種Web服務(wù)，采用WSDL描述接口，針對(duì)第三方系統(tǒng)或現(xiàn)在系統(tǒng)提供開發(fā)SOA連接器的框架和接口規(guī)范。
2)提供基于服務(wù)器集群的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)，構(gòu)建面向?qū)ο髮?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，采用magent實(shí)現(xiàn)服務(wù)器集群擴(kuò)展，支持Oracle和MySQL數(shù)據(jù)庫，支持UNIX、LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)。
3)實(shí)現(xiàn)基于ESB的服務(wù)接口框架，消息中間件采用ActiveMQ。
4)采用基于HTML5的2D/3D人機(jī)界面，高實(shí)時(shí)性要求的應(yīng)用以插件方式實(shí)現(xiàn)。
5)采用TETRA無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)和專網(wǎng)的接入，提供基于平板電腦、智能手機(jī)或微型面板的手持移動(dòng)監(jiān)控終端。
6)按安全相關(guān)系統(tǒng)SIL2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)。EN50126/128/129 的 SIL2 就安全相關(guān)系統(tǒng)和軟件的開發(fā)和審批對(duì)相應(yīng)的職責(zé)、流程、文檔和技術(shù)提出了明確的要求。
在新一代城市軌道交通綜合信息管理系統(tǒng)MACS-I2SCS中，建立了自動(dòng)化和信息化集成體系框架和接口規(guī)范，易于整合現(xiàn)有軟件資產(chǎn)，提高軟件復(fù)用性，降低成本，并且也為未來的擴(kuò)展留下了空間。借助于MACS-I2SCS系統(tǒng)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)管控一體化，可在以下方面顯著擴(kuò)展綜合監(jiān)控系統(tǒng)的范圍和智能化：
? 集成地理信息GIS數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人員定位和資源優(yōu)化組織，可以在地圖中按地理位置顯示現(xiàn)場設(shè)備對(duì)象，直觀清晰地顯示各個(gè)車站和整條線路的概覽，從而可以對(duì)整個(gè)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行輕松便捷地監(jiān)視;
? 集成視頻數(shù)據(jù)，通過智能視頻分析結(jié)合GIS數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)在重大公共活動(dòng)、上下班高峰期或緊急事故情況下的換乘站、交通樞紐人流密度管理和人流安全疏導(dǎo);
? 基于HTML5實(shí)現(xiàn)決策支持系統(tǒng)DSS，提供應(yīng)急預(yù)案的管理和執(zhí)行功能，在發(fā)生緊急情況時(shí)可以幫助操作人員做出決策;
? 安全可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)一協(xié)調(diào)的多模式信息發(fā)布，包括乘客信息系統(tǒng)、手持智能終端、信息顯示屏等。
5 總結(jié)
現(xiàn)有的城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控為主要應(yīng)用目的，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、車站運(yùn)營狀態(tài)監(jiān)視等功能，在體系架構(gòu)設(shè)計(jì)和接口方面主要側(cè)重于實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，在生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃和工作流處理方面存在架構(gòu)方面的先天不足。在另一方面，由于IT技術(shù)的迅速發(fā)展，在現(xiàn)有系統(tǒng)之中沒有實(shí)現(xiàn)的面向服務(wù)結(jié)構(gòu)(SOA)、多核并行處理、服務(wù)器集群、負(fù)載均衡、平行擴(kuò)展、移動(dòng)應(yīng)用等技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，可以引入到新一代綜合信息管理系統(tǒng)之中，滿足用戶不斷增長的信息化集成要求。以新一代綜合信息管理系統(tǒng)為平臺(tái)建立融合關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、安防和應(yīng)急指揮、多模式通信等系統(tǒng)的城市軌道交通綜合監(jiān)控平臺(tái)，可擴(kuò)展綜合監(jiān)控系統(tǒng)的范圍和提升綜合監(jiān)控系統(tǒng)的層次，支撐和引領(lǐng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)管控一體化。
參考資料
[1] IEEE C37 1-2007 IEEE Standard for SCADA and Automation Systems
[2] GB/T 26335-2010 工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范
[3] GB 50636-2010 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范
[4] 張慎明，王軍，《新一代綜合監(jiān)控系統(tǒng)若干問題的研究和探討》，現(xiàn)代城市軌道交通，2010年1月
[5] 王婷婷，汪文功，《現(xiàn)代城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念》，自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2010年第29卷第2期
[6] 仇慶林，《數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化煤礦展望》，現(xiàn)代企業(yè)教育，2009年6月下期
[7] 李斌，《基于GIS綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)》，檢測與控制，2010年6月
[8] 濮衛(wèi)興，車兆建，《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的RAMS管理》，城市軌道交通研究，2011年第8期
[9] 安英霞，基于SOA架構(gòu)的牽引供電綜合SCADA系統(tǒng)，電氣化鐵道，2011年第1期
（轉(zhuǎn)載）
