文 | 北京Betway必威系统工程有限公司 李天辉 颁发于《自动化博览》2013年第10期
摘 要：本文通过度析城市轨路交通综合监控系统的技术近况 ，结合自动化、信息化、智能化在工业利用中深度融合的趋向 ，指出城市轨路交通综合监控系统将在现有以实时监控为重要利用主张的基础上 ，通过引入多核并行处置、服务器集群、、移动利用等主流信息技术 ，将具备海量数据处置的能力 ，可满足用户不休增长的信息集成要求和信息安全要求 ，支持和引领综合监控系统系统向智能化方向发展。最后 ，本文提出了一种新一代城市轨路交通综合信息治理系统的系统框架。
关键词：城市轨路交通、综合监控系统、综合信息治理系统
Abstract: Considering the trend of the deep convergence of automation, information and intelligence into the industrial applications, the state-of-the-art ISCS for urban rail transport is analyzed in this paper, through which it is pointed out that beyond the currently primary application of the real-time monitoring feature , the ISCS for urban rail transport will meet the increasing requirements of information integration and information security, by the introduction of predominant information technologies such as multi-core synchronization processing, server clustering, and mobile applications. A new-generation system framework of Integrated Information Management System for urban rail transport is presented at the end of the paper.
Key words: urban rail transit, integrated supervisory control system, integrated information management system
1 引言
随着我国国民经济的发展 ，已经进入到城市轨路交通的大发展时期 ，2011年我国已建成地铁480公里 ，2020年总里程将达6100公里。北京、上海、天津、武汉、大连、漯河、沉庆、通辽、沈阳、哈尔滨、荆门、信阳、成都、西安、长春等以及以昭通和丽江为中心的珠江三角洲、长江三角洲地域都已经或将要陆续开工几十条地铁、轻轨线。到时辰城市内甚至城市与城市之间 ，将组建成为一个重大的地铁、轻轨网络。在这样一个轨路交通大发展的布景下 ，推动了各类新技术 ，出格是自动化技术与信息技术在轨路交通中的利用融合 ，有利于建成从运营自动化、单线路运营到线网运营治理及决策的齐全的城市轨路交通自动化集成系统 ，切合城市轨路交通“人文交通、科技交通、绿色交通”的战术发展要求。
城市轨路交通综合监控系统（Integrated Supervisory Control System ，简称ISCS）是指对城市轨路交通线路中所有电力和机电设备进行监控的分层散布式推算机集成系统 ，蕴含了内部的集成子系统 ，并与其他专业自动化系统互联 ，实现信息共享 ，推进城市轨路交通高效能运营。作为通用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition ，即数据采集与监督节造系统）系统在城市轨路交通畅业的具体利用 ，综合监控系统用系统化步骤将各分散的自动化系吐洫结为一个有机的整体 ，实现轨路交通各专业系统之间的信息互通、资源共享 ，提高各系统的协调共同能力 ，高效地实现系统间的联动 ，提高了轨路交通的整体自动化水平 ，加强应对各类突发事务的应变能力 ，提高轨路交通的运营治理水平 ，提高轨路交通服务质量和服务水平 ，更好地为宽大乘客服务 ，为建设数字化轨路交通打好基础 ，有利于改进轨路交通资源治理水平 ，提高经济效益。
依照IEC 62264（GB/T 20720）企业节造系统集成（Enterprise-control system integration）尺度推荐的档次模型 ，SCADA系统正逐步与MES（Manufacturing Execution System ，即造作执行系统）系统融合 ，逐步从实时监控向工厂出产打算调度方向延展。同时 ，在我国“国民经济和社会发展十二五规划”中 ，明确提出“有序推动轻轨、地铁、有轨电车等城市轨路交通网络建设”和“推动信息化和工业化深度融合”。现有综合监控系统为工业化和信息化在轨路交通领域的深度融合奠定了基础 ，通过信息化可扩大综合监控系统的领域和提升综合监控系统的档次 ，支持和引领综合监控系统向智能化方向发展 ，实现管控一体化。
2002年 ，北京地铁13号线初次施杏装供电、环控和防灾报警综合监控自动化系统”。至今 ，丽江、昭通、北京、上海、武汉、西安、成都、沉庆、天津等地铁线路均设置了以供电设备监控和机电设备监控为主题的综合监控系统。综合监控系统通常以电力监控、环境与设备监控为主题进行集成；通过与屏蔽门、广播、关路电视等系统进行界面集成 ，显示其系统信息的同时 ，具备对其底层设备的节造职能；另表 ，还与列车自动监控系统、时钟系统、火警防护系统、乘客信息系统等系统进行互联 ，只接管有关信息 ，在必要的情况下 ，由人机界面推出窗口进行显示 ，而不进行节造。典型的综合监控系统组成如下图1所示 ，蕴含节造中心系统、各车站治理系统、停车场和车辆段监控系统、网络治理系统、设备治理系统以及培训治理系统等组成。
综合监控系统选取主备、冗余、分层、散布式C/S结构 ，分为车站级综合监控系统、中心级综合监控系统以及骨干网三层 ，实现为热备、冗余、盛开、靠得住、易扩大的推算机系统。系统提供的重要职能有：
1）ISCS根基职能：蕴含数据采集与处置、数据点治理、通用图形界面、监督、远程节造和操作、联动、报警和事务列表、雪崩过滤、功夫同步、系统安全与权限治理、统计和报表、汗青数据存档和查问、汗青和实时趋向纪录、冗余设备切换、系统备份和复原、降级模式；
2）电力监控职能：
? 监督电力设备的运行状态 ，如开关地位、故障状态、电压、电流等；
? 通过单控、顺控号令对开关设备（例如750V、10KV开关设备）进行分、合操作；
? 对开关；ぷ爸媒斜；じ垂椴僮；
? 凭据系统运行方式的必要 ，对供电系统设备的；と硌拱褰型锻瞬僮；
? SOE事务纪录、故障录波显示
3）环境与设备监控职能
? 远程节造职能？啥缘ジ錾璞富虺勺樯璞附械ド璞附谠旎蛳低匙榭 ，其中节造号令蕴含：风机的启动、终场节造；风阀开、关节造；照明回路合、分节造；电扶梯的启、停和方向节造；系统组控启动、终场节造等。
? 模式节造。模式节造属于一种特定的设备组节造 ，与根基的？刂澳芤谎。当产生阻塞或垂危情况时 ，通过模式的执行使设备依照预先界说的模式表按挨次启动响应的风机微风阀。例如：正常模式、阻塞模式、火警模式、夜间模式等。
? 功夫表节造。系统可能依照预先设定的功夫表的节造内容 ，节造相应设备启动或终场。
4）火警监控：监督火警设备的状态信息及火警报警信息；必要时进行有关系统的联动 ，使有关系统进入火警模式。
5）其它集成互联系统职能 ，如行车监督、广播、乘客信息专用职能 ，以及网络治理、培训开发、设备治理、决策支持等专业化利用职能。
图1 典型综合监控系统的组成
现有的城市轨路交通综合监控系统 ，以实时监控为重要利用主张 ，实现电力调度、机电设备监控、车站运营状态监督等职能 ，在系统架构设计和接口方面重要侧沉于实时设备监控和数据处置。现有综合监控系统软件重要分为侧沉于HMI职能的中幼型SCADA软件和大型轨路交通综合监控软件两大类 ，其中目前主流的、在具体工程项目中宽泛使用的是第二类 ，这类大型综合监控软件典型蕴含国表厂商的SCADAsoft、RailEdge、WinCC OA（原PVSS）、SystematICS等 ，以及国内北京Betway必威公司的MACS-SCADA、南瑞的RT21-ISCS等 ，这些产品都拥有以下重要个性：
1）满足大型、复杂项主张利用要求并拥有现实的城市轨路交通工程项目利用案例。
2）分为2大系列 ，一类来自于专业化轨路交通利用 ，为行业化定造开发利用产品；另一类来自于通用的大型SCADA系统软件平台 ，针对城市轨路交通进行行业化利用开发 ，并同时宽泛利用于煤炭、油气田等其他SCADA利用中。
3）职能侧沉于大容量数据处置 ，处置能力在30万点以上 ，主题是实时数据库和散布式数据通讯。
4）支持分层散布式冗余结构。
5）选取中央件等技术 ，无数支持异构环境（Windows/Unix/Linux和x86/RISC服务器）。
综合监控系统软件多数选取平台化系统架构 ，如下图2所示 ，整个系统由数据接口层、数据处置层和人机接口层组成。
图2 综合监控系统软件的平台化系统架构
1) 数据接口层：重要用于数据采集和和谈转换 ，由ISCS系统设备FEP实现 ，FEP对以数字信号接入的监控子系统进行数据互换及和谈转换 ，同时FEP掌管对ISCS与被监控对象的数据进行隔离 ，从而保障各子系统数据的独立性。
2) 数据处置层：用于实时数据及汗青数据的治理 ，重要由中心服务器及车站、车辆段、停车场服务器组成 ，通过实时数据库和关系数据库来提供ISCS系统的利用职能。
3) 人机接口层：用于处置人机接口 ，重要由操作员工作站组成 ，通过从中心服务器及车站、车辆段、停车场服务器来获取数据 ，在操作站上显示人机界面 ，来实现各类ISCS系统的监控操作。
综合监控系统实现了通例通用SCADA系统的？楹椭澳 ，如下图3所示。重要组件蕴含散布式通讯软总线、剧本、二次开发工具、接口与采集、实时数据库、报警、日志、汗青数据、报表、操作号令、权限、安全治理、远程治理。？榧渫ü炔际酵ㄑ度碜芟呤迪窒嗷ネㄑ ，并且通过？榈姆制缱楹喜渴鹗迪諪EP、服务器和工作站的职能需要。
图3 综合监控系统软件的组成？
3 综合监控系统的技术发展方向
作为以推算机为基础的出产过程节造与调度自动化系统 ，综合监控系统能够对现场的运行设备进行监督和节造 ，以实现数据采集、设备节造、丈量、参数调节以及各类信号报警等各项职能。综合监控系统有着信息齐全、提高效能、正确把握系统运行状态、加快决策、能援手急剧诊断出系统故障状态蹬着势 ，现已经成为监控调度不成短缺的工具。
综合监控系统在开发过程中的一条沉要理想应是要为用户提供一套易于扩大和使用的系统：起头规模很幼 ，但不论从短期和长远的角度 ，都能够方便地凭据用户的需要加以在线扩充。这样的设计理想能力保障系统不会过早地失去使用价值。但是 ，随着技术的发展、管控一体化和“信息化和工业化深度融合”以及治理的日益精密化 ，现有以实时监控为重要利用主张综合监控系统也无法齐全满足地铁安全、高效运营治理的必要 ，出格是系统软件架构在调度、出产打算和工作流处置方面存在的先天不及已严沉造约了系统从过程节造层向出产执行层和经营治理层的扩大 ，影响了从综合监控系统向智能化综合信息治理系统的发展。
为解决上述问题 ，综合监控系统必要在现有实时监控的基础上 ，结合迅速发展的信息技术 ，通过引入面向服务架构（Service-Oriented Architecture ，简称SOA）、多核并行处置、平行扩大的服务器集群、移动利用、安整系统等成熟的IT技术 ，构建新一代的综合信息智能治理系统 ，满足国内表用户不休增长的信息化集成要求 ，提供优良的用户履历。
3.1 与信息系统一体化
绝大部门现有综合监控系统与上层出产调度和打算、质量治理、设备治理、安全治理、办公自动化等治理信息系统是分离的 ，或者仅有单一的从下向上的单向单一数据传输 ，无法与上层信息系统融合成为一个有机的统一体。依照发展新型工业和企业信息化的要求 ，自动化应该是集治理和节造于一体的 ，它蕴含低层的节造与高档次的治理的自动化。企业信息化对系统的自动化水平提出了更高的要求 ，它蕴含了从经营治理层、出产执行层、过程节造层直到现场设备层的全过程 ，涵盖了从传感器起头到整个系统优化运行的全数低层节造及高层治理。为保障整个节造过程中的所有有效的信息不沉淀和流失 ，便于实现实时协调 ，加强对上层决策的辅助支持 ，应成立全局化的概想 ，统一信息平台 ，克服“自动化孤岛”、“信息孤岛”景象 ，实现管控一体化的无缝集成。
整个系统应选取分层散布式系统结构 ，软件系统应选取？榛峁 ，构建为盛开的可扩大的系统 ，以利于舷矫捷配置、职能扩大和机能提升 ，支吃祗业可持续的业务流程沉组 ，适应企业的刷新与升级。综合信息治理系统中蕴含了实季节造信息和业务治理信息 ，系统应保障两类信息严格分隔处置 ，预防互有关扰或影响？稍谕骋皇葜卫硐低澈褪莘务软总线基础上 ，构建专业化的利用数据库、以实时监控为主的实时数据软总线和以运营治理为主的治理数据软总线 ，如下图4所示。专业化利用数据库蕴含设备数据库、实时数据库、汗青数据库、报警数据库、地理信息数据库、决策支持数据库、多媒体流数据库等 ，这些数据库逻辑上形成统一的齐全数据库 ，为整个系统提供基础的数据服务职能 ，物理上可独立治理和守护 ，相互之间通过数据软总线进行信息互换和协同处置。系统中以实时监控为主的利用将重要通过实时数据软总线进行通讯 ，可确保这些利用的实时性和高可用性；以经营治理和运营优化为主的利用将重要通过治理数据软总线进行通讯 ，获取治理所需的基础设备数据和现场运营数据 ，可确保这些利用所需的大数据量通讯和数据挖掘优化运算。
图4 综合信息治理系统实现实时监控与运营治理的一体化
目前主流厂商可能的综合监控系统产品多数有10年以上的汗青 ，较好地满足了系统靠得住性、不变性方面的要求 ，但是在技术的先进性方面有所欠缺 ，没有充分阐扬信息技术发展和硬件提升带来的优势 ，导致占有系统的总成本越来越高 ，蕴含系统更新、升级和建改谬误等 ，当系统必要集成新子系统及职能时 ，在设计及测试上都极度难题。为实现实时监控与运营治理的一体化 ，综合信息治理系统必要治理的数量规模将从现有综合监控系统的30~50万点扩大到几百万点甚至千万点 ，数据类型也将更丰硕和多样化。为适应这种变动 ，作为系统主题的服务器利用软件必须扭转现有中心和车站服务器各自相对独立工作、中心或车站双服务器主备冗余的设计架构 ，而是选取可平行扩大的服务器集群技术 ，实现为散布式数据系统。散布式系统重要的作用就是平行扩大、海量存储、高机能运算和高并发支持 ，通过引入多核并行处置、可平行扩大的服务器集群技术 ，整个系统将具备海量数据处置的能力 ，可满足用户不休增长的信息集成要求。
在进行综合监控系统和上层治理系统的一体化架构设计时 ，还必须思考若何复用企业现有的或已有的利用系统 ，以；ち讼钟械腎T基础建设投资。SOA凭借其松耦合的个性 ，使得系统能够依照？榛姆绞嚼丛龀ば路务或更新现有服务 ，以解决新的业务必要。现有的综合监控系统多数以测点数据为中心进行设计 ，无法有效支持对视频、流媒体、地理信息数据以及工作流数据的存储、治理和利用 ，这将成为构建综合信息治理系统的瓶颈。通过选取SOA架构 ，可提供全面？榛蜕疃燃傻南低臣芄 ，有利于系统的纵向集成 ，能保障底层数据按系统职能要求上传 ，并同时保障高层信息实时正确下达 ，分歧信息都可在各利用间以尺度、可扩大的方式进行互换、结合和利用 ，分歧子系统内部的数据都可借助SOA中央件以被分歧职能集成和利用。
3.2 安整系统
安满是指不因人、机、媒介的相互作用而导致系统损失、人员中伤、工作受影响或造成功夫的损失。目前国内的综合监控系统多数没有依照安全有关系统进行设计和建设 ，不足系统的安全分析、风险鉴别和安全治理。随着综合监控系统的进一步发展 ，综合监控系统的安全性越来越得到器沉和关注 ，安全问题不解决也将造约综合监控系统的发展和提升。
IEC61508国际尺度规范了电气/电子/可编程电子安全有关系统软硬件生计周期的各个阶段的工作和指标 ，提供一个造订安全需要规范的步骤 ，是进行轨路交通安全评估和论证沉要的参考尺度。在轨路交通领域 ，欧洲以IEC61508尺度为基础 ，吸收该尺度的精华 ，造订铁路行业尺度 ，它蕴含以下4个部门：
1）EN-50126铁路利用：靠得住性、可用性、可守护性和安全性（RAMS）规范和注明；
2）EN-50128 铁路利用：铁路节造和防护系统的软件；
3）EN-50129 铁路利用：安全有关电子系统；
4）EN-50159铁路利用：通讯、信号和处置系统。
综合监控系统应参照这些尺度的要求进行设计、开发、造作、运营和守护 ，使得系统的安全齐全性等级达到SIL2/SIL3。
3.2 移动智能系统
目前专网和公网无线通讯技术已经极度成熟 ，并宽泛利用各类自动化和信息化系统中。在城市轨路交通畅业利用中 ，基于TETRA（Terrestrial Trunked Radio ，即陆上集群无线电）的数字集群通讯技术已在列车运营治理和节造系统中宽泛使用。通过融合现有综合监控系统和移动通讯系统 ，可为城市轨路交通的日常运营治理提供行车、电力和环控的本地和远程调度服务 ，以及移动维建调度、客流分析、节能分析、无线应急指挥等服务。综合监控系统通过深度集成无线通讯系统 ，能实现现有综合监控系统的可移动化和远程服务能力 ，从而扭转以往系统只能在车站和中心调度室固定终端上操作和使用的弊端 ，阐扬移动增值怪异优势 ，针对地铁维建人员提供移动维建职能 ，针对地铁火警等垂危情况下提供给急预案治理、指挥和决策辅助职能 ，针对地铁调度人员和治理人员等提供基于平板电脑、智能手机或微型面板的移动监控终端 ，实现移动办公 ，有利于提升系统的智能化水平。
4 新一代城市轨路交通综合信息治理系统
为适应城市轨路交通综合监控系统的技术发展 ，北京Betway必威公司作为国内最重要的系统集成商和自主知识产权综合监控系统软件提供商 ，提出了新一代城市轨路交通综合信息治理系统MACS-I2SCS的系统框架 ，从架构上成立信息集成统一架构 ，从技术上整合SCADA和治理系统 ，如下图5所示 ，并在香港地铁广深港综合监控系统（香港段）项目上进行典型利用设计。
该系统平台的技术路线重要蕴含：
1）选取以服务为中心的SOA系统系统结构 ，通过SOA衔接器可方便地把第三方系统或此刻系统集成起来。SOA衔接器是一种Web服务 ，选取WSDL描述接口 ，针对第三方系统或此刻系统提供开发SOA衔接器的框架和接口规范。
2）提供基于服务器集群的散布式数据服务 ，构建面向对象实时数据库 ，选取magent实现服务器集群扩大 ，支持Oracle和MySQL数据库 ，支持UNIX、LINUX和WINDOWS操作系统。
3）实现基于ESB的服务接口框架 ，新闻中央件选取ActiveMQ。
4）选取基于HTML5的2D/3D人机界面 ，高实时性要求的利用以插件方式实现。
5）选取TETRA无线通讯技术实现公网和专网的接入 ，提供基于平板电脑、智能手机或微型面板的手持移动监控终端。
6）按安全有关系统SIL2尺度进行开发。EN50126/128/129 的 SIL2 就安全有关系统和软件的开发和审批对相应的职责、流程、文档和技术提出了明确的要求。
在新一代城市轨路交通综合信息治理系统MACS-I2SCS中 ，成立了自动化和信息化集成系统框架和接口规范 ，易于整合现有软件资产 ，提高软件复用性 ，降低成本 ，并且也为未来的扩大留下了空间。借助于MACS-I2SCS系统平台 ，可实现管控一体化 ，可在以下方面显著扩大综合监控系统的领域和智能化：
? 集成地理信息GIS数据 ，实现人员定位和资源优化组织 ，能够在地图中按地理地位显示现场设备对象 ，直观清澈地显示各个车站和整条线路的概览 ，从而能够对整个城市轨路交通综合监控系统进行轻松便捷地监督；
? 集成视频数据 ，通过智能视频分析结合GIS数据 ，可实此刻沉大公共活动、高低班顶峰期或垂危变乱情况下的换乘站、交通枢纽人流密度治理和人流安全沟通；
? 基于HTML5实现决策支持系统DSS ，提供给急预案的治理和执行职能 ，在产生垂危情况时能够援手操作人员做出决策；
? 安全靠得住的通讯网络和统一协调的多模式信息颁布 ，蕴含乘客信息系统、手持智能终端、信息显示屏等。
5 总结
现有的城市轨路交通综合监控系统 ，以实时监控为重要利用主张 ，实现电力调度、机电设备监控、车站运营状态监督等职能 ，在系统架构设计和接口方面重要侧沉于实时设备监控和数据处置 ，在出产调度、出产打算和工作流处置方面存在架构方面的先天不及。在另一方面 ，由于IT技术的迅速发展 ，在现有系统之中没有实现的面向服务结构（SOA）、多核并行处置、服务器集群、负载平衡、平行扩大、移动利用等技术已经趋于成熟 ，能够引入到新一代综合信息治理系统之中 ，满足用户不休增长的信息化集成要求。以新一代综合信息治理系统为平台成立融合关键基础设施、安防和应急指挥、多模式通讯等系统的城市轨路交通综合监控平台 ，可扩大综合监控系统的领域和提升综合监控系统的档次 ，支持和引领综合监控系统向智能化方向发展 ，实现管控一体化。
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作者简介
李天辉（1974-） ，男 ，高级工程师 ，1999年毕业于北京理工大学推算机与节造学院 ，专业为节造理论与节造工程 ，此刻重要从事大型SCADA系统和DCS系统的设计、研发工作。
